第七章 半导体存储器

1 第七章半导体存储器 5 1概述5 2随机存取存储器RAM5 3只读存储器ROM5 4存储器芯片与CPU的连接5 5高速缓冲存储器Cache 主要内容 2 7 1存储器概述 7 1 1存储系统的基本概念7 1 2存储器的分类7 1 3存储器的主要性能指标7 1 4存储器的组成结构 3 7 1 1存储系统的基本概念 存储器是一种接收 保存和取出信息 程序 数据 文件 的设备 一种具有记忆功能的部件 是计算机的重要组成部分 是CUP最重要的系统资源之一 CPU与存储器的关系如下图所示 4 存储器 CPU 5 7 1 2存储器的分类 按存放信息原理不同 按构成存储器的器件和存储介质分类 磁芯存储器 半导体存储器 光电存储器 磁膜 磁泡和其它磁表面存储器以及光盘存储器等 按存储器存取方式分类 随机存取存储器RAM RandomAccessMemory 只读存储器ROM Read OnlyMemory 静态RAM动态RAM 掩膜ROM MROM 可编程ROM PROM 可擦除编程ROM EPROM 按工艺不同 6 按在微机系统中的位置分类 主存储器 内存 MainMemory 辅助存储器 外存 ExternalMemory 缓冲存储器 缓存 CacheMemory 7 半导体存储器一般由以下部分组成 存储体 地址选择电路 输入输出电路 控制电路 7 1 3存储器的组成 8 静态随机存取存储器SRAM动态随机存取存储器DRAM RAM RandomAccessMemory 随机存取存储器 其工作特点是 在微机系统的工作过程中 可以随机地对其中的各个存储单元进行读 写操作 7 2随机存储器 7 2 1静态随机存取存储器SRAM 典型存储器 静态RAM存储器芯片Intel2114 1 外部结构 A0 A9 10根地址信号输入引脚 读 写控制信号输入引脚 当为低电平时 使输入三态门导通 信息由数据总线通过输入数据控制电路写入被选中的存储单元 反之从所选中的存储单元读出信息送到数据总线 I O1 I O4 4根数据输入 输出信号引脚 低电平有效 通常接地址译码器的输出端 5V 电源 GND 地 7 2 2静态随机存取存储器SRAM 典型存储器 动态RAM存储器芯片Intel2164A 1 外部结构 A0 A7 地址信号的输入引脚 用来分时接收CPU送来的8位行 列地址 行地址选通信号输入引脚 低电平有效 兼作芯片选择信号 当为低电平时 表明芯片当前接收的是行地址 列地址选通信号输入引脚 低电平有效 表明当前正在接收的是列地址 此时应保持为低电平 写允许控制信号输入引脚 当其为低电平时 执行写操作 否则 执行读操作 DIN 数据输入引脚 DOUT 数据输出引脚 VDD 十5V电源引脚 Css 地 N C 未用引脚 11 7 3只读存储器ROM 分类 掩模式ROM MROM MaskROM 可编程ROM PROM ProgrammableROM 可擦除可编程ROM EPROM ErasableProgrammableROM 电可擦除可编程ROM EEPROM ElectricallyErasableProgrammableROM 快擦型存储器 F1ashMemory ROM ReadOnlyMemory 意指只读存储器 其工作特点是 在微机系统的在线运行过程中 只能对其进行读操作 而不能进行写操作 电源关断 信息不会丢失 属于非易失性存储器件 常用来存放不需要改变的信息 7 3 1可擦除可编程ROM EPROM 典型EPROM芯片Intel2716 1 外部结构 Al0 A0 地址信号输入引脚 可寻址芯片的2K个存储单元 O7 O0 双向数据信号输入输出引脚 片选信号输入引脚 低电平有效 只有当该引脚转入低电平时 才能对相应的芯片进行操作 数据输出允许控制信号引脚 输入 低电平有效 用以允许数据输出 Vcc 5v电源 用于在线的读操作 VPP 25v电源 用于在专用装置上进行写操作 GND 地 13 7 3 2快擦型存储器 F1ashMemory FlashMemory快擦型存储器 是不用电池供电的 高速耐用的非易失性半导体存储器 结构与EPROM相同 其特点是 可以整体电擦除 时间1S 和按字节重新高速编程 是完全非易失性的 可以完全代替E2RPOM 能进行高速编程 如 28F256芯片 每个字节编程需100 s 整个芯片0 5s 最少可以擦写一万次 通常可达到10万次 CMOS低功耗 最大工作电流30mA 与E2PROM进行比较具有容量大 价格低 可靠性高等明显优势 快擦型存储器还可应用于激光打印机 条形码阅读器 各种仪器设备以及计算机的外部设备中 典型的芯片有27F256 28F016 28F020等 14 7 4存储器芯片与CPU的连接 如何用容量较小 字长较短的芯片组成微机系统所需容量和字长的存储器 5 4 1存储芯片的扩展5 4 2存储器芯片与CPU的连接 15 7 4 1存储芯片的扩展 存储器的容量 字数 字长 16 7 4 1存储芯片的扩展 字长扩展 例1 用1K 4bit的2114芯片构成lK 8bit的存储器系统 分析 需用2片这样的芯片 它们分别提供4位数据至系统的数据总线 以满足存储器系统的字长要求 设计要点 关键是处理好地址线 数据线 写信号线 片选信号线的连接 1 地址线共用 至系统地址总线低10位 2 数据线分别接入系统数据总线的低4位和高4位 3 端并在一起接至系统的存储器写信号 4 端并在一起接至地址译码器输出 17 利用Intel2114芯片 1K 4bit 组成1K 8bit存储器 18 7 4 1存储芯片的扩展 字数扩展 例2 用2K 8的2716 存储器芯片组成8K 8的存储器系统 分析 每个芯片只能提供2K个存储单元 故需用4片这样的芯片 以满足存储器系统的字数要求 1 地址线共用 至系统地址总线低11位 2 数据线共用 至系统数据总线 3 端并在一起接至系统的存储器写信号 4 端分别接至地址译码器的不同输出 设计要点 关键是处理好地址线 数据线 写信号线 片选信号线的连接 利用Intel2716 芯片 2K 8bit 组成8K 8bit存储器 20 7 4 1存储芯片的扩展 字数字长同时扩展 课堂练习 题目要求 用1K 4的2114芯片组成2K 8的存储器系统 应如何连接 将上述两种方法结合使用 一般先扩展字长 在扩展字数 用1K 4的2114芯片组成2K 8的存储器系统 22 7 4 2存储芯片与CPU的连接 CPU对存储器进行读写操作过程 首先要由地址总线给出地址信号 选择要进行读 写操作的存储单元 然后通过控制总线发出相应的读 写控制信号 最后才能在数据总线上进行数据交换 存储器芯片与CPU之间的连接 实质上就是其与系统总线的连接 包括 地址线的