微机原理与接口第6章存储器RAM及ROM

1、第6章 半导体存储器 微机原理与接口第6章存储器RAM及ROM第6章 半导体存储器第6章 半导体存储器 微机原理与接口第6章存储器RAM及ROM第6章 半导体存储器 微机原理与接口第6章存储器RAM及ROM第6章 半导体存储器 微机原理与接口第6章存储器RAM及ROM寄存器寄存器Cache主存储器主存储器辅助存储器辅助存储器(磁盘磁盘)大容量存储器大容量存储器(磁带磁带)外存储器外存储器内存储器内存储器存储系统的层次结构存储系统的层次结构外存平均访问时间外存平均访问时间ms级级 硬盘硬盘910ms 光盘光盘80120ms内存平均访问时间内存平均访问时间ns级级 SRAM Cache15ns S

2、DRAM内存内存715ns EDO内存内存6080nsEPROM存储器存储器100400ns第6章 半导体存储器 微机原理与接口第6章存储器RAM及ROM第6章 半导体存储器 微机原理与接口第6章存储器RAM及ROM根据制造工艺的不同，随机读写存储器RAM主要有双极型和MOS型两类。双极型存储器存取速度快、集成度较低、功耗较大、成本较高等特点，适用于对速度要求较高的高速缓冲存储器,低阻抗、电流控制的器件 ；MOS型存储器具有集成度高、功耗低、价格便宜等特点，适用于内存储器，高输入阻抗、电压控制的器件 。 MOS型存储器按信息存放方式又可分为静态RAM(Static RAM，简称SRAM)和动态

3、RAM(Dynamic RAM，简称DRAM)。第6章 半导体存储器 微机原理与接口第6章存储器RAM及ROM 只读存储器ROM在使用过程中，只能读出存储的信息而不能用通常的方法将信息写入存储器。目前常见的有：掩膜式掩膜式ROMROM，用户不可对其编程，其内容已由厂家设定好，不能更改；可编程可编程ROM(ProgrammableROM(Programmable ROM，简称PROM)，用户只能对其进行一次编程，写入后不能更改；可擦除的可擦除的PROM(ErasablePROM(Erasable PROM，简称EPROM)，其内容可用紫外线擦除，用户可对其进行多次编程；电擦除的电擦除的PROM(

4、ElectricallyPROM(Electrically Erasable PROM，简称EEPROM或E2PROM)，能以字节为单位擦除和改写。 第6章 半导体存储器 微机原理与接口第6章存储器RAM及ROM静态RAM动态RAMMOS型双极型不可编程掩膜存储器 MROM可编程存储器PROM可擦除、可再编程存储器紫外线擦除的EPROM电擦除的E2PROM随机读写存储器RAM只读存储器ROM半导体存储器图6.1 半导体存储器的分类 第6章 半导体存储器 微机原理与接口第6章存储器RAM及ROM第6章 半导体存储器 微机原理与接口第6章存储器RAM及ROM 2 2存取时间存取时间 存取时间是指从

5、启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间。例如，读出时间是指从CPU向存储器发出有效地址和读命令开始，直到将被选单元的内容读出为止所用的时间。显然，存取时间越小，存取速度越快。3 3存储周期存储周期 连续启动两次独立的存储器操作(如连续两次读操作)所需要的最短间隔时间称为存储周期。它是衡量主存储器工作速度的重要指标。一般情况下，存储周期略大于存取时间。 第6章 半导体存储器 微机原理与接口第6章存储器RAM及ROM4 4功耗功耗 功耗反映了存储器耗电的多少，同时也反映了其发热的程度。5 5可靠性可靠性 可靠性一般指存储器对外界电磁场及温度等变化的抗干扰能力。存储器的可靠性用平均故障间隔时间M

6、TBF(Mean Time Between Failures)来衡量。MTBF可以理解为两次故障之间的平均时间间隔。MTBF越长，可靠性越高，存储器正常工作能力越强。 第6章 半导体存储器 微机原理与接口第6章存储器RAM及ROM6集成度集成度指在一块存储芯片内能集成多少个基本存储电路，每个基本存储电路存放一位二进制信息，所以集成度常用位/片来表示。7性能/价格比 性能/价格比(简称性价比)是衡量存储器经济性能好坏的综合指标，它关系到存储器的实用价值。其中性能包括前述的各项指标，而价格是指存储单元本身和外围电路的总价格。 第6章 半导体存储器 微机原理与接口第6章存储器RAM及ROM6.1.4

7、 6.1.4 半导体存储器芯片的基本结构半导体存储器芯片的基本结构 地址译码器存储矩阵控制逻辑控制逻辑A0A1An三态数据缓冲器D0D1DNW/RCS图6.2 半导体存储器组成框图 第6章 半导体存储器 微机原理与接口第6章存储器RAM及ROM图6.3 单译码方式地址译码器012315A0A1A2A3选择线存储体数据缓冲器控制控制电路电路4位I/O0I/O3CSWR第6章 半导体存储器 微机原理与接口第6章存储器RAM及ROM三态双向缓冲器32321024存储矩阵10241控制电路控制电路Y向译码器CSWR RDA5A6A7A8A9Y0Y1Y31X0X1X2X31X向译码器A0A1A2A3A4

8、I/O(1位)图6.4 双译码方式 第6章 半导体存储器 微机原理与接口第6章存储器RAM及ROM行选择线XV3V1AV4V2BV5D位线VCCV7I/O列选择线YV6V8I/O位线 D图6.5 六管静态RAM存储电路 电路中电路中V1、V2为工为工作管，作管，V3、V4为负为负载管，载管，V5、V6为控为控制管。其中，由制管。其中，由V1、V2、V3及及V4管组成管组成了双稳态触发器电了双稳态触发器电路，路，V1和和V2的工作的工作状态始终为一个导状态始终为一个导通，另一个截止。通，另一个截止。V1截止、截止、V2导通时，导通时，A点为高电平，点为高电平，B点点为低电平；为低电平；V1导通、

9、导通、V2截止时，截止时，A点为点为低电平，低电平，B点为高点为高电平。电平。特点：特点：读写速度快，所用管子数目多，单个器读写速度快，所用管子数目多，单个器件容量小，件容量小，V1、V2总有一个处于到通状态，功耗总有一个处于到通状态，功耗较大较大第6章 半导体存储器 微机原理与接口第6章存储器RAM及ROMIntel2114123456789101112131415161718Intel2114A6A5A4A3A0A1A2GNDCSWEI/O4I/O3I/O2I/O1A9A8A7VCC(a)A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9WECS(b)I/O2I/O3I/O4I/O1图6.6 Int

10、el 2114引脚及逻辑符号(a) 引脚；(b) 逻辑符号 第6章 半导体存储器 微机原理与接口第6章存储器RAM及ROM6.2.1 静态RAM Intel 2114 SRAM芯片 Intel 2114 SRAM芯片的容量为1K4位，18脚封装，+5V电源，芯片内部结构及芯片引脚图和逻辑符号分别如图6.5和6.6所示。 由于1K44096，所以Intel 2114 SRAM芯片有4096个基本存储电路，将4096个基本存储电路排成64行64列的存储矩阵，每根列选择线同时连接4位列线，对应于并行的4位,从而构成了64行16列=1K个存储单元，每个单元有4位。第6章 半导体存储器 微机原理与接口第

11、6章存储器RAM及ROM存储矩阵存储矩阵地址译码器地址译码器地址寄存器地址寄存器地址总线地址总线读写放大器读写放大器数据寄存器数据寄存器数据总线数据总线控制电路控制电路OE WE CESRAM芯片的结构芯片的结构第6章 半导体存储器 微机原理与接口第6章存储器RAM及ROMA3A4A5A6A7A8行地址译码存储矩阵6464列选择A0A1A2A9输入数据控制I/O1&1&2I/O2I/O3I/O4CSWE列I/O电路图6.5 Intel 2114内部结构 第6章 半导体存储器 微机原理与接口第6章存储器RAM及ROMV9V5AV1C1BV2C2CDDI/OV7V10V6V8预充行选择线X列选择线

12、YI/ODDC预充图 四管动态RAM存储电路 第6章 半导体存储器 微机原理与接口第6章存储器RAM及ROM第6章 半导体存储器 微机原理与接口第6章存储器RAM及ROM存储矩阵存储矩阵地址总线地址总线I/O缓冲器缓冲器数据总线数据总线读写控制读写控制/动态刷新电路动态刷新电路RAS#DRAM芯片的结构芯片的结构地址锁存器地址锁存器CAS#WE#DRAM的特点的特点:所用管子少，所用管子少，芯片位密度芯片位密度高高功耗小功耗小需要刷新需要刷新存取速度慢存取速度慢DRAM主要用来做内存主要用来做内存第6章 半导体存储器 微机原理与接口第6章存储器RAM及ROM8位地址锁存器A0A1A2A3A4A

13、5A6A7128128存储矩阵128个读出放大器1/2(1/128列译码器)128个读出放大器128128存储矩阵1/128行译码器1/128行译码器128128存储矩阵128个读出放大器1/2(1/128列译码器)128个读出放大器128128存储矩阵1/4I/O门输出缓冲器DOUTVSSVDD行时钟缓冲器列时钟缓冲器写允许时 钟缓冲器数据输入缓冲器RASCASWEDIN图6.7 Intel 2164A内部结构示意图 第6章 半导体存储器 微机原理与接口第6章存储器RAM及ROM12345678910111213141516NCDINVSSA0A2A1VDDDOUTA6A3A4A5A7WEC

14、ASRASDINA7A0CASRASDOUTWEA7A0CASRASWEVSSVDD地址输入列地址选通行地址选通写允许5地(a)(b)图6.8 Intel 2164A引脚与逻辑符号(a) 引脚；(b) 逻辑符号 第6章 半导体存储器 微机原理与接口第6章存储器RAM及ROM6.3.1 掩膜式只读存储器(MROM)VCC单元0单元1单元2单元3D0D1D2D3地址译码器A0A1图6.9 掩膜式ROM示意图 第6章 半导体存储器 微机原理与接口第6章存储器RAM及ROM表表6.1 掩膜式掩膜式ROM的内容的内容 单元 D3 D2 D1 D001010111012010130110位第6章 半导体存

15、储器 微机原理与接口第6章存储器RAM及ROM6.3.2 可编程只读存储器(PROM)字线位线DiVCC图6.10 PROM存储电路示意图第6章 半导体存储器 微机原理与接口第6章存储器RAM及ROM1EPROM和E2PROMDDSFGCGWVSS(地)(b)(a)N34 mNP-SiSiO2SCG FGD图6.11 SIMOS型EPROM(a) SIMOS管结构；(b) SIMOS EPROM元件电路 第6章 半导体存储器 微机原理与接口第6章存储器RAM及ROM2Intel 2716 EPROM芯片芯片 EPROM芯片有多种型号，常用的有2716(2K8)2732(4K8)2764(8K8

16、)27128(16K8)27256(32K8)等。1) 2716的内部结构和外部引脚2716 EPROM芯片采用NMOS工艺制造，双列直插式24引脚封装。其引脚、逻辑符号及内部结构如图6.15所示。第6章 半导体存储器 微机原理与接口第6章存储器RAM及ROMIntel2716123456789101112131415161718192021222324A7A6A5A4A3A2A1A0O0O1O2GNDO3O4O5O6O7PD/PGMA10VCCA8A9VPPCS(a)Intel2716石英窗口A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10PD/PGMO0O1O2O3O4O5O6O7CS(b)

17、列译码行译码A10A0地址输入读出放大2 K8位存储矩阵输出缓冲器数据输出端O7O0片选，功率下降和编程逻辑CSPD/PGM(c)VPPGNDVCC图6.12 Intel 2716的引脚、逻辑符号及内部结构(a) 引脚；(b) 逻辑符号；(c) 内部结构 第6章 半导体存储器 微机原理与接口第6章存储器RAM及ROM表表6.1 常用的常用的EPROM芯片芯片 型号容量结构最大读出时间/ns制造工艺需用电源/V管脚数27081K8bit350450NMOS5，+122427162K8bit300450NMOS+5242732A4K8bit200450NMOS+52427648 K8bit200450HMOS+5282712816K8bit250450HMOS+5282725632K8bit200450HMOS+5282751264K8bit250450HMOS+52827513464K8bit250450HMOS+528第6章 半导体存储器