微机原理——存储器技术及类型

1、1微型计算机原理及其应用微型计算机原理及其应用第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口2第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口1. 概述概述2. 只读存储器只读存储器ROM3. 随机存储器随机存储器RAM4. 存储器芯片的扩展及其与系统总线的连接存储器芯片的扩展及其与系统总线的连接5. 典型的半导体芯片举例典型的半导体芯片举例 3第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口1. 概述概述2. 只读存储器只读存储器ROM3. 随机存储器随机存储器RAM4.4. 存储器芯片的扩展及其与系统总线的连接存储器芯片的扩展及其与系统总线的连接5. 典型的半导体芯片举例典型的半导体芯片举例4第五章

2、：存储器及其接口第五章：存储器及其接口概述概述 存储器是计算机存储器是计算机(包括微机包括微机)硬件系统的重要组成部分，有了硬件系统的重要组成部分，有了存储器，计算机才具有存储器，计算机才具有“记忆记忆”功能，才能把程序及数据的代码保存功能，才能把程序及数据的代码保存起来，才能使计算机系统脱离人的干预，而自动完成信息处理的功能。起来，才能使计算机系统脱离人的干预，而自动完成信息处理的功能。 5第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口概述概述6第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口概述概述 存储器的分类存储器的分类按存储介质分类按存储介质分类磁芯存储器、半导体存储器、光电存储器、磁磁芯

3、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。膜、磁泡和其它磁表面存储器以及光盘存储器等。 按存取方式分类按存取方式分类随机存储器随机存储器(内存和硬盘内存和硬盘)、顺序存储器、顺序存储器(磁带磁带)。按存储器的读写功能分类按存储器的读写功能分类只读存储器只读存储器(ROM)、随机存储器、随机存储器(RAM)。按信息的可保存性分类按信息的可保存性分类非永久记忆的存储器、永久性记忆的存非永久记忆的存储器、永久性记忆的存储器。储器。按在计算机系统中的作用分类按在计算机系统中的作用分类主存储器、辅助存储器、缓冲存主存储器、辅助存储器、缓冲存储器、控制存储器等。储器、

4、控制存储器等。7第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口概述概述 存储器的性能指标存储器的性能指标存储器系统的三项主要性能指标是存储器系统的三项主要性能指标是【容量容量】、【速度速度】和和【可靠性可靠性】。存储容量：存储容量：是存储器系统的首要性能指标，因为存储容量越大，则系是存储器系统的首要性能指标，因为存储容量越大，则系统能够保存的信息量就越多，相应计算机系统的功能就越强；统能够保存的信息量就越多，相应计算机系统的功能就越强；存取速度：存取速度：直接决定了整个微机系统的运行速度，因此，存取速度也直接决定了整个微机系统的运行速度，因此，存取速度也是存储器系统的重要的性能指标；是存储器系统

5、的重要的性能指标；存储器可靠性：存储器可靠性：也是存储器系统的重要性能指标。通常用平均故障间也是存储器系统的重要性能指标。通常用平均故障间隔时间来衡量。隔时间来衡量。 为了在存储器系统中兼顾以上三个方面的指标，目前在计算为了在存储器系统中兼顾以上三个方面的指标，目前在计算机系统中通常采用三级存储器结构，即使用机系统中通常采用三级存储器结构，即使用高速缓冲存储器高速缓冲存储器、主存储主存储器器和和辅助存储器辅助存储器，由这三者构成一个统一的存储系统。从整体看，其，由这三者构成一个统一的存储系统。从整体看，其速度接近高速缓存的速度，其容量接近辅存的容量，而其成本则接近速度接近高速缓存的速度，其容量

6、接近辅存的容量，而其成本则接近廉价慢速的辅存平均价格。廉价慢速的辅存平均价格。 8第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口概述概述 微机系统存储体结构微机系统存储体结构9第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口概述概述 存储器的分类存储器的分类10第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口概述概述 半导体存储器半导体存储器 什么叫半导体？什么叫半导体？ 导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，叫做半导体导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，叫做半导体例如：锗、硅、砷化镓等例如：锗、硅、砷化镓等 半导体在科学技术，工农业生产和生活中有着广泛的应用（例如：半导体在科学技术，工农业生产和生活中有

7、着广泛的应用（例如： 电视、半导体收音机、电子计算机等）电视、半导体收音机、电子计算机等） 半导体的一些电学特性：半导体的一些电学特性： 压敏性：压敏性：有的半导体在受到压力后电阻发生较大的变化有的半导体在受到压力后电阻发生较大的变化 用途：制成压敏元件，接入电路，测出电流变化，以确定压力的变用途：制成压敏元件，接入电路，测出电流变化，以确定压力的变化化 热敏性：热敏性：有的半导体在受热后电阻随温度升高而迅速减小有的半导体在受热后电阻随温度升高而迅速减小 用途：制成热敏电阻，用来测量很小范围内的温度变化用途：制成热敏电阻，用来测量很小范围内的温度变化 11第五章：存储器及其接口第五章：存储器及

8、其接口概述概述 半导体存储器的分类半导体存储器的分类 半导体半导体存储器存储器RAMROMSRAMDRAM掩膜掩膜ROMPROMEPROMEEPROMFlash ROM12第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口1. 概述概述2. 只读存储器只读存储器ROM3. 随机存储器随机存储器RAM4.4. 存储器芯片的扩展及其与系统总线的连接存储器芯片的扩展及其与系统总线的连接5. 典型的半导体芯片举例典型的半导体芯片举例13第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口只读存储器只读存储器ROMROM只读存储器只读存储器(Read Only Memory,ROM)(Read Only Memory

9、,ROM)：内容只可读出不可写入，最内容只可读出不可写入，最大优点是所存信息可长期保存，断电时，大优点是所存信息可长期保存，断电时，ROMROM中的信息不会消失。主中的信息不会消失。主要用于存放固定的程序和数据，通常用它存放引导装入程序。要用于存放固定的程序和数据，通常用它存放引导装入程序。 半导体半导体存储器存储器RAMROMSRAMDRAM掩膜掩膜ROMPROMEPROMEEPROMFlash ROM14第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口只读存储器只读存储器ROMROM 掩膜掩膜ROM 在出厂前由芯片厂在出厂前由芯片厂家将程序写到家将程序写到rom里，以后里，以后永远不能修改。永

10、远不能修改。 如图是一个简单的如图是一个简单的44位的位的MOS ROM存储阵存储阵列，两位地址输入，经译码后，列，两位地址输入，经译码后，输出四条字选择线，每条字选输出四条字选择线，每条字选择线选中一个字，此时位线的择线选中一个字，此时位线的输出即为这个字的每一位。此输出即为这个字的每一位。此时，若有管子与其相连（如位时，若有管子与其相连（如位线线1和位线和位线4），则相应的），则相应的MOS管就导通，输出低电平，管就导通，输出低电平，表示逻辑表示逻辑“0”；否则（如位；否则（如位线线2和位线和位线3）输出高电平，）输出高电平，表示逻辑表示逻辑“1”。(0110、0101、1010、0000

11、) 15第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口只读存储器只读存储器ROMROM 可编程的可编程的ROM(Programmable-ROM，PROM) 掩模掩模ROM的存储单元在生产完成之后，其所保存的信息就已的存储单元在生产完成之后，其所保存的信息就已经固定下来了，这给使用者带来了不便。为了解决这个矛盾，设计制经固定下来了，这给使用者带来了不便。为了解决这个矛盾，设计制造了一种可由用户通过简易设备写入信息的造了一种可由用户通过简易设备写入信息的ROM器件，即可编程的器件，即可编程的ROM，又称为，又称为PROM。 PROM 的类型有多种，如二极管破坏型的类型有多种，如二极管破坏型PROM

12、存储器，在出存储器，在出厂时，存储体中每条字线和位线的交叉处都是两个反向串联的二极管厂时，存储体中每条字线和位线的交叉处都是两个反向串联的二极管的的PN结，字线与位线之间不导通，此时，意味着该存储器中所有的存结，字线与位线之间不导通，此时，意味着该存储器中所有的存储内容均为储内容均为“1”。如果用户需要写入程序，则要通过专门的。如果用户需要写入程序，则要通过专门的PROM写写入电路，产生足够大的电流把要写入入电路，产生足够大的电流把要写入“1”的那个存储位上的二极管击的那个存储位上的二极管击穿，造成这个穿，造成这个PN结短路，只剩下顺向的二极管跨连字线和位线，这时，结短路，只剩下顺向的二极管跨

13、连字线和位线，这时，此位此位 就意味着写入了就意味着写入了“1”。读出的操作同掩模。读出的操作同掩模ROM。 除此之外，还有一种熔丝式除此之外，还有一种熔丝式PROM，用户编程时，靠专用写入，用户编程时，靠专用写入电路产生脉冲电流，来烧断指定的熔丝，以达到写入电路产生脉冲电流，来烧断指定的熔丝，以达到写入“1”的目的。的目的。 对对PROM来讲，这个写入的过程称之为固化程序。由于击穿的来讲，这个写入的过程称之为固化程序。由于击穿的二极管不能再正常工作，烧断后的熔丝不能再接上，所以这种二极管不能再正常工作，烧断后的熔丝不能再接上，所以这种ROM器器件只能固化一次程序，数据写入后，就不能再改变了。

14、件只能固化一次程序，数据写入后，就不能再改变了。 16第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口只读存储器只读存储器ROMROM可擦除可编程可擦除可编程ROM(Erasable Programmable ROM,EPROM) EPROM芯片有一个很明显的特征，在其正面的陶瓷封装上，芯片有一个很明显的特征，在其正面的陶瓷封装上，开有一个玻璃窗口，透过该窗口，可以看到其内部的集成电路，紫外开有一个玻璃窗口，透过该窗口，可以看到其内部的集成电路，紫外线透过该孔照射内部芯片就可以擦除其内的数据，完成芯片擦除的操线透过该孔照射内部芯片就可以擦除其内的数据，完成芯片擦除的操作要用到作要用到EPROM擦除

15、器。一般擦除信息需用紫外线照射擦除器。一般擦除信息需用紫外线照射l520分钟分钟。 17第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口只读存储器只读存储器ROMROM电可擦除可编程电可擦除可编程ROM (Electronic Erasible Programmable ROM, EEPROM) EEPROM内资料的写入要用专用的编程器，并且往芯片中写内资料的写入要用专用的编程器，并且往芯片中写内容时必须要加一定的编程电压内容时必须要加一定的编程电压(1224V，随不同的芯片型号而定，随不同的芯片型号而定)。 EEPROM在写入数据时，仍要利用一定的编程电压，此时，只需用厂在写入数据时，仍要利用一

16、定的编程电压，此时，只需用厂商提供的专用刷新程序就可以轻而易举地改写内容，所以，它属于双商提供的专用刷新程序就可以轻而易举地改写内容，所以，它属于双电压芯片。借助于电压芯片。借助于EPROM芯片的双电压特性，可以使芯片的双电压特性，可以使BIOS具有良好具有良好的防毒功能，在升级时，把跳线开关打至的防毒功能，在升级时，把跳线开关打至“ON”的位置，即给芯片加的位置，即给芯片加上相应的编程电压，就可以方便地升级；平时使用时，则把跳线开关上相应的编程电压，就可以方便地升级；平时使用时，则把跳线开关打至打至“OFF”的位置，防止病毒对的位置，防止病毒对BIOS芯片的非法修改。芯片的非法修改。18第五

17、章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口只读存储器只读存储器ROMROM 快擦型存储器快擦型存储器(Flash Memory) 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，它以性能好、功耗低、体积小、重量轻等特点活跃于便携机存储器，它以性能好、功耗低、体积小、重量轻等特点活跃于便携机存储器市场。存储器市场。 快擦型存储器具有快擦型存储器具有EEPROM的特点，可在计算机内进行擦除的特点，可在计算机内进行擦除和编程，它的读取时间与和编程，它的读取时间与DRAM相似，而写时间与磁盘驱动器相当。相似，而写时间与磁盘驱动器相当。快

18、擦型存储器有快擦型存储器有5V或或12V两种供电方式。对于便携机来讲，用两种供电方式。对于便携机来讲，用5V电电源更为合适。快擦型存储器操作简便，编程、擦除、校验等工作均已源更为合适。快擦型存储器操作简便，编程、擦除、校验等工作均已编成程序，可由配有快擦型存储器系统的中央处理机予以控制。编成程序，可由配有快擦型存储器系统的中央处理机予以控制。 快擦型存储器可替代快擦型存储器可替代EEPROM，在某些应用场合还可取代，在某些应用场合还可取代SRAM，尤其是对于需要配备电池后援的，尤其是对于需要配备电池后援的SRAM系统，使用快擦型存系统，使用快擦型存储器后可省去电池。快擦型存储器的非易失性和快速

19、读取的特点，能储器后可省去电池。快擦型存储器的非易失性和快速读取的特点，能满足固态盘驱动器的要求，同时，可替代便携机中的满足固态盘驱动器的要求，同时，可替代便携机中的ROM，以便随时，以便随时写入最新版本的操作系统。快擦型存储器还可应用于激光打印机、条写入最新版本的操作系统。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。形码阅读器、各种仪器设备以及计算机的外部设备中。 19第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口1. 概述概述2. 只读存储器只读存储器ROM3. 随机存储器随机存储器RAM4.4. 存储器芯片的扩展及其与系统总线的连接存储器芯片的扩展及其与系统总线的连接5. 典型的半导体芯片举例典型的半导体芯片举例20第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口随机存储器随机存储器RAMRAM随机存储器随机存储器( (Random Access Memory,RAM),RAM)：在微机系统的工作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