第九章 半导体存储器ppt课件

1、 第第9章章 半导体存储器半导体存储器 一一. 半导体存储器概念半导体存储器概念2.存取速度存取速度三三. 分类分类 二二. 重要指标重要指标 1.存储量存储量1.按存取方式分类按存取方式分类 9.1 只读存储器（只读存储器（ROM） 2.按使用器件类型来分按使用器件类型来分 一一. ROM的分类的分类1.按存储内容写入方式来分按存储内容写入方式来分四四. ROM的逻辑关系的逻辑关系二二. ROM的结构的结构 三三. ROM的工作原理的工作原理 1.属于组合逻辑电路属于组合逻辑电路 2.阵列图阵列图 五五. ROM的应用的应用 六六. 固定固定ROM(MROM) 1.实现组合逻辑函数实现组合逻

2、辑函数 2.字符发生器字符发生器 (1) UVEPROM 七七. 可编辑只读存储器可编辑只读存储器(PROM) 八八. 可改写可编程只读存储器可改写可编程只读存储器(EPROM) (2) E2PROM (3) Flash Memory 9.2 随机存储器随机存储器(RAM) 1.位扩展位扩展 一一. 静态静态RAM(SRAM) 二二. 存储容量的扩展存储容量的扩展 2.字扩展字扩展 三三. 动态动态RAM(DRAM) 第九章第九章 半导体存储器半导体存储器一一. 半导体存储器概念：半导体存储器概念： 随着微电子技术的提高,大规模集成电路(LSI)发展很快,近年来集成电路几乎以每年提高一倍的速度

3、向前发展。 存储器是电子计算机及数字系统中不可缺少的部分，用来存放二进制代码表示的数据数据 系统指令系统指令资料资料及及运算程序运算程序等。等。二二. 存储器的主要指标存储器的主要指标 存储容量存储容量 和和 工作速度工作速度 1. 存储容量存储容量 存储容量是衡量工作能力大小的指标存储容量是衡量工作能力大小的指标,容量越大容量越大,存储的信息越多存储的信息越多,工作能力越强。工作能力越强。 存储容量用存储单元的总数表示。习惯上常用若存储容量用存储单元的总数表示。习惯上常用若干个干个“K”单元表示。例如：单元表示。例如： 210=1024 称称 1K单元单元 ， 212=4096 称称 4K单

4、元。单元。 在数字系统中，数据和指令通常用一定在数字系统中，数据和指令通常用一定位数位数的的字字来表示，来表示，字的位数字的位数称为称为字长字长。故存储容量为：。故存储容量为： 字字（字位）（字位） m位位（位）。（位）。例如：例如：1024字字 8位位 可写为可写为“1K字字8位位”，这说，这说明它能存放明它能存放1024个个8位的数据。位的数据。 2. 存取速度存取速度(工作速度工作速度)存取速度用存取周期表示。存取速度用存取周期表示。 从存储器开始存取第一个字到能够存取第从存储器开始存取第一个字到能够存取第二个字为止。所需的时间称为二个字为止。所需的时间称为存取时间存取时间或或存取存取周

5、期周期。它是衡量存储器存取速度的。它是衡量存储器存取速度的重要指标重要指标。存取周期越短，说明存取速度越高。存取周期越短，说明存取速度越高。 双极型存储器的存取周期为：双极型存储器的存取周期为：20 50 ns， MOS存储器的存取周期为：存储器的存取周期为：100 300 ns。 三三. 存储器的分类存储器的分类 分类方法有两种：分类方法有两种：功能分类功能分类和和工艺分类。工艺分类。1. 按功能分类按功能分类ROM固定固定ROM:内容由厂家制作。内容由厂家制作。ROM可编程可编程ROM：可一次性编程。：可一次性编程。PROM可擦除可编程可擦除可编程ROM：可多次改写：可多次改写EPROMR

6、AM双极型双极型 RAM单极型单极型 （MOS）SRAM（静态）（静态）DRAM（动态）（动态）SAMMOS移位寄存器移位寄存器电荷耦合器件电荷耦合器件CCD移位寄存器移位寄存器Cache 高速缓存高速缓存E2PROMUVEPROM 2. 按工艺分类按工艺分类电荷耦合器件（电荷耦合器件（CCD）：）：是一种新型存储器件，是一种新型存储器件，其制造工艺简单，集成度比其制造工艺简单，集成度比MOS更高，工作速度与更高，工作速度与MOS型相当。型相当。 双极型存储器双极型存储器:MOS型存储器型存储器(单极型单极型)：电荷耦合器件（电荷耦合器件（CCD）速度快速度快功耗大功耗大功耗低功耗低制造工艺制

7、造工艺简单简单集成度高集成度高速度慢速度慢 9.1 只读存储器只读存储器 (ROM : Read Only Memory)ROM:只能读出存储器中已有的信息只能读出存储器中已有的信息,而不能随时而不能随时对它写入新的信息的那一类存储器。简称为对它写入新的信息的那一类存储器。简称为:ROM。ROM的特点：的特点：数据写入后，即使在切断电源后，数据写入后，即使在切断电源后，信息也不会丢失。所以，只读存储器常用于信息也不会丢失。所以，只读存储器常用于存放常存放常数数 固定函数固定函数 固定程序固定程序等固定不变信息。等固定不变信息。一一. ROM的分类的分类 1. 按写入方式分类按写入方式分类 (1

8、) 固定固定ROM (2)PROM(可编程可编程ROM) (3)EPROM(可擦除可擦除 可编程可编程ROM)2. 按器件分类按器件分类 (1) 二极管二极管ROM (2) 双极型双极型ROM (3) 单极型单极型ROM二二. ROM的结构的结构ROM的结构由的结构由三部分三部分组成组成: 地址译码器、地址译码器、存储单元矩阵、存储单元矩阵、输出电路输出电路 UVEPROME2PROMFlash 2k+1 全译码全译码W0WM1 称为字选线称为字选线b0 bN1 称为数据线称为数据线字线字线(位数位数)MN=总的存储单元总的存储单元 三三. 工作原理工作原理结论：结论：存存1，字线，字线W和位

9、线和位线b间接二极管；间接二极管；存存0，字线，字线W和位线和位线b间不接二极管。间不接二极管。与与阵阵列列或或阵阵列列全译码电路全译码电路 010WA A110WA A210WA A310WA A存储容量存储容量 : 4字字4位位=16字位字位 W0=1 , (高电位高电位) W1=W2=W3=0 (低电位低电位) D3 D2 D1 D0 = b3 b2 b1 b0 =1 0 1 0 讨论讨论: 当当A1A0=00时时电路可等效如下电路可等效如下: W1=1 , W0=W2=W3=0 D3 D2 D1 D0 = b3 b2 b1 b0 =1 1 1 0 讨论讨论: 当当A1A0=01时时电路

10、可等效如下电路可等效如下: W2=1 , W0=W1=W3=0 D3 D2 D1 D0 = b3 b2 b1 b0 =0 1 0 1 讨论讨论: 当当A1A0=10时时电路可等效如下电路可等效如下: W3=1 , W0=W1=W2=0 D3 D2 D1 D0 = b3 b2 b1 b0 =1 1 0 1 讨论讨论: 当当A1A0=11时时电路可等效如下电路可等效如下: 四四. ROM的逻辑关系的逻辑关系 1. 属于组合逻辑电路属于组合逻辑电路 译码器部分的输出变量和输入变量（包括原变量译码器部分的输出变量和输入变量（包括原变量和反变量）构成和反变量）构成“与与”的关系。的关系。 存储矩阵和输出

11、电路部分的输出变量和存储矩阵存储矩阵和输出电路部分的输出变量和存储矩阵的输入变量构成的输入变量构成“或或”的关系。的关系。 2. 进行进行ROM电路的分析和设计，电路的分析和设计，常用阵列图来表常用阵列图来表示示ROM的结构。的结构。 “蓝点蓝点”代表输入、输出间代表输入、输出间应具有的逻辑关系。（应具有的逻辑关系。（“与与”或者或者“或或”）（在存储矩阵（在存储矩阵中，表示交叉处有二极管。）中，表示交叉处有二极管。）010WA A110WA A210WA A310WA A3013101010 DWWWA AA AA A2123101010 DWWWA AA AA A1011010 DWWA

12、AA A0231010 DWWA AA A 五五. ROM的应用的应用1. 实现组合逻辑函数实现组合逻辑函数 例例9.1.1 试用试用ROM实现如下组合逻辑函数实现如下组合逻辑函数解解:首先应将以上两个逻辑函数化成由首先应将以上两个逻辑函数化成由最小项最小项组成的标准组成的标准“与与-或或”式式,即即 采用有采用有3位地址码、位地址码、2位数据输出位数据输出的的8字节字节2位位ROM。将。将A、B、C 3个变量分别个变量分别接至接至地址输入端地址输入端A2A1A0。按逻辑函数要求存入相应数据。按逻辑函数要求存入相应数据,即可在数据输即可在数据输出端出端D0、D1得到得到F1和和F2,其其ROM

13、 阵列如图阵列如图9.1.9所示所示 例例9.1.2 试用试用ROM设计一个设计一个8421 BCD码码7段显示译码段显示译码器电路，其真值表如表器电路，其真值表如表9.1.2所示。所示。解：解：由真值表可见，应取用由真值表可见，应取用输入地址为输入地址为4位位，输出数据输出数据为为7位位的的10 字节字节7位位ROM。 a=m1+m4 ; b=m5+m6 ; c=m2 ; d=m1+m4+m7 ; e=m1+m3+m4+m5+m7+m9 ; f=m1+m2+m3+m7 ; g=m0+m1+ m7 ; a=m1+m4 ; b=m5+m6 ; c=m2 ; d=m1+m4+m7 ; e=m1+m

14、3+m4+m5+m7+m9 ; f=m1+m2+m3+m7 ; g=m0+m1+ m7 ; 2.字符发生器字符发生器 例如：例如：显示的字符以光点的形式存储在显示的字符以光点的形式存储在ROM中，每中，每个字符由个字符由75点阵组成。并显示点阵组成。并显示“T”。 六六.固定固定ROM(MROM:Mask ROM) 七七.可编辑只读存储器可编辑只读存储器 (PROM:Programmable ROM) 八八.可改写可编程只读存储器可改写可编程只读存储器(EPROM) (1) UVEPROM (Ultraviolet Erasable Programmable ROM)(2) E2PROM (E

15、lectrically- Erasable Programmable ROM)(3) 快闪存储器快闪存储器(Flash Memory) 9.2 随机存储器随机存储器(RAM)一一.静态静态RAM(SRAM) SRAM （Static Random Access Memory）DRAM （Dynamic Random Access Memory ）根据存储单元的工作原理，可分为根据存储单元的工作原理，可分为: 随机存储器简称为随机存储器简称为RAM,是电子计算机的重要组是电子计算机的重要组成部分成部分,它能够它能够存储数据存储数据 指令指令 中间结果。中间结果。随机存取：随机存取：是指存储器中任

16、意一个存储单元都能以随机是指存储器中任意一个存储单元都能以随机次序迅速地存入（写入）信息或取出（读出）信息。次序迅速地存入（写入）信息或取出（读出）信息。1. 基本结构基本结构 32行行一个字节一个字节 与与ROM相比，多了读相比，多了读/写写(R/W)端。端。读读“1”1”“1”“1”“0”“0”高阻高阻输出输出写写“0”0”“1”“1”“1”“1”“0”“0”高阻高阻输入输入 2. RAM2114芯片简介芯片简介 存储容量存储容量:1024字节字节4位位=1K4位位=4K位位 地址线地址线为为:A9A0 , 10根。根。 行地址：行地址： A8A3 （26=64行）；行）； 列地址：列地址

17、： A0A2 ， A9（24=16列）列）,每列每列=4位位 ; 26 （4 24）= 64 64 =4096个存储单元个存储单元结构结构 数据线数据线4根：根： D3 D0 ；扩展的方法有两种：扩展的方法有两种： 位扩展位扩展 和和 字扩展字扩展 。 RAM芯片的种类很多芯片的种类很多,容量有大容量有大 有小。当有小。当一片一片RAM不能满足存储容量及其位数要求时，不能满足存储容量及其位数要求时，可将多个芯片适当连接起来实现位和字的扩展。可将多个芯片适当连接起来实现位和字的扩展。 1. 位扩展位扩展(位数不够用位数不够用,字数足够用字数足够用)例一例一:采用采用2片片2114 （10244位

18、）芯片，并联在一起，位）芯片，并联在一起，构成构成 1024 8位的存储器。位的存储器。 2. 字扩展字扩展（字数不够用，位数够用）（字数不够用，位数够用）例二：例二：用一片用一片2/4译码器和四片译码器和四片2114实现实现 4096字节字节4位的存储器。位的存储器。 强调：强调：位扩展位扩展不不需要需要增加增加地址线，地址线， 而而字扩展字扩展则需要则需要增加增加地址线数。地址线数。 例三：例三：试用试用1K 4位的位的2114RAM扩展一个扩展一个 4K 8位的存储器。位的存储器。 解解:（1）确定芯片数）确定芯片数N： N= （ 4K / 1K ） （ 8 / 4） = 8（片）（片）

19、 （2）确定地址系数）确定地址系数D： 2D=4096 ，D =12 。 （3）用）用8片片1K 4位的位的2114RAM芯片，经芯片，经 字字 位位 扩展构成的存储器，如图扩展构成的存储器，如图9.2.8 所示。所示。 例四：例四：用用PROM和和DFF设计一个设计一个F=000011的计数的计数型序列码发生器（设初态为型序列码发生器（设初态为Q3Q2Q1=000）。）。解：解： 00 01 11 10 01n3Qnn21Q Q F 的卡诺图的卡诺图11 00 01 11 10 01n3Qnn21Q Q11的卡诺图的卡诺图n+13Q4567Fmmmmn+1334Qmm 00 01 11 10

20、 01n3Qnn21Q Q11的卡诺图的卡诺图n+12Q 00 01 11 10 01n3Qnn21Q Q11的卡诺图的卡诺图n+11Q1n+11024Qmmmn+1212Qmm n+11Qn+12Qn+13Q 状态转移表：状态转移表： 作业作业(25):9.3, 9.7,9.10.END 主板主板BIOS ，也称系统，也称系统BIOS。目前电脑主板。目前电脑主板BIOS主要有主要有Award BIOS、AMI BIOS和和 Phoenix BIOS三种，包含加电自检程序三种，包含加电自检程序POST（Power On Self Test）、）、CMOS Setup程序和中断服务子程序。程序和

21、中断服务子程序。486及以前电脑的及以前电脑的BIOS使用使用EPROM芯片。芯片。 内存主要是内存主要是168线的线的SDRAM，在主板上提供，在主板上提供168线线DIMM内存插座，工作电压是内存插座，工作电压是3.3 V。图图1 HY PC100内存条内存条 DDR内存：内存：Double Data Rate(双倍数据传输双倍数据传输)的的SDRAM。工作电压仅为工作电压仅为2.25V (Synchronous Dynamic Random Access Memory ) 静态存储器（静态存储器（SRAM）的类型和特点）的类型和特点 Cache SRAM：用于：用于CPU内部或外部内部或

22、外部(L1 / L2)高高速缓存。速缓存。 PB SRAM（Pipeline Burst Cache SRAM）：主）：主要用于在要用于在Socket 7 主板上的高速缓存。主板上的高速缓存。SRAM不不能作为电脑的主存，只用于关键性的地方。能作为电脑的主存，只用于关键性的地方。 CPU Cache 内存内存硬硬 盘盘 Buffer 硬盘硬盘图图1-1 CPU访问硬盘的过程访问硬盘的过程高速缓存高速缓存Cache和缓冲区和缓冲区Buffer主板上的主板上的 L2 Cache: 512 KB1 MB 硬盘上的硬盘上的Buffer : 64 KB2 MBCD-ROM 的的 Buffer : 64

23、KB512 KBCD-R、CD-RW的的Buffer : 1 MB8 MB HP Laser jet 6P激光打印机激光打印机Buffer : 2 MB 技嘉技嘉GA6VX7+主主板各个部件的工板各个部件的工作频率作频率33MHz66/100MHz66/100/133MHz66MHz66/100/133MHz14.318MHz33MHz33MHz48MHz14.318MHz14.318MHz24MHz 字线字线WiVcc位线位线Yi熔丝熔丝图图9.1.4 PROM存储单元存储单元双极型晶双极型晶体三极管体三极管 存储单元用存储单元用叠栅注入叠栅注入MOS管管构成（构成（SIMOS）写入：利用雪崩击穿；擦除：利用紫外线。写入：利用雪崩击穿；擦除：利用紫外线。字线字线Wi位线位线YiDSG图9.1.5 UVEPROM存储单元MOS型晶型晶体三极管体三极管选择栅选择栅浮置栅浮置栅典型产