第6章半导体存储器ppt课件

1、第第6章章 半导体存储器半导体存储器 数字系统运行中有大量信息需要处理，希望有存储部件来存放正被处理的信息。 半导体存储器是一种由半导体器件构成的能够存储数据、运算结果、操作指令的逻辑部件。用于计算机的内存及数字系统存储部件。6.1 概述概述6.2 只读存储器只读存储器6.3 随机存取存储器随机存取存储器 分成TTL和MOS存储器两大类。TTL型速度快，MOS型工艺简单、集成度高、功耗低、成本低等特点。按访问方式不同：分成只读存储器、顺序访问存储器和随机访问存储器。 6.1 概述概述 6.1.1 半导体存储器的分类半导体存储器的分类按制造工艺不同分类：按制造工艺不同分类： 只读存储器只读存储器

2、Read Only Memory 简称简称ROM内存储的信息是在脱离系统的状内存储的信息是在脱离系统的状态下被存入的，在系统运行中只能被读态下被存入的，在系统运行中只能被读出而不能被修改。出而不能被修改。 随机访问存储器随机访问存储器Random Access Memory 简称简称RAM的访问时间和地址的访问时间和地址都不受限制，在系统运行时可任意读写都不受限制，在系统运行时可任意读写数据。数据。 顺序访问存储器顺序访问存储器Sequence Access Memory简称简称SAM在系统运行时可以在系统运行时可以随时读写数据，但被访问的存储单元地随时读写数据，但被访问的存储单元地址是按序排

3、列的，不能随意选择，如果址是按序排列的，不能随意选择，如果信息读出地址的顺序是与写入时同序的信息读出地址的顺序是与写入时同序的称先进先出称先进先出FIFO存储器，与写入时存储器，与写入时逆序的称先进后出逆序的称先进后出FILO存储器。存储器。 6.1.2 半导体存储器的主要技术指标：半导体存储器有两个主要技术指标：存储容量和存取时间。1、存储容量：存储器中存储单元个数叫存储容量。存储单元是存储器最基本存储细胞，可存放1位二值数据。 数字系统信息通常以数字系统信息通常以“字为单位存储，字为单位存储，1个字由若干位二进制数据或数码构成。个字由若干位二进制数据或数码构成。 一个寄存器一个寄存器 由由

4、m个触发器构成，可以记个触发器构成，可以记忆忆m位二进制数据或信息，我们把这位二进制数据或信息，我们把这m位位二进制数据组成的信息组称为二进制数据组成的信息组称为“字字”，其位数称为其位数称为“字长字长”。 存储器中每个字单元被赋于一个单元地存储器中每个字单元被赋于一个单元地址。址。 “字单元地址以二进制编码表示，存储字单元地址以二进制编码表示，存储器按输入的器按输入的“字地址码选择被访问的字地址码选择被访问的存储单元。地址码为存储单元。地址码为n位，有位，有2 n种组合，种组合，可以表示可以表示2 n 个字单元，即字单元的寻访个字单元，即字单元的寻访范围为范围为2 n个。个。 所以一般存储器

5、地址码输入端口数反映所以一般存储器地址码输入端口数反映了存储器所含的了存储器所含的“字数字数NN =2 n ）。）。 一个一个“字包含字包含m位数据同时被存入或读出，位数据同时被存入或读出，所以存储器的数据端口数反映了存储信息的所以存储器的数据端口数反映了存储信息的“字长字长m。存储器中含有的存储单元总数。存储器中含有的存储单元总数M（ =字数字数字长字长= N m称为存储容量。称为存储容量。 例如，某存储器能存储例如，某存储器能存储1024个字个字 ，每个字，每个字4位，位，那它的存储容量就为那它的存储容量就为10244=4096，即该存储，即该存储器有器有4096个存储单元。个存储单元。

6、2、存取周期连续两次读写操作间隔的最短时间称为存取周期。 6.2 只读存储器半导体只读存储器(Read-only Memory,简称ROM)是只能读不能写的存储器。通常用其存放固定的数据和程序，如计算机系统的引导程序、监控程序、函数表、字符等。只读存储器为非易失性存储器，去掉电源，所存信息不会丢失。ROM按存储内容的写入方式，可分为固定ROM，可编程序只读存储器，简称PROM)和可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read Only Memory，简称EPROM)。固定ROM：在制造时根据特定的要求做成固定的存储内容，出厂后，用户无法更改，只能读出。PROM：P

7、ROM和ROM的区别在于ROM由厂家编程，PROM由用户编程。出厂时PROM的内容全是0或全是1，使用时，用户可以根据需要编好代码，写入PROM中。但只能写入一次，一经写入就不能再更改。EPROM：存储内容可以改变，但EPROM所存内容的擦去或改写，需要专门的擦抹器和编程器实现。在工作时，也只能读出。 6.2.3 可擦可编程只读存储器(EPROM) 可擦除可编程存储器又可以分为：光可擦除可编程存储器UVEPROM(UltraViolet Ereasable Programmable ReadOnly Memory)电可擦除可编程存储器E2PROM (Electrical Ereasable P

8、rogrammable ReadOnly Memory)快闪存储器(Flash Memory)等。 6.2.1 固定只读存储器(ROM) 图图6-1 ROM结构图结构图6.3 随机存取存储器随机存取存储器 随机存取存储器RAMRandom Access Memory可随时从任一指定地址存入写入或取出读出信息。在计算机中，RAM用作内存储器和高速缓冲存储器。 RAM的电路结构为时序逻辑电路，一般由触发器或电容记忆二进制数据（“0或“1”），存储数据在电路失电时丢失。 RAM分为静态RAM和动态RAM；静态静态RAMSRAM是以触发器为基本是以触发器为基本单元来存储单元来存储0和和1的，；的，；静

9、态静态RAM所用管子数目多，功耗大，集所用管子数目多，功耗大，集成度受到限制，为克服此缺点，人们研成度受到限制，为克服此缺点，人们研制了动态制了动态RAM （DRAM） 。动态动态RAM存储数据的原理：存储数据的原理：MOS管栅极管栅极电容的电荷存储效应。信息的存储单元电容的电荷存储效应。信息的存储单元是由门控管和电容组成。用电容上是否是由门控管和电容组成。用电容上是否存储电荷表示存存储电荷表示存1或存或存0。 由于漏电流的存在，电容上存储的数据由于漏电流的存在，电容上存储的数据电荷不能长久保存，必须定期重写，电荷不能长久保存，必须定期重写，以免数据丢失以免数据丢失刷新再生）。刷新再生）。 常

10、见动态常见动态RAM存储单元有存储单元有3管和单管两管和单管两种。种。 为了提高集成度，目前大容量动态为了提高集成度，目前大容量动态RAM的存储单元普遍采用单管结构的存储单元普遍采用单管结构 DRAM的主要特点：的主要特点：1、容量大、容量大DRAM存储元采用的存储元采用的MOS管少，所以其管少，所以其单片存储器的容量可以大大增加。单片存储器的容量可以大大增加。DRAM的存储容量一般为的存储容量一般为SRAM的四倍。的四倍。 2、电路复杂、速度低、电路复杂、速度低DRAM利用了电容存储信息，由于电容具有漏电利用了电容存储信息，由于电容具有漏电特性，随着时间推移，存储器信息容易丢失。特性，随着时

11、间推移，存储器信息容易丢失。因而，在数字系统运行中，必须定时对因而，在数字系统运行中，必须定时对DRAM中的数据信息中的数据信息“刷新刷新”。 所以所以DRAM的操作的操作较较SRAM复杂，信息存取速度较低。根据复杂，信息存取速度较低。根据DRAM与与SRAM各自的特点，在计算机系统中，各自的特点，在计算机系统中，容量大的主内存一般采用容量大的主内存一般采用DRAM，而高速缓存，而高速缓存器则采用器则采用SRAM。 6.3.3 集成RAM简介 图6-14是Intel公司的MOS型静态RAM2114的结构图。存储容量10244位。采用X、Y双向译码方式。4096个存储单元排列成64行64列矩阵，

12、64列中每4列为一组，分别由16根Y译码输出线控制。即每一根译码输出线控制存储矩阵中4列的数据输入、输出通路，读写操作在 （读/写信号和 （片选信号的控制下进行。WR/CS当当 =0且且 =1时，时，实现读出操作，当实现读出操作，当 =0且且 =0时执行写时执行写操作。操作。CSWR/CSWR/图图6-14 2114RAM10244位位 存储器结构图存储器结构图6.3.4 RAM的扩展 RAM的种类很多，存储容量有大有小。当一片RAM不能满足存储容量需要时，就需要将若干片RAM组合起来，构成满足存储容量要求的存储器。RAM的扩展分为位扩展和字扩展两种。 1. 位扩展 字数满足要求，而位数不够时

13、，应采用位扩展。 实现位扩展的原则是：多个单片RAM的I/O端并行输出。多个RAM的CS接到一起，作为RAM的片选端同时被选中）；地址端对应接到一起，作为RAM的地址输入端。多个单片RAM的R/W端接到一起，作为RAM的读/写控制端读/写控制端只能有一个）； 图6-15是用4片2561位的RAM扩展成2564位的RAM的接线图。 图图6-15 RAM位扩展接线图位扩展接线图 2.字扩展在RAM的数据位的位数足够，而字数达不到要求时，需要进行字扩展。字数增加，地址线数就得相应增加。如2568位RAM的地址线数为8条，而10248位RAM的地址线数为10条接线见图6-16）。实现字扩展的原则是：多个单片RAM的I/O端并接，作为RAM的I/O端 . 多片构成字扩展之后，每次访问只能选中一片，选中哪一片，由字扩展后多出的地址线决定。多出的地址线经输出低有效的译码器译码，接至各片RAM的CS端；地址端对应接到一起，作为低位地址输入端。R/W端接到一起作为RAM的读/写控制端读写控制端只能有一个）；图图6-16 RAM的字扩展接法的字扩展接法例6-1 试用1024