半导体存储器98

1、第三章半导体存储器 第三章 半导体存储器 1存储器的分类 外存储器 内存储器半导体存储器 RAM ROM 由上至下容量越来越大，速度越来越慢 通用存放器堆及 指令、数据缓冲栈 高速缓存 主存储器 联机外存储器 脱机外存储器第三章 半导体存储器 半导体存储器存储器是计算机中用来记录信息的设备。由能够表示二进制数“0和“1的、具有记忆功能的一些物理器件组成。能存放一位二进制数的物理器件称为一个存储元。假设干存储元构成一个存储单元。RAM：随机存取存储器Random Access Memory又称读写存储器 静态RAMStatic RAM，简称SRAM动态RAMDynamic RAM简称DRAM R

2、OM：只读存储器Read Only Memory掩模式ROM 可编程序只读存储器PROMProgammable ROM 可改写的只读存储器EPROMErasable Programmable ROM 第三章 半导体存储器 2内存储器的性能指标 存储容量 最大存取时间 功耗 可靠性 平均故障间隔时间MTBF 集成度 第三章 半导体存储器 3.2 随机存取存储器RAM 1根本结构 存储矩阵地址译码器存储器控制电路三态双向缓冲器存储矩阵地址译码器地址寄存器地址总线读写放大器数据寄存器数据总线控制电路OEWECESRAM芯片的结构存储矩阵地址总线I/O缓冲器数据总线读写控制/动态刷新电路RAS#DRA

3、M芯片的结构地址锁存器CAS#WE#1静态随机存取存储器SRAM2动态随机存取存储器DRAM静态RAM的存储元由双稳态触发器构成，每个触发器由46个晶体管组成。存储信息稳定。 SRAM读写速度快，通常用来做Cache。动态存储器由一个小电容存储由电容是否带电决定所存储的信息。附加器件仅需一个晶体管开关，以决定对电容器的操作。所以DRAM耗电少，且集成度高。但是由于电容存在的漏电现象而使其存储的信息不稳定，故DRAM芯片需要定时刷新。 DRAM主要用来做内存第三章 半导体存储器 3. 典型存储器芯片举例CMOS RAM芯片62648KB： 主要引脚功能地址线：A0-A12；数据线：D0-D7；输

4、出允许信号：OE；写允许信号：WE；选片信号：CS1，CS2。NCA12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GND VCC WE CS2A8 A9 A11 OE A10 CS D7 D6 D5 D4 D3 1 28 2 27 3 26 4 25 5 24 6 23 7 22 8 21 9 20 10 19 11 18 12 17 13 16 14 15 4. SRAM与CPU的连接(6264) D0D7A0A12WEOECS1CS2A0A12WRRD译码电路高位地址信号D0D7第三章 半导体存储器 译码电路将输入的一组二进制编码变换为一个特定的输出信号，即： 将输入的一组高位地址信号通

5、过变换，产生一个有效的输出信号，用于选中某一个存储器芯片，从而确定了该存储器芯片在内存中的地址范围。第三章 半导体存储器 全地址译码用全部的高位地址信号作为译码信号，使得存储器芯片的每一个单元都占据一个唯一的内存地址。所接芯片的地址范围：F0000HF1FFFHA19A18A17A16A15A14A13&1CS1第三章 半导体存储器 局部地址译码用局部高位地址信号而不是全部作为译码信号，使得被选中得存储器芯片占有几组不同的地址范围。两组地址： F0000HF1FFFH B0000HB1FFFHA19A17A16A15A14A13&1CS1第三章 半导体存储器 应用举例地址范围为：38000H3

6、9FFFHD0D7A0A12WEOECS1CS2A0A12WRRDD0D7A19G1G2AG2BCBA&A18A14A13A17A16A15VCCY0第三章 半导体存储器 与8088的连接1#&2#: 88000H8BFFEH 偶地址 3#&4#: 88001H8BFFFH 奇地址 D0D3A0A12D0D3A0A12D0D3A0A12D0D3A0A12A1A13 D0D3D4D7D8D11D11D15&A0 74LS138E3A19 M/IO A16A15A14CBA1A18A17 1#2#3#4#WE OE CS CS CS CS WE OE WE OE WE OE E2 E1 BHE 与

7、8086的连接Q2 WR RD 3.3 动态随机存取存储器DRAM 1DRAM根本存储单元及其工作原理 2简单DRAM芯片举例 2164A：64K1bit采用行地址和列地址来确定一个单元；行列地址分时传送，共用一组地址信号线；地址信号线的数量仅为同等容量SRAM芯片的一半。第三章 半导体存储器 RAS：行地址选通信号。用于锁存行地址；CAS：列地址选通信号。地址总线上先送上行地址，后送上列地址，它们分别在RAS和CAS有效期间被锁存在锁存器中。DIN： 数据输入DOUT：数据输出 2164WE：写允许信号第三章 半导体存储器 WE=0 数据写入WE=1 数据读出NCDINWERASA0A2A1

8、GND VCCCASDOUTA6A3A4A5A7 1 16 2 15 3 14 4 13 5 12 6 11 7 10 8 9 DOUT输出缓冲器A0A1A2A3A4A5A6A7128存储矩阵128读出放大器1/2(1/128列译码器)128读出放大器128128存储矩阵1/128行译码器1/128行译码器128存储矩阵128读出放大器1/2(1/128列译码器)128读出放大器128128存储矩阵8位地址锁存器 1/4I/O门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 RASCASWEDIN1281282164内部结构示意图 3动态RAM的连接与再生将存放于每位中的信息读出再照原

9、样写入原单元的过程-刷新定时集中再生方式非同步再生方式 同步式再生方式 第三章 半导体存储器 4内存条简介 内存条的性能指标EDO DRAM(Extended Data Out)存取时间5070ns SDRAM(Synchronous DRAM)存取时间610ns第三章 半导体存储器 内存条的种类 SIMMSingle Inline Memory Module单列直插式内存模块72线：32位数据、12位行列公用地址、RAS#、CAS#等在Pentium微型机中必须成对使用 EDODIMMDual Inline Memory Module双列直插式内存模块168线：64位数据、14位行列公用地址

10、、RAS#、CAS#等可单数使用EDO/SDRAM位扩展字扩展字位扩展用多片存储芯片构成一个需要的内存空间，它们在整个内存中占据不同的地址范围，任一时刻仅有一片或一组被选中-存储器的扩展。位扩展存储器的存储容量等于： 单元数每单元的位数当构成内存的存储器芯片的字长小于内存单元的字长时，就要进行位扩展，使每个单元的字长满足要求。字节数字长位扩展例用8片2561芯片构成2568存储器。74LS138A8A15DBABD0D1D7A0A7CB芯片控制信号位扩展方法：将每片的地址线、控制线并联，数据线分别引出。位扩展特点： 存储器的单元数不变，位数增加。字扩展地址空间的扩展。芯片每个单元中的字长满足，

11、但单元数不满足。扩展原那么：每个芯片的地址线、数据线、控制线并联，仅片选端分别引出，以实现每个芯片占据不同的地址范围。A9A0 D7D0 A9A0 CS2114 WE D7D0 6：64译 码 器 A9A0 D7D0 A9A0 CS2114 WE D7D0 A9A0 D7D0 A9A0 CS2114 WE D7D0 A9A0 D7D0 A9A0 CS 2114 WE D7D0 A9A0 D7D0 A9A0 CS 2114 WE D7D0 A9A0 D7D0 A9A0 CS2114 WE D7D0 A15A10 A9A0 IO/M CPU WE D7D0 用2114芯片组成4K RAM全局译码结

12、构图字位扩展根据内存容量及芯片容量确定所需存储芯片数；进行位扩展以满足字长要求；进行字扩展以满足容量要求。假设已有存储芯片的容量为LK，要构成容量为M N的存储器，需要的芯片数为： M / L N / KA8A9A0A7D0D7地址线数据线A0 CE 4 I/OA0 CE 32564A7 I/OA0 CE 6 I/OA0 CE 52564A7 I/OA0 CE 8 I/OA0 CE 72564A7 I/OA0 CE 2 I/OA0 CE 12564A7 I/O译码器用2564位的芯片组成1K RAM的方框图3.4只读存储器的结构、特点和分类 1只读存储器的分类、结构和特点ROM的分类掩模ROM

13、一次性可写ROM可读写ROM第三章 半导体存储器 ROM的结构存储矩阵地址译码器输出缓冲器ROM的特点非易失性ROM的分类 掩模编程的ROMMask Programmed ROM 现场编程ROM 可改写的PROMErasable Programable ROM UVEPROM：紫外线擦洗的EPROMUltraviolet EPROM E2PROM：电擦洗的EPROMElectrically EPROM 或称EAROM：电改写的ROM，即Electrically Alterable ROM 第三章 半导体存储器 2紫外线擦除可编程只读存储器UVEPROM 特点：可屡次编程写入；掉电后内容不丧失；

14、内容的擦除需用紫外线擦除器。第三章 半导体存储器 EPROM 27648K8bit芯片，其引脚与SRAM 6264完全兼容：地址信号：A0 A12数据信号：D0 D7输出信号：OE片选信号：CE编程脉冲输入：PGM2764的工作方式数据读出编程写入擦除标准编程方式快速编程方式编程写入的特点：每出现一个编程负脉冲就写入一个字节数据3电擦除可编程只读存储器E2PROM 特点：可在线编程写入；掉电后内容不丧失；电可擦除。第三章 半导体存储器 EEPROM芯片98C64A8K8bit芯片；13根地址线A0 A12；8位数据线D0 D7；输出允许信号OE；写允许信号WE；选片信号CE；状态输出端READ

15、Y/BUSY。工作方式数据读出编程写入擦除字节写入：每一次BUSY正脉冲写 入一个字节自动页写入：每一次BUSY正脉写 入一页1 32字节字节擦除：一次擦除一个字节片擦除：一次擦除整片EEPROM的应用可通过编写程序实现对芯片的读写，但 每写入一个字节都需判断READY/BUSY 端的状态，仅当该端为高电平时才可写 入下一个字节。4Flash闪速存储器 特点：通过向内部控制存放器写入命令的方法来控制芯片的工作方式。第三章 半导体存储器 工作方式数据读出编程写入：擦除读单元内容读内部状态存放器内容读芯片的厂家及器件标记数据写入，写软件保护字节擦除，块擦除，片擦除擦除挂起3.5 高速缓冲存储器Ca

16、che 概述 由于CPU与主存之间在执行速度上存在较大的差异，为提高CPU的效率，并考虑到价格因素，基于程序的局部性原理，在CPU与主存之间增加的高速缓冲存储器Cache技术第三章 半导体存储器 CPUCache主 存DB存储器访问的局部性原理存储器访问的局部性指处理器访问存储器时，无论取指令还是取数据，所访问的存储单元都趋向于聚集在一个较小的连续单元区域中。时间上的局部性最近的将来要用到的信息很可能就是现在正在使用的信息。主要由循环造成。空间上的局部性最近的将来要用到的信息很可能与现在正在使用的信息在空间上是邻近的。主要由顺序执行和数据的聚集存放造成。Cache的命中率Cache与内存的空间

17、比一般为：1128CPU读取指令或数据时首先在Cache中找，假设找到那么“命中，否那么为“不命中。命中率影响系统的平均存取速度系统的平均存取速度= Cache存取速度命中率+RAM存取速度不命中率第三章 半导体存储器 Cache的读写操作读操作写操作贯穿读出式旁路读出式写穿式回写式贯穿读出式CPUCache主 存CPU对主存的所有数据请求都首先送到Cache，在Cache中查找。假设命中，那么切断CPU对主存的请求，并将数据送出；如果不命中，那么将数据请求传给主存。旁路读出式CPU向Cache和主存同时发出数据请求。如果命中，那么Cache将数据回送给CPU，并同时中断CPU对主存的请求；假

18、设不命中，那么Cache不做任何动作，由CPU直接访问主存。CPUCache主 存写穿式从CPU发出的写信号送Cache的同时也写入主存。CPUCache主 存回写式数据一般只写到Cache，当Cache中的数据被再次更新时，将原更新的数据写入主存相应单元，并接受新的数据。CPUCache主 存更新写入Cache的分级体系结构一级Cache：容量一般为8KB-6KB二级Cache：容量一般为128KB-2MB指令Cache和数据CachegPdLaI7F3C0y)v&s#pXmUiRfOcK9H5E2B+x(u%rZoWkThQeMbJ8G4D1z-w*t!qYnVjSgOdLaI6F3C0y

19、)v%s#pXlUiRfNcK8H5E2A+x(u$rZnWkThPeMbJ7G4D1z-w&t!qYmVjSgOdL9I6F3B0y)v%s#oXlUiQfNcK8H5D2A+x*u$rZnWkShPeMaJ7G4C1z)w&t!pYmVjRgOcL9I6E3B0y(v%s#oXlTiQfNbK8H5D2A-x*u$qZnWkShPdMaJ7F4C1z)w&s!pYmUjRgOcL9H6E3B+y(v%r#oWlTiQeNbK8G5D1A-x*t$qZnVkSgPdMaI7F4C0z)w&s!pXmUjRfOcL9H6E2B+y(u%r#oWlThQeNbJ8G5D1A-w*t$qYnVkS

20、gPdLaI7F3C0z)v&s#pXmUiRfOcK9H5E2B+x(u%rZoWlThQeMbJ8G4D1A-w*t!qYnVjSgPdLaI6F3C0y)v&s#pXlUiRfNcK9H5E2A+x(u$rZoWkThPeMbJ7G4D1z-w&t!qYmVjSgOdL9I6F3B0y)v%s#pXlUiQfNcK8H5E2A+x*u$rZnWkThPeMaJ7G4C1z-w&t!pYmVjRgOdL9I6E3B0y(v%s#oXlTiQfNbK8H5D2A-x*u$qZnWkShPeMaJ7F4C1z)w&t!pYmUjRgOcL9I6E3B+y(v%r#oXlTiQeNbK8G5D2

21、A-x*t$qZnVkShPdMaI7F4C0z)w&s!pXmUjRfOcL9H6E3B+y(u%r#oWlTiQeNbJ8G5D1A-x*t$qYnVkSgPdMaI7F3y(v%r#oXlTiQeNbK8G5D2A-x*t$qZnVkShPdMaI7F4C0z)w&s!pYmUjRfOcL9H6E3B+y(u%r#oWlTiQeNbJ8G5D1A-x*t$qYnVkSgPdMaI7F3C0z)v&s!pXmUiRfOcK9H6E2B+x(u%rZoWlThQeNbJ8G4D1A-w*t$qYnVjSgPdLaI7F3C0y)v&s#pXmUiRfNcK9H5E2B+x(u$rZoWkTh

22、QeMbJ7G4D1z-w*t!qYmVjSgOdLaI6F3B0y)v%s#pXlUiRfNcK8H5E2A+x(u$rZnWkThPeMbJ7G4C1z-w&t!qYmVjRgOdL9I6F3B0y(v%s#oXlUiQfNbK8H5D2A+x*u$qZnWkShPeMaJ7G4C1z)w&t!pYmVjRgOcL9I6E3B0y(v%r#oXlTiQfNbK8G5D2A-x*u$qZnVkShPdMaJ7F4C0z)w&s!pYmUjRfOcL9H6E3B+y(v%r#oWlTiaJ7G4C1z)w&t!pYmVjRgOcL9I6E3B0y(v%r#oXlTiQfNbK8G5D2A-x*

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24、J8G4D1z-w*t!qYnVjSgPdLaI6F3C0y)v&s#pXlUiRfNcK9H5E2A+x(u$rZoWkThPeMbJ7G4D1z-w&t!qYmVjSgOdL9I6F3B0y)v%s#oXlUiQfNcK8H5D2A+x*u$rZnWkThPeMaJ7G4C1z-w&t!pYmVjRgOdL9I6E3B0y(v%s#oXlTiQfNbK8H5D2A-x*u$qZnWkShPdMaJ7F4C1z)w&s!pYmUjRgOcL9I6E3B+y(v%r#oXlTiQeNbK8G5D2A-x*t$qZnVkShPdM6E3B0y(v%s#oXlTiQfNbK8H5D2A-x*u$q

25、ZnWkShPeMaJ7F4C1z)w&t!pYmUjRgOcL9I6E3B+y(v%r#oXlTiQeNbK8G5D2A-x*t$qZnVkShPdMaI7F4C0z)w&s!pXmUjRfOcL9H6E2B+y(u%r#oWlTiQeNbJ8G5D1A-x*t$qYnVkSgPdMaI7F3C0z)v&s!pXmUiRfOcK9H6E2B+x(u%rZoWlThQeMbJ8G4D1A-w*t!qYnVjSgPdLaI7F3(u%r#oWlTiQeNbJ8G5D1A-x*t$qYnVkSgPdMaI7F3C0z)v&s!pXmUiRfOcK9H6E2B+x(u%rZoWlThQeMbJ8G4

26、D1A-w*t$qYnVjSgPdLaI7F3C0y)v&s#pXmUiRfNcK9H5E2B+x(u$rZoWkThQeMbJ7G4D1z-w*t!qYmVjSgOdLaI6F3B0y)v%s#pXlUiRfNcK8H5E2A+x(u$rZnWkThPeMbJ7G4C1z-s#pXmUiRfNcK9H5E2B+x(u$rZoWkThQeMbJ7G4D1z-w*t!qYmVjSgOdLaI6F3C0y)v%s#pXlUiRfNcK8H5E2A+x(u$rZnWkThPeMbJ7G4C1z-w&t!qYmVjRgOdL9I6F3B0y(v%s#oXlUiQfNbK8H5D2A+x*u$rZnWk

27、ShPeMaJ7G4C1z)w&t!pYmVjRgOcL9I6E3B0y(v%r#oXlTiQfNbK8G5D2A-x*u$qZnVkShPdMaJ7F4C0z)w&s!pYmUjRK8H5D2A+x*u$rZnWkShPeMaJ7G4C1z)w&t!pYmVjRgOcL9I6E3B0y(v%r#oXlTiQfNbK8G5D2A-x*u$qZnVkShPdMaJ7F4C1z)w&s!pYmUjRgOcL9H6E3B+y(v%r#oWlTiQeNbK8G5D1A-x*t$qZnVkSgPdMaI7F4C0z)v&s!pXmUjRfOcK9H6E2B+y$qZnWkShPdMaJ7F4C1z)w&

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29、6F3C0y)v&s#pXlUiRfNcK9H5E2A+x(u$rZoWkThPeMbJ7G4D1z-w&t!qYmVfOcK9H6E2B+x(u%rZoWlThQeMbJ8G4D1A-w*t!qYnVjSgPdLaI6F3C0y)v&s#pXlUiRfNcK9H5E2A+x(u$rZoWkThPeMbJ7G4D1z-w*t!qYmVjSgOdLaI6F3B0y)v%s#pXlUiQfNcK8H5E2A+x*u$rZnWkThLaI6F3C0y)v&s#pXlUiRfNcK9H5E2B+x(u$rZoWkThQeMbJ7G4D1z-w*t!qYmVjSgOdLaI6F3B0y)v%s#pXlU

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