第5章半导体存储器

第5章半导体存储器5．1半导体存储器的分类存储器的分类：1、按存储介质分：半导体存储器——集成电路芯片，用作内存磁表面存储器——磁盘存储器、磁带存储器，用作外存光存储器——光盘，用作外存2、按工作方式分：只读存储器（ROM）——断电信息保存，用于保存参数、数据和系统程序

RAM存储器——断电信息即失，可随机读或写3、按计算机体系结构分：高速缓冲存储器（Cache）——高速存取，与CPU匹配主存储器（内存）——CPU直接访问，速度快，容量小，分为RAM和ROM

辅助存储器（外存）——CPU不直接访问，容量较大

5．1．2半导体存储器的性能指标

1．容量存储器可以容纳的二进制信息的位数表示为：存储单元数×位数存储单元=2地址线数位数=数据线数

2．存取时间从存储器接到读（或写）命令到完成读（或写）操作所需的时间，也称为存储器访问时间（TA）3．存储周期存储器进行两次连续、独立的操作之间所需的时间（TM

）。存储器在存取数据后要进行周期切换，所以存储周期略大于存取时间。4．存储器带宽单位时间里存储器所存取的信息量，是衡量数据传输的重要指标。单位：位/秒、字节/秒5．1．1半导体存储器的分类5．2随机存取存储器RAM

双极型（TTL）半导体存储器分类静态MOS存储器（SRAM）金属氧化物（MOS）动态MOS存储器（DRAM）优点：存取速度快，体积小可靠性高，价格低缺点：断电信息即丢失靠MOS管触发器存储信息靠MOS管电容存储信息，需定时刷新双极型RAM的特点（1）速度快（2）功耗大（3）成本高（4）主要用于速度要求较高的微机中或作为Cache静态MOS存储器的特点（1）存取速度比动态RAM快（2）功耗比双极型低，但比动态RAM高（3）不需要刷新，可省去刷新电路动态MOS存储器的特点（1）价格便宜（2）集成度高（3）需要定时刷新5．3只读存储器ROM

掩膜式ROMPN结击穿型PROM分类一次可编程ROM

熔丝熔断型PROM

可编程ROM光可擦除可编程EPROM

多次可编程ROM

电可擦除可编程EEPROM优点：具有不易失性，断电信息不丢失用途：存放系统文件和参数，便于系统调用可供用户一次编程，写入后不能更改，不灵活，已淘汰可联机擦除，可多次写入优点：可靠性高，集成度高，价格便宜缺点：不能重写由紫外线擦除，可多次写入5．4存储器接口设计5．4．1存储器地址分配及译码器

1．存储器地址分配在进行存储器与CPU连接前，首先要确定内存容量的大小和选择存储器芯片的容量大小。2．存储器地址译码器存储器系统设计是将芯片与所确定的地址空间联系起来，即将芯片中的存储单元与实际地址一一对应，这样才能通过寻址对存储单元进行读写。5．4．2存储器扩展数据线连接——芯片（组）的数据线直连数据总线控制线连接——芯片的读/写线连接到控制总线的访存读/写控制线地址线连接——片内寻址和片外地址译码低位地址线——片内存储单元寻址，线数等于芯片的地址线数高位地址线——片外地址译码（电路译码，译码器译码）产生片选信号（CS、CE）剩余地址线全部译码：全地址译码剩余地址线部分译码：部分地址译码地址译码——高位地址线经过外地址译码产生芯片的片选信号（一）地址译码方法全地址译码高位地址线全部用来译码产生片选信号，芯片地址空间唯一。（1）组合逻辑电路译码——门电路译码（2）集成译码器译码——少量地址输入产生多个片选输出译码器：2-4译码器（74LS139）

3-8译码器（74LS138）

4-16译码器（74LS154）片内低位地址——全0得始地址，全1得末地址剩余高位地址线——由地址译码决定部分地址译码高位地址线中部分用来译码产生片选信号。片内低位地址——全0得始地址，全1得末地址已用地址译码线——由地址译码决定未用地址译码线——逻辑电平任意（二）内存扩展方法字扩展就是扩展存储器的地址空间，位扩展就是扩展存储器的数据线。位扩展法当存储芯片所能提供的数据位数不能满足存储器的字长要求时。方法：（1）各芯片的数据线分别接到数据总线的各位上（2）各芯片的地址线对应并接连到相应的地址总线各位上（3）各芯片的控制线并接在一起，连到相应控制线上

8片1K×1位RAM扩展成1K×8位RAM字扩展法用存储容量较小的芯片组成容量较大的存储器。方法：（1）各芯片的片内地址线、数据线、读/写控制线并联，接到相应的总线上（2）高位地址线信号送地址译码器输入端，地址译码器输出端接芯片的片选端

1K×8位RAM扩展成8K×8位RAM字位扩展同时扩展地址线和数据线，它们的总容量的计算就是用需要的N×M除以现有的n×m，就可以得到要几片n×m去实现N×M。扩展的方法是数据线按照位扩展，地址线按照字扩展进行。例：已知有4K×4的ROM芯片，若要组成16K×8的ROM存储器，问要几片这样的芯片？16K×8的ROM存储器需要214=16K的地址空间，用到14根地址线，此芯片组的数据线是8根，

4K×4的ROM存储器需要212=4K的地址空间，用到12根地址线，此芯片组的数据线是4根因此要用到的芯片数量（16K×8）÷（4K×4）=8（片）位扩展：8÷4=2，需要每组2个芯片，所以共4组字扩展：14-12=2，需要2条高地址线扩展4组存储器芯片的12根地址线分别对应连在一起，2根高地址线分别接译码电路（2-4译码器）输入端，输出端（00，01，10，11）分别接分组后的4组芯片的片选端。例：为某8位机（地址总线为16位）设计一个32KB容量的存储器。要求采用2732芯片构成8KBEPROM区，地址从0000H开始；采用6264芯片构成24KBRAM区，地址从2000H开始。片选信号采用全译码法。（1）

每片2732存储容量为212×8（4K×8），构成8KB存储容量所需芯片数量=8K*8/（4K*8）=2（片），需扩展13-12=1条高位地址线......片内译码片选译码（2）每片6264存储容量为213×8（8K×8），构成24KB存储容量所需芯片数量=24K×8/（8K×8）=3（片），需扩展15-13=2条高位地址线存储器扩展电路译码电路的译码方法（1）线选法直接用CPU地址总线中某一高位线作为存储器芯片的片选信号。适用于扩展存储容量较小的系统。

5．4．3存储器芯片与CPU的连接例如，某一计算机系统，共有16条地址，现只需接入1KB的RAM和1KB的ROM，因此可以确定，当地址范围要求如下表所示时，字选线为10条，可用A0～A9充当；若用A10作片选，则RAM和ROM的地址为第一组，当用A11作片选时，地址范围如第二组。线选取控制电路及地址分配

A10A11ROM：0000H—03FFH0000H—03FFHRAM：0400H—07FFH0800H—0BFFH（2）部分译码法高位地址线的一部分地址线，经过译码电路产生片选信号。未连接的地址线会使芯片地址不唯一。部分译码法地址分配情况芯片A15-A12（不用）A11-A10（参与译码）A9-A0地址范围1#00000000000