存储系统及半导体存储器课件

存儲系統及半導體記憶體半導體存儲器的分類隨機存取記憶體雙極性半導體RAM動態金屬氧化物（MOS)RAM讀寫記憶體掩膜式ROM可編程ROM(PROM,ProgrammableROM)可擦除的PROM（EPROM，ErasableProgrammableROM）

電可擦除的PROM（E2PROM，ElectricallyErasableProgrammableROM）隨機存取存儲器靜態RAM（SRAM)基本的存儲電路典型的靜態RAM晶片

6116（2KB×8位）、6264（8KB×8位）、62256（32KB×8位）、628128（128KB×8位）等。

隨機存取存儲器動態RAM（DRAM)單管動態存儲電路動態RAM的刷新

為保持電容中的電荷不丟失，必須對動態RAM不斷進行讀出和再寫入

隨機存取存儲器動態RAM（DRAM)64K位動態RAM記憶體

晶片2164A的容量為64K×1位，即片內共有64K（65536）個地址單元，

每個地址單元存放一位數據。需要16條地址線，地址線分為兩部分：行地址與列地址。晶片的地址引線只要8條，內部設有地址鎖存器，利用多路開關，由行地址選通信號變低（RowAddressStrobe），把先出現的8位地址，送至行地址鎖存器；由隨後出現的列地址選通信號（ColumnAddressStrobe）把後出現的8位地址送至列地址鎖存器。這8條地址線也用於刷新（刷新時地址計數，實現一行行刷新）。隨機存取存儲器

64K存儲體由4個128×128的存儲矩陣構成。每個128×128的存儲矩陣，有7條行地址和7條列地址線進行選擇。7條行地址經過解碼產生128條選擇線，分別選擇128行；7條列地址線經過解碼也產生128條選擇線，分別選擇128列。

隨機存取存儲器鎖存在行地址鎖存器中的7位行地址RA6～RA0同時加到4個存儲矩陣上，在每個矩陣中都選中一行，則共有512個存儲電路被選中，它們存放的資訊被選通至512個讀出放大器，經過鑒別、鎖存和重寫。鎖存在列地址鎖存器中的7位列地址CA6～CA0（地址匯流排上的A14～A8），在每個存儲矩陣中選中一列，則共有4個存儲單元被選中。最後經過1/4I/O門電路（由RA7與CA7控制）選中一個單元，可以對這個單元進行讀寫。只讀存儲器

只讀記憶體ROM，是一種非易失性的半導體記憶體件。其中所存放的資訊可長期保存，掉電也不會丟失，常被用來保存固定的程式和數據。在一般工作狀態下，ROM中的資訊只能讀出，不能寫入。對可編程的ROM晶片，可用特殊方法將資訊寫入，該過程被稱為“編程”。對可擦除的ROM晶片，可採用特殊方法將原來資訊擦除，以便再次編程。只讀存儲器掩膜式ROM

掩膜式ROM一般由生產廠家根據用戶的要求定制的。只讀存儲器可編程的ROM

出廠時，所有存儲單元的熔絲都是完好的。編程時，通過字線選中某個電晶體。若準備寫入1，則向位線送高電平，此時管子截止，熔絲將被保留；若準備寫入0，則向位線送低電平，此時管子導通，控制電流使熔絲燒斷。換句話說，所有存儲單元出廠時均存放資訊1，一旦寫入0使熔絲燒斷，就不可能再恢復。只讀存儲器可擦除可編程的ROM（EPROM）

特點：晶片的上方有一個石英玻璃的窗口，通過紫外線照射，晶片電路中的浮空晶柵上的電荷會形成光電流洩漏走，使電路恢復起始狀態，從而將寫入的信號擦去。

只讀存儲器可擦除可編程的ROM（EPROM）

原理：在N型的基片上安置了兩個高濃度的P型區，它們通過歐姆接觸，分別引出源極（S）和漏極（D），在S和D之間有一個由多晶矽構成的柵極，但它是浮空的，被絕緣物SiO2所包圍。只讀存儲器可擦除可編程的ROM（EPROM）

出廠時，矽柵上沒有電荷，則管子內沒有導電溝道，D和S之間是不導電的。當把EPROM管子用於存儲矩陣時，它輸出為全1（或0）。要寫入時，則在D和S之間加上25V的高壓，另外加上編程脈衝（其寬度約為50ms），所選中的單元在這個電源作用下，D和S之間被暫態擊穿，就會有電子通過絕緣層注入到矽柵，當高壓電源去除後，因為矽柵被絕緣層包圍，故注入的電子無處洩漏走，矽柵就為負，於是就形成了導電溝道，從而使EPROM單元導通，輸出為“0“（或”1“）。

只讀存儲器可擦除可編程的ROM（EPROM）

典型晶片：

Intel27512

特性：64K×8的EPROM晶片，28腳雙列直插式封裝，地址線為16條A15～A0，

數據線8條O7～O0，

帶有三態輸出緩衝，讀出時只需單一的＋5V電源。

只讀存儲器可擦除可編程的ROM（EPROM）

內部結構

27512有五種工作方式讀方式維持方式編程方式校驗方式編程禁止方式

只讀存儲器電可擦除可編程的ROM（E2PROM）

應用特性：（1）對硬體電路沒有特殊要求，編程簡單。（2）採用＋5V電源擦寫的E2PROM，通常不需要設置單獨的擦除操作，可在寫入過程中自動擦除。（3）E2PROM器件大多是並行匯流排傳輸的

只讀存儲器閃速記憶體（FlashMemory）

FlashMemory晶片借用了EPROM結構簡單，又吸收了E2PROM電擦除的特點；不但具備RAM的高速性，而且還兼有ROM的非揮發性。同時它還具有可以整塊晶片電擦除、耗電低、集成度高、體積小、可靠性高、無需後備電池支持、可重新改寫、重複使用性好（至少可反復使用10萬次以上）等優點。平均寫入速度低於0.1秒。使用它不僅能有效解決外部記憶體和記憶體之間速度上存在的瓶頸問題，而且能保證有極高的讀出速度。

FlashMemory晶片抗干擾能力很強。

CPU與存儲器的連接記憶體地址分配和解碼地址解碼器74LS138

74LS138有三條控制線G1，，，只有當G1等於1，等於0，等於0時，三－八解碼器才能工作，否則解碼器輸出全為高電平。輸出信號Y0Y7是低電平有效的信號，對應於ＣＢＡ的任何一種組合輸入，其８個輸出端中只有一個是０，其他７個輸出均為１。

CPU與存儲器的連接記憶體容量擴充技術位擴充當實際存儲晶片每個單元的位數和系統需要記憶體單元字長不等時採用的方法。字擴充當存儲晶片上每個存儲單元的字長已滿足要求，但存儲單元的個數不夠，需要增加的是存儲單元的數量，就稱為字擴展。字位擴充需要同時進行位擴充和字擴充才能滿足系統存儲容量需求的方法稱為字位擴充。CPU與存儲器的連接記憶體晶片片選端的處理線選法地址的高位直接作為各個晶片的片選信號，在尋址時只有一位有效來使片選信號有效的方法稱為線選法。部分解碼法用部分高位地址進行解碼產生片選信號。完全解碼法

全部高位地址解碼產生片選信號。

存儲系統IBMPC/XT的存儲系統

IBMPC/XT採用Intel8086/8088微處理器，其地址為20位，尋址範圍為1MB，其物理地址範圍為00000H～FFFFFH。

通常1MB空間分為3個區，即RAM區、保留區和ROM區。

80x86擴展記憶體

高端記憶體區（HMA－HighMemoryArea）。它是1024KB至1088KB之間的64KB記憶體，稱為高端記憶體區，其地址為100000H～10FFEFH或以上

存儲系統擴展記憶體塊（EMB－ExtendedMemoryBlock）是指lMB以上的記憶體空間，其地址是從100000H開始，連續不斷向上擴展的記憶體，所以把這種記憶體稱為EMB（ExtendedMemoryBlock）

擴充記憶體（EMS－ExpandedMemorySpecification）擴充記憶體是利用1MB記憶體中64KB的記憶體區，此記憶體區為連續的4頁，每頁為16K