微机原理第7章 半导体存储器

1、第7章半导体存储器本章主要内容：1、存储器概述2、随机存取存储器3、只读存储器4、CPU与存储器的连接2018/10/22微机原理及应用 半导体存储器1存储器概述存储器：是计算机系统中的记忆装置，主要用来存放程序、数据和中间结果等。更确切地讲，存储器是存放二进制编码信息的硬件装置。2018/10/22微机原理及应用 半导体存储器2存储器的类型1、按工作时与CPU联系密切程度分类：内存、外存。 外存被列为计算机的外部设备。2、按存储元件材料分类：半导体存储器(如内存)、磁存储器(如磁盘、磁带)和光存储器(如光盘)。目前，微机的存储器几乎全部采用半导体存储器。3按存储器读写工作方式分类：随机存储器

2、RAM和只读存储器ROM。一般ROM用来存储程序和固定的数据，比如计算机的系统程序、一些固 定表格等，如IBM PC机中的BIOS程序即固化在ROM中； 而RAM用于存储各种现场的输入输出数据，中间计算结果， 与外存交换的信息和作堆栈用。2018/10/22微机原理及应用 半导体存储器3存储器的类型返回2018/10/22微机原理及应用 半导体存储器4动态MOS型静态随机存储器RAM双极型光可擦PROM EPROM半导体存储器电可擦PROM EEPROM只读存储器ROM可编程ROM掩膜ROM只读存储器ROMROM的分类：掩膜ROM，可编程ROM(PROM)， 紫外线可擦除可编程ROM(EPRO

3、M)和电可擦除可编程ROM(EEPROM 或记作E2PROM)四类。l 掩膜ROM：通过掩膜技术制作或不制作晶体管栅极实现的。l PROM：为了弥补ROM成本高和不能改变其内容的不足，出现了一种由用户编程且只能写入一次的PROM。出厂时PROM为熔丝断裂型，未写入时每个基本存储电路都是一个带熔丝的三极管或二极管。编程后丝断为“1”，未断者为“0”。2018/10/22微机原理及应用 半导体存储器5只读存储器ROMl EPROM：可以用编程器写入，用紫外线灯照射擦除，可反复使用。在芯片上开有一石英窗口，当芯片置于紫外线下照射时，高能光子与EPROM中的电子相碰撞，将其驱散，于是，以电荷形式存储的

4、信息即被擦除。常用的EPROM芯片：2716，2732，2764，27128和27256等。l E2PROM：可以字节为单位在线电改写与电擦除， 并能在断电情况下保持修改结果。常见的E2PROM芯片有2816(2K*8), 2817(2K*8), 2864(8K*8)等。返回2018/10/22微机原理及应用 半导体存储器6随机读写存储器RAM分类：双极型和MOS型两种。1. 双极型：优点：存取速度高缺点：功耗大，集成度低，成本高主要用于高速微型计算机中；2. MOS型：又可分为静态RAM(SRAM)和动态RAM(DRAM)两种，广泛用于微机中。RAM: Random Access Memor

5、y2018/10/22微机原理及应用 半导体存储器7随机读写存储器RAMl SRAM：用双稳态触发器作存储单元存放1和0，存取速度快，电路简单，不需刷新。但集成度较低，功耗较大，成本较高，容量有限，只适用于存储容量不大的场合。常用的SRAM芯片有：2114：1K*462128：16K*86116：2K*862256：32K*86264：8K*86116(2K*8)的技术指标：采用CMOS工艺制造，单+5V电源，额定功率160mW，典型存取时间200ns，24线双列直插式封装。2018/10/22微机原理及应用 半导体存储器8随机读写存储器RAMl DRAM：基本存储电路为带驱动晶体管的电容，电

6、容上有无电荷被视为逻辑1和0，容量大，功耗低，结构简单， 集成度高，生产成本低。但由于电容漏电，仅能维持2ms左右，故需要专门电路定期进行刷新，以维持其中所存的数据。现在用得内存大多数是由DRAM构成的。典型的DRAM芯片有：2164：64K*1Intel8203就是专为2116、2164等设计的刷新控制电路。刷新是按行进行的，即不管系统中有多少个DRAM芯片，也不管存储容量有多大，每次均对所有芯片的同一行再生。因此单片DRAM有多少行，就分多少次进行再生。返回2018/10/22微机原理及应用 半导体存储器9存储器的性能指标存储器的性能指标包括存储容量，存取速度，可靠性及性能价格比。l 存储

7、容量：指每个存储器芯片所能存储的二进制数的位数，用存储单元数与存储单元字长（或数据线位数）的乘积来描述。如：Intel6264为8K*8位/片Intel2114为1K*4位/片l 存取速度：从CPU给出有效存储器地址到存储器给出有效数据所用时间。2018/10/22微机原理及应用 半导体存储器10存储器的分级结构三级存储器结构：即高速缓冲存储器(Cache) 、 内存和辅存。CPU能直接访问的存储器有高速缓存和内存，而辅存中的信息必须先调入内存才能由CPU进行处理。l 高速缓存： 简称快存， 多由静态随机存储器SRAM组成，和内存相比，它存取速度快，但容量小。l 内存：和快存交换指令和数据，快

8、存再和CPU打交道。内存多由动态随机存储器构成。2018/10/22微机原理及应用 半导体存储器11半导体存储器的结构A0 A1D0 D1An-1Dn-1R/WCS2018/10/22微机原理及应用 半导体存储器12控制逻辑三态缓冲器存储矩阵地址译码器半导体存储器的结构半导体存储器的组成：存储矩阵(也称存储体)、地址译码器、控制逻辑和三态数据缓冲寄存器l 存储矩阵：是大量存储元件(由能存储一位二进制代码的物理器件)组成的有机组合，排成一定形式的阵列并进行编址， 构成存储矩阵。l 地址译码器：用来接收来自CPU的地址信号，产生地址译码信号，选中存储矩阵中的一个或几个基本存储电路，以便进行读写操作

9、。l 三态双向缓冲器：用作数据输入/输出控制电路，以使其连 接到数据总线上。l 控制电路：通过RAM的外引线端，接受来自CPU或外部电路的控制信号，经组合变换后，对上述电路进行控制。2018/10/22微机原理及应用 半导体存储器13半导体存储器的结构1. 进行读写操作时：CPU及其接口电路送来芯片选择信号CS和读写控制信号R/W，单方向打开三态缓冲器，对该存储单元进行操作；2. 不进行读写操作时：CS无效，控制逻辑使三态缓冲器处于高阻状态， 存储矩阵与数据线脱开。2018/10/22微机原理及应用 半导体存储器14存储器与CPU的接口存储器与CPU连接时需考虑的问题：1CPU总线的带负载能力

10、CPU 通 过 总 线 与ROM、RAM及输入/输出接口相连接时的负载能力；2存储器组织、地址分配依系统要求的存储容量选择相应的存储芯片接口时，其总线的具体连接方法以及如何对存储器的存储单元进行地址分配；3 CPU 时序与存储器存取速度之间的配合CPU与存储器接口时工作速度是否匹配。2018/10/22微机原理及应用 半导体存储器15CPU与存储器的连接l 地址线：地址线的位数决定了芯片可寻址的范围。l 数据线：RAM芯片的数据线一般为1条，静态RAM芯片也有4条和8条。若为1条，则称为位片。若有8位数据线，则芯片的引出线已指定相应数据位的名称；若为4位则可为数据总线的低4位和高4位。l 控制

11、线： 片选信号，读写控制信号，对动态RAM还有行、列地址选通信号。2018/10/22微机原理及应用 半导体存储器16CPU与存储器的连接由于集成度的限制，目前单片存储器的容量很有限，对于一个大容量的存储系统，往往需要若干片组成，而读写操作时，通常只与其中一片(或几片)打交道，这就存在一个片选问题，即要考虑的主要问题为存储器的地址分配和选片问题。片选主要通过地址译码方法来完成。主要有：线选法，全译码法，部分译码法2018/10/22微机原理及应用 半导体存储器17CPU与存储器的连接1. 线选法将地址线高位直接连在存储芯片的片选端， 然后再依地址低位对其进行片内寻址。线选法的特点是线路简单，选择芯片不需外加译码电路， 可用于较小的微机系统中。2. 全译码法将低位地址线接到存储器芯片的地址输入端， 以进行存储器芯片的片内存储单元的寻址，再将CPU地址总线中剩下的高位地址线全部接到地址译码器的输入端。把经译码器译码后的输出作为各芯片的片选信号。在存储芯片较多时，采用这种方法。2018/10/22微机原理及应用