1、第6章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器主要內(nèi)容:存儲(chǔ)器及半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類(lèi)隨機(jī)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器（RAM）只讀存儲(chǔ)器（ROM）存儲(chǔ)器的擴(kuò)展精選ppt6.1 存儲(chǔ)器及半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類(lèi)存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)用來(lái)存儲(chǔ)信息的部件。6.1.1 存儲(chǔ)器的分類(lèi)按存取速度和用途可把存儲(chǔ)器分為兩大類(lèi)：內(nèi)存儲(chǔ)器和外存儲(chǔ)器。內(nèi)存：把通過(guò)系統(tǒng)總線直接與CPU相連的存儲(chǔ)器稱為內(nèi)存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱內(nèi)存。 特點(diǎn)：具有一定容量、存取速度快，且掉電數(shù)據(jù)將丟失。作用：計(jì)算機(jī)要執(zhí)行的程序和要處理的數(shù)據(jù)等都必須事先調(diào)入內(nèi)存后方可被CPU讀取并執(zhí)行。精選ppt外存：把通過(guò)接口電路與系統(tǒng)相連的存儲(chǔ)器稱為外存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱外存，如硬盤(pán)、軟盤(pán)和光盤(pán)等。特點(diǎn)：存儲(chǔ)容量大而存取速度較慢

2、，且掉電數(shù)據(jù)不丟失。作用：外存用來(lái)存放當(dāng)前暫不被CPU處理的程序或數(shù)據(jù)，以及一些需要永久性保存的信息。通常將外存歸入計(jì)算機(jī)外部設(shè)備，外存中存放的信息必須調(diào)入內(nèi)存后才能被CPU使用。早期的內(nèi)存使用磁芯。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器集成度大大提高，成本迅速下降，存取速度大大加快，所以在微型計(jì)算機(jī)中，目前內(nèi)存一般都使用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。精選ppt寄存器Cache主存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器(磁盤(pán))大容量存儲(chǔ)器(磁帶)外存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)外存平均訪問(wèn)時(shí)間ms級(jí) 硬盤(pán)910ms 光盤(pán)80120ms內(nèi)存平均訪問(wèn)時(shí)間ns級(jí) SRAM Cache15ns SDRAM內(nèi)存715ns EDO內(nèi)存6080

3、nsEPROM存儲(chǔ)器100400ns精選ppt6.1.2 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類(lèi)從應(yīng)用角度可將半導(dǎo)體存儲(chǔ)器分為兩大類(lèi)：隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM(Random Access Memory)和只讀存儲(chǔ)器ROM(Read Only Memory)。RAM是可讀、可寫(xiě)的存儲(chǔ)器，CPU可以對(duì)RAM的內(nèi)容隨機(jī)地讀寫(xiě)訪問(wèn)，RAM中的信息斷電后即丟失。ROM的內(nèi)容只能隨機(jī)讀出而不能寫(xiě)入，斷電后信息不會(huì)丟失，常用來(lái)存放不需要改變的信息(如某些系統(tǒng)程序)，信息一旦寫(xiě)入就固定不變了。精選ppt根據(jù)制造工藝的不同，隨機(jī)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器RAM主要有雙極型和MOS型兩類(lèi)。雙極型存儲(chǔ)器存取速度快、集成度較低、功耗較大、成本較高等特點(diǎn)，適

4、用于對(duì)速度要求較高的高速緩沖存儲(chǔ)器,低阻抗、電流控制的器件 ；MOS型存儲(chǔ)器具有集成度高、功耗低、價(jià)格便宜等特點(diǎn)，適用于內(nèi)存儲(chǔ)器，高輸入阻抗、電壓控制的器件 。 MOS型存儲(chǔ)器按信息存放方式又可分為靜態(tài)RAM(Static RAM，簡(jiǎn)稱SRAM)和動(dòng)態(tài)RAM(Dynamic RAM，簡(jiǎn)稱DRAM)。精選ppt 只讀存儲(chǔ)器ROM在使用過(guò)程中，只能讀出存儲(chǔ)的信息而不能用通常的方法將信息寫(xiě)入存儲(chǔ)器。目前常見(jiàn)的有：掩膜式ROM，用戶不可對(duì)其編程，其內(nèi)容已由廠家設(shè)定好，不能更改；可編程ROM(Programmable ROM，簡(jiǎn)稱PROM)，用戶只能對(duì)其進(jìn)行一次編程，寫(xiě)入后不能更改；可擦除的PROM(E

5、rasable PROM，簡(jiǎn)稱EPROM)，其內(nèi)容可用紫外線擦除，用戶可對(duì)其進(jìn)行多次編程；電擦除的PROM(Electrically Erasable PROM，簡(jiǎn)稱EEPROM或E2PROM)，能以字節(jié)為單位擦除和改寫(xiě)。 精選ppt靜態(tài)RAM動(dòng)態(tài)RAMMOS型雙極型不可編程掩膜存儲(chǔ)器 MROM可編程存儲(chǔ)器PROM可擦除、可再編程存儲(chǔ)器紫外線擦除的EPROM電擦除的E2PROM隨機(jī)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器RAM只讀存儲(chǔ)器ROM半導(dǎo)體存儲(chǔ)器圖6.1 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類(lèi) 精選ppt6.1.3 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的主要技術(shù)指標(biāo) 1存儲(chǔ)容量(1) 用字?jǐn)?shù)位數(shù)表示，以位為單位。常用來(lái)表示存儲(chǔ)芯片的容量，如1K4位，表示該芯

6、片有1K個(gè)單元(1K=1024)，每個(gè)存儲(chǔ)單元的長(zhǎng)度為4位。(2) 用字節(jié)數(shù)表示，以字節(jié)為單位，如128B，表示該芯片有 128個(gè)單元，每個(gè)存儲(chǔ)單元的長(zhǎng)度為8位。其中，1KB210B1024B；1MB220B1024KB；1GB230Bl024MB；1TB240B1024GB。顯然，存儲(chǔ)容量越大，所能存儲(chǔ)的信息越多，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功能便越強(qiáng)。 精選ppt 2存取時(shí)間 存取時(shí)間是指從啟動(dòng)一次存儲(chǔ)器操作到完成該操作所經(jīng)歷的時(shí)間。例如，讀出時(shí)間是指從CPU向存儲(chǔ)器發(fā)出有效地址和讀命令開(kāi)始，直到將被選單元的內(nèi)容讀出為止所用的時(shí)間。顯然，存取時(shí)間越小，存取速度越快。3存儲(chǔ)周期 連續(xù)啟動(dòng)兩次獨(dú)立的存儲(chǔ)器操作

7、(如連續(xù)兩次讀操作)所需要的最短間隔時(shí)間稱為存儲(chǔ)周期。它是衡量主存儲(chǔ)器工作速度的重要指標(biāo)。一般情況下，存儲(chǔ)周期略大于存取時(shí)間。 精選ppt4功耗 功耗反映了存儲(chǔ)器耗電的多少，同時(shí)也反映了其發(fā)熱的程度。5可靠性 可靠性一般指存儲(chǔ)器對(duì)外界電磁場(chǎng)及溫度等變化的抗干擾能力。存儲(chǔ)器的可靠性用平均故障間隔時(shí)間MTBF(Mean Time Between Failures)來(lái)衡量。MTBF可以理解為兩次故障之間的平均時(shí)間間隔。MTBF越長(zhǎng)，可靠性越高，存儲(chǔ)器正常工作能力越強(qiáng)。 精選ppt6集成度集成度指在一塊存儲(chǔ)芯片內(nèi)能集成多少個(gè)基本存儲(chǔ)電路，每個(gè)基本存儲(chǔ)電路存放一位二進(jìn)制信息，所以集成度常用位/片來(lái)表示。

8、7性能/價(jià)格比 性能/價(jià)格比(簡(jiǎn)稱性價(jià)比)是衡量存儲(chǔ)器經(jīng)濟(jì)性能好壞的綜合指標(biāo)，它關(guān)系到存儲(chǔ)器的實(shí)用價(jià)值。其中性能包括前述的各項(xiàng)指標(biāo)，而價(jià)格是指存儲(chǔ)單元本身和外圍電路的總價(jià)格。 精選ppt6.1.4 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片的基本結(jié)構(gòu) 地址譯碼器存儲(chǔ)矩陣控制邏輯A0A1An三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器D0D1DNW/RCS圖6.2 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器組成框圖 精選ppt地址譯碼方式 單譯碼方式圖6.3 單譯碼方式地址譯碼器012315A0A1A2A3選擇線存儲(chǔ)體數(shù)據(jù)緩沖器控制電路4位I/O0I/O3CSWR精選ppt雙譯碼方式三態(tài)雙向緩沖器32321024存儲(chǔ)矩陣10241控制電路Y向譯碼器CSWRRDA5A6A7A8A9

9、Y0Y1Y31X0X1X2X31X向譯碼器A0A1A2A3A4I/O(1位)圖6.4 雙譯碼方式 精選ppt圖6.5 六管靜態(tài)RAM存儲(chǔ)電路 電路中V1、V2為工作管，V3、V4為負(fù)載管，V5、V6為控制管。其中，由V1、V2、V3及V4管組成了雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路，V1和V2的工作狀態(tài)始終為一個(gè)導(dǎo)通，另一個(gè)截止。V1截止、V2導(dǎo)通時(shí)，A點(diǎn)為高電平，B點(diǎn)為低電平；V1導(dǎo)通、V2截止時(shí)，A點(diǎn)為低電平，B點(diǎn)為高電平。特點(diǎn)：讀寫(xiě)速度快，所用管子數(shù)目多，單個(gè)器件容量小，V1、V2總有一個(gè)處于到通狀態(tài)，功耗較大精選pptIntel2114123456789101112131415161718Intel211

10、4A6A5A4A3A0A1A2GNDCSWEI/O4I/O3I/O2I/O1A9A8A7VCC(a)A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9WECS(b)I/O2I/O3I/O4I/O1圖6.6 Intel 2114引腳及邏輯符號(hào)(a) 引腳；(b) 邏輯符號(hào) 精選ppt6.2 隨機(jī)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器(RAM)6.2.1 靜態(tài)RAM Intel 2114 SRAM芯片 Intel 2114 SRAM芯片的容量為1K4位，18腳封裝，+5V電源，芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)及芯片引腳圖和邏輯符號(hào)分別如圖6.5和6.6所示。 由于1K44096，所以Intel 2114 SRAM芯片有4096個(gè)基本存儲(chǔ)電路，將4096個(gè)

11、基本存儲(chǔ)電路排成64行64列的存儲(chǔ)矩陣，每根列選擇線同時(shí)連接4位列線，對(duì)應(yīng)于并行的4位,從而構(gòu)成了64行16列=1K個(gè)存儲(chǔ)單元，每個(gè)單元有4位。精選ppt存儲(chǔ)矩陣地址譯碼器地址寄存器地址總線讀寫(xiě)放大器數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)總線控制電路OEWECESRAM芯片的結(jié)構(gòu)精選pptA3A4A5A6A7A8行地址譯碼存儲(chǔ)矩陣6464列選擇A0A1A2A9輸入數(shù)據(jù)控制I/O1&1&2I/O2I/O3I/O4CSWE列I/O電路圖6.5 Intel 2114內(nèi)部結(jié)構(gòu) 精選ppt圖 四管動(dòng)態(tài)RAM存儲(chǔ)電路 6.2.2 動(dòng)態(tài)RAM精選ppt 6.2.2 動(dòng)態(tài)RAM Intel 2164A動(dòng)態(tài)RAM芯片 Intel 21

12、64A芯片的存儲(chǔ)容量為64K1位，采用單管動(dòng)態(tài)基本存儲(chǔ)電路，每個(gè)單元只有一位數(shù)據(jù)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖6.7所示。2164A芯片的存儲(chǔ)體本應(yīng)構(gòu)成一個(gè)256256的存儲(chǔ)矩陣，為提高工作速度(需減少行列線上的分布電容)，將存儲(chǔ)矩陣分為4個(gè)128128矩陣，每個(gè)128128矩陣配有128個(gè)讀出放大器，各有一套I/O控制(讀/寫(xiě)控制)電路。精選ppt存儲(chǔ)矩陣地址總線I/O緩沖器數(shù)據(jù)總線讀寫(xiě)控制/動(dòng)態(tài)刷新電路RAS#DRAM芯片的結(jié)構(gòu)地址鎖存器CAS#WE#DRAM的特點(diǎn):所用管子少，芯片位密度高功耗小需要刷新存取速度慢DRAM主要用來(lái)做內(nèi)存精選ppt8位地址鎖存器A0A1A2A3A4A5A6A7128128

13、存儲(chǔ)矩陣128個(gè)讀出放大器1/2(1/128列譯碼器)128個(gè)讀出放大器128128存儲(chǔ)矩陣1/128行譯碼器1/128行譯碼器128128存儲(chǔ)矩陣128個(gè)讀出放大器1/2(1/128列譯碼器)128個(gè)讀出放大器128128存儲(chǔ)矩陣1/4I/O門(mén)輸出緩沖器DOUTVSSVDD行時(shí)鐘緩沖器列時(shí)鐘緩沖器寫(xiě)允許時(shí) 鐘緩沖器數(shù)據(jù)輸入緩沖器RASCASWEDIN圖6.7 Intel 2164A內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 精選ppt12345678910111213141516NCDINVSSA0A2A1VDDDOUTA6A3A4A5A7WECASRASDINA7A0CASRASDOUTWEA7A0CASRASWEV

14、SSVDD地址輸入列地址選通行地址選通寫(xiě)允許5地(a)(b)圖6.8 Intel 2164A引腳與邏輯符號(hào)(a) 引腳；(b) 邏輯符號(hào) 精選ppt6.3 只讀存儲(chǔ)器(ROM) 6.3.1 掩膜式只讀存儲(chǔ)器(MROM)圖6.9 掩膜式ROM示意圖 精選ppt表6.1 掩膜式ROM的內(nèi)容 單元D3D2D1D001010111012010130110位精選ppt6.3.2 可編程只讀存儲(chǔ)器(PROM)字線位線DiVCC圖6.10 PROM存儲(chǔ)電路示意圖精選ppt6.3.3 可擦除、可再編程的只讀存儲(chǔ)器1EPROM和E2PROM圖6.11 SIMOS型EPROM(a) SIMOS管結(jié)構(gòu)；(b) SI

15、MOS EPROM元件電路 精選ppt2Intel 2716 EPROM芯片 EPROM芯片有多種型號(hào)，常用的有2716(2K8)2732(4K8)2764(8K8)27128(16K8)27256(32K8)等。1) 2716的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部引腳2716 EPROM芯片采用NMOS工藝制造，雙列直插式24引腳封裝。其引腳、邏輯符號(hào)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖6.15所示。精選pptIntel2716123456789101112131415161718192021222324A7A6A5A4A3A2A1A0O0O1O2GNDO3O4O5O6O7PD/PGMA10VCCA8A9VPPCS(a)Intel27

16、16石英窗口A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10PD/PGMO0O1O2O3O4O5O6O7CS(b)列譯碼行譯碼A10A0地址輸入讀出放大2 K8位存儲(chǔ)矩陣輸出緩沖器數(shù)據(jù)輸出端O7O0片選，功率下降和編程邏輯CSPD/PGM(c)VPPGNDVCC圖6.12 Intel 2716的引腳、邏輯符號(hào)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)(a) 引腳；(b) 邏輯符號(hào)；(c) 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 精選ppt表6.1 常用的EPROM芯片 型號(hào)容量結(jié)構(gòu)最大讀出時(shí)間/ns制造工藝需用電源/V管腳數(shù)27081K8bit350450NMOS5，+122427162K8bit300450NMOS+5242732A4K8bit20045

17、0NMOS+52427648 K8bit200450HMOS+5282712816K8bit250450HMOS+5282725632K8bit200450HMOS+5282751264K8bit250450HMOS+52827513464K8bit250450HMOS+528精選ppt 3. Intel 2816 E2PROM芯片 Intel 2816是2K8位的E2PROM芯片，有24條引腳，單一+5 V電源。其引腳配置見(jiàn)圖6.13。 Intel2816123456789101112131415161718192021222324A7A6A5A4A3A2A1A0I/O0GNDA10VCCA8A9WEI/O