第五章半导体存储器课件.ppt
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1、第五章半导体存储器第1页,此课件共70页哦5.1存储器概述一、存储器的分类存存储储器器是是计计算算机机系系统统中中用用来来存存储储信信息息的的部部件,它是计算机中的重要硬件资源。件,它是计算机中的重要硬件资源。从从存存储储程程序序式式的的冯冯.诺诺依依曼曼经经典典结结构构而而言言,没有存储器,就无法构成现代计算机。没有存储器,就无法构成现代计算机。1、按存取速度和在计算机系统中的地位分类两大类:内存(主存)和外存(辅存)两大类:内存(主存)和外存(辅存)第2页,此课件共70页哦内存:CPU可可以以通通过过系系统统总总线线直直接接访访问问的的存存储储器器,用用以以存存储储计计算算机机当当前前正正
2、在在使使用用的的程程序序或或数数据据。内内存存要要有有与与CPU尽尽量量匹匹配配的的工工作作速速度度,容容量量较较小小,价价格格较较高高。内内存存由由顺顺序序编编址址的的存存储储单单元元构构成成,开开始始的的地地址址为为0;内内存存一一般般又又由由ROM和和RAM两部分组成。两部分组成。ROM常驻软件(如常驻软件(如BIOS)内存区;)内存区;RAM其余的内存区。其余的内存区。第3页,此课件共70页哦外存:用用来来存存放放相相对对来来说说不不经经常常使使用用的的程程序序或或者者数数据据或或者者需需要要长长期期保保存存的的信信息息。CPU需需要要使使用用这这些些信信息息时时,必必须须要要通通过过
3、专专门门的的设设备备(如如磁磁盘盘,磁磁带带控控制制器器等等)把把信信息息成成批批的的传传送送至至内内存存来来(或或相相反反)外外存存只只与与内内存存交交换换信信息息,而而不不能能被被CPU直直接接访访问问。外外存存由由顺顺序序编址的编址的“块块”所组成。所组成。外外存存的的容容量量大大(海海量量存存储储器器),但但由由于于它它多多数数是是机机电装置所构成,所以工作速度较慢。电装置所构成,所以工作速度较慢。第4页,此课件共70页哦2、按存储介质分类:n磁芯存储器;磁芯存储器;n半导体存储器;半导体存储器;n磁表面存储器磁表面存储器n(如磁带,磁盘,磁鼓,磁卡等);(如磁带,磁盘,磁鼓,磁卡等)
4、;n光盘存储器(光盘存储器(CDROM););n磁光式存储器(用磁光材料);磁光式存储器(用磁光材料);第5页,此课件共70页哦3、按存取方式分类:随机存储器(随机存储器(RAM)只读存储器(只读存储器(ROM)顺序存取存储器(顺序存取存储器(SAMSequentialAccessMemory),如磁带。),如磁带。直接存取存储器(直接存取存储器(DAMDirectAccessMemory),如光盘,磁盘。),如光盘,磁盘。第6页,此课件共70页哦二、存储器的性能指标1、存储容量:设地址线位数为p,数据线位数为q,则:编址单元总数为编址单元总数为位容量总数为位容量总数为*q2、存取速度:存取时
5、间(存取时间(AccessTime)存取周期(存取周期(MemoryCycle)通常,存储周期通常,存储周期存取时间存取时间第7页,此课件共70页哦*存储系统的层次结构:应用需要:存存取取速速度度快快、存存储储容容量量大大、价价格格/位位低低。但但由由于于技技术术的的或或经经济济的的方方面面原原因因,存存储储器器的的这这些些特特性性往往往往是是相相互互矛矛盾盾、相相互互制制约的。用一种存储器很难同时满足这些要求。约的。用一种存储器很难同时满足这些要求。为为了了发发挥挥各各种种不不同同类类型型存存储储器器的的长长处处,避避开开其其弱弱点点,应应该该把把他他们们合合理理地地组组织织起起来来,这这就
6、出现了存储系统层次结构的概念。就出现了存储系统层次结构的概念。第8页,此课件共70页哦n金字塔结构:第9页,此课件共70页哦可将整个存储系统看成三级:高速缓存高速缓存主存(内存)主存(内存)外存(辅存)外存(辅存)也可看成两个二级系统:高速缓存主存(一级)高速缓存主存(一级)主存外存(一级)主存外存(一级)请注意:这这两两个个二二级级存存储储系系统统各各自自的的基基本本功功能能是是不不相相同同的的;前者:提高前者:提高CPUCPU访问存储器的速度;访问存储器的速度;后者:弥补主存容量的不足。后者:弥补主存容量的不足。第10页,此课件共70页哦 另外,这两级存储系统的数据通路和控制方式也不相同:
7、高速高速缓缓存主存的通路是:存主存的通路是:主存外存的通路是:主存外存的通路是:第11页,此课件共70页哦5.2常用存储器芯片n除除采采用用磁磁、光光原原理理的的辅辅存存外外,其其它它存存储储器器主主要要都都是是采采用用半半导导体体存存储器储器n本本章章介介绍绍采采用用半半导导体体存存储储器器及及其其组成主存的方法组成主存的方法CPUCACHE主存(内存)主存(内存)辅存(外存)辅存(外存)第12页,此课件共70页哦5.2.1半导体存储器的分类n按制造工艺按制造工艺n双极型:双极型:速度快速度快、集成度低、功耗大、集成度低、功耗大nMOS型:速度慢、集成度高、型:速度慢、集成度高、功耗低功耗低
8、n按使用属性按使用属性n随机存取存储器随机存取存储器RAM:可读可写可读可写、断电丢失、断电丢失n只读存储器只读存储器ROM:正常只读、:正常只读、断电不丢失断电不丢失详细分类,请看图示第13页,此课件共70页哦半导体半导体存储器存储器只读存储器只读存储器(ROM)随机存取存储器随机存取存储器(RAM)静态静态RAM(SRAM)动态动态RAM(DRAM)非易失非易失RAM(NVRAM)掩膜式掩膜式ROM一次性可编程一次性可编程ROM(PROM)紫外线擦除可编程紫外线擦除可编程ROM(EPROM)电擦除可编程电擦除可编程ROM(EEPROM)详细展开,注意对比第14页,此课件共70页哦读写存储器
9、RAM组成单元组成单元速度速度集成度集成度应用应用SRAM触发器触发器快快低低小容量系统小容量系统DRAM极间电容极间电容慢慢高高大容量系统大容量系统NVRAM带微型电池带微型电池慢慢低低小容量非易失小容量非易失第15页,此课件共70页哦只读存储器ROMn掩膜掩膜ROM:信息制作在芯片中,不可更改信息制作在芯片中,不可更改nPROM:允许一次编程,此后不可更改允许一次编程,此后不可更改nEPROM:用用紫紫外外光光擦擦除除,擦擦除除后后可可编编程程;并允许用户多次擦除和编程并允许用户多次擦除和编程nEEPROM(E2PROM):采采用用加加电电方方法法在在线进行擦除和编程,也可多次擦写线进行擦
10、除和编程,也可多次擦写nFlashMemory(闪闪存存):能能够够快快速速擦擦写写的的EEPROM,但只能按块(,但只能按块(Block)擦除)擦除第16页,此课件共70页哦5.2.2半导体存储器芯片的结构地地址址寄寄存存地地址址译译码码存储体存储体控制电路控制电路AB数数据据寄寄存存读读写写电电路路DBOE WE CS存储体存储体n存储器芯片的主要部分,用来存储信息存储器芯片的主要部分,用来存储信息地址译码电路地址译码电路n根根据据输输入入的的地地址址编编码码来来选选中中芯芯片片内内某某个个特特定的存储单元定的存储单元片选和读写控制逻辑片选和读写控制逻辑n选中存储芯片,控制读写操作选中存储
11、芯片,控制读写操作第17页,此课件共70页哦存储体n每每个个存存储储单单元元具具有有一一个个唯唯一一的的地地址址,可可存存储储1位位(位位片片结结构构)或或多多位位(字字片片结构)二进制数据结构)二进制数据n存储容量与地址、数据线个数有关:存储容量与地址、数据线个数有关:芯片的存储容量芯片的存储容量2MN存储单元数存储单元数存储单元的位数存储单元的位数M:芯片的:芯片的地址线根数地址线根数N:芯片的:芯片的数据线根数数据线根数示例示例第18页,此课件共70页哦地址译码电路译译码码器器A5A4A3A2A1A06301存储单元存储单元64个单元个单元行行译译码码A2A1A0710列译码列译码A3A
12、4A501764个单元个单元单译码双译码n单译码结构单译码结构n双译码结构双译码结构n双译码可简化芯片设计双译码可简化芯片设计n主要采用的译码结构主要采用的译码结构第19页,此课件共70页哦片选和读写控制逻辑n片选端片选端CS*或或CE*n有效时,可以对该芯片进行读写操作有效时,可以对该芯片进行读写操作n输出输出OE*n控制读操作。有效时,芯片内数据输出控制读操作。有效时,芯片内数据输出n该控制端对应系统的读控制线该控制端对应系统的读控制线n写写WE*n控制写操作。有效时,数据进入芯片中控制写操作。有效时,数据进入芯片中n该控制端对应系统的写控制线该控制端对应系统的写控制线第20页,此课件共7
13、0页哦5.2.3随机存取存储器静态静态RAMSRAM2114SRAM6264动态动态RAMDRAM 4116DRAM 2164第21页,此课件共70页哦1静态RAMnSRAM的基本存储单元是触发器电路的基本存储单元是触发器电路n每个基本存储单元存储二进制数一位每个基本存储单元存储二进制数一位n许多个基本存储单元形成行列存储矩阵许多个基本存储单元形成行列存储矩阵nSRAM一般采用一般采用“字结构字结构”存储矩阵:存储矩阵:n每个存储单元存放多位(每个存储单元存放多位(4、8、16等)等)n每个存储单元具有一个地址每个存储单元具有一个地址第22页,此课件共70页哦SRAM芯片6264n存储容量为存
14、储容量为8K8n28个个引脚:引脚:n13根地址线根地址线A12A0n8根数据线根数据线D7D0n片选片选CS1*、CS2n读写读写WE*、OE*功能功能+5VWE*CS2A8A9A11OE*A10CS1*D7D6D5D4D3NCA12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GND12345678910111213142827262524232221201918171615第23页,此课件共70页哦2动态RAMnDRAM的的基基本本存存储储单单元元是是单单个个场场效效应应管管及及其极间电容其极间电容n必须配备必须配备“读出再生放大电路读出再生放大电路”进行刷新进行刷新n每次同时对一行的存储
15、单元进行刷新每次同时对一行的存储单元进行刷新n每个基本存储单元存储二进制数一位每个基本存储单元存储二进制数一位n许多个基本存储单元形成行列存储矩阵许多个基本存储单元形成行列存储矩阵nDRAM一般采用一般采用“位结构位结构”存储体:存储体:n每个存储单元存放一位每个存储单元存放一位n需要需要8个存储芯片构成一个字节单元个存储芯片构成一个字节单元n每个字节存储单元具有一个地址每个字节存储单元具有一个地址第24页,此课件共70页哦5.2.4只读存储器EPROMEPROM2716EPROM2764EEPROMEEPROM 2717AEEPROM 2864A第25页,此课件共70页哦1EPROMn顶顶部
16、部开开有有一一个个圆圆形形的的石石英英窗窗口口,用用于紫外线透过擦除原有信息于紫外线透过擦除原有信息n一一般般使使用用专专门门的的编编程程器器(烧烧写写器器)进行编程进行编程n编程后,应该贴上不透光封条编程后,应该贴上不透光封条n出出厂厂未未编编程程前前,每每个个基基本本存存储储单单元元都是信息都是信息1n编程就是将某些单元写入信息编程就是将某些单元写入信息0第26页,此课件共70页哦EPROM芯片2716n存储容量为存储容量为2K8n24个个引脚:引脚:n11根地址线根地址线A10A0n8根数据线根数据线DO7DO0n片选片选/编程编程CE*/PGMn读写读写OE*n编程电压编程电压VPP功
17、能功能VDDA8A9VPPOE*A10CE*/PGMDO7DO6DO5DO4DO3123456789101112242322212019181716151413A7A6A5A4A3A2A1A0DO0DO1DO2Vss第27页,此课件共70页哦EPROM芯片2764n存储容量为存储容量为8K8n28个个引脚:引脚:n13根地址线根地址线A12A0n8根数据线根数据线D7D0n片选片选CE*n编程编程PGM*n读写读写OE*n编程电压编程电压VPP功能功能VppA12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GNDVccPGM*NCA8A9A11OE*A10CE*D7D6D5D4D3123456
18、78910111213142827262524232221201918171615第28页,此课件共70页哦EPROM芯片272561 12 23 34 45 56 67 78 89 91010111112121313141415151616171718181919202021212222232324242525262627272828VppVppA12A12A7A7A6A6A5A5A4A4A3A3A2A2A1A1A0A0D0D0D1D1D2D2GNDGNDD3D3D4D4D5D5D6D6D7D7CECEA10A10OEOEA11A11A9A9A8A8A13A13A14A14VccVcc272
19、5627256引脚图引脚图A14A14A13A13A12A12A11A11A10A10A9A9A8A8A7A7A6A6A5A5A4A4A3A3A2A2A1A1A0A0CECEOEOED7D7D6D6D5D5D4D4D3D3D2D2D1D1D0D02725627256逻辑图逻辑图第29页,此课件共70页哦2EEPROMn用用加加电电方方法法,进进行行在在线线(无无需需拔拔下下,直直接接在在电电路路中中)擦擦写写(擦擦除除和和编编程程一一次完成)次完成)n有字节擦写、块擦写和整片擦写方法有字节擦写、块擦写和整片擦写方法n并行并行EEPROM:多位同时进行:多位同时进行n串行串行EEPROM:只有一
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