第九章半导体存储器.ppt

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1、第九章半导体存储器第九章半导体存储器章目录章目录9.1 9.1 只读存储器（只读存储器（ROMROM）2.2.按使用器件类型来分按使用器件类型来分 一一.ROM.ROM的分类的分类1.1.按存储内容写入方式来分按存储内容写入方式来分四、四、ROMROM的逻辑关系的逻辑关系二二.ROM.ROM的结构的结构 三三.ROM.ROM的工作原理的工作原理 1.1.属于组合逻辑电路属于组合逻辑电路 2.阵列图阵列图10/15/20222第九章 半导体存储器章目录章目录五、五、ROMROM的应用的应用 六、固定六、固定ROM(MROM)ROM(MROM)1.实现组合逻辑函数实现组合逻辑函数 2.字符发生器字

2、符发生器(1)UVEPROM 七、可编辑只读存储器七、可编辑只读存储器(PROM)(PROM)八、可改写可编程只读存储器八、可改写可编程只读存储器(EPROM)(EPROM)(2)E2PROM(3)Flash MemoryFlash Memory10/15/20223第九章 半导体存储器章目录章目录9.2 9.2 随机存储器随机存储器(RAM)(RAM)1.1.位扩展位扩展 一、静态一、静态RAM(SRAM)RAM(SRAM)二、存储容量的扩展二、存储容量的扩展 2.字扩展字扩展 三、动态三、动态RAM(DRAM)RAM(DRAM)作业作业 10/15/20224第九章 半导体存储器章目录章目

3、录第第9 9章章 半导体存储器半导体存储器 一、半导体存储器概念：一、半导体存储器概念：2.2.存取速度存取速度二、重要指标二、重要指标 1.1.存储量存储量：字数字数 N N 位数位数 M M如如1K容量通常指容量通常指 1024 8 bit高速高速RAM的存取时间的存取时间10ns、8 ns、7 ns、6 nsDDR2的的存取存取时间为：时间为：1.8ns2.2ns。DDR的的存取存取时间为：时间为：2.9ns。DDR2 533的实际运行频率只有的实际运行频率只有133MHz（1334533）。）。节目录节目录标题区标题区10/15/20225第九章 半导体存储器章目录章目录1.按存取方式

4、分类：按存取方式分类：串行存储器串行存储器(SAM):Sequential Access Memory 只读存储器只读存储器(ROM):Read Only Memory 随机存储器(RAM):Random Access MemoryFIFO型 例：前述的单向移位寄存器FILO型 例：前述的双向移位寄存器 三、分类三、分类 标题区标题区节目录节目录10/15/20226第九章 半导体存储器章目录章目录9.1 9.1 只读存储器（只读存储器（ROMROM）一一.ROMROM的分类：的分类：1.1.按存储内容写入方式来分：按存储内容写入方式来分：固定固定ROM(MROM)可擦可编程可擦可编程ROM(

5、EPROM)可编程ROM(PROM）UVEPROME2PROMFLASH MEMORY节目录节目录标题区标题区10/15/20227第九章 半导体存储器章目录章目录2.2.按使用器件类型来分按使用器件类型来分 二极管二极管ROM MOS型三极管型三极管ROM双极型三极管ROM 标题区标题区节目录节目录10/15/20228第九章 半导体存储器章目录章目录二二.ROM.ROM的结构的结构：地址译码器、存储单元矩阵、输出电路地址译码器、存储单元矩阵、输出电路 结论：存结论：存1，字线，字线W和位线和位线b间接二极管；间接二极管；存存0，字线，字线W和位线和位线b间不接二极管。间不接二极管。三三.R

6、OM.ROM的工作原理的工作原理 标题区标题区节目录节目录10/15/20229第九章 半导体存储器章目录章目录四、四、ROMROM的逻辑关系：的逻辑关系：1.1.属于组合逻辑电路属于组合逻辑电路 译码器部分的输出变量和输入变量（包括原 变量和反变量）构成“与”的关系。存储矩阵和输出电路部分的输出变量和存储 矩阵的输入变量构成“或”的关系。2.进行进行ROMROM电路的分析和设计，常用电路的分析和设计，常用阵列图阵列图来表来表 示示ROMROM的结构的结构标题区标题区节目录节目录10/15/202210第九章 半导体存储器章目录章目录D0D1A1A0图图 9.1.3 ROM的阵列图的阵列图A1

7、A0W0W3W2W1D2D3与与阵阵列列或或阵阵列列“黑点黑点”代表输代表输入、输出间应入、输出间应具有的逻辑关具有的逻辑关系（系（“与逻辑与逻辑”或者或者“或逻辑或逻辑”）标题区标题区节目录节目录10/15/202211第九章 半导体存储器章目录章目录五、五、ROMROM的应用的应用 1.实现组合逻辑函数实现组合逻辑函数 例例9.1.1 试用试用ROM实现如下组合逻辑函数。实现如下组合逻辑函数。节目录节目录标题区标题区10/15/202212第九章 半导体存储器章目录章目录首先应将以上两个逻辑函数化成由最小项首先应将以上两个逻辑函数化成由最小项组成的标准组成的标准“与与-或或”式式,即即解解

8、:采用有采用有3位地址码、位地址码、2位数据输出的位数据输出的8字节字节2位位ROM。将。将A、B、C3个变量分别接至地址个变量分别接至地址输入端输入端A2A1A0。按逻辑函数要求存入相应数。按逻辑函数要求存入相应数据据,即可在数据输出端即可在数据输出端D0、D1得到得到F1和和F2,其其标题区标题区节目录节目录10/15/202213第九章 半导体存储器章目录章目录ROM 阵列如图阵列如图9.1.9所示所示111(D1)(D0)F2F1ABC图图 9.1.9 例例9.1.1ROM 阵列阵列标题区标题区节目录节目录10/15/202214第九章 半导体存储器章目录章目录例例9.1.2 试用试用

9、ROM设计一个设计一个8421 BCD码码7段显段显示译码器电路，其真值表示译码器电路，其真值表如表如表9.1.2所示所示。解：由真值表可见，应取用输入地址为解：由真值表可见，应取用输入地址为4位，输位，输 出数据为出数据为7位的位的16 字节字节7位位ROM。可根据真值表直接画出可根据真值表直接画出ROM的阵列图的阵列图，而，而 不需要列出逻辑式。不需要列出逻辑式。标题区标题区节目录节目录10/15/202215第九章 半导体存储器章目录章目录2.字符发生器字符发生器 地地址址译译码码器器D0A2A1A0输出缓冲器输出缓冲器D1D2D3D4图图9.1.11 ROM9.1.11 ROM显示矩阵

10、结构图显示矩阵结构图 标题区标题区节目录节目录10/15/202216第九章 半导体存储器章目录章目录六、六、固定固定ROM(MROM:Mask ROM)ROM(MROM:Mask ROM)七、七、可编辑只读存储器可编辑只读存储器(PROM:(PROM:Programmable Programmable ROMROM)八、八、可改写可编程只读存储器可改写可编程只读存储器(EPROM)(EPROM)(1)UVEPROM(Ultraviolet Erasable Programmable ROM)(2)E2PROM(Electrically-Erasable Programmable ROM)(3

11、)快闪存储器快闪存储器(Flash Memory)(Flash Memory)标题区标题区节目录节目录10/15/202217第九章 半导体存储器章目录章目录9.2 9.2 随机存储器随机存储器(RAM)(RAM)根据存储单元的工作原理，可分根据存储单元的工作原理，可分SRAMSRAM （Static Random Access MemoryStatic Random Access Memory）DRAMDRAM（Dynamic Random Access MemoryDynamic Random Access Memory）一、一、静态静态RAM(SRAM)RAM(SRAM)靠靠触发器触发器

12、的自保功能存储数据，一旦电源断开，的自保功能存储数据，一旦电源断开，所存信息丢失。所存信息丢失。节目录节目录标题区标题区10/15/202218第九章 半导体存储器章目录章目录X0X1X2X3X31X30Y0Y1Y7列列 译译 码码 器器行行译译码码器器A5A6A7A0A1A2A3A4R/W控制电路控制电路读读/写写R/W片选片选CSI/O图图 9.2.1 RAM结构示意图结构示意图 标题区标题区节目录节目录10/15/202219第九章 半导体存储器章目录章目录与与ROMROM相比，多了读相比，多了读/写写(R/W)(R/W)端。端。&R/WR/WI/OI/OCSDDENENENENENEN

13、4G5G存储矩存储矩阵及地阵及地址译码址译码电路电路地址线地址线图图 9.2.3 片选与读片选与读/写控制电路写控制电路1 11 11 1标题区标题区节目录节目录10/15/202220第九章 半导体存储器章目录章目录二、二、存储容量的扩展存储容量的扩展 1.1.位扩展位扩展 图图 9.2.6 2114芯片位扩展芯片位扩展标题区标题区D0D1D2D3D4D5D6D7CSR/WAA09L0AW/RCS9A2114（I）数据输出数据输出CSR/WAA09L2114（）D0D1D2D3D0D1D2D3LLLL节目录节目录10/15/202221第九章 半导体存储器章目录章目录2.字扩展字扩展 表表

14、9.2.1 地址码与地址码与地址范围地址范围的关系的关系A11 A10选中片号 对应地址范围0 0 2114(1)010230 1 2114(2)102420471 0 2114(3)204830711 1 2114(4)30724095标题区标题区节目录节目录10/15/202222第九章 半导体存储器章目录章目录图图 9.2.7 2114芯片字扩展芯片字扩展D3.02-4译码器CSR/WAA09L2114（3）CSR/WAA09L2114（4）CSR/WAA09L2114（1）D0D3CSR/WAA09L2114（2）A10A11R/WA9.0A11 A10A11 A10A11 A10A1

15、1 A10标题区标题区LLLLLLD0D3LLD0D3LLD0D3LL节目录节目录10/15/202223第九章 半导体存储器章目录章目录例例9.2.19.2.1试用试用1K 4位位2114RAM扩展一个扩展一个4K 8位的存储器。位的存储器。解解：（1 1）确定芯片数：确定芯片数：（2）确定地址线数）确定地址线数D（3）用）用8片片1K 4位位2114RAM芯片，经字芯片，经字 位扩展构成的存储电路如图位扩展构成的存储电路如图9.2.8所示。所示。2D=4096，D=12。标题区标题区节目录节目录10/15/202224第九章 半导体存储器章目录章目录CSR/WAA09LL2114（7）D0

16、D3CSR/WAA09LL2114（5）D0D3CSR/WAA09LL2114（3）D0D3LLCSR/WAA09LL2114（1）D0D3LLCSR/WAA09LL2114（8）D0D3CSR/WAA09LL2114（6）D0D3CSR/WAA09LL2114（4）D0D3CSR/WAA09LL2114（2）D0D32-4译译码码器器A10A11R/WA9.0D3.0D7.4Y3Y2Y1Y0图图 9.2.8 2114RAM的字位扩展的字位扩展标题区标题区LLLLLLLLLLLL节目录节目录10/15/202225第九章 半导体存储器章目录章目录三、三、动态动态RAM(DRAM)RAM(DRA

17、M)靠靠MOSMOS管栅极电容或管栅极电容或MOSMOS电容电容的暂存电荷功能存储的暂存电荷功能存储数据，由于电容的容量很小，且存在漏电流，数据，由于电容的容量很小，且存在漏电流，需不断地进行需不断地进行刷新刷新。字线Wi位线YiTCBCS图9.2.9 单管MOS动态存储单元标题区标题区节目录节目录10/15/202226第九章 半导体存储器章目录章目录思考题思考题1.在输入变量数相同的情况下，用在输入变量数相同的情况下，用ROM实实现组合电路的复杂度与函数的繁简程度是现组合电路的复杂度与函数的繁简程度是否有关？否有关？2.用用ROM能否实现时序电路？能否实现时序电路？10/15/202227

18、第九章 半导体存储器章目录章目录作业题作业题9.39.7标题区标题区10/15/202228第九章 半导体存储器章目录章目录主板主板BIOS，也称系统，也称系统BIOSBIOS。目前电脑主板。目前电脑主板BIOSBIOS主主要有要有Award BIOSAward BIOS、AMI BIOSAMI BIOS和和 Phoenix BIOSPhoenix BIOS三种，三种，包含加电自检程序包含加电自检程序POST（Power On Self Test）、）、CMOS Setup程序和中断服务子程序。程序和中断服务子程序。486及以前电脑的及以前电脑的BIOS使用使用EPROM芯片。芯片。只读存储器

19、（只读存储器（ROMROM）的应用）的应用10/15/202229第九章 半导体存储器章目录章目录内存主要是内存主要是168线的线的SDRAM，在主板上提供，在主板上提供168线线DIMM内存插座，工作电压是内存插座，工作电压是3.3 V。图图1 HY PC100内存条内存条 DDR内存：内存：Double Data Rate(双倍数据传输双倍数据传输)的的SDRAM。工作电压仅为工作电压仅为2.25V (Synchronous Dynamic Random Access Memory)动态存储器（动态存储器（DRAMDRAM）的应用）的应用10/15/202230第九章 半导体存储器章目录章

20、目录CPUCache 内存内存硬硬 盘盘 Buffer 硬盘硬盘图图1-1 CPU访问硬盘的过程访问硬盘的过程高速缓存高速缓存CacheCache和缓冲区和缓冲区BufferBuffer主板上的主板上的 L2 Cache:512 KB L2 Cache:512 KB1 MB 1 MB 硬盘上的硬盘上的Buffer:64 KBBuffer:64 KB2 MB2 MBCD-ROM CD-ROM 的的Buffer:64 KBBuffer:64 KB512 KB512 KBCD-RCD-R、CD-RWCD-RW的的Buffer:1 MBBuffer:1 MB8 MB 8 MB HP Laser jet

21、 6PHP Laser jet 6P激光打印机激光打印机Buffer:2 MBBuffer:2 MB静态存储器（静态存储器（SRAMSRAM）的应用）的应用10/15/202231第九章 半导体存储器章目录章目录图图7-19 技嘉技嘉GA6VX7+主板主板各个部件的工作各个部件的工作频率频率33MHz66/100MHz66/100/133MHz66MHz66/100/133MHz14.318MHz33MHz33MHz48MHz14.318MHz14.318MHz24MHz10/15/202232第九章 半导体存储器章目录章目录主频、外频、前端总线频率主频、外频、前端总线频率2.前端总线前端总线

22、FSBFSB（Front Side BusFront Side Bus）是是CPUCPU与北桥芯与北桥芯片之间的总线，该总线的工作频率称为片之间的总线，该总线的工作频率称为前端总线频前端总线频率率。AMD系统前端总线频率是系统前端总线频率是CPU外频的外频的两倍两倍，而而P4平台上是平台上是CPU外频的外频的四倍四倍，只有在以前的老，只有在以前的老Athlon和和PIII/PII平台上，前端总线频率才和外频平台上，前端总线频率才和外频相相等等。1.CPU主频主频=外频外频倍频，倍频，如如P 800 MHzP 800 MHz的设置为的设置为外频外频133 MHz133 MHz，倍频为，倍频为6

23、6。10/15/202233第九章 半导体存储器章目录章目录存储矩阵存储矩阵MN输出电路输出电路 b0 b1 b N-1 D0 D1 D N-1地地址址译译码码器器W0A0图图9.1.1 ROM9.1.1 ROM的结构框图的结构框图W1WM-1A1AK10/15/202234第九章 半导体存储器章目录章目录11D3D2D11D0驱动器驱动器输出电路输出电路存存储储矩矩阵阵地地址址译译码码器器b3b2b1b0字线字线 W0 W1 W2 W3111位线位线VCCA1A0图图 9.1.2 44 位二极管位二极管ROM10/15/202235第九章 半导体存储器章目录章目录表表9.1.1 9.1.1

24、图图9.1.29.1.2的地址输入与输出状态对应关系的地址输入与输出状态对应关系地址输入选中字线ROM输出A1A0D3D2D1D000W0101001W1111010W2010111W3110110/15/202236第九章 半导体存储器章目录章目录Q3Q2Q1Q0abcdefg显示000000000010000110011111001000100102001100001103010010011004010101001005011001000006011100011117100000000008100100001009表表 9.1.2 8421BCD码码7段显示译码器电路的真值表段显示译码器电

25、路的真值表10/15/202237第九章 半导体存储器章目录章目录（）与与阵阵列列译译码码器器abcdefg（Q0）（Q1）（Q2）（Q3）A0A1A2A3m0m15图图9.1.10 例例9.1.2 ROM阵列阵列10/15/202238第九章 半导体存储器章目录章目录字线字线WiVcc位线位线Yi熔丝熔丝图图9.1.4 PROM存储单元存储单元双极型晶双极型晶体三极管体三极管10/15/202239第九章 半导体存储器章目录章目录存储单元用存储单元用叠栅注入叠栅注入MOS管管构成（构成（SIMOS）写入：利用雪崩击穿；擦除：利用紫外线。写入：利用雪崩击穿；擦除：利用紫外线。字线字线Wi位线位

26、线YiDSG图9.1.5 UVEPROM存储单元MOS型晶型晶体三极管体三极管选择栅选择栅浮置栅浮置栅典型产品如：典型产品如：intel 2716(2K 8)、intel 2732(4K 8)。10/15/202240第九章 半导体存储器章目录章目录存储单元由一只普通的存储单元由一只普通的N沟道增强型沟道增强型MOS管，管，和一只和一只Flotox管组成。管组成。写入、写入、擦除擦除：利用隧道效应。：利用隧道效应。字线字线Wi位线位线YiT2T1G图9.1.6 E2PROM存储单元MOS型晶型晶体三极管体三极管控制栅控制栅浮置栅浮置栅典型产品如：典型产品如：intel 2864(8K 8)。1

27、0/15/202241第九章 半导体存储器章目录章目录集中了集中了UVEPROM和和E2PROM的优点。的优点。写入时利用写入时利用雪崩击穿雪崩击穿；擦除时利用擦除时利用隧道效应隧道效应。字线字线Wi位线位线YiUSS图9.1.8 Flash Memory存储单元10/15/202242第九章 半导体存储器章目录章目录以以120GB的硬盘为例：的硬盘为例：120GB=120,000MB=120,000,000KB=120,000,000,000字节字节 厂商容量计算方法：厂商容量计算方法：120,000,000,000字节字节/1024=117,187,500KB/1024操作系统计算方法：操

28、作系统计算方法：=114,441MB/1024=112GB。10/15/202243第九章 半导体存储器章目录章目录Protel 画图示例画图示例1/3ADDR18.0ADDR15ADDR14ADDR13ADDR12ADDR11ADDR10ADDR9ADDR8ADDR18ADDR17ADDR16ADDR7ADDR6ADDR5ADDR4ADDR3ADDR2ADDR1ADDR010/15/202244第九章 半导体存储器章目录章目录Protel 画图示例画图示例2/3EPPD7.0EPPD0EPPD7EPPD0EPPD710/15/202245第九章 半导体存储器章目录章目录Protel 画图示例画图示例3/310/15/202246第九章 半导体存储器章目录章目录CSR/WA1A7A9.0W/RCS2114（I）D0D1D2D3A6A5A3A2A4A0A9A8CSR/WA1A72114（）D0D1D2D3A6A5A3A2A4A0A9A8D3.0A9.0W/RCSCSR/W2114（）D3.0A9.0D3.0104CSR/W2114（I）D3.0A9.0410410图图 9.2.6 2114芯片位扩展的另两种画法芯片位扩展的另两种画法10/15/202247第九章 半导体存储器