第三章内存储器PPT讲稿.ppt
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1、第三章 内存储器第1页,共49页,编辑于2022年,星期二本章学习目标本章学习目标半导体存储器及闪存的组成及功能。半导体存储器及闪存的组成及功能。半导体存储器性能参数以及芯片的组成方式。半导体存储器性能参数以及芯片的组成方式。1616位和位和3232位微处理器存储地址空间的硬件组织方式。位微处理器存储地址空间的硬件组织方式。第2页,共49页,编辑于2022年,星期二存储器层次结构存储器层次结构第3页,共49页,编辑于2022年,星期二3.1 3.1 半导体存储器半导体存储器3.1.1 ROM(Read Only Memory)ROM的特点是断电后不丢失其中存储的程序和数据。的特点是断电后不丢失
2、其中存储的程序和数据。ROM中的信息写入通常在脱机状态下用电气方式进行,即对中的信息写入通常在脱机状态下用电气方式进行,即对ROM编编程。程。ROM一般由地址译码器、存储矩阵和输出缓冲器组成。一般由地址译码器、存储矩阵和输出缓冲器组成。第4页,共49页,编辑于2022年,星期二3.1.1 ROM1掩膜掩膜ROM 常称为常称为ROM,行选字、列选位。行选字、列选位。列的位线上连或没列的位线上连或没有连管子,由二次有连管子,由二次光刻版图形(掩膜)光刻版图形(掩膜)决定。决定。第5页,共49页,编辑于2022年,星期二3.1.1 ROM2.PROM一次可编程一次可编程ROM 熔丝熔丝ROM,通过熔
3、丝有、无表示两种状态。通过熔丝有、无表示两种状态。(1)字选中,基极为)字选中,基极为“1”,射极为,射极为“1”连熔丝:连熔丝:T1导通,输出导通,输出“0”无熔丝:无熔丝:T1截止,输出截止,输出“1”(2)出厂时熔丝都连,写入编程)出厂时熔丝都连,写入编程Ec-12V要写入的要写入的Di端为端为“1”(断开),(断开),DW导通,导通,T2导通,导通,大电流流过熔丝,烧断大电流流过熔丝,烧断不写入的不写入的Di端为端为“0”(接地),(接地),DW不通,不通,T2截止,截止,无电流流过熔丝,不断无电流流过熔丝,不断 (3)用途:标准程序、图表、常数、字库等)用途:标准程序、图表、常数、字
4、库等第6页,共49页,编辑于2022年,星期二3.可擦可编程可擦可编程ROM(EPROM)紫外线照射整体擦去,专用编程器写入信息。紫外线照射整体擦去,专用编程器写入信息。写入:写入:D、S加加25V,瞬间击穿,电子进入瞬间击穿,电子进入FG,设为设为“0”,未写的仍为未写的仍为“1”,无电子,无电子,VT不变不变读出:读出:D、S加加5V,FG无电子,无电子,VTVT1,G上电压使上电压使FAMOS导导通,输出通,输出“1”;FG有电子,有电子,VTVT0,G上电压不能上电压不能 使使FAMOS导通,输出导通,输出“0”。擦去:擦去:用紫外线通过窗口照射,电子被激发成为光电流泄用紫外线通过窗口
5、照射,电子被激发成为光电流泄漏,漏,都都无电子,恢复为全无电子,恢复为全“1”状态状态 3.1.1 ROM第7页,共49页,编辑于2022年,星期二3.1.1 ROM(1)EPROM基本存储电路工作原理基本存储电路工作原理 N沟沟FAMOS管的结构管的结构 浮栅积存电荷与阀值的关系浮栅积存电荷与阀值的关系第8页,共49页,编辑于2022年,星期二3.1.1 ROMPGM Vpp 数据线数据线读出读出 0 0 1 +5V 输出输出待机待机 1 +5V高阻,功耗为最大值高阻,功耗为最大值1/4 编程编程 0 1 0 +25V输入,所有单元为输入,所有单元为“1”检验检验 0 0 1+25V 输出输
6、出禁止编程禁止编程 1 +25V 高阻高阻(2)EPROM引脚配置和工作方式引脚配置和工作方式EPROM 2764:8K8b,28脚脚DIP,地址线地址线A12A0,数据线数据线O7O0,Vpp偏电源,偏电源,Vcc电源,电源,GND地线。地线。2764的工作方式的工作方式:第9页,共49页,编辑于2022年,星期二4.EEPROM(1)EEPROM芯片的应用特性芯片的应用特性电可擦可编程电可擦可编程ROM(EEPROM)字节写入、同时擦除,内部集成了擦除和编程电路字节写入、同时擦除,内部集成了擦除和编程电路.非易失性,读写与非易失性,读写与RAM类似,但写入时先擦除,时间稍长。类似,但写入时
7、先擦除,时间稍长。2817:2K8b,28脚脚DIP,地址线地址线A10A0,数据线数据线I/O7-I/O0,片选,片选,输出允许,输出允许,写允许,写允许,RDY/准备好准备好/忙,忙,Vcc,GND,3个引脚个引脚NC2816:2K8b,24脚脚DIP,与与2817基本相同。基本相同。2817有擦写完毕信有擦写完毕信号端号端RDY/,在擦写操作期间在擦写操作期间RDY/为低电平,全部擦写为低电平,全部擦写完毕时,完毕时,RDY/为高电平。为高电平。3.1.1 ROM第10页,共49页,编辑于2022年,星期二3.1.1 ROMRDY/数据线数据线读出读出 0 0 1 高阻高阻 输出输出未选
8、中未选中 1 高阻高阻 高阻高阻字节编程字节编程 0 1 0 0-1 输入输入字节擦除字节擦除 编程前自动擦除编程前自动擦除(2)EEPROM引脚配置和工作方式引脚配置和工作方式2817工作方式工作方式第11页,共49页,编辑于2022年,星期二1.基本存储电路基本存储电路六管静态单元工作原理六管静态单元工作原理4个个MOS管交叉耦合成双稳管交叉耦合成双稳FF双稳与选通管双稳与选通管V5、V6组成存储单元组成存储单元V5、V6接行选,接行选,V7、V8接列选。列选管接列选。列选管V7、V8全列共用全列共用R:FF状态由状态由V5、V6传至传至 和和DW:0:1,D0,使使V1截止,截止,V3导
9、通,导通,1,Q0;1:0,D1,使使V1导通,导通,V3截止,截止,0,Q13.1.2 SRAM第12页,共49页,编辑于2022年,星期二3.1.2 SRAM六管六管NMOS基本存储电路基本存储电路第13页,共49页,编辑于2022年,星期二3.1.2 SRAM QV1V2V3V4NMOS 1 0止止通通通通通通 0 1通通通通止止通通CMOS 1 0止止 通通通通止止 0 1通通止止止止通通第14页,共49页,编辑于2022年,星期二3.1.2 SRAMRAM芯片芯片第15页,共49页,编辑于2022年,星期二1.DRAM基本存储电路基本存储电路行选控制行选控制V导通、截止,使存储电容导
10、通、截止,使存储电容Cs与数据线与数据线D接通、接通、断开,断开,控制控制R/W。W:D1,对对Cs充电至高电压;充电至高电压;D0,Cs放电至低电压。放电至低电压。R:Cs电荷在电荷在Cs、Cn上分配上分配 D上电位相应变化,通过读放电路检出是读上电位相应变化,通过读放电路检出是读“0”或或“1”。电荷重新分配,破坏性读,需要重写。电荷重新分配,破坏性读,需要重写。刷新:刷新:Cs容量小,电荷泄漏,容量小,电荷泄漏,2ms内可保持逻辑电内可保持逻辑电 平,平,2ms必必须刷新一次。须刷新一次。3.1.3 DRAM第16页,共49页,编辑于2022年,星期二3.1.3 DRAM单管单管NMOS
11、基本存储电路基本存储电路第17页,共49页,编辑于2022年,星期二3.1.3 DRAM2.DRAM刷新刷新刷新周期和刷新时间间隔刷新周期和刷新时间间隔刷新周期:刷新按行进行,每刷新一行所需时间为刷新周期。刷新周期:刷新按行进行,每刷新一行所需时间为刷新周期。刷新时间间隔:在这段时间内刷新时间间隔:在这段时间内DRAM的所有单元将被刷新一遍,一的所有单元将被刷新一遍,一般般DRAM的刷新时间间隔为的刷新时间间隔为2ms。(1)刷新方式)刷新方式集中刷新:刷新间隔时间前段用于集中刷新:刷新间隔时间前段用于R/W等,后段用于刷新;等,后段用于刷新;分散刷新:系统周期时间前段用于分散刷新:系统周期时
12、间前段用于R/W等,后段用于刷新;等,后段用于刷新;透明刷新:存储器周期中的空闲时间用于刷新,或机器执行内部操作时透明刷新:存储器周期中的空闲时间用于刷新,或机器执行内部操作时间。间。第18页,共49页,编辑于2022年,星期二3.1.3 DRAM(2)刷新控制方式)刷新控制方式异步控制方式异步控制方式 刷新(刷新()访存异步请求)访存异步请求Mem刷新刷新/访存访存同步控制方式同步控制方式 利用利用CPU不访存时间刷新不访存时间刷新Mem半同步控制方式半同步控制方式 时钟时钟上升沿访存,时钟下降沿刷新上升沿访存,时钟下降沿刷新第19页,共49页,编辑于2022年,星期二3.1.3 DRAM3
13、DRAM芯片芯片 4164:64K1b,16引脚,引脚,HMOS工艺,工艺,TTL电平,一空脚可升电平,一空脚可升级至级至256Kb。2ms刷新一遍,共用刷新一遍,共用128刷新周期,每次刷新周期,每次2行共行共512单元。单元。4DRAM控制器控制器 实现地址多路、定时刷新、刷新地址计数、仲裁、定时信号发生的功实现地址多路、定时刷新、刷新地址计数、仲裁、定时信号发生的功能能。第20页,共49页,编辑于2022年,星期二4164框图第21页,共49页,编辑于2022年,星期二4164引脚排列图引脚排列图第22页,共49页,编辑于2022年,星期二DRAM控制器逻辑框图控制器逻辑框图第23页,共
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