《存储器和存储系统》PPT课件.ppt
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1、存储器和存储系统存储器和存储系统苗付友Dept.of Computer Sci.&Tech.,USTCDept.of Computer Sci.&Tech.,USTC 第五章第五章1主要内容主要内容n n5.1 5.1 存储器概念和分类存储器概念和分类存储器概念和分类存储器概念和分类 n nRAMRAM的种类的种类的种类的种类 n nROMROM的种类的种类的种类的种类 n n5.2 RAM 5.2 RAM 结构结构结构结构 n n存储体存储体存储体存储体n n外围电路外围电路外围电路外围电路n n地址译码方式地址译码方式地址译码方式地址译码方式 n n5.3 80865.3 8086系统的存
2、储器组织系统的存储器组织系统的存储器组织系统的存储器组织 n n8086CPU8086CPU的存储器接口的存储器接口的存储器接口的存储器接口n n8086CPU8086CPU与存储器系统的连接与存储器系统的连接与存储器系统的连接与存储器系统的连接 2 25-1半导体存储器分类半导体存储器分类 3 31RAM的种类的种类 n n(1)双极型双极型RAMn n(2)MOS型型RAM n n 静态静态静态静态RAMRAMn n 动态动态动态动态RAMRAM4 41)双极型双极型RAMn n存储速度高存储速度高存储速度高存储速度高n n对对于于射射极极耦耦合合逻逻辑辑(ECL)(ECL)电电路路,可可
3、达达到到10ns10ns,对对于于肖特基肖特基(Schottky)TTL(Schottky)TTL逻辑电路,可到达逻辑电路,可到达25ns25ns。n n集成度与集成度与集成度与集成度与MOSMOS相比较低;功耗大,成本高相比较低;功耗大,成本高相比较低;功耗大,成本高相比较低;功耗大,成本高。n n以以以以晶晶晶晶体体体体管管管管的的的的触触触触发发发发器器器器作作作作为为为为基基基基本本本本存存存存储储储储电电电电路路路路,故故故故所所所所用用用用晶体管数目多。晶体管数目多。晶体管数目多。晶体管数目多。n n主要应用于速度要求较高的位片式微型机中主要应用于速度要求较高的位片式微型机中主要应
4、用于速度要求较高的位片式微型机中主要应用于速度要求较高的位片式微型机中。5 52)MOS RAMn n(1)SRAM(静态RAM)n n(2)DRAM(动态动态RAM)6 6(1)SRAM(静态静态RAM)n na a由由6 6管管构构成成的的触触发发器器作作为为基基本本存存储储电电路路,集集成度介于双极型和动态成度介于双极型和动态RAMRAM之间。之间。n nb b无无需需刷刷新新,故故可可省省去去刷刷新新电电路路,功功耗耗比比双双极型低,但比动态极型低,但比动态RAMRAM高。高。n nc c可可以以用用电电池池做做后后备备电电源源,因因而而不不需需刷刷新新逻逻辑辑电电路路(RAM(RAM
5、中中一一个个最最大大的的问问题题就就是是:一一旦旦RAMRAM掉掉电电,其其存存储储的的信信息息便便会会丢丢失失。这这就就要要求求当当交交流流电电源源掉掉电电时时,能能够够自自动动切切换换到到一一个个用用电电池池供供电电的的低低压压后后备备电电源源,以以此此来来保保持持RAMRAM中中的的信信息息)n ndd较高的集成度。较高的集成度。7 7(2)DRAM(动态RAM)n na基基本本存存储储电电路路由由单单管管线线路路组组成成(靠靠电电容存储电荷容存储电荷);n n b需需要要刷刷新新电电路路,典典型型要要求求是是每每隔隔2毫毫秒刷新一遍秒刷新一遍;n n c较高的集成度,比较高的集成度,比
6、SRAM的集成度高;的集成度高;8 8(3)Non Volatile RAMn n非易失性RAM或掉电自保护RAM,即NVRAM(NonVolatileRAM),这种RAM由SRAM加E2PROM共同构成,正常运行时和SRAM一样,但是它在掉电时和电源有故障的瞬间,将SRAM的信息保存到E2PROM中,从而信息就不会丢失。9 92.只读存储器只读存储器ROMn n掩膜ROMn n可编程的只读存储器PROM(ProgrammableROM)n n可擦除的EPROM(ErasablePROM)n n电可擦除的PROMn n快速擦写存储器FlashMemory10101).掩膜掩膜ROMn n是由生
7、产过程中的一道掩膜工艺决定其中的信息,半导体厂家按照固定的线路制造的,一旦制造好后,其中的信息只能读而不能改变。11112).可编程的只读存储器可编程的只读存储器PROMn n可以在特殊条件下编程的只读存储器。n n制造厂家生产的PROM在出厂时,各个单元都处于相同状态,用户根据需要在专用的设备上写入自己需要的信息,但是只能写一次。它适合小批量生产。n n它比掩膜ROM的集成度低,价格较贵。12123)可擦除的可擦除的EPROMn n可以根据需要重写,同时也可以把写上的内容可以根据需要重写,同时也可以把写上的内容擦去,且能改写多次。擦去,且能改写多次。n n写的速度慢,还需要额外的条件,即在修
8、改时,写的速度慢,还需要额外的条件,即在修改时,要将它从电路上取下来,并用紫外线制作的擦要将它从电路上取下来,并用紫外线制作的擦抹器照射抹器照射2020分钟左右,使存储器复原。分钟左右,使存储器复原。n n即使要改写其中已经写入的一位,也必须把整即使要改写其中已经写入的一位,也必须把整个内容全部擦去。个内容全部擦去。n nEPROMEPROM是目前应用较广泛的一种是目前应用较广泛的一种ROMROM芯片。芯片。13134).电可擦除的电可擦除的PROM n n简 称 为 EEPROM或 E2PROM(ElectricallyErasablePROM):n n能以字节为单位擦除和改写,且不需要把芯
9、片拔下来插入编程器编程,在用户系统中就可以直接操作。n n随着技术的进步,E2PROM的擦写速度不断加快,可作为非易失性RAM使用。14145)快速擦写存储器快速擦写存储器Flash Memoryn n又称快闪存储器;n n可以整体电擦除;n n是完全非易失性半导体存储器,可代替EEPROM。1515FlashMemoryFlashMemory阅读材料阅读材料n nFlashMemoryFlashMemory介绍介绍FlashMemoryFlashMemory的标准物理结构,称之为基本位(的标准物理结构,称之为基本位(cellcell),其特色为一般),其特色为一般MOSMOS的闸极(的闸极(
10、GateGate)和信)和信道的间隔为氧化层之绝缘(道的间隔为氧化层之绝缘(gateoxidegateoxide),而),而FlashMemoryFlashMemory在控制闸(在控制闸(ControlgateControlgate)与信道间却多)与信道间却多了一层物质,称之为浮闸(了一层物质,称之为浮闸(floatinggatefloatinggate)。拜多了这层浮闸之赐,使得)。拜多了这层浮闸之赐,使得FlashMemoryFlashMemory可以完成三可以完成三种基本操作模式,亦即读(一个种基本操作模式,亦即读(一个bytebyte或或wordword)、写(一个)、写(一个byte
11、byte或或wordword)、抹除(一个或多个内存空)、抹除(一个或多个内存空间),就算在不提供电源给内存的环境下,也能透过此浮闸,来保存资料的完整性。间),就算在不提供电源给内存的环境下,也能透过此浮闸,来保存资料的完整性。由于浮闸的物理特性与结构,使得当浮闸被注入负电子时,此一由于浮闸的物理特性与结构,使得当浮闸被注入负电子时,此一cellcell就由数字就由数字”1”1”被写成被写成”0”0”,相对的,当负电子从浮闸中移走后,此一,相对的,当负电子从浮闸中移走后,此一cellcell就由数字就由数字”0”0”变成变成”1”1”,此过程称之为抹除。目前,此过程称之为抹除。目前产业界有许多
12、将负电子注入浮闸或移除技术的探讨,其中热电子注入法(产业界有许多将负电子注入浮闸或移除技术的探讨,其中热电子注入法(hot-electroninjectionhot-electroninjection),),是当源极(是当源极(sourcesource)接地,控制闸的电压大于汲极()接地,控制闸的电压大于汲极(DrainDrain)的电压时,浮闸与信道间氧化层的能量)的电压时,浮闸与信道间氧化层的能量带会变得很狭隘,因此在信道中的负电子会被加速自信道上跳到浮闸中,进而完成写的动作。同样带会变得很狭隘,因此在信道中的负电子会被加速自信道上跳到浮闸中,进而完成写的动作。同样的原理可以运用在抹除的功
13、能上,当控制闸接地且的原理可以运用在抹除的功能上,当控制闸接地且sourcesource接至一个高压时,浮闸上的负电子将会自接至一个高压时,浮闸上的负电子将会自浮闸中拉至浮闸中拉至sourcesource,进而完成抹除的动作。,进而完成抹除的动作。FlashMemoryFlashMemory就是透过这种负电子存放或移除于浮闸的就是透过这种负电子存放或移除于浮闸的原理,使得本身具有重复读写的特性。原理,使得本身具有重复读写的特性。FlashFlash的种类:的种类:根据内存晶体管设计架构之不同可分为根据内存晶体管设计架构之不同可分为CellTypeCellType以及以及OperationTyp
14、eOperationType两种,两种,CellTypeCellType又可分为又可分为Self-AlignedGateSelf-AlignedGate(StackGateStackGate)以及)以及SplitgateSplitgate两种,前者以两种,前者以IntelIntel为代表,后者则被为代表,后者则被ToshibaToshiba、SSTSST(硅碟)等厂商所采用;至于(硅碟)等厂商所采用;至于OperationTypeOperationType,依据功能别又可区分为,依据功能别又可区分为CodeFlashCodeFlash(储存程序代码)(储存程序代码)以及以及DataFlashD
15、ataFlash(储存一般资料),(储存一般资料),CodeFlashCodeFlash动作方式有动作方式有NORNOR及及DINORDINOR两种,而两种,而DataFlashDataFlash动作方动作方式则有式则有NANDNAND及及ANDAND两种,其中两种,其中CodeFlashCodeFlash主要以主要以NORNOR型为主,储存系统程序代码及小量资料,多半型为主,储存系统程序代码及小量资料,多半应用于应用于PCPC、通讯行动电话、通讯行动电话、PDAPDA、STBSTB等产品上;而等产品上;而DataFlashDataFlash则是以则是以NANDNAND型为主,用于储存大量型为
16、主,用于储存大量资料,主要应用范围包括资料,主要应用范围包括DSCDSC、MP3MP3等所需要的各式规格的小型记忆卡。等所需要的各式规格的小型记忆卡。n n1 1、FLASHFLASH是某公司起的一个名字,代表的意思是快速读写的意思。而是某公司起的一个名字,代表的意思是快速读写的意思。而EEPROMEEPROM是电可擦定的意思,是电可擦定的意思,FLASHMEMORYFLASHMEMORY也可叫也可叫EEPROMEEPROM,亦可说,亦可说FLASHFLASH属于属于EEPROMEEPROM类的类的ROMROM。2 2、FLASHFLASH不能字节擦除,只能块擦除。不能字节擦除,只能块擦除。3
17、 3、有的、有的FLASHFLASH写的电压不是写的电压不是5V5V是是12V12V或或14VEEPROM14VEEPROM是是5V5V读写读写 n n-多年媳妇熬成婆多年媳妇熬成婆FlashFlash终于撑起半边天终于撑起半边天 16163选择存储器件的考虑因素选择存储器件的考虑因素n n易失性n n只读性n n位容量n n功耗n n速度n n价格n n可靠性17175-2 RAMn n静态RAMn n基本存储电路单元基本存储电路单元(六管静态存储电路六管静态存储电路)n n静态静态RAMRAM的结构的结构n n静态静态RAMRAM芯片实例芯片实例n n动态RAMn n动态动态RAMRAM的
18、存储单元的存储单元(单管动态存储电路单管动态存储电路)n n动态动态RAMRAM实例实例n n几种新型RAM18181.静态静态RAMn n基本存储电路单元(六管静态存储电路)1919SRAM六管基本存储电路六管基本存储电路2020静态静态RAM的结构的结构2121SRAM 外围电路外围电路n n地址译码电路:它能对由地址总线上送来的地址信息进行译码,译码输出去选通(选中)指定的存储单元。n n读写控制:它用以控制对被选中单元的读写操作。2222SRAM 外围电路外围电路n n片选控制片选控制:微型机中的存储器,一般都要使用一片以:微型机中的存储器,一般都要使用一片以上的存储器芯片来构成。不同
19、的存储地址区域,位于上的存储器芯片来构成。不同的存储地址区域,位于不同的芯片中。对于每一个芯片来说,只有当它的片不同的芯片中。对于每一个芯片来说,只有当它的片选信号选信号CSCS端输入信号低电平时,此片所连的地址线才端输入信号低电平时,此片所连的地址线才有效,才能对此片上的存储单元进行读或写操作。有效,才能对此片上的存储单元进行读或写操作。n n集电极开路门或三态输入输出缓冲器集电极开路门或三态输入输出缓冲器:使被选中的芯:使被选中的芯片的输出挂上数据总线,控制数据的输入输出;当片的输出挂上数据总线,控制数据的输入输出;当芯片未被选中时,使芯片的输出脱离数据总线。芯片未被选中时,使芯片的输出脱
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