最新微机原理第五章半导体存储器PPT课件.ppt
《最新微机原理第五章半导体存储器PPT课件.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《最新微机原理第五章半导体存储器PPT课件.ppt(54页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、微机原理第五章半导体存储微机原理第五章半导体存储器器主要内容主要内容5.1 概述5.2 随机存取存储器RAM5.3 只读存储器ROM5.4 存储器芯片与CPU的连接5.5 高速缓冲存储器Cache25.1.2 存储器的分类小结小结95.1.3 5.1.3 存储器的主要性能指标存储器的主要性能指标n存储器性能指标主要有:存储器性能指标主要有:存储容量、存储速度、可靠性、功耗存储容量、存储速度、可靠性、功耗存储容量、存储速度、可靠性、功耗存储容量、存储速度、可靠性、功耗存储容量存储容量存储容量存储容量:反映存储器可存储信息量的指标。以反映存储器可存储信息量的指标。以字数字数每个字的字长每个字的字长
2、表示。表示。如如 某存储器存储容量为某存储器存储容量为64K8位,即位,即64K字节。字节。存储速度存储速度存储速度存储速度:完成一次访问(读完成一次访问(读/写)存储器的时间。写)存储器的时间。可靠性可靠性可靠性可靠性:可靠性是用平均故障间隔时间可靠性是用平均故障间隔时间MTBF来衡量。来衡量。存取时间存取时间TA(Access Time)表示启动一次存储操作到完成该操作)表示启动一次存储操作到完成该操作 所经历时间;所经历时间;存储周期存储周期TMC(Memory Cycle)两次独立的存储操作之间所需的)两次独立的存储操作之间所需的 最小时间间隔。最小时间间隔。功功功功 耗耗耗耗:通常是
3、指每个存储单元消耗功率的大小。通常是指每个存储单元消耗功率的大小。10微机系统中的存储器分层体系结构微机系统中的存储器分层体系结构简单的二层结构:简单的二层结构:简单的二层结构:简单的二层结构:内内 存存 外外 存存 一般为半导体存储器,也称一般为半导体存储器,也称为短期存储器。为短期存储器。解决读写解决读写速度速度问题问题 包括磁盘(中期存储器)、包括磁盘(中期存储器)、磁带、光盘(长期存储)等。磁带、光盘(长期存储)等。解决存储解决存储容量容量问题问题p微机系统中存储器采用分层体系结构的根本目的:协调速度、容量、成本三者之微机系统中存储器采用分层体系结构的根本目的:协调速度、容量、成本三者
4、之间的矛盾。间的矛盾。11完整的四层结构:完整的四层结构:完整的四层结构:完整的四层结构:寄存器寄存器 Cache 主存主存 辅存辅存CPU内部高内部高速电子器件速电子器件L1:CPU内部内部L2:CPU外部外部 一般为静态随一般为静态随机存储器机存储器SRAM一般用动态随机存储器一般用动态随机存储器DRAM存放临存放临时数据,而用闪速存储器时数据,而用闪速存储器FLASH存放存放固化的程序和数据固化的程序和数据磁盘、磁带、磁盘、磁带、光盘等光盘等 cache-主存:解决高速度与低成本的矛盾;主存:解决高速度与低成本的矛盾;主存主存-辅存:利用虚拟存储技术解决大容量与低成本的矛盾辅存:利用虚拟
5、存储技术解决大容量与低成本的矛盾 只有主存(内存)占只有主存(内存)占用用CPU的地址空间!的地址空间!内存内存12微机系统中分层的存储器结构微机系统中分层的存储器结构135.1.4 5.1.4 存储器的组成结构存储器的组成结构n半导体存储器一般由以下部分组成:半导体存储器一般由以下部分组成:存储体、地址选择电路、输入输出电路、控制电路存储体、地址选择电路、输入输出电路、控制电路存储体、地址选择电路、输入输出电路、控制电路存储体、地址选择电路、输入输出电路、控制电路存储体存储体:矩阵形式保存数据。地址选择器地址选择器:接受CPU送来的地址信号并对它进行译码,选择与此地址码相对应的存储单元,以便
6、对该单元进行读写操作。(1)单译码适用于小容量存储器(2)双译码分为行译码与列译码I/O电路电路:控制信息的读出与写入(包含对I/O信号的驱动及放大处理功能)。控制电路控制电路:片选信号用以实现芯片的选择。读/写控制电路则用来控制对芯片的读/写操作。14静态随机存取存储器静态随机存取存储器SRAM动态随机存取存储器动态随机存取存储器DRAM5.2 随机存取存储器随机存取存储器RAMRAM(Random Access Memory)意指随机存取存储器。其工作特点是:在微机系统的工作过程中,可以随机地对其中的各个存储单元进行读写操作。155.2.1 静态随机存取存储器静态随机存取存储器SRAMnS
7、RAM的六管基本存储单元1.T1和和T2组组成成双双稳稳态态触触发发器器,用用于于保保存存数数据据。T3和和T4为负载管。为负载管。2.如如A点为数据点为数据D,则,则B点点为数据为数据/D。3.行行选选择择线线有有效效(高高电电 平平)时时,A、B处处的的数数据据信信息息通通过过门门控控管管T5和和T6送至送至C、D点。点。4.列列选选择择线线有有效效(高高电电 平平)时时,C、D处处的的数数据据信信息息通通过过门门控控管管T7和和T8送送至至芯芯片片的的数数据据引脚引脚I/O。集成度低,但速度快,价格高,集成度低,但速度快,价格高,常用做常用做CacheCache。T1T2ABT3T4+5
8、VT5T6CD列选择线列选择线T7T8I/OI/O行选择线行选择线165.2.1 静态随机存取存储器静态随机存取存储器SRAMn典型存储器静态RAM存储器芯片Intel 2114(1)外部结构 A0-A9:10根地址信号输入引脚。:读写控制信号输入引脚,当为低电平时,使输入三态门导通,信息由数据总线通过输入数据控制电路写入被选中的存储单元;反之从所选中的存储单元读出信息送到数据总线。I/O1I/O4:4根数据输入输出信号引脚 :低电平有效,通常接地址译码器的输出端。+5V:电源。GND:地。地址线数目地址线数目A、数据线数目、数据线数目I/O与芯片容量(与芯片容量(MN)直接相关:)直接相关:
9、2114容量为:容量为:2104bit 即即 1K4175.2.1 静态随机存取存储器静态随机存取存储器SRAMn典型存储器静态RAM存储器芯片Intel 2114(2)内部结构 存储矩阵:存储矩阵:4096个存储电路(6464矩阵)地址译码器:地址译码器:输入为10根线,采用两级译码方式,其中6根用于行译码,4根用于列译码;I/O控制电路:控制电路:分为输入数据控制电路和列IO电路,用于对信息的输入输出进行缓冲和控制;片选及读写控制电路:片选及读写控制电路:用于实现对芯片的选择及读写控制。185.2.2 动态随机存取存储器动态随机存取存储器DRAM 集集成成度度高高,但但速速度度较较慢慢,价
10、格低,一般用作主存价格低,一般用作主存行选择线行选择线T1B存储存储电容电容CA列选列选择线择线T2I/O1.电电容容上上存存有有电电荷荷时时,表表示示存存储储数数据据A为逻辑为逻辑1;2.行行选选择择线线有有效效时时,数数据据通通过过T1送送至至B处;处;3.列列选选择择线线有有效效时时,数数据据通通过过T2送送至芯片的数据引脚至芯片的数据引脚I/O;4.为为防防止止电电容容C放放电电导导致致数数据据丢丢失失,必须必须定时刷新定时刷新;5.动动态态刷刷新新时时行行选选择择线线有有效效,列列选选择线无效(刷新逐行进行)。择线无效(刷新逐行进行)。刷新放大器刷新放大器nDRAM的单管基本存储单元
11、基本工作原理基本工作原理:依靠T1管栅极电容的充放电原理来保存信息。195.2.2 动态随机存取存储器动态随机存取存储器DRAMn典型存储器动态RAM存储器芯片Intel 2164A(1)外部结构 A0A7:地址信号的输入引脚,用来分时接收CPU送来的8位行、列地址;:行地址选通信号输入引脚,低电平有效,兼作芯片选择信号。当为低电平时,表明芯片当前接收的是行地址;:列地址选通信号输入引脚,低电平有效,表明当前正在接收的是列地址(此时应保持为低电平);:写允许控制信号输入引脚,当其为低电平时,执行写操作;否则,执行读操作。DIN:数据输入引脚;DOUT:数据输出引脚;VDD:十5V电源引脚;Cs
12、s:地;N/C:未用引脚。205.2.2 动态随机存取存储器动态随机存取存储器DRAMn典型存储器动态RAM存储器芯片Intel 2164A(2)内部结构 存储体:存储体:64K1;地址锁存器:地址锁存器:Intel 2164A采用双译码方式,其16位地址信息要分两次送入芯片内部,在芯片内部有一个能保存8位地址信息的地址锁存器;数据输入缓冲器:数据输入缓冲器:用以暂存输入的数据;数据输出缓冲器:数据输出缓冲器:用以暂存要输出的数据;1/4I/O门电路:门电路:由行、列地址信号的最高位控制,能从相应的4个存储矩阵中选择一个进行输入输出操作;215.2.2 动态随机存取存储器动态随机存取存储器SR
13、AMn典型存储器动态RAM存储器芯片Intel 2164A(2)内部结构 行、列时钟缓冲器:行、列时钟缓冲器:用以协调行、列地址的选通信号;写允许时钟缓冲器:写允许时钟缓冲器:用以控制芯片的数据传送方向;128读出放大器:读出放大器:与4个128128存储阵列相对应,接收由行地址选通的4128个存储单元的信息,经放大后,再写回原存储单元,是实现刷新操作的重要部分;1/128行、列译码器:行、列译码器:分别用来接收7位的行、列地址,经译码后,从128128个存储单元中选择一个确定的存储单元,以便对其进行读/写操作。22掩模式掩模式ROMMROM(Mask ROM)可编程可编程ROMPROM(Pr
14、ogrammable ROM)可擦除可编程可擦除可编程ROMEPROM(Erasable Programmable ROM)电可擦除可编程电可擦除可编程ROMEEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM)快擦型存储器快擦型存储器(F1ash Memory)5.3 只读存储器只读存储器ROMROM(Read Only Memory)意指只读存储器。其工作特点是:在微机系统的在线运行过程中,只能对其进行读操作,而不能进行写操作。电源关断,信息不会丢失,属于非易失性存储器件;常用来存放不需要改变的信息。235.3.1 掩模式掩模式ROMMROMnMROM
15、是厂家根据用户事先编写好的机器码程序,把0、1信息存储在掩模图形中而制成的芯片。芯片制成后,存储位的状态即0、1信息就被固定了。p优点:可靠性高,集成度高,价格便宜,适宜大批量生产。p缺点:不能重写。245.3.2 可编程可编程ROMPROMnPROM一种可由用户通过简易设备写入信息的ROM器件。存储原理:存储原理:(1)二极管破坏型PROM(2)熔丝式PROM PROM可由用户根据自己的需要来确定ROM中的内容,常见的熔丝式熔丝式PROM是以熔丝的接通和断开来表示所存的信息为1或0。PROM器件只能固化一次程序,数据写入后,就不能再改变了!器件只能固化一次程序,数据写入后,就不能再改变了!一
16、次性!一次性!255.3.3 可擦除可编程可擦除可编程ROMEPROMn紫外线擦除可编程ROM的英文全称为Ultraviolet Erasable Programmable ROM,即UV EPROM,通常为了简便,缩写为EPROM。n它的存储内容可以根据需要写入,当需要更新内容时,可以使用紫紫外外线线照照射射的方法擦除原来写入的数据,再写入新的内容。265.3.3 可擦除可编程可擦除可编程ROMEPROMn典型典型EPROM 芯片芯片Intel 2716(2K8)(1)外部结构 Al0A0:地址信号输入引脚,可寻址芯片的2K个存储单元;O7O0:双向数据信号输入输出引脚;:片选信号输入引脚,
17、低电平有效,只有当该引脚转入低电平时,才能对相应的芯片进行操作;:数据输出允许控制信号引脚,输入,低电平有效,用以允许数据输出;Vcc:+5v电源,用于在线的读操作;VPP:+25v电源,用于在专用装置上进行写操作;GND:地。275.3.4 电子可擦除可编程电子可擦除可编程ROME2PROMnEEPROM也可写成E2PROM,它的编程原理与EPROM相同,但可用电擦除,重复改写的次数有限制(因氧化层被磨损),一般为10万次。擦除可以按字节分别进行;可以进行在线的编程写入(字节的编程和擦除都只需要10ms,并且不需特殊装置)285.3.5 闪速存储器闪速存储器(F1ash Memory)Fla
18、sh Memory闪速存储器、快擦型存储器闪速存储器、快擦型存储器:是不用电池供电的、高速耐用的非易失性半导体存储器。是不用电池供电的、高速耐用的非易失性半导体存储器。其特点是:其特点是:n可以整体电擦除(时间可以整体电擦除(时间1S1S)和按字节重新高速编程。)和按字节重新高速编程。n是完全非易失性的,可以完全代替是完全非易失性的,可以完全代替E2PROME2PROM。n能进行高速编程。能进行高速编程。如如:28F256:28F256芯片,每个字节编程需芯片,每个字节编程需100s100s,整个芯片整个芯片0.5s0.5s;最少可以擦写一万次,通常可达到最少可以擦写一万次,通常可达到1010
19、万次;万次;n低功耗,最大工作电流低功耗,最大工作电流30mA30mA。n与与E2PROME2PROM进行比较具有进行比较具有容量大、价格低、可靠性高等容量大、价格低、可靠性高等明显优势。明显优势。n快擦型存储器还可应用于激光打印机、条形码阅读器、各种仪器设备以快擦型存储器还可应用于激光打印机、条形码阅读器、各种仪器设备以及计算机的外部设备中。及计算机的外部设备中。n典型的芯片有典型的芯片有27F256/28F016/28F02027F256/28F016/28F020等。等。29 掩膜掩膜ROMROM内容只能读出,不能改变内容只能读出,不能改变.半导体厂家用掩膜技术写入程序半导体厂家用掩膜技
20、术写入程序成本低,成本低,适用于批量生产适用于批量生产不适用研究工作不适用研究工作 PROM PROM可编程可编程ROMROM内容只能读出,不能改变内容只能读出,不能改变.用户使用特殊方法进行编程,只用户使用特殊方法进行编程,只能写一次,一次编程不能修改。能写一次,一次编程不能修改。适用于批量生产适用于批量生产不适用研究工作不适用研究工作EPROMEPROM光可擦除光可擦除PROMPROM固化程序用紫外线光照固化程序用紫外线光照5 51515分钟擦除,分钟擦除,擦除后可以重新固化新的程擦除后可以重新固化新的程序和数据。序和数据。用户可以对芯片进行多次编程用户可以对芯片进行多次编程和擦除。和擦除
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 最新 微机 原理 第五 半导体 存储器 PPT 课件
限制150内