最新微机原理与接口第6章存储器(RAM及ROM)PPT课件.ppt

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1、微机原理与接口第6章存储器(RAM及ROM)第6章 半导体存储器 6.1 6.1 存储器及半导体存储器的分类存储器及半导体存储器的分类存储器是计算机用来存储信息的部件。6.1.1存储器的分类按存取速度和用途可把存储器分为两大类：内存储器和外存储器。内存：把通过系统总线直接与CPU相连的存储器称为内存储器，简称内存。特点：具有一定容量、存取速度快，且掉电数据将丢失。作用：计算机要执行的程序和要处理的数据等都必须事先调入内存后方可被CPU读取并执行。第6章 半导体存储器 第6章 半导体存储器 第6章 半导体存储器 第6章 半导体存储器 第6章 半导体存储器 第6章 半导体存储器 第6章 半导体存储

2、器 6.1.3 6.1.3 6.1.3 6.1.3 半导体存储器的主要技术指标半导体存储器的主要技术指标半导体存储器的主要技术指标半导体存储器的主要技术指标 1 1 1 1存储容量存储容量存储容量存储容量(1)(1)用用字字数数 位位数数表表示示，以以位位为为单单位位。常常用用来来表表示示存存储储芯芯片片的的容容量量，如如1K1K 4 4位位，表表示示该该芯芯片片有有1K1K个个单单元元(1K=1024)(1K=1024)，每个存储单元的长度为，每个存储单元的长度为4 4位。位。(2)(2)用字节数表示，以字节为单位，如用字节数表示，以字节为单位，如128B128B，表示，表示该芯片有该芯片有

3、 128 128个单元，每个存储单元的长度为个单元，每个存储单元的长度为8 8位。位。其中，其中，1KB1KB2 21010B B1024B1024B；1MB1MB2 22020B B1024KB1024KB；1GB1GB2 23030B Bl024MBl024MB；1TB1TB2 24040B B1024GB1024GB。显然，存储容量。显然，存储容量越大，所能存储的信息越多，计算机系统的功能便越强。越大，所能存储的信息越多，计算机系统的功能便越强。第6章 半导体存储器 2 2存取时间存取时间 存取时间是指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间。例如，读出时间是指从CPU向存储器发出有

4、效地址和读命令开始，直到将被选单元的内容读出为止所用的时间。显然，存取时间越小，存取速度越快。3 3存储周期存储周期 连续启动两次独立的存储器操作(如连续两次读操作)所需要的最短间隔时间称为存储周期。它是衡量主存储器工作速度的重要指标。一般情况下，存储周期略大于存取时间。第6章 半导体存储器 4 4功耗功耗 功耗反映了存储器耗电的多少，同时也反映了其发热的程度。5 5可靠性可靠性 可靠性一般指存储器对外界电磁场及温度等变化的抗干扰能力。存储器的可靠性用平均故障间隔时间MTBF(Mean Time Between Failures)来衡量。MTBF可以理解为两次故障之间的平均时间间隔。MTBF越

5、长，可靠性越高，存储器正常工作能力越强。第6章 半导体存储器 6集成度集成度指在一块存储芯片内能集成多少个基本存储电路，每个基本存储电路存放一位二进制信息，所以集成度常用位/片来表示。7性能/价格比 性能/价格比(简称性价比)是衡量存储器经济性能好坏的综合指标，它关系到存储器的实用价值。其中性能包括前述的各项指标，而价格是指存储单元本身和外围电路的总价格。第6章 半导体存储器 6.1.4 6.1.4 半导体存储器芯片的基本结构半导体存储器芯片的基本结构 地址译码器存储矩阵控制逻辑控制逻辑A0A1An三态数据缓冲器D0D1DNW/RCS图6.2 半导体存储器组成框图 第6章 半导体存储器 地址译

6、码方式 单译码方式图6.3 单译码方式地址译码器012315A0A1A2A3选择线存储体数据缓冲器控制控制电路电路4位I/O0I/O3CSWR第6章 半导体存储器 双译码方式三态双向缓冲器32321024存储矩阵10241控制电路控制电路Y向译码器CSWR RDA5A6A7A8A9Y0Y1Y31X0X1X2X31X向译码器A0A1A2A3A4I/O(1位)图6.4 双译码方式 第6章 半导体存储器 图6.5六管静态RAM存储电路电路中电路中V1、V2为工为工作管，作管，V3、V4为负为负载管，载管，V5、V6为控为控制管。其中，由制管。其中，由V1、V2、V3及及V4管组成管组成了双稳态触发器

7、电了双稳态触发器电路，路，V1和和V2的工作的工作状态始终为一个导状态始终为一个导通，另一个截止。通，另一个截止。V1截止、截止、V2导通时，导通时，A点为高电平，点为高电平，B点点为低电平；为低电平；V1导通、导通、V2截止时，截止时，A点为点为低电平，低电平，B点为高点为高电平。电平。特点：特点：读写速度快，所用管子数目多，单个器读写速度快，所用管子数目多，单个器件容量小，件容量小，V1、V2总有一个处于到通状态，功耗总有一个处于到通状态，功耗较大较大第6章 半导体存储器 Intel2114123456789101112131415161718Intel2114A6A5A4A3A0A1A2

8、GNDCSWEI/O4I/O3I/O2I/O1A9A8A7VCC(a)A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9WECS(b)I/O2I/O3I/O4I/O1图6.6 Intel 2114引脚及逻辑符号(a)引脚；(b)逻辑符号第6章 半导体存储器 6.2 6.2 随机读写存储器随机读写存储器(RAM)(RAM)6.2.1 静态RAM Intel 2114 SRAM芯片 Intel 2114 SRAM芯片的容量为1K4位，18脚封装，+5V电源，芯片内部结构及芯片引脚图和逻辑符号分别如图6.5和6.6所示。由于1K44096，所以Intel 2114 SRAM芯片有4096个基本存储电路，将40

9、96个基本存储电路排成64行64列的存储矩阵，每根列选择线同时连接4位列线，对应于并行的4位,从而构成了64行16列=1K个存储单元，每个单元有4位。第6章 半导体存储器 存储矩阵存储矩阵地址译码器地址译码器地址寄存器地址寄存器地址总线地址总线读读写写放放大大器器数数据据寄寄存存器器数数据据总总线线控制电路控制电路OE WE CESRAM芯片的结构芯片的结构第6章 半导体存储器 A3A4A5A6A7A8行地址译码存储矩阵6464列选择A0A1A2A9输入数据控制I/O1&1&2I/O2I/O3I/O4CSWE列I/O电路图6.5 Intel 2114内部结构 第6章 半导体存储器 图四管动态R

10、AM存储电路6.2.2 6.2.2 动态动态动态动态RAMRAM第6章 半导体存储器 6.2.2 6.2.2 动态动态RAMRAM Intel 2164AIntel 2164A动态动态RAMRAM芯片芯片 Intel 2164A芯片的存储容量为64K64K 1 1位，采用单管动态基本存储电路，每个单元只有一位数据，其内部结构如图6.7所示。2164A芯片的存储体本应构成一个256256的存储矩阵，为提高工作速度(需减少行列线上的分布电容)，将存储矩阵分为4个128128矩阵，每个128128矩阵配有128个读出放大器，各有一套I/O控制(读/写控制)电路。第6章 半导体存储器 存储矩阵存储矩阵

11、地地址址总总线线I/O缓缓冲冲器器数数据据总总线线读写控制读写控制/动态刷新电路动态刷新电路RAS#DRAM芯片的结构芯片的结构地地址址锁锁存存器器CAS#WE#DRAM的特点的特点:所用管子少，所用管子少，芯片位密度芯片位密度高高功耗小功耗小需要刷新需要刷新存取速度慢存取速度慢DRAM主要用来做内存主要用来做内存第6章 半导体存储器 8位地址锁存器A0A1A2A3A4A5A6A7128128存储矩阵128个读出放大器1/2(1/128列译码器)128个读出放大器128128存储矩阵1/128行译码器1/128行译码器128128存储矩阵128个读出放大器1/2(1/128列译码器)128个读

12、出放大器128128存储矩阵1/4I/O门输出缓冲器DOUTVSSVDD行时钟缓冲器列时钟缓冲器写允许时钟缓冲器数据输入缓冲器RASCASWEDIN图6.7 Intel 2164A内部结构示意图 第6章 半导体存储器 12345678910111213141516NCDINVSSA0A2A1VDDDOUTA6A3A4A5A7WECASRASDINA7A0CASRASDOUTWEA7A0CASRASWEVSSVDD地址输入列地址选通行地址选通写允许5地(a)(b)图6.8 Intel 2164A引脚与逻辑符号(a)引脚；(b)逻辑符号 第6章 半导体存储器 6.3 6.3 只读存储器只读存储器(

13、ROM)(ROM)6.3.1 掩膜式只读存储器(MROM)图6.9 掩膜式ROM示意图第6章 半导体存储器 表表6.1 掩膜式掩膜式ROM的内容的内容 单元D3D2D1D001010111012010130110位第6章 半导体存储器 6.3.2 可编程只读存储器(PROM)字线位线DiVCC图6.10 PROM存储电路示意图第6章 半导体存储器 6.3.3 可擦除、可再编程的只读存储器1EPROM和E2PROM图6.11 SIMOS型EPROM(a)SIMOS管结构；(b)SIMOS EPROM元件电路 第6章 半导体存储器 2Intel 2716 EPROM芯片芯片EPROM芯片有多种型号

14、，常用的有2716(2K8)2732(4K8)2764(8K8)27128(16K8)27256(32K8)等。1)2716的内部结构和外部引脚2716 EPROM芯片采用NMOS工艺制造，双列直插式24引脚封装。其引脚、逻辑符号及内部结构如图6.15所示。第6章 半导体存储器 Intel2716123456789101112131415161718192021222324A7A6A5A4A3A2A1A0O0O1O2GNDO3O4O5O6O7PD/PGMA10VCCA8A9VPPCS(a)Intel2716石英窗口A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10PD/PGMO0O1O2O3O4O

15、5O6O7CS(b)列译码行译码A10A0地址输入读出放大2K8位存储矩阵输出缓冲器数据输出端O7O0片选，功率下降和编程逻辑CSPD/PGM(c)VPPGNDVCC图6.12Intel2716的引脚、逻辑符号及内部结构(a)引脚；(b)逻辑符号；(c)内部结构第6章 半导体存储器 表表6.1 常用的常用的EPROM芯片芯片 型号容量结构最大读出时间/ns制造工艺需用电源/V管脚数27081K8bit350450NMOS5，+122427162K8bit300450NMOS+5242732A4K8bit200450NMOS+52427648K8bit200450HMOS+5282712816K

16、8bit250450HMOS+5282725632K8bit200450HMOS+5282751264K8bit250450HMOS+52827513464K8bit250450HMOS+528第6章 半导体存储器 3.Intel 2816 E2PROM芯片芯片Intel 2816是2K8位的E2PROM芯片，有24条引脚，单一+5 V电源。其引脚配置见图6.13。Intel2816123456789101112131415161718192021222324A7A6A5A4A3A2A1A0I/O0GNDA10VCCA8A9WEI/O1I/O2OECEI/O7I/O6I/O5I/O4I/O3A10A0OEI/O7I/O0CEWE地址引脚输出允许数据输入/输出片选信号写允许图6.13 Intel 2816的引脚 第6章 半导体存储器 表表6.2 常用的常用的E2PROM芯片芯片 型号参数28162816A28172817A2864A取数时间/ns250200250250200250250读电压VPP/V55555写/擦电压VPP/V2152155字节擦写时间/ms10915101010写入时间/ms10915101010封装DIP24DIP24DIP28DIP28DIP28