第6章存储器及其接口.ppt
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1、第6章存储器及其接口 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望6.1 存储器的分类与组成n微型计算机的存储结构微型计算机的存储结构n寄存器寄存器位于位于CPU中中n主主存存由由半半导导体体存存储储器器(ROM/RAM)构成构成n辅辅存存指指磁磁盘盘、磁磁带带、磁磁鼓鼓、光光盘盘等等大大容容量量存存储储器,采用磁、光原理工作器,采用磁、光原理工作n高高速速缓缓存存(CACHE)由由静态静态RAM芯片构成芯片构成nP211图图 6.1内内 存存 外外 存存 与与
2、CPU的连接的连接CPU(寄存器)(寄存器)CACHE(高速缓存)(高速缓存)主存(内存)主存(内存)辅存(外存)辅存(外存)26.1.1 半导体存储器的分类n按制造工艺分类按制造工艺分类n双极型:双极型:速度快速度快、集成度低、功耗大、集成度低、功耗大nMOS型:速度慢、集成度高、型:速度慢、集成度高、功耗低功耗低n按使用属性分类按使用属性分类n随机存取存储器随机存取存储器 RAM:可读可写可读可写、断电丢失、断电丢失n只读存储器只读存储器 ROM:只读、断电不丢失只读、断电不丢失详细分类,请看图示详细分类,请看图示3图6.2 半导体存储器的分类半导体半导体存储器存储器只读存储器只读存储器(
3、ROM)随机存取存储器随机存取存储器(RAM)静态静态 RAM(SRAM)动态动态 RAM(DRAM)非易失非易失 RAM(NVRAM)掩膜式掩膜式ROM一次性可编程一次性可编程 ROM(PROM)紫外线擦除可编程紫外线擦除可编程 ROM(EPROM)电擦除可编程电擦除可编程 ROM(EEPROM)4读写存储器RAM类型构成速度集成度应用SRAM触发器快低小容量系统DRAM极间电容慢高大容量系统NVRAM带微型电池快低小容量非易失5只读存储器ROMn掩膜掩膜ROM:信息制作在芯片中,不可更改信息制作在芯片中,不可更改nPROM:允许一次编程,此后不可更改允许一次编程,此后不可更改nEPROM:
4、用用紫紫外外光光擦擦除除,擦擦除除后后可可编编程程;并并允允许用户多次擦除和编程许用户多次擦除和编程nEEPROM(E2PROM):采采用用加加电电方方法法在在线线进进行擦除和编程,也可多次擦写行擦除和编程,也可多次擦写nFlash Memory(闪闪存存):能能够够快快速速擦擦写写的的EEPROM,但只能按块(,但只能按块(Block)进行擦除)进行擦除66.1.2 半导体存储器的组成1.存存储储体体由由基基本本存存储储电电路路构构成成,用用来来存存储储信信息息,通通常常排排列列成成矩矩阵阵,其其地地址址线线的的位位数数与与存存储储单单元元的的个数有关个数有关 2n=N。2.地地址址选选择择
5、电电路路根根据据输输入入的的地地址址编编码码来来选选中中芯芯片片内某个特定的存储单元内某个特定的存储单元,分单译码、双译码。分单译码、双译码。3.读读写写电电路路与与控控制制电电路路-包包括括读读写写放放大大器器(处处于于数数据据总总线线和和被被选选中中单单元元之之间间),数数据据缓缓冲冲电电路路(数数据据输输入入输输出出通通道道),片片选选控控制制端端CS和和读读写写控控制制逻逻辑辑。P214图图6.4。7地址译码电路译译码码器器A5A4A3A2A1A06301存储单元存储单元64个单元个单元行行译译码码A2A1A0710列译码列译码A3A4A501764个单元个单元单译码结构P245双译码
6、结构p2468SRAM 芯片的内部芯片的内部结构结构Di行行地地址址译译码码列地址译码列地址译码A3A2A1A0A4 A5 A6 A710015151CSOEWE输入缓冲输入缓冲输出输出缓冲缓冲基本存储基本存储单元单元列选通列选通96.2 随机存取存储器RAM6.2.1 静态随机存取存储器静态随机存取存储器1.SRAM基本存储电路基本存储电路102.SRAM的组成113.SRAM的读写过程n1)读读出出:地地址址被被送送到到RAM的的地地址址输输入入端端,经经X、Y译译码码,产产生生行行选选、列列选选信信号号,选选中中单单元元,同同时时读读控控制制信信号号和和片片选选信信号号将将输输出出缓缓冲
7、冲的的三三态态门门打打开开,所所存存信息出现在信息出现在DB上。上。n2)写写入入:同同上上先先选选中中单单元元,同同时时写写信信号号和和片片选选将将打打开输入缓冲三态门,开输入缓冲三态门,DB上的信息被送入单元。上的信息被送入单元。n3)存存储储状状态态:某某单单元元不不被被选选中中,其其基基本本存存储储电电路路与与DB是是隔隔离离的的,DB上上的的信信息息不不会会对对该该单单元元起起作作用用,该单元处于存储状态。该单元处于存储状态。124.SRAM芯片举例n常常用用的的有有2114、2142、6116、6264n6116的存储容量为的存储容量为2K8n24个个引脚:引脚:n11 根地址线根
8、地址线 A10A0n8根数据线根数据线 I/O7I/O0n片选片选 CSn读写读写 WEn输出允许输出允许OEn存储体存储体128 128 P2171 12 23 34 45 56 67 78 89 910101111121224232221201918171615VccA8A9WEOEA10I/O7I/O6I/O5A7A6A5A4A3A2A1A0I/O0功能功能I/O1I/O2GND1314I/O2I/O3I/O413SRAM芯片6264n存储容量为存储容量为 8K8n28个引脚:个引脚:n13 根地址线根地址线 A12A0n8 根数据线根数据线 D7D0n2 根片选根片选 CS1、CS2n
9、读写读写 WE、OEnP218例例功能功能功能功能+5V-WECS2A8A9A11-OEA10-CS1D7D6D5D4D3NCA12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GND12345678910111213142827262524232221201918171615146.2.2 动态随机存取存储器nDRAM以以MOS管管栅栅极极电电容容是是否否充充有有电电荷荷来来存存储信息。储信息。n基本存储电路有基本存储电路有4管、管、3管和单管等。管和单管等。nP320 3管。管。162)单管动态基本存储电路写入:字选线为写入:字选线为1,T1导通,信息由导通,信息由D存入存入CS。读出:字选
10、线为读出:字选线为1,T1导通,导通,CS上的信上的信息通过息通过T1送到送到D线。线。信息读出后,信息读出后,CS上上的电压下降,要保的电压下降,要保存原信息,必须重存原信息,必须重写,外围电路复杂。写,外围电路复杂。172.动态RAM芯片举例nIntel 2116单单管管动动态态RAM芯芯片片,16K 1,16个引脚。个引脚。n7条条地地址址线线,采采用用分分时时复复用用技技术术,按按行行(RAS)、列列地地址址(CAS)分分2次次引引入入芯芯片片。单单元元选选中中后后WE信号决定是写还是读。信号决定是写还是读。nRAS兼做片选信号。兼做片选信号。nA6A0也用作刷新地址的输入。也用作刷新
11、地址的输入。18DRAM芯片芯片的内部结构 T5T4T3T2T1VDD读出再生读出再生放大电路放大电路列列128列列2DINDOUT列列1行行128行行66行行65行行64行行2行行1I/O缓冲缓冲单管基本单管基本存储单元存储单元读出再生读出再生放大电路放大电路19动态RAMn采采用用行行地地址址和和列列地地址址来来确定一个单元;确定一个单元;n行列地址行列地址分时分时传送,传送,共用一组地址线;共用一组地址线;n地址线的数量仅地址线的数量仅 为同等容量为同等容量SRAM 芯片的一半。芯片的一半。DRAM还还 有有 2164、3764、4164等等行1地0址0 01 0 0 0列地址20DRA
12、M芯片2164n存储容量为存储容量为 64K1n16个个引脚:引脚:n8 根地址线根地址线A7A0n1 根数据输入线根数据输入线DINn1 根数据输出线根数据输出线DOUTn行地址选通行地址选通 RASn列地址选通列地址选通 CASn读写控制读写控制 WEN/CDINWERASA0A2A1VDDVSSCASDOUTA6A3A4A5A712345678161514131211109212164n存储体由存储体由4个个128 128的存储矩阵。的存储矩阵。n7条条行行地地址址产产生生128个个行行选选信信号号,7条条列列地地址址产产生生128个个列列选选信信号号,同同时时加加到到4个个存存储储矩矩
13、阵阵上上,选选中中4个个单单元元,最最后后由由RA7和和CA7选选中中1个个单元进行读写。单元进行读写。nWE为高,读,为高,读,WE为低,写。为低,写。22DRAM 2164的刷新采用采用“仅行地址有效仅行地址有效”方法方法刷新刷新n行行地地址址选选通通RAS有有效效,传传送送行行地地址址,在在4个个存存储储矩阵中都选中矩阵中都选中1行,每次同时刷新行,每次同时刷新512个单元。个单元。n列地址选通列地址选通CAS无效,没有列地址无效,没有列地址n没有数据从芯片中输出,也没有数据输入芯片没有数据从芯片中输出,也没有数据输入芯片n每每隔隔固固定定的的时时间间(约约15uS)DRAM必必须须进进
14、行行一一次次刷刷新新,2毫毫秒秒(128次次)可可将将DRAM全全部部刷刷新新一遍。一遍。23静态RAM的特点特点:特点:n用双稳态触发器存储信息。用双稳态触发器存储信息。n速速度度快快(5ns),不不需需刷刷新新,外外围围电电路路比比较较简简单单,但集成度低(存储容量小,约但集成度低(存储容量小,约1Mbit/片),功耗大。片),功耗大。n在在PC机机中中,SRAM被被广广泛泛地地用用作作高高速速缓缓冲冲存存储储器器Cache。n对对容容量量为为M*N的的SRAM芯芯片片,其其地地址址线线数数=2M(2n=M);数数据据线线数数=N。反反之之,若若SRAM芯芯片片的的地地址线数为址线数为K,
15、则可以推断其单元数为,则可以推断其单元数为2K个。个。24动态RAM的特点n特点:特点:nDRAM是是靠靠MOS电电路路中中的的栅栅极极电电容容来来存存储储信信息息的的,由由于于电电容容上上的的电电荷荷会会逐逐渐渐泄泄漏漏,需需要要定定时时充充电电以以维维持持存存储储内内容容不不丢丢失失(称称为为动态刷新),所所以以动动态态RAM需需要要设设置置刷新电路,相应外围电路就较为复杂。电路,相应外围电路就较为复杂。n刷新定时间隔一般为几微秒几毫秒刷新定时间隔一般为几微秒几毫秒nDRAM的的特特点点是是集集成成度度高高(存存储储容容量量大大,可可达达1Gbit/片片以上),功耗低,但速度慢(以上),功
16、耗低,但速度慢(10ns左右),需要刷新。左右),需要刷新。nDRAM在在微微机机中中应应用用非非常常广广泛泛,如如微微机机中中的的内内存存条条(主主存存)、显卡上的显示存储器几乎都是用、显卡上的显示存储器几乎都是用DRAM制造的。制造的。256.3 只读存储器(ROM)n6.3.1 只读存储器存储信息的原理和组成只读存储器存储信息的原理和组成nP222 图图6.15 6.16266.3.2 6.3.2 只读存储器的分类只读存储器的分类不可编程掩模不可编程掩模ROM一次性可写一次性可写ROM可读写可读写ROM分分 类类EPROM(紫外线擦除)(紫外线擦除)EEPROM(电擦除)(电擦除)27只
17、读存储器(ROM)位线位线地地址址译译码码A1A0字线字线3字线字线2字线字线1字线字线011100100VDDD0D1D2D3掩膜式掩膜式ROM位位线线字选线字选线熔丝熔丝VCC熔丝式熔丝式PROM 28可擦除的可编程的只读存储器EPROMnEPROM 芯芯片片顶顶部部开开有有一一个个圆圆形形的的石石英英窗窗口口,用于紫外线透过、以擦除芯片中保存的信息用于紫外线透过、以擦除芯片中保存的信息n使使用用专专门门的的编编程程器器(烧烧写写器器)对对EPROM芯芯片进行编程片进行编程n编程后,应贴上不透光的封条编程后,应贴上不透光的封条n出出厂厂时时,每每个个基基本本存存储储单单元元存存储储的的都都
18、是是信信息息“1”,编编程程实实际际上上就就是是将将“0”写写入入某某些些基基本存储单元本存储单元29EPROM的存储结构浮置栅雪崩注入型浮置栅雪崩注入型场效应管场效应管多晶硅多晶硅浮置栅浮置栅漏极漏极D源极源极S-N基底基底SiO2SiO2+字选线字选线位位线线浮置栅场效浮置栅场效应管应管EPROM基本存储结构基本存储结构VCCPP30EPROM芯片2716n存储容量为存储容量为 2K8n24个个引脚:引脚:n11 根地址线根地址线 A10A0n8 根数据线根数据线 DO7DO0n片选片选/编程编程 CE/PGMn读写读写 OEn编程电压编程电压 VPP功能表功能表功能表功能表VDDA8A9
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- 存储器 及其 接口
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