第3章半导体存储器及其接口.pptx
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1、中国水利水电出版社中国水利水电出版社 ISBN ISBN 978-7-5170-3719-4978-7-5170-3719-4王向慧王向慧王向慧王向慧 主编主编主编主编(第(第3 3章)章)微型计算机原理与接口技术(第二版)微型计算机原理与接口技术(第二版)第第3章章 半导体存储器及其接口半导体存储器及其接口3.1 存储器存储器概述概述3.2 随机存储器随机存储器RAM3.3 只读存储器只读存储器ROM3.4 半导体存储器半导体存储器接口接口3.5 存储存储体系结构体系结构习题与习题与思考思考第第3 3章章3.1 存储器概述3.1.1 存储器的分类存储器的分类3.1.2 存储器的主要性能指标存
2、储器的主要性能指标3.1.3 内存储器的基本结构内存储器的基本结构3.1.4 半导体存储器半导体存储器退出下页上页帮助第第3 3章章3.1.1 存储器的分类存储器的分类1按在系统中的作用分类l内存储器又称主存储器,简称内存或主存,用来存放当前正在运行或将要使用的程序和数据。CPU可以通过指令直接访问内存。因受地址总线宽度的限制,内存容量远不及外存,且具易失性,但具有访问速度快的特点。l外存储器又称辅助存储器,简称外存或辅存,位于主机外部,属于外部设备,具有非易失性,容量大,但读写速度慢,CPU不直接对其访问。退出下页上页帮助第第3 3章章3.1.1 存储器的分类存储器的分类2按存储信息的可保存
3、性分类l易失性存储器l非易失性存储器l半导体存储器l磁介质存储器l光盘存储器3按存储介质分类退出下页上页帮助第第3 3章章3.1.2 存储器存储器的主要性能指标的主要性能指标1.存储容量指存储器可以容纳的二进制信息总量。2.存取速度通常由存取时间来衡量,存取时间又称读写时间,指从CPU发出有效的存储器地址从而启动一次存储器读/写操作,到读出/写入数据完毕所经历的时间。8位二进制数为1个字节(Byte,简写为B),字节是存储容量的基本单位。1 KB1024 B210 B1 MB 1024 KB 220 B1 GB1024 MB 230 B1 TB1024 GB 240 B1 PB1024 TB2
4、50 B退出下页上页帮助第第3 3章章3.1.3 内内存储器的存储器的基本结构基本结构内存储器基本结构:存储体、地址寄存器、地址译码器、读写驱动器、数据寄存器、时序控制电路地址总线(n位)地址寄存器地址译码器存储体读写驱动器数据寄存器数据总线(m位)存储控制逻辑控制总线退出下页上页帮助第第3 3章章3.1.4 半导体半导体存储器存储器半导体存储器具有工艺简单、集成度高、成品率高、可靠性高、存取速度快、体积小、功耗低等特点;其存储电路所占的空间小,可以和译码电路以及缓冲寄存器制作在同一芯片中。所以现代微型计算机的内存储器普遍采用半导体存储器。半导体存储器的分类:半导体存储器随机存储器(RAM)只
5、读存储器(ROM)静态随机存储器(SRAM)动态随机存储器(DRAM)掩膜只读存储器(ROM)可编程只读存储器(PROM)可擦除可编程只读存储器(EPROM)电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)闪速存储器(Flash Memory)第第3 3章章3.2 随机存储器RAM3.2.1 静态静态RAM(SRAM)3.2.2 动态动态RAM(DRAM)退出下页上页帮助第第3 3章章3.2.1 静态静态RAM(SRAM)基本存储电路指存储一位二进制数的电路,又称单元电路。SRAM的基本存储电路T5T6T1T2T3T4VccBA(接地址译码线)位线DD位线字线由以上基本存储电路组成的SRAM芯片具有可
6、靠性高、速度快、高稳定性、集成度低、功耗较大的特点。SRAM一般用作高速缓冲存储器Cache。退出下页上页帮助第第3 3章章利用多个基本存储电路排成行列矩阵构成存储体,加上地址译码电路、读写控制电路、I/O电路,可以构成SRAM。3.2.1 静态静态RAM(SRAM)2SRAM的结构4行4列基本存储电路构成的161位SRAM的结构:退出下页上页帮助第第3 3章章常用的SRAM芯片有1K4位(如2114)、2K8位(如2128、6116)、4K8位(如6132、6232)、8K8位(如6164、6264、3264、7164)、32K8位(如61256、71256、5C256)、64K8位(如64
7、C512)等。3.2.1 静态静态RAM(SRAM)3典型的SRAM芯片Intel 2114引脚图123456789A6A5A4A3A0A1A2CSGNDVccA7A8A9I/O1I/O2I/O3I/O4WE1817161514131211102114Intel 6116引脚图A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GNDVccA8A9WEOEA10CSD7D6D5D4D31234567891011126116242322212019181716151413退出下页上页帮助第第3 3章章3.2.2 动动态态RAM(DRAM)单管DRAM基本存储电路刷新放大器T字线位线C数据输入/输出线由以
8、上基本存储电路组成的DRAM芯片,其存取速度不及SRAM,需要定时刷新。但由于DRAM所用的MOS管少,集成度较高,功耗降低,价格低,所以在微型计算机中被大量用作内存。退出下页上页帮助第第3 3章章3.2.2 动动态态RAM(DRAM)2DRAM的刷新方式动态存储器刷新就是周期性地对动态存储器进行读出、放大、再写回的过程。一般地,DRAM应在2ms时间内将全部基本存储电路刷新一遍,需要依靠专门的存储器刷新周期来系统地完成DRAM刷新。在存储系统中,刷新是按行进行的,一个刷新周期内对所有行中所有的基本存储电路都刷新一遍。DRAM刷新常采用两种方法:一是利用专门的DRAM控制器实现刷新控制,二是在
9、每个DRAM芯片上集成刷新控制电路,使存储器件自身完成刷新。退出下页上页帮助第第3 3章章3.2.2 动动态态RAM(DRAM)3典型DRAM芯片常用的DRAM芯片有64K1位、64K4位、256K1位、256K4位、1M1位、1M4位、4M4位等。Intel 2164引脚图NCDinWERASA0A1A2VccVssCASDoutA6A3A4A5A7123456781615141312111092164退出下页上页帮助第第3 3章章3.2.2 动动态态RAM(DRAM)3典型DRAM芯片Intel 2164内部结构图第第3 3章章3.3 只读存储器ROM3.3.1 掩膜只读存储器掩膜只读存储
10、器ROM3.3.2 可编程只读存储器可编程只读存储器PROM3.3.3 可擦除可编程只读存储器可擦除可编程只读存储器EPROM3.3.4 电可擦除可编程只读存储器电可擦除可编程只读存储器EEPROM3.3.5 闪速存储器闪速存储器Flash Memory退出下页上页帮助第第3 3章章3.3.1 掩膜只读存储器掩膜只读存储器ROM掩膜式ROM中的信息由生产厂家在制造过程中写入,出厂后,存储的信息不能改变,用户在使用时只能读出。因制造成本很高,制作周期较长,所以只在生产批量较大时才做成掩膜式ROM。D2D1D0VccD3单元0(0101)地址译码器字线0字线1字线2字线3单元1(1101)单元2(
11、1010)单元3(0100)A1A044位掩膜ROM结构:退出下页上页帮助第第3 3章章3.3.2 可编程只读存储器可编程只读存储器PROM厂家生产的PROM芯片不事先存入固定内容,存储矩阵的所有字线和位线交叉处均连接有二极管或三极管,即出厂时,存储单元的内容是全1。字线Vcc位线熔丝使用时,用户可根据自己的需要,将某些位的内容改写为0,但只能改写一次。PROM是一种一次性写入的只读存储器。因PROM的电路和工艺要比ROM复杂,所以价格较贵。熔丝式PROM的结构:退出下页上页帮助第第3 3章章3.3.3 可擦除可编程只读存储器可擦除可编程只读存储器EPROMEPROM芯片的顶部有一个圆形的石英
12、窗口,通过紫外线的照射可将片内所有的存储信息擦除,还可利用EPROM专用编程器对其编程写入,以不透光的贴纸或胶布封住窗口后,信息可长久保持,EPROM芯片可反复使用。EPROM基本存储电路:退出下页上页帮助第第3 3章章3.3.4 电可擦除电可擦除可编程可编程只读只读存储器存储器EEPROMEEPROM也是一种可用电擦除和编程的只读存储器,勿需透明窗,使用高电场完成擦除,能在应用系统中进行在线读写,并且在断电情况下保存的数据信息不会丢失。EEPROM既能像RAM那样随机地改写,又能像ROM那样在掉电的情况下非易失地保存数据,可作为系统中可靠保存数据的存储器。其擦写次数可达1万次以上,数据可保存
13、10年以上,故EEPROM比EPROM具有更大的优越性。退出下页上页帮助第第3 3章章3.3.5 闪速存储器闪速存储器Flash Memory闪存具有非易失性;其制造特别经济,价格低于DRAM;它在密度增加时仍保持可测性,具有可靠性;可实现大规模电擦除,它的擦除功能可迅速清除整个存储器的所有内容;采用快速脉冲编程方法,整个芯片编程时间短,可实现高速编程;可重复使用。闪存具有在线电擦写、功耗低、容量大、擦写速度快、抗震性好、存储可靠性高、成本低等明显优势,兼具了ROM和RAM的性能,使得闪存在移动设备中获得广泛的应用,如U盘、数码相机、笔记本、随身听等大都采用闪存作为存储介质。目前闪存是非易失性
14、存储器中应用最广泛的。退出下页上页帮助第第3 3章章各种半导体存储器的应用各种半导体存储器的应用存储器应用SRAMCacheDRAM内存储器ROM固化程序PROM自编程序,用于工业控制或电器中EPROM用于产品试制阶段试编程序EEPROMIC卡上存储信息闪速存储器固态盘、U盘、IC卡第第3 3章章3.4 半导体存储器接口3.4.1 存储器的存储器的选址选址3.4.2 存储器的容量扩展存储器的容量扩展3.4.3 典型典型CPU与内存储器的连接与内存储器的连接退出下页上页帮助第第3 3章章3.4.1 存储器的选址存储器的选址在存储系统中,通常使用存储芯片本身不用的高位地址实现片选,一般有:线选法:
15、用某一条高位地址线直接作为存储芯片的片选信号。部分译码法:将部分高位地址通过译码电路或译码器产生存储器片选信号。全译码法:存储芯片本身不使用的高位地址全部参与译码。退出下页上页帮助第第3 3章章3.4.2 存储器的容量扩展存储器的容量扩展D7D6D5D4D3D2D1D0A15A064K1位I/OWE CS64K1位I/OWE CS64K1位I/OWE CS64K1位I/OWE CS64K1位I/OWE CS64K1位I/OWE CS64K1位I/OWE CS读/写片选1位扩展连接方法:地址线、片选线、读/写信号线分别并联;数据线串联64K1位I/OWE CS退出下页上页帮助第第3 3章章2字扩
16、展3.4.2 存储器的容量扩展存储器的容量扩展WEA13A0连接方法:地址线、数据线、读写信号线分别并联,片选线单独引出地址译码器Y3Y2Y1Y0BAA15A14D7D0WECS(1)16K8位WECS(2)16K8位WECS(3)16K8位WECS(4)16K8位退出下页上页帮助第第3 3章章2字扩展3.4.2 存储器的容量扩展存储器的容量扩展WEA13A0地址译码器Y3Y2Y1Y0BAA15A14D7D0WECS(1)16K8位WECS(2)16K8位WECS(3)16K8位WECS(4)16K8位 A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3
17、A2 A1 A0上图中各芯片的地址范围:(1)(2)(3)(4)0 00 11 01 10 0 (0000H)1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 (3FFFH)0 0 (4000H)1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 (7FFFH)0 0 (8000H)1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 (BFFFH)0 0 (C000H)1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 (FFFFH)退出下页上页帮助第第3 3章章3字位扩展3.4.2 存储器的容量扩展存储器的容量扩展WRA13A0地址译码器Y3Y2Y1Y0BAA15A14D7D4D3D0问题
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- 半导体 存储器 及其 接口
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