第6章 半导体存储器.ppt

《第6章 半导体存储器.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第6章 半导体存储器.ppt（54页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、第6章 半导体存储器, 第一节 存储器概述 第二节 随机存取存储器RAM 第三节 只读存储器ROM 第四节 存储器与CPU的连接与扩展,6-1 存储器概述,存储器是计算机硬件系统中必不可少的三大部件之一，计算机程序、原始数据及中间结果等都存放在存储器中。 存储器按照材料可以分为磁性存储器、光学存储器和半导体存储器。 微机中的软盘和硬盘一般为磁性存储器，CD-ROM为光学存储器，光学存储器容量巨大，但改写不便，适于长久保存资料；磁性存储器容量大，读写方便，即使断电亦可长期保存，用于存放用户程序和记录数据. 主板上的存储器条或芯片为半导体存储器。半导体存储器体积小，读写速度快，主要用于存放当前运行

2、程序和数据。,一、存储器的分类 按照存储器的材质划分： 光学存储器 磁性存储器 半导体存储器 按照存储器的位置划分： CACHE存储器与CPU直接进行高速数据交换的缓冲存储器，缓解高速CPU与内存在速度与容量方面的匹配矛盾，一般为半导体存储器； 内存内部存储器，主板上的存储器，一般为半导体存储器； 外存外部存储器，主板外附加的存储器，一般为磁存储器和光存储器。 按照存储器的作用划分： 主存主要存储器，实指内存； 辅存辅助存储器，实指外存。,二、半导体存储器的分类 随机存取存储器RAMRandom Access Memory 特点：可读可写，读写速度快，掉电数据丢失； 用途：用于数据存储器； 分

3、类：按照带电状态下数据的保存时间，RAM又分为动态DRAM、静态SRAM和集成iRAM。 只读存储器ROMRead Only Memory 特点：只可读，但数据能长期保存； 用途：常用于程序存储器； 分类：按程序固化方式分为ROM、PROM、EPROM 、EEPROM 。 闪速存储器FLASH 特点：可读可写，掉电数据不丢失，读取速度快，但写入速度慢； 用途：主要用于保存记录数据，亦可做ROM使用。 有源存储器将SRAM芯片与自备电池封装在一起，具有SRAM和ROM的双重特点，用于快速记录大量数据。,常用的典型EPROM的芯片有2764 (8K 8) 、 27128 (16K8）、 27256

4、 (32K 8）、27512 (64K 8）等。 常见的E2PROM芯片有2816(2K8) 、2832(4K8) 、2864(8K8)等。,典型SRAM的芯片 常用的典型SRAM的芯片有6116（2K8 bit），6264（8K8 bit），62128（16K8 bit），62256（32K8 bit），HM628511（512K8 bit），HM62W16255（256K16bit）2114（1K4 bit），2141（4K1bit）等。,典型DRAM的芯片 常用的典型DRAM的芯片有2164（64K1 bit ）、2118（16K1 bit）、21464（64K4 bit）、41256（

5、256K1 bit）、424256（256K4 bit）等。,三、半导体存储器的主要技术指标 存储容量存储容量是指存储器可以存储的二进制信息量，用bit、byte、word等表示。但不管是8位机、16位机还是32位机，通常采用byte作为计量单位。如某计算机内存为256MB，是指256MByte。 最大存取时间存取时间定义为存储器从接收到寻找存储单元的地址码开始，到它取出或存入数据为止所需的时间，一般为几个ns到几百ns。反映了存储器的工作速度。 功耗 可靠性指存储器对电磁场及温度等变化的抗干扰能力，平均无故障间隔时间来表示。 集成度指在一片数平方毫米的芯片上能集成多少个基本存储电路，用位片来

6、表示。,四、 半导体存储器芯片的结构,存储体：存储器芯片的主要部分，用来存储信息 地址译码电路：根据输入的地址编码来选中芯片内某个特定的存储单元 片选和读写控制逻辑：选中存储芯片，控制读写操作,存储体,每个存储单元可是1位结构或8位字节结构； 每个存储单元具有一个唯一的地址； 存储器的存储容量2MN （bit） M：芯片的地址线根数 N：芯片的数据线根数,片选和读写控制逻辑,片选端CS或CE 有效时，可以对该芯片进行读写操作； 输出OE 控制读操作。有效时，芯片内数据输出 该控制端对应系统的读控制线； 写WE 控制写操作。有效时，数据进入芯片中 该控制端对应系统的写控制线。,6-2 RAM 存

7、储器,大多数的半导体存储器的字长为8位，常称作字节型存储器。任何一个半导体存储器的最基本存储单元都是一个位（bit），每8个位组合为一个字节结构，作为一个字节型存储器的基本存取（读写）单元。,一、静态存储器（SRAM）的组织结构 SRAM的位存储单元结构,二、SRAM的引脚信号 数据总线信号：D0D7； 地址总线信号：A0An； 读写控制信号： 片选信号CS (Chip Select)或芯片允许信号CE (Chip Enable)：当存储器模块由多个RAM芯片组成时，用来选择应访问的存储器芯片； 输出允许信号 OE(Output Enable)； 写允许信号WE (Write Enable)

8、。,SRAM 6116,SRAM 6264,三、SRAM的读写时序以6264为例,SRAM6264引脚及真值表,6264写数据时的信号时序 MOV SI , AL,6264读数据时的信号时序 MOV AL , SI,四 SRAM的连接和使用以6264为例,全译码 | 存储器的地址范围？,A19A18A17A16, A15A14A13A12, A11A10A9A8,A7A6A5A4, A3A2A1A0 1 1 1 1, 0 0 0 x, x x x x, x x x x,x x x x,6264,全译码的特点,所有地址线均参与译码； 低位地址线对片内存储单元进行译码（片内译码）； 高位地址线对存

9、储芯片进行译码（片选译码）； 存储单元的地址是唯一的，不存在地址重叠； 译码电路比较复杂。,部分译码存储器的地址范围?,A19A18A17A16, A15A14A13A12, A11A10A9A8,A7A6A5A4, A3A2A1A0 1 1 x 1, 1 x 1 x, x x x x, x x x x,x x x x,部分译码,只有部分高位地址线参与对存储芯片的译码； 每个存储单元将对应多个有效地址（地址重叠），但使用其一即可； 可简化译码电路的设计；,线译码 | 存储器的地址范围？,A19A18A17A16, A15A14A13A12, A11A10A9A8,A7A6A5A4, A3A2A

10、1A0 1#: x x x x, x 1 0 x, x x x x, x x x x,x x x x 2#: x x x x, x 0 1 x, x x x x, x x x x,x x x x,线选译码,只用少数几根高位地址线进行芯片的译码，且每根负责选中一个芯片； 构成简单，但地址空间严重浪费； 必然会出现地址重叠，一个存储单元会对应多个存储地址；,设计实践 设计一块用于IBM-PC机(8088CPU)的内存扩展卡，扩充容量为64KB，采用SRAM6264芯片，存储地址为B0000H BFFFFH，试设计电路原理图。,设计方法总结 分析题意，了解扩充地址范围； 选择存储器芯片类型和型号；

11、选定地址译码方法和电路； 设计连接线路： 数据总线对应连接 地址总线对应连接 控制总线特别注意，尤其是片选信号。,五、动态存储器DRAM简介,DRAM与SRAM的不同在于，DRAM是利用MOS管栅源间的极间电容来存储信息的。当电容充有电荷时，称存储的信息为1，电容上没有电荷时，称存储的信息为0。 由于电容上存储的电荷不能长时间保存，总会泄漏，因此必须定时给电容补充电荷，这个过程称为“刷新”或“再生”。,DRAM具有电路简单、集成度高、体积小等优点，在通用微机系统中广泛应用。但是，DRAM的最大缺点是需要定时刷新，并为实现定时刷新要配备复杂的外围电路，因而在单片机等小系统中极少使用。 为了简化D

12、RAM的使用，目前出现了集成动态存储器 iRAM，它将DRAM及其刷新电路集成到一个芯片中，使得DRAM的使用可以象SRAM一样简单。,6-3 只读存储器ROM,ROM存储器的分类较多，有ROM、PROM、EPROM、EEPROM。 EPROM存储器的使用分为三步： 擦除用紫外线照射15分钟左右即可，擦除干净后，每个位单元的内容为1，或每个字节单元的内容为FFH。 固化（或编程）用专用的编程工具将程序的机器代码写入到EPROM芯片中去，写入时间通常为几秒钟到几十秒钟。 工作将EPROM芯片插入目标系统板，通电运行，此时，EPROM中内容只能被CPU读出。,EPROM的基本存储电路由一个浮置栅M

13、OS管T2 （FAMOS）和一个普通MOS 管T1串联组成，T2为基本存储器件。,一、EPROM的存储原理,浮置栅浮置在绝缘的SiO2层中，与周围无电的接触。浮置栅无电荷时T2截止，信息为1；T2充有电荷时，T2导通，信息为0。,编程 编程时，根据需要给选中的基本电路的D和S之间加上一个12V25伏的高压编程脉冲，D和S之间就会瞬时击穿并有电子通过绝缘层注入浮置栅。当高压去掉后，注入浮置栅的电子因有绝缘层的包围而无处泄漏，使得FAMOS管始终导通，该位被编程为0。,擦除 EPROM芯片的上方有一个石英玻璃窗口，当用紫外线通过这个窗口照射时，基本存储电路的浮置栅上的电荷会形成光电流而泄漏掉，使电

14、路恢复初始状态，从而把写入的信息擦去。这样就可以对其再次编程。,二、EPROM的引脚信号与连接 数据总线信号：D0D7 地址总线信号：A0An 读写控制信号： 片选信号CS 或芯片允许信号CE ：当存储器模块由多个RAM芯片组成时，CS (或CE)用来选择应访问的存储器芯片； 输出允许信号OE ，接RD，读出时序与SRAM相同； 编程允许信号PGM ，工作时接VCC ； 编程电压VPP，编程时接高压脉冲，工作时接VCC。,2725632Kx8的EPROM,2764在8088系统中的应用,EPROM 2764,设计实践 设计一块用于IBM-PC机(8088CPU)的汉字字库存储ROM扩展卡，扩充

15、容量为64KB，采用EPROM2764芯片，地址范围为C0000HCFFFFH，试设计电路原理图。,设计方法总结 分析题意，了解扩充地址范围； 选择存储器芯片类型和型号； 选定地址译码方法和设计译码电路； 设计连接线路： 数据总线对应连接 地址总线对应连接 控制总线特别注意，尤其是片选信号。,6-4 存储器的扩展与连接,数据位扩展：在数据位数上的扩展，用字长较短的存储器芯片组成与CPU等字长的存储器模块。如用8个64Kx1位存储器芯片组成1组64Kx8位字节存储器；用2个64Kx8位存储器组成1组64Kx16位字型存储器。 存储容量扩展：用多组小容量存储器模块组成所需容量的存储器部件。如用4个

16、8Kx8位存储器组成1个32Kx8位存储器；用4个32Kx16位存储器组成1个128Kx16位存储器等。 地址分配与译码电路设计,由1Kx4 SRAM 构成的 4KX8 存储器模块,例1：8088系统存储器扩展,8088系统中，用27256和62256各扩展32KROM和32KRAM，要求ROM的起始地址为C0000H，RAM起始地址为C8000H。试设计计算机的存储器连接图。 已知8088系统总线信号为： 地址总线：A0A19 数据总线：D0D7 控制总线：MEMR 和 MEMW,6225632Kx8的SRAM 2725632Kx8的EPROM,8088系统为8位数据总线，62256和272

17、56都是8位字节型芯片，因而不需要位扩展。 62256和27256均为32KB存储器，因此，各采用一片芯片即可。 27256的地址为C0000HC7FFFH，其20位地址为 62256的地址为C8000HCFFFFH，其20位地址为,题意分析,设计思路 数据线D0D7对应相连； 地址线A0A14对应相连；地址线A15 A19通过译码电路产生27256和62256的片选信号； 控制信号线： EPROM的OE引脚连在控制总线的MEMR SRAM的OE引脚连在控制总线的MEMR SRAM的WE引脚连在控制总线的MEMW,全译码电路设计1：采用74LS138,全译码电路设计2：采用PLD器件,例3RO

18、M、RAM与8位CPU连接 某8位微处理器有地址线16根，数据线8根，存储器请求控制信号为MREQ，读控制信号WR，写控制信号RD，试为该CPU设计一存储器，要求扩展：ROM 6KB，地址从0000H开始（连续）；RAM 16KB，地址从4000H 开始（连续）。,(1) 芯片选择 6KB_ROM4KB(2732)x12KB(2716)x1 16KB_RAM8KB(6264)x2 (2) 数据线的连接 芯片8位数据线与数据总线直接接连。 (3) 控制信号连接 芯片读写控制线与控制总线直接接连。 (4) 地址分配与连接 低位地址线直接与芯片地址线相连，高位地址A15/A14/A13产生片选信号。

19、,ROM、RAM与8位CPU连接地址分配表,例4：8086系统存储器扩展 用2片62256（32K x 8 RAM）组成8086系统中的32K X 16RAM，地址范围为00000 0FFFFH。,分析：8086系统为16位系统，而62256为8位字节存储器，2片组合为16位存储器。其中，第1片作偶地址存储器，数据由数据总线低8位传送，数据存取受A0控制；第2片作奇地址存储器，数据由数据总线的高8位传送，数据存取受BHE控制。,作业 1、半导体存储器从功能上分为哪两大类？有何特点？每类又包括哪些类型的存储器？ 2、用下列RAM芯片构成32KB存储器模块，各需要多少芯片？16位地址总线又多少位参与片内寻址？多少位用作片间寻址？ 8K4位 (2)8K8位 (3)16K8位 3、已知某RAM芯片的引脚中有11根地址线，8根数据线，该存储器芯片的容量为多少字节？若该芯片所占存储空间的起始地址为2000H,则其结束地址为多少？ 4、P136 1,2,8 思考题：3、7,