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1、2第七章半导体存储罂§7.1概述存储器一存储信息的部件主存储器存储器V林口人公心或 I辅助存储器一.辅助存储器长期保存信息；工作速度低；存储量达；用磁性存储设备实现;可读/写。存储单元辅助存储器主隼产器一程序 数据存储器存储器MPU二.主存储器存储当前正在使用的信息；要求较高的操作速度；存储息量不要求很大；半导体存储也路实现。1 .程序存储器存放系统软件、参数、当前运行的应用软件。系统引导程序、监控程序、BIOS 等被永久地保存在安装于主板上的ROM （只读存储器）中。保存在ROM中的程 序由于它的永久性而被称为“固件”。DRAM 动态随机存取存储器 存放将被执行的程序； 允许程序既
2、可写入，又可读出； 掉也后内今丢失。4将被执行的程序从辅存中读出，存储在程序存储器中，然后运行，当程序终止时，它在程序存储器中所占据的空 间将还给操作系统，以便再用。2 .数据存储器存放频繁改变的信息。因为在执行程序时数 据的值可以不断变化，因此数据存储器必须用 RAM来实现。数据并不一定以数字的形式出现，它可以是字符、代码或图形模式。三.选择存储器件的考虑因数1 .易失性易失性是区分存储器种类的重要外部特性之一。易失性是指电源断开之后，存储器 内容是否丢失，如果某种存储器在断电以后， 仍能保存其中内容，则称为非易失性存储器，否则，就叫易失性存储器。对易失性存储器来说，计算机每次启动时，都要对
3、这部分存储器中的程序进 行装配。在大多数微机使用场合，要求系统必 须至少有一部分存储器是非易失性的。外部存储器（辅存）一般都是非易失性 的。2 .只读性只读性是区分存储器种类的又一个重要特性。如ROM、RAMo3 .位容量用大规模集成电路构成的半导体存储器件常用位容量来表示存储功能。如一个4Kxi和一个IK X4的器件，它们的 8位容量是一样的。但是，前者可用来组成4K内存单元的某一位，芯片只有 一个数据输入端和一个数据输出端，在存储容 量较大的系统中，一般都采用这样的器件；后者则可以用来组成1K内存单元的某4位, 有4个数据输入端和4个数据输出端，在内存容 量较小的系统中，一般采用这样的器件
4、。总的来说，采用位容量高的器件。基本概念的复习：1 字节(byte) =8位(bit)字长：一个字所包含的二进制位数称“字长”， 显然，字长是8的倍数。外存中，为了表示更大的容量，采用MB、GB、TB等单位10外存中，为了表示更大的容量，采用MB、GB、TB等单位。1KB = 21OB（B表示字节）1MB= 220B1GB=23OB1TB=24OB64KB=64KX8bit4 .存取速度存储器的存取速度是用存储器访问来时间衡量的。访问时间是指存储器接收到稳定的地址输 入到完成操作的时间。比如，读出时，存储器 往数据总线上输出数据就是操作结束的标志。访问时间的长短决定于许多因素，主要与制造器件的
5、工艺有关。12采用MOS工艺的存储器，其存取周期为数十到数百ns不等，而采用双极型工艺的RAM存取周期最快可达10ns 以下。135 .功耗功耗在用电池供电的系统中是非常重要的问题。CMOS器件的功耗较低， 但速度较慢。6 .可靠性存储器的可靠性主要决定于管脚的接触、 插件板的接触和存储器模块板的复杂性。器件 的引腿减少和内存结构的模块化都是有利于高14高可靠性。7 .价格15L微型计算机内存的通常结构为区分不同的存储单元，每个存储单元都有一1个地址；微机条统中，内存用半导体存储案件组成； 1个内存单元对应了半导体器件中的8个基本存储元也略，每个基本存储元也路对应1个二16京曲大号逐程般盲数字
6、逻辑电路第五十九讲主讲教师：王晓蔚五.半导体存储器的分类RAM随机存储器掩膜ROM内容由厂家制做ROM只读存储器4可编程PROM可一次性编程 可擦洗EPROM可多次改写18SAM串行存储器§7.2只读存储器特点：数据预先存好，使用时只能读出， 不能写入，一般用来存放系统启动程序和参数 表等，也用来存放常驻内存的监控程序等。一.ROM的逻辑结构1 .地址译码器译码量由存储单元的数量决定。例1.共有2个存储单元，则地址译码器应有i个 输入，21个输出。2 .存储体（又叫存储矩阵）存储矩阵由许多存储单元排列而成，每个存 储单元可用二极管、三极管或MOS管构成。3 .输出缓冲器作用：1）提高
7、存储器的带负载能力；2）实现对输出状态的三态控制，以便与系统的总线联接。20地址J地址输入1 A.：译码器存储矩阵MXNWpBq! !bn.输出缓冲器条输入线一字线ROM矩阵y N条输入线一位线、存储容量=M XN二.掩膜ROM （固定ROM）特点：内部信息在芯片制造时由厂家写入（制作过程中使用掩膜技术）， 用户对这类芯片无法进行任何修改。掩膜ROM可用二极管构成，也可用双极型管或 MOS管构成。221.由二极管构成的ROM23输出缓冲器的作用：1）提高存储器的带负载能力；2）使输出电平与TTL电路的逻辑电平兼容;3）利用缓冲器的三态控制功能可将存储器 的输出端直接与系统的数据总线相连。24存
8、储单元内容表:A A、 D3 D2 D Do0 001101 101011011010011102725由存储单元内容表可得：Do = Wo + Wj = A Ao + Ai AoDi = Wi + W3 = Ai Ao + Ai AoD2 + W2 += Ai Ao + A A。+ Ai AoD3 = Wi + W3 = Ai Ao + Ai Ao与阵列（译码器）ROM-l或阵列（存储体）译码器存储体29A与门阵列Wo瓦W.或门阵列D3 D2 Dj DoJ _ _，字输出27点阵形式:与阵列或阵列A A】Ao AoD3 D2 D do2. TTLROM译码器 23. MOSROMU W U
9、W vDD却谈译码器 2WoWIW2W3V V YYD3 D2 Di Dq 三.PROM （可编程只读存储器）特点：存储内容可由用户编写。该类芯片出厂时在存储矩阵的所有交叉点上全 部制作了存储单元，即相当于在所有存储单元 中都存入了 1。使用前，用户可一次性将所需 存入的信息（或程序）用专用的PROM写入器 存入PROM中，一旦写入后就不能再次改写， 写入的信息也不会丢失。女曲夫号逐程数才数字逻辑电路第六十讲主讲教师：王晓1. PROM结构框图地址（Ao输入AN-l332.熔丝型PROM结构35三.EPROM （可擦写只读存储器）特点：1）可多次进行擦除和重写。擦除时用紫外线照射就可以擦去EP
10、ROM原存的信息，再用电气的方法将内容进行改写 编程。2）停电后，信息可长久保留。351. EPROM的基本结构EPROM中的存储元件可分为两种：1） SAMOS （叠栅雪崩注入型MOS）2） FAMOS （浮栅雪崩注入型MOS）36P沟道的EPROM基本存储元电路源极S ,浮置栅,漏极DSiO2SiO2N型衬底372.工作原理1）写入信息前平时栅极不带电荷，漏、源之间没有沟道，因此漏源之间不导通，称为“关闭状态”，通 常用。表示。2）写入信息时FAMOS的源极与衬底接地，漏极接-45V电压，使漏极与衬底之间的PN结产生“雪崩击38穿。3）移去外加负电压之后在+125。（2环境温度下，70%的
11、电荷可保 存十年以上。4）擦洗用紫外线或X射线照射FAMOS管的栅极 氧化层约2030分钟。39结论：FAMOS的初始状态为全“0” 写入信息为“广。浮置栅不带电荷一FAMOS off一电路存储“0”； 浮置栅带上电荷-FAMOS on电路存储“1”。40四.E2PROM （电信号可擦PROM ）E2PROM的主要特性1）可连机重编程；2）有用于擦除/写入的在片电压倍增器；3）每个字可重复擦除/写入5万次左右；4）数据可保存10年不挥发；5）读出次数不受限制；6）具有程序内容加密保护功能；7）不但可实现全片，也可实现对位擦除。4-EEPROM和EPROM最大的不同是， 它清除信息时不必用紫外线
12、照射里 面的晶片，而只要通电就可以了。所以使用起 来要比其他几种ROM方便得多,所以现在新型电 脑中大多都是用EEPROM来做BIOS用。当你发 现可以很简单的用一张磁片就能够更新BIOS的 时候，表示你的BIOS所用的一定是EEPROM, 因为只有EEPROM才能如此方便的更改信息。433. E2PROM的常用工作方式1）读方式此方式是E2PROM最常用的方式。2）写方式（即编程方式）编程工作原理3）擦除方式一字节擦除擦除方式一行擦除、块擦除字节擦除：由地址端输入要擦除的字节地址，将编程 控制寄存器设置为字节擦除方式，Vpp端加入相 应的擦除电压，然后执行编写的擦除程序，即 可对指定的字节进
13、行擦除。行擦除：一行为16个字节，在需擦除较大区域的 E2PROM时，它比字节擦除省时间。块擦除：可使整片E2PR OM回到初始状态。45五.快闪存储器(Flash Memory )Flash Memory是发展很快的新型半导体存储器。它的主要特点是在不加电 的情况下能长期保持存储的信息。就其本质而 言，Flash Memory属于EEPROM类型。它既有 ROM的特点，又有很高的存取速度，而且易于擦除和重写,功耗很小。45由于Flash Memory的独特优点，如在一些较新的主板上采用Flash ROM BIOS,会使得BIOS升级非常方便。Flash Memory可用作固态大容量存储器。目
14、前普遍使 用的大容量存储器仍为硬盘。硬盘虽有容量大 和价格低的优点，但它是机电设备，有机械磨 损，可靠性及耐用性相对较差，抗冲击、抗振 动能力弱，功耗大。因此，一直希望找到取代 硬盘的手段。由于Flash Memory集成度不断46提高，价格降低，使其在便携机上 取代小容量硬盘已成为可能。Flash Memory不足之处仍然是容量还不够大，价格 还不够便宜。因此主要用于要求可靠性高，重 量轻，但容量不大的便携式系统中。在586微 机中已把BIOS系统驻留在Flash存储器中。47易盘（EasyDisk）抗震性能极强，防潮、防磁、 耐高低温，可擦写100万次，数据至少可保存10年。易 盘（Eas
15、yDisk）体积小于一般的打火机，特别适合随身 携带。其特点为：无需驱动程序，无外接电源可靠性好，可擦写超过100万次容量大（16M-256M至2GB）抗震防潮，耐高低温，携带方便48体积非常小，重量仅15克独特的身份识别技术使用简便，即插即用、热插拔可支持用户命令存取速度快、约为软盘的30倍可防止引导区病毒和零磁道损坏49功能：可靠性极高，采用闪速存储器（Flash）为存储介 质，可以确保100万次以上的可靠写入2 .兼容性好，是标准的磁盘驱动器，不需要驱动程序3 .容量大，存储密度高，目前有16MB256MB,不 久将可以达到2GB4 .存储速度快，写入600KB/S,读出950KB/S,是普 通软驱传输速度的30倍以上5 .支持无限升级，先进的技术可以确保升级用户自 行升级的方便和安全-