2013南航复试微机原理指定教材配套ppt第5章

第5章半导体存储器存储器基本概念随机存取存储器（RAM）只读存储器（ROM）存储器连接与扩充应用微机系统的内存结构第5章半导体存储器5.0基本问题南京航空航天大学电子信息工程学院2存储大量信息的介质应用:分层存储结构第5章半导体存储器5.0基本问题南京航空航天大学电子信息工程学院3系统互联存储器I/O接口输入设备I/O接口数据总线DB控制总线CB地址总线AB输出设备CPU存储器访问：MOV[2000H],AXMOVBL,[205AH]取指/存取操作主要对象:半导体存储器第5章半导体存储器5.0基本问题南京航空航天大学电子信息工程学院4重点:处理器与半导体存储器接口电路4D0~D7A0A12•••WEOECS1CS2•••A0A12MEMWMEMR译码电路高位地址信号D0~D7••••••MPU系统Memory芯片处理器读写时序--配合--存储器读写时序唯一选中单元:读/写系统工作:取指令-执行(读写变量)新的角度:第5章半导体存储器5.1半导体存储器基本概念存储器（计算机实现大容量记忆功能的核心部件）存储记忆信息（按位存放）•位(BIT)存放--具有记忆功能•应用：程序/数据信息：读写/数据－按地址顺序编号电路:(锁存器/触发器--寄存器在微处理器内部)磁:磁化光:凹坑(激光反射)•性能:容量、存取速度、成本•内/外部存储器－－高速存储／低速I/O－海量低成本•与MPU接口:串/并行(Serial/Parallel)南京航空航天大学电子信息工程学院介质第5章半导体存储器5.1半导体存储器基本概念5.1.1半导体存储器的分类--存储介质的类别和特点南京航空航天大学电子信息工程学院根据运行时存取（读写）过程的不同分类第5章半导体存储器5.1半导体存储器基本概念5.1.2存储原理与地址译码--存储芯片结构南京航空航天大学电子信息工程学院存储体矩阵(保存数据)片内地址译码、译码驱动、读/写控制电路三态缓冲器和控制逻辑对选中单元正确读/写第5章半导体存储器5.1半导体存储器基本概念5.1.2存储原理与地址译码–单译码结构南京航空航天大学电子信息工程学院8译码器(Decoder)将每个代码译成一个特定输出的信号的电路---翻译原意编码器(encoder)若干{0,1}(按一定规律)排在一起,编程不同代码的电路A0A1An-1(0….00)(0….01)(1….11)=Decoder=(=Encoder=)2n个输出状态n个编码信号第5章半导体存储器5.1半导体存储器基本概念5.1.2存储原理与地址译码–单译码结构南京航空航天大学电子信息工程学院早期小容量存储器第5章半导体存储器5.1半导体存储器基本概念5.1.2存储原理与地址译码–(X/Y)双译码结构南京航空航天大学电子信息工程学院复合译码方式现代大容量存储器选择线数:256+256可以显著减少输出选择线的数目第5章半导体存储器5.1半导体存储器基本概念5.1.3主要性能指标南京航空航天大学电子信息工程学院存储器容量=存储单元数×I/O数据线位数（字长）例:2048×8（16384）位或2048×8位（16384）1K表示1024（2048×8位=2K×8b或16Kb）供电电压、逻辑电平、接口方式传统:+5V供电，标准TTL逻辑;现代:+3.3V、+2.5V、+1.8V、+1.5VLVTTL、SSTL_2、SSTL_18、SSTL_15(兼容）串行/并行:与处理器连接;FIFO,双口（DualPort）其他指标功耗、可靠性、集成度、价格等最大存取时间存取时间=一次访问存储器单元所需时间写/WE或读/OE第5章半导体存储器5.2随机存取存储器(RAM=RandomAccessMemory)5.2.1静态RAM(SRAM=StaticRAM)-原理南京航空航天大学电子信息工程学院基本存储电路:R-S触发器T1-T4双稳态电路T1管（A）的状态表示1/0T3，T4：负载(行列选=1选中单元)特点:电路简单可靠写入操作：改变状态断电:丢失应用:中小规模第5章半导体存储器5.2随机存取存储器(RAM=RandomAccessMemory)5.2.1静态RAM(SRAM=StaticRAM)-原理南京航空航天大学电子信息工程学院--基本结构第5章半导体存储器5.2随机存取存储器(RAM=RandomAccessMemory)5.2.1静态RAM--典型存储器芯片HM6264BL南京航空航天大学电子信息工程学院--基本结构参数:容量8K*8B70~100ns50/100uA,55mA2V(min)维持电压第5章半导体存储器5.2随机存取存储器(RAM=RandomAccessMemory)南京航空航天大学电子信息工程学院--基本结构参数:容量8K*8B70~100ns50/100uA,55mA2V(min)维持电压15D0~D7A0A12•••WEOE1CS11CS2•••A0A12MEMWMEMR译码电路高位地址信号D0~D7••••••MPU系统Memory芯片处理器读写时序--配合--存储器读写时序存储芯片12CS1#存储芯片2唯一选中单元:读/写6264(例)处理器系统与存储器典型连接第5章半导体存储器5.2随机存取存储器(RAM=RandomAccessMemory)5.2.1静态RAM--典型存储器芯片HM6264BL南京航空航天大学电子信息工程学院存储器读周期时序图--参数见表5-2第5章半导体存储器5.2随机存取存储器(RAM=RandomAccessMemory)5.2.1静态RAM--典型存储器芯片HM6264BL南京航空航天大学电子信息工程学院--参数见表5-3存储器写周期时序图第5章半导体存储器5.2随机存取存储器(RAM=RandomAccessMemory)5.2.1静态RAM--典型存储器芯片HM6264BL南京航空航天大学电子信息工程学院--参数见表5-318T1:输出地址;T2:总线转向;T3:存储器访问;T4:结束例:MOV[789AH],AX8086总线操作信号对比--配合:8086存储器写第5章半导体存储器5.2随机存取存储器(RAM=RandomAccessMemory)5.2.2动态RAM（DRAM）南京航空航天大学电子信息工程学院--利用MOS管栅极和源极之间的电容C来存储信息单管DRAM基本动态存储电路原理图vs.SRAM:基本存储电路较简单，集成度较高、功耗小，但需要额外的刷新操作==外部电路,设计使用相对复杂。DRAM的存取速度一般比SRAM慢。用于组成大容量RAM存储器需周期性地不断充电，这一过程称为刷新。刷新周期通常为2ms-8ms。第5章半导体存储器5.2随机存取存储器(RAM=RandomAccessMemory)5.2.2动态RAM--典型芯片μPD424256南京航空航天大学电子信息工程学院P205图5-11行地址和列地址分时复用:减少封装引线、缩小体积行/列地址选通(RAS/CAS)信号:锁存9位地址至行/列地址锁存器容量:256K×4b片内译码:18线第5章半导体存储器5.2随机存取存储器(RAM=RandomAccessMemory)5.2.2动态RAM--典型芯片μPD424256南京航空航天大学电子信息工程学院P205图5-12读/写周期时序行列地址译码选中单元访问:读/写—WE/OE控制,低电平有效四类周期:—读/写,“读-修改-写”,刷新周期第5章半导体存储器5.2随机存取存储器(RAM=RandomAccessMemory)5.2.3随机存取存储器RAM的应用多处理器系统与高速处理器系统南京航空航天大学电子信息工程学院多处理器和掉点保护特殊需要:双口RAM(DPRAM-DualPortRAM):CY7C132,DS1609先入先出RAM(FIFO-RAM):例CY7C4221:1K*9同步；4251:8KNVRAM(NonVolatileRAM)读写速度与容量提高:主要通过DRAM改进，缩短延迟、提高带宽并结合应用采取专门措施帮助提高系统性能；另一方面需要引入高速缓存技术，提高系统级存储器读/写速度:预测技术(快速页模式FPM,扩展数据输出EDO)同步DRAM（SDRAM）串行接口的RDRAM第5章半导体存储器5.3只读存储器（ROM）--非易失的,只读,编程写入5.3.1掩膜ROM和PROM南京航空航天大学电子信息工程学院例:2×2位掩膜ROM:T4、T3是负载管(上拉)由二次光刻版的图形（掩膜工艺）决定的，故称为掩膜ROM用户可根据需要写入信息（熔丝熔断或保留区分“1”或“0”）一次性编程(熔断后不能再连通）第5章半导体存储器5.3只读存储器（ROM）--非易失的,只读,编程写入5.3.2EPROM（ErasableProgrammableROM）UVEPROM（EPROM）/EEPROM或E2PROM南京航空航天大学电子信息工程学院编程写入时，在D、S间加上具有规定电压（如+12.5V或更高）、宽度约50ms的编程脉冲，所选中的单元在编程电源的作用下，D、S之间被瞬时击穿，形成了导电沟道=0第5章半导体存储器5.3只读存储器（ROM）--非易失的,只读,编程写入5.3.2(1)EPROM/UVEPROM-典型芯片Intel27C512南京航空航天大学电子信息工程学院紫外线擦除照射窗口特殊/经济型:OTPROM64K×8位的CMOSEPROM编程电压Vpp12.5V(14.0VMax)读周期类似于SRAM，当/CE和/OE=0时输出第5章半导体存储器5.3只读存储器（ROM）--非易失的,只读,编程写入5.3.2(2)EEPROM/E2PROM编程简单,可高压(早期)/+5VVpp擦除通常需要设计专门的防写保护电路南京航空航天大学电子信息工程学院擦除时间≈10ms-典型芯片Intel2864,8K×8引脚与EPROM2764完全兼容最大存取时间200ns，编程和工作电压均为+5V两类总线接口:并行(例2864)/串行(例AT24C01A，128×81Kb）AT24CxxA(第7章讨论)第5章半导体存储器5.3只读存储器（ROM）--非易失的,只读,编程写入5.3.2(4)快擦写存储器（FlashROM或FlashMemory）闪速存储器，简称闪存，特殊E2PROM---大容量，快速全擦除----软件在线升级南京航空航天大学电子信息工程学院NOR：并行总线，易与处理器总线相连，实现芯片内执行（eXecuteInPlace，XIP）;程序/数据28F001128K*8CMOSFM(兼容F010)28F200BX(=002)128K*16,256K*8)HN28F101:128K*8位(12VVpp/5VVcc)擦除次数:10,000(旧)~1,000,000次(新)NAND:复杂的I/O接口来串行地存取信息，格式和方法可能各不相同，8个引脚用来传送控制、地址和数据信息:存放:数据所有的U盘和CF、SD、MMC等存储卡都使用NAND闪存作为存储介质第5章半导体存储器5.4存储器连接与扩充应用存储器芯片选择/电平-时序配合/负载驱动/读写逻辑/效率南京航空航天大学电子信息工程学院时序参数:8088CPU存储器读对照P217表5-5TCLAV=10~110nsTCLAVmax+tAAmax=110ns+70ns=180ns必要时CPU相应周期内可插入TW周期，人为地延长CPU读/写时间，使两者相配。第5章半导体存储器5.4存储器连接与扩充应用存储器芯片选择/电平-时序配合/负载驱动/读写逻辑/效率南京航空航天大学电子信息工程学院5.4.2存储器容量扩充-存储器位扩充(扩充字长)2片8K×8bHM6264扩充8K×16b第5章半导体存储器5.4存储器连接与扩充应用存储器芯片选择/电平-时序配合/负载驱动/读写逻辑/效率南京航空航天大学电子信息工程学院5.4.2存储器容量扩充-存储器单元数扩充(扩充数量)4片8K×8b-6264构成32K×8b(地址: