90第四章 半导体存储器1

™概述™随机读写存储器™只读存储器™CPU与存储器的连接™微型计算机的扩展存储器及其管理第四章半导体存储器一、存储器分类存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存储程序和数据存储元存储单元存储器一个二进制代码位，是最小的存储单位由若干个存储元组成1、按存储介质分类半导体存储器磁表面存储器例：磁盘存储器，磁带存储器第一节概述2、按存取方式分类随机存储器顺序存储器半顺序存储器半导体存储器，磁芯存储器磁带存储器3、按存储器的读写功能分类只读存储器（ROM）随机存储器（RAM）4、按信息的可保存性分类永久性存储器非永久性存储器磁盘存储器，ROMRAM即：直接存取存储器（DAM）访问时读/写部件先直接指向一个小区域，再在该区域内顺序查找。访问时间与数据位置有关。磁盘存储器5、按串、并行存取方式分类并行存储器串行存储器6、按在计算机系统中的作用分类主存储器控制存储器辅助存储器缓冲存储器分类3半导体存储器双极型半导体存储器MOS半导体存储器静态MOS存储器(SRAM)动态MOS存储器(DRAM)非易失MOS存储器（NVRAM）双极型半导体存储器：读写速度快，集成度低，功耗大。MOS型半导体存储器：读写速度慢，集成度高，功耗小。二、半导体存储器分类三、只读存储器分类掩膜编程的ROM现场编程ROM可改写的PROM简称ROM，结构简单，集成度高，容易接口，价钱便宜。适合于存储成熟的固定程序和数据产品出厂时，没有存储任何信息，使用时由用户根据需要自行写入信息，一旦写入，不可更改速度高，功耗大，典型应用是作为高速计算机的微程序存储器简称EPROM，用户既可以采用某种方法自行写入信息，也可也可采用某种方法擦去并重新写入。紫外线擦洗的EPROM（UVEPROM）电擦洗的EPROM（E2PROM）作为标准程序或专用程序存储器可作为非易失性RAM使用闪速存储器与EPROM比较z在系统内电擦除和可以重复编程z单一电源供电z功耗低与EEPROM比较z成本低z密度大数码相机存储器zcf闪存卡一种袖珍闪存卡，(compactflashcard)。像pc卡那样插入数码相机，它可用适配器，(又称转接卡)，使之适应标准的pc卡阅读器或其他的pc卡设备。cf存储卡的部分结构采用强化玻璃及金属外壳，cf存储卡采用standardata/ide接口界面，配备有专门的pcm-cia适配器(转接卡)，笔记本电脑的用户可直接在pcmcia插槽上使用，使数据很容易在数码相机与电脑之间传递。•sm闪存卡即smartmedia，智能媒体卡，一种存储媒介。sm卡采用了ssfdg/flash内存卡，具有超小超薄超轻等特性，体积37(长)×45(宽)×0.76(厚)毫米，重量是1.8g，功耗低，容易升级，sm转换卡也有pcmcia界面，方便用户进行数据传送。zmemorystickduomemorystickduo即微型记忆棒，微型记忆棒的体积和重量都为普通记忆棒的三分之一左右，目前最大存储容量可以达到4g。zsd闪存卡即SecureDigital，32×24×2.11存储的速度快,非常小巧，外观和MMC一样，目前市面上较多数数码相机使用这种格式的存储卡，市场占有率第一。zxd闪存卡即Fujifilm(富士胶卷)和OLYMPUS(奥林巴斯)联合推出的xD-Picture卡，体形很小，传输速度很快，不过价格很昂贵。zmmc闪存卡即MultiMediaCard，外型和SD完全一样，很多时候也通用。z微硬盘是一种比较高端的存贮产品，目前“IBM(日立)”和国产品牌“南方汇通”都推出了自己的微硬盘产品。微型硬盘外型和CF卡完全一样，使用同一型号接口。z优卡优卡是lexar公司生产的一种数码相机存储介质，外形和一般的cf卡相同，可以用在使用cf卡的数码相机、pda、mp3等数码设备上，同时可以直接通过usb接口与计算机系统联机，用作移动存储器。•数字胶卷数字胶卷是lexar公司生产的的一种数码相机的存储介质，同日立的sm卡、松下的sd卡、索尼的memorystick属同类的数字存储媒体。•pc卡转换器一种接插件，可以把cf卡或sm卡插入其中，然后，整体作为一个pc卡插入计算机的pcmica插口，这是常用于便携机的一种通用扩展接口，可以接入pcmica内存卡、pcmica硬盘、pcmica调制解调器等。※存储容量一个存储器中可以容纳的存储单元总数，称为该存储器的存储容量常用字数或字节数（B）表示，如64K字，512KB，10MBB：字节，8个二进制位※存取时间又称存储器访问时间，是指启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间。※存储周期连续启动两次独立的存储器操作所需间隔的最小时间。通常略大于存取时间，其时间单位为ns。存储容量反映了存储空间的大小存取时间和存储周期反映了主存的速度指标技术指标续1KB=B1GB=B1MB=B1TB=B102202302402四、存储器的技术指标五、存储器的分级结构三级存储器结构：高速缓冲存储器：存储速度快，存储容量小，成本高。外存储器：存取速度慢，存储容量大，成本低。主存储器：存取速度，存储容量，成本均介于高速缓冲存储器和外存储器之间。CPU主存储器外存储器CACHE一、基本结构及组成地址译码器存储矩阵存储器控制逻辑三态双向缓冲器……………………A0A1AP-1D0D1DW-1……R/WCEOE随机读写存储器的结构框图第二节随机读写存储器(RAM)1、存储矩阵存储体：能够寄存二进制信息的基本存储电路的集合体存储矩阵：存储体中的基本存储电路配置成一定的阵列，并进行编址，因此存储体又称为存储矩阵。位结构常用于动态存储器和大容量静态RAM中基本存储电路的排列方法N×1结构N×4结构N×8结构字结构常用于容量较小的静态RAM中2、地址译码器地址译码器接收来自CPU的地址信号，并产生地址译码信号，以便选中存储矩阵中某一个或某几个基本存储电路，使其在控制逻辑的控制下进行读写操作。X地址译码器A0A1A2A30，015，00，1515，15Y地址译码器I/OX0X1……A4A5A6A7DDY0Y15DINDOUT存储容量：256×1位存储矩阵16行×16列行选信号列选信号如地址为00000000译码信号X0及Y0选中0，0号存储电路3、存储器控制逻辑存储器控制逻辑通过存储器的控制信号引线端，接收来自CPU或外部电路的控制信号，经过组合变换后，对存储矩阵、地址译码器以及三态双向缓冲器进行控制。常用控制引线端有选择应访问的存储器芯片控制输出三态缓冲器控制被选中芯片是进行读操作还是写操作芯片允许引线端CSODOEWR/WE或芯片开放引线端输出禁止引线端或输出开放引线端读写控制引线端或写开放引线端CE4、三态双向缓冲器半导体RAM的数据输入/输出控制电路多为三状态双向缓冲器结构，以便使系统中各存储器芯片的数据输入/输出端能方便地挂接到系统数据总线上。读出操作三态双向缓冲器基本存储电路数据总线芯片开放信号及输出开放信号有效写信号无效或读/写控制信号为读态写入操作芯片开放信号及写信号有效不进行读写操作芯片开放信号无效输出开放信号无效高阻二、典型存储器芯片举例1、Intel2114NMOS静态RAM1K×4位静态RAM，4位数据输入输出端具有三态控制，所有的输入输出端均与TTL电路兼容行选择A3A4A5A6A7A8存储矩阵64×64……VCC地……输入数据控制I/O1I/O1I/O1I/O1CSWE列I/O电路列选择A0A1A2A92114引脚排列及逻辑符号地址端：2114（1K×4）191018A6A5A4A3A0A1A2CSGNDVccA7A8A9D0D1D2D3WEA9～A0（入）数据端：D3～D0（入/出）控制端：片选CS=0选中芯片=1未选中芯片写使能WE=0写=1读电源、地读I/O口10写I/O口00高阻X1I/OWECS其他静态RAM的结构与6116相似，只是地址线不同，常用的型号有6264，622562、Intel2164动态RAMIntel2164的容量为64K×1bit。2164（64K×1）18916NCDINWERASA0A2A1VDDVssCASDoutA6A3A4A5A7数据输出DOUT数据输入DIN列地址选通CAS地址输入A0~A7地VSS+5VVDD行地址选通RAS写开放WE动态半导体存储器的刷新动态MOS存储单元以电容的充电电荷存储信息，如果它处于静态时，电容上存储的信息将因电荷泄漏而逐渐消失。为了保持存储数据的正确，必须反复的对存储单元进行充电以恢复原来的电荷，这一过程称为刷新。刷新周期从上一次对整个存储器刷新结束到下一次对整个存储器全部刷新一遍，所用的时间间隔称为刷新周期（或再生周期），一般为2ms。常用的刷新方式：集中式刷新分散式刷新异步式刷新3.高集成度DRAM•DDR(DoubleDateRate)SDRAM•DDR2SDRAM•突发存取的高速动态随机存储器(RambusDRAM(RDRAM))服务器和高性能计算机的主流存储器系统双口RAM由于CPU和主存储器在速度上不匹配，而且在一个CPU周期中可能需要用几个存储器字，这便限制了高速计算,为了使CPU不至因为等待存储器读写操作的完成而无事可做，可以采取一些加速CPU和存储器之间有效传输的特殊措施•双端口存储器的逻辑结构　•双端口存储器是指同一个存储器具有两组相互独立的读写控制线路,并行操作，是一种高速工作的存储器。无冲突读写控制有冲突的读写控制三、双口RAM1.双端口存储器　由于CPU和主存储器在速度上不匹配，而且在一个CPU周期中可能需要用几个存储器字，这便限制了高速计算,为了使CPU不至因为等待存储器读写操作的完成而无事可做，可以采取一些加速CPU和存储器之间有效传输的特殊措施双端口存储器双端口存储器是指同一个存储器具有两组相互独立的读写控制线路,并行操作，是一种高速工作的存储器。读写控制无冲突读写控制有冲突的读写控制第三节只读存储器一、概述只读存储器ROM，也称固定存储器或永久存储器ROM中信息的写入通常是在脱机或非正常工作的情况下用人工方式或电气方式写入的。对ROM进行信息写入常称为对ROM进行编程。二、只读存储器ROM的分类掩膜编程的ROM现场编程ROM可改写的PROM简称ROM，用掩膜工艺来控制基本存储电路的晶体管能否工作，以便达到预先写入信息的目的。结构简单，集成度高，容易接口，价钱便宜。适合于存储成熟的固定程序和数据产品出厂时，没有存储任何信息，使用时由用户根据需要自行写入信息，一旦写入，不可更改速度高，功耗大，典型应用是作为高速计算机的微程序存储器简称EPROM，用户既可以采用某种方法自行写入信息，也可也可采用某种方法擦去并重新写入。紫外线擦洗的EPROM（UVEPROM）电擦洗的EPROM（E2PROM）作为标准程序或专用程序存储器可作为非易失性RAM使用三、只读存储器典型产品举例1.Intel2764UVEPROM存储器Intel2764A有13条地址线，8条数据线，两个电压输入端Vcc和Vpp，一个片选端CE，此外还有输出允许OE和编程控制端PGMIntel2764的工作方式选择制造商编码器件编码5V5VVccVcc低高高高低低标识符高阻5V12.5V××××高编程禁止数据输出5V12.5V××高低低校验数据输入5V12.5V××低高低编程高阻5VVcc××××高备用高阻5VVcc××高高低输出禁止数据输出5VVcc××高低低读数据端功能VccVppA0A9PGMOECE引脚方式2.并行EEPROM28162816是容量2K×8的电擦除PROM，芯片的引脚排列与2716一致，只是在管脚定义上，数据线管脚对2816来说是双向的。以适应读写工作模式。突出特点：可以以字节为单位进行擦除和重写。2716的引脚排列Intel2816的工作方式选择高阻＋21×高擦写禁止输出为高电平＋21＋9V～＋15V低片擦除输入＋21高低字节写输出为高电平＋21高低字节擦除高阻＋4～＋6×低备用方式输出＋4～＋6低低读方式数据线功能VppOECE管脚方式四、新一代可编程只读存储器1.闪速存储器是