微型计算器中的存储器

半导体存储器分类
半导体存储器
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RAM
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SRAM：静态随机存取存储器
DRAM：动态随机存取存储器
MROM：掩膜型只读存储器 PROM：一次可编程只读存储器 EPROM：紫外线可擦除可编程只读存储器 E2PROM：电可擦除可编程只读存储器 Flash：闪速存储器，现代ROM BIOS
ROM
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随机存储器（RAM）是易失性存储器，掉电后信息丢失而不能恢复，ROM是非易 失性存储器，掉电后信息不丢失，可长期保存。 新型的铁电存储器（FRAM）、磁随机存储器（MRAM）打破了传统易失性和非 易失性的界限。MRAM和FRAM既有随机存取存储器读写速度快的优点，又有非 易失性存储器的特点，是全新的非易失性RAM。
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存储器层次结构
微处理器
高速缓冲存储器 Cache（L1，L2，L3）
主存储器 （内存）
虚拟存储器 （磁盘）
微型计算器中的存储器
主要内容： 主要介绍半导体存储器的相关知识和扩展 设计。首先介绍半导体存储器的分类与性 能指标、典型ROM与RAM芯片的特点及存 储器的扩展设计方法，最后对存储器层次 结构做简单概述。
2015116408 李一铖 2015116420 唐雨顺
存储器概述
• 微型计算机的存储器可以分成两大类：一类是内部存储器（也称 主存储器），简称内存或主存；另一类是外部存储器（也称辅助 存储器），简称外存。 • 微型计算器内存由半导体器构成，分为随机存取存储器（RAM） 和只读存储器（ROM）两大类；外存有磁盘（硬盘和软盘）、光 盘、磁光盘、移动硬件和U盘等。
半导体存储器的技术指标
三、带宽 存储器的带宽指每秒传输数据总量。存储器带宽与存储器总线频率有关，也 与数据位数（宽度）有关。
带宽=存储器总线频率×数据宽度/8（单位：B/s）
如一存储器工作频率为333MHz,存储器宽度为64位，则带宽 =333×64/8=2664MB/s。
ROM类型
• MROM 掩膜ROM存储的信息是由生产厂家根据用户的要求，在生产过程中采用掩膜工艺（即光刻图 形技术）一次性直接写入的。它存储的信息是靠在存储单元的字线与位线之间是否跨接 MOS 管来表示信息“0”还是“1”：跨接MOS管时，表示信息“0”；没有跨接MOS管则表示信息“1”。一 旦掩膜ROM制成后，其内容不能再改写，因此它只适合于存储永久性保存的程序和数据。
• 1.线译码方式 • 线译码就是仅用某系统一个高位地址线作为片选信号以选中某个芯片。这种译码方式由于 仅用一根地址线参与片选，因此地址不唯一，而且效率低，占用空间多。 • 2.部分译码方式 • 部分译码方式就是只用系统一部分高位地址参与对芯片的译码工作，而有些高位地址没有 参与译码，因此这些地址线的状态对译码结果没有任何影响，所以译码得到的地址空间就 不是唯一的。但该方式应用较为广泛。 • 3.全译码方式 • 全译码就是系统所有高地位地址线全部由参与对芯片的译码工作，因此任意地址线的变化 都会对译码结果有影响，所以全译码得到的空间地址是唯一的。
• TAC表示“存取时间”。与时钟周期不同，TAC仅仅代表访问数据所需要的时间。如一块标有“—7J”字 样的内存说明该内存条的存取时间是7ns。存取时间越短，该内存条的性能就越好。
• 3 CAS延迟时间（CL） • 当CPU需要向内存读取数据时，在实际读取之前一般都有一个“缓冲期”，而其时间长度就是CL。
ROM类型
• PROM PROM为一次编程ROM。它的编程逻辑器件是靠存储单元中熔丝的断开和接通来表示存储信 息“0”还是“1”：当熔丝被烧断时，表示信息“0”；当熔丝没有烧断时，则表示信息“1”。由于一 旦存储单元的熔点被烧断就不能恢复，因此PROM存储的信息只能一次编程写入，不能擦除 改写。
ROM类型
存储器扩展设计
• 字扩展 • 字扩展是指增加存储字的数量。例如，用2片2K×8b的RAM芯片6116，组 成4K×8b的存储器。字扩展设计如图所示。两片芯片的片内信号线A0~A10、 D0~D7、OE、WE都分别与系统的地址线A0~A10、数据线D0~D7的读写控 制线RD、WR连接。其中，1#芯片的片选CE与A11连接，2#芯片的片选CE 与A11反相之后连接。当A11为低电平时，选择1#芯片读写；当A11为高电 平是，选择2#芯片读写。由图可见，1#芯片的地址范围是000H~7FFH，2# 芯片的地址范围是800H~FFFH。
RAM的类型
• DRAM DRAM是一种动态随机存储器。它的存储电路是利用MOS管的栅极分布电容充放电来保存信 息的，充电成高电位后表示“1”，放点后表示“0”。其特点是集成度高、功耗低、价格便宜，但 由于电容存在漏电现象，电容电荷会因为漏电而逐渐丢失，因此必须定时对DRAM进行充电 （称为刷新）。在微机系统中，DRAM被大量用做内存（即内存条）。
ROM类型
• EEPROM EEPROM也称E2PROM,是一种电可擦除可编程 ROM。由于它的改写不需要使用专用编程设 备，只需在指定的引脚上加上适合的电压，即可进行在线擦除和改写，使用更加方便灵活。
ROM类型
• 闪速存储器 闪速存储器简称Flash或闪存。它与EEPROM类似，也是一种电擦写型ROM。与EEPROM的 主要区别是：EEPROM是按字节擦写，速度慢；而闪存是按块擦写，速度快。Flash芯片从 结构上分为串行传输和并行传输两大类：串行Flash能节约空间和成本，但存储容量小、速度 慢；而并行Flash存储容量大、速度快。 Flash是近年来发展最快的一种新型半导体存储器。由于它具有在线电擦写、低功耗、大容量、 擦写速度快的特点，同时还具有于DRAM等同的低价位成本的优势，因此受到广大用户的青 睐。目前，Flash在计算器系统、寻呼机系统、嵌入式系统和智能仪器仪表等领域得到了广泛 的应用。
存储器扩展设计
• 位扩展 位扩展是指增加存储字长。如用2片1K×4b的RAM芯片2114，组成1K×8b的 存储器。位扩展设计如图所以，图中两片2114的地址线A0~A9、OE、WE分 别与系统总线的A0~A9、RD、WR连在一起，两芯片的片选CE连在一起与系 统A10连接，1#芯片的4位数据线D0~D3作为低4位与系统数据线D0~D3连接， 2#芯片的4位数据线D0~D3作为高4位与系统数据线D4~D7连接，这样便构成 了一个1K×8b的存储器。硬件连接之后便可以确定存储单元的地址，即 A0~A10的编码状态000H~3FFH就是1KB的存储单元的地址。
RAM的类型
• SRAM SRAM是一种静态随机存储器。它的存储电路由MOS管触发器构成，用触发器的导通和截止 状态来表示信息“0”或“1”。其特点是速度快、工作稳定，并且不需要刷新电路，使用方便灵活， 但由于它所用MOS管较多，致使集成度低、功耗较大、成本也较高。在微机系统中，SRAM 常用做小容量的高速缓冲存储区。
存储器扩展设计
• 字和位扩展
字和位扩展是字扩展和位扩展的组合。例如，用4片1K×4b的RAM芯片2114， 组成2K×8b的RAM芯片2114，组成2K×8b的存储器。字和位扩展设计如图。
图中1#和2#芯片为一组，3#和4#芯片为一组，片内A0~A9、OE和WE与系统 地址线A0~A9和读写控制线RD和WR对应连接。1#和3#芯片内数据线D0~D3 作为低4位，与系统数据线D0~D3连接；2#和4#芯片内数据线D0~D3作为高4 位，与数据线D4~D7连接；1#和2#芯片的CE连在一起，与2—4线译码器输出 端Y0连接；3#和4#芯片的CE连在一起，与2—4线译码器输出端Y1。
存储器容量=单元数×数据位数
半导体存储器的技术指标
• 二、存取速度 • 存取速度是指从CPU给出有效的存储器地址到存储器输出有效数据所需要的时间。存储于内存的时钟 周期、存取时间和CAS延迟时间等有关。 • 1 时钟周期（TCK） • TCK表示内存时钟周期。它代表了内存可以运行的最大工作频率，数字越小说明内存所能运行的频率 就越高。 • 2 存取时间（TAC）
• EPROM EPROM是一种紫外线可擦除可编程ROM。其编程逻辑器件使用浮栅编程技术，利用绝缘栅 场效应管中的浮栅存储电荷，使开启电压发生变化来存储信息。写入信息是在专用编程器上 实现的，具有能多次改写的功能。由于EPROM在紫外线照射下信息易丢失，故在使用时应在 玻璃窗口处用不透光的纸封密，以避免信息丢失。
半导体存储器的技术指标
• 衡量半导体存储器的性能指标有很多，如可靠性、功耗、 价格、体积、重量、电源种类等，但从接口角度来说， 最为重要的则是存储器的存储速度、存储容量及带宽。
半导体存储器的技术指标
• 一、半导体存储器的存储容量 • 存储容量是指每一个存储芯片和模块能够存储的二进制位数。存储器容量以存储1位二进制 数位最小单位（bit），容量单位有字节B、千字节KB、兆字节MB。。这些容量单位之间的 相互关系均以210倍表示。 • 微型计算机中的信息是以字节为单位存储在存储器中。存储器有多大容量取决于存储单元 的个数和存储器个单元的位数。因此存储容量可以用下面的式子表示：
存储器地址译码
• 存储器扩展就是用多个存储器芯片构成一定容量的存储器模块， 需要地址线的参与，就是涉及地址译码及译码方式问题。
• 所谓地址译码就是将其各特定地址编码输入翻译成唯一有效输出 的过程。而译码的结果就输出有效的逻辑，输出的逻辑通常解存 储器芯片或I/O接口的片选信号。
存储器地址译码
译码方式：