第7章 半导体存储器
阎石《数字电子技术基础》(第5版)笔记和课后习题(含考研真题)详解(7-11章)【圣才出品】
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存储矩阵中选出指定单元,并把其中数据送到输出缓冲器。 (3)输出缓冲器的作用是提高存储器带负载能力,实现对输出状态的三态控制,便与 系统的总线连接。
图 7-1 ROM 的电路结构框图
2.可编程只读存储器(PROM) PROM 初始时所有存储单元中都存入了 1,可通过将所需内容自行写入 PROM 而得到 要求的 ROM。PROM 的总体结构与掩模 ROM 一样,同样由存储矩阵、地址译码器和输出 电路组成。 PROM 的内容一经写入以后,就不可能修改了,所以它只能写入一次。因此,PROM 仍不能满足研制过程中经常修改存储内容的需要。
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分组成,如图 7-4 所示。 ①存储矩阵由许多存储单元排列而成,每个存储单元能存储 1 位二值数(1 或 0),既 可以写入 1 或 0,又可以将存储的数据读出; ②地址译码器一般都分成行地址译码器和列地址译码器。行地址译码器将输入地址代码 的若干位译成某一条字线的输出高、低电平信号,从存储矩阵中选中一行存储单元;列地址 译码器将输入地址代码的其余几位译成某一根输出线上的高、低电平信号,从字线选中的一 行存储单元中再选 1 位(或几位),使这些被选中的单元经读/写控制电路与输入/输出端接 通,以便对这些单元进行读、写操作;
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第 7 章 半导体存储器
7.1 复习笔记
一、概述 半导体存储器是一种能存储大量二值信息(或称为二值数据)的半导体器件。半导体存 储器的种类很多,从存、取功能上可以分为只读存储器(ROM)和随机存储器(RAM)。 只读存储器在正常工作状态下只能从中读取数据,不能快速地随时修改或重新写入数 据。ROM 的优点是电路结构简单,而且在断电以后数据不会丢失。它的缺点是只适用于存 储那些固定数据的场合。只读存储器中又有掩模 ROM、可编程 ROM(PROM)和可擦除 的可编程 ROM(EPROM)几种不同类型。 随机存储器与只读存储器的根本区别在于,正常工作状态下就可以随时快速地向存储器 里写入数据或从中读出数据。根据所采用的存储单元工作原理的不同,又将随机存储器分为 静态存储器(SRAM)和动态存储器(DRAM)。
《半导体存储器》课件
嵌入式系统中的应用
半导体存储器广泛应用于 嵌入式系统,如智能家居、 汽车电子和工业控制。
计算机内存
半导体存储器是计算机主 存储器的重要组成部分, 用于临时存储数据和程序。
智能手机内存
手机内存运行应用程序和 存储数据,半导体存储器 提供了高速和可靠的数据 存取。
未来半导体存储器的发展方向
1 3D垂直存储器
《半导体存储器》PPT课 件
半导体存储器PPT课件大纲
什么是半导体存储器?
半导体存储器定义
半导体存储器是指使用半导体材料制造的存储器,它可以将数据存储在芯片内部的电子元件 中。
存储器的分类
常见的半导体存储器包括静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)和 闪存存储器。
常见的半导体存储器
通过增加垂直堆叠层数来增加存储容量,提高存储密度和性能。
2 非易失性存储器
开发更加稳定和可靠的非易失性存储器,提供更长久的数据存储和保护。
3 全新器件技术
研发新型的器件结构和材料,以满足不断增长的存储需求和更高的速度要求。
总结
半导体存储器的重要性
半导体存储器在现代计算和通信领域发挥着关键作用,对技术和社会的发展产生积极影响。
静态随机存取存储器 (SRAM)
SRAM具有快速读写速度和较 短的访问时间,适用于高性 能的应用。
动态随机存取存储器 (DRAM)
DRAM具有较大的存储容量和 较低的成本,广泛应用于个 人电脑和服务器。
闪存存储器
闪存存储器具有非易失性和 较高的耐用性,适用于便携 设备的存储需求。
半导体存储器的工作原理
1
SRAM的工作原理
SRAM使用触发器实现数据的存储和读取,具有较快的访问速度和数据保持能力。
第七章 半导体存储器 半导体存储器的分类
第七章 半导体存储器数字信息在运算或处理过程中,需要使用专门的存储器进行较长时间的存储,正是因为有了存储器,计算机才有了对信息的记忆功能。
存储器的种类很多,本章主要讨论半导体存储器。
半导体存储器以其品种多、容量大、速度快、耗电省、体积小、操作方便、维护容易等优点,在数字设备中得到广泛应用。
目前,微型计算机的内存普遍采用了大容量的半导体存储器。
存储器——用以存储一系列二进制数码的器件。
半导体存储器的分类根据使用功能的不同,半导体存储器可分为随机存取存储器(RAM —Random Access Memory )和只读存储器(ROM —Read-Only memory )。
按照存储机理的不同,RAM 又可分为静态RAM 和动态RAM 。
存储器的容量存储器的容量=字长(n )×字数(m )7.1随机存取存储器(RAM )随机存取存储器简称RAM ,也叫做读/写存储器,既能方便地读出所存数据,又能随时写入新的数据。
RAM 的缺点是数据的易失性,即一旦掉电,所存的数据全部丢失。
一. RAM 的基本结构由存储矩阵、地址译码器、读写控制器、输入/输出控制、片选控制等几部分组成。
存储矩阵读/写控制器地址译码器地址码输片选读/写控制输入/输出入图7.1—1 RAM 的结构示意框图1. 存储矩阵RAM 的核心部分是一个寄存器矩阵,用来存储信息,称为存储矩阵。
图7.1—5所示是1024×1位的存储矩阵和地址译码器。
属多字1位结构,1024个字排列成32×32的矩阵,中间的每一个小方块代表一个存储单元。
为了存取方便,给它们编上号,32行编号为X 0、X 1、…、X 31,32列编号为Y 0、Y 1、…、Y 31。
这样每一个存储单元都有了一个固定的编号(X i 行、Y j 列),称为地址。
11113131131********列 译 码 器行译码器...........位线位线位线位线位线位线.......X X X Y Y Y 0131131A A A A A A A A A A 地 址 输 入地址输入0123456789D D数据线....图7.1-5 1024×1位RAM 的存储矩阵2. 址译码器址译码器的作用,是将寄存器地址所对应的二进制数译成有效的行选信号和列选信号,从而选中该存储单元。
清华数字电路第七章 半导体存储器PPT课件
16.08.2020
数电
7.1 概述
**PROM在出厂时存储内容全为1(或者全为0),用户 可根据自己的需要写入,利用通用或专用的编程器, 将某些单元改写为0(或为1)。
**PROM在出厂时存储内容全为1(或者全为0),用户 可根据自己的需要写入,利用通用或专用的编程器, 将某些单元改写为0(或为1)。
ROM可分为掩模ROM、可编程ROM(Programmable Read-Only Memory,简称PROM)和可擦除的可编程 ROM(Erasable Programmable Read-Only Memory, 简称EPROM)。
*掩模ROM在制造时,生产厂家利用掩模技术把数据 写入存储器中,一旦ROM制成,其存储的数据就固 定不变,无法更改。
第七章 半导体存储器
内容提要
本章将系统地介绍各种半导体存储器的工作原理 和使用方法。半导体存储器包括只读存储器(ROM) 和随机存储器(RAM)。在只读存储器中,介绍了掩 模ROM、PROM和快闪存储器等不同类型的ROM的 工作原理和特点;而在随机存储器中,介绍了静态 RAM(SRAM)和动态RAM(DRAM)两种类型。 此外,也介绍了存储器扩展容量的连接方法以及用存 储器设计组合逻辑电路,重点放在这里。
1. ROM的组成:
ROM电
路结构包含存
储矩阵、地址
译码器和输出
缓冲器三个部
分,其框图如
图7.2.1所示。
16.08.2020
数电
图7.2.1
7.2.1 掩模只读存储器
a.存储矩阵
存储矩阵是由许多存储单元排列而成。存储单元 可以是二极管、双极型三极管或MOS管,每个单元能 存放1位二值代码(0或1),而每一个或一组存储单元有 一个相应的地址代码。
第7章半导体讲义存储器
存储器与CPU的接口
存储器与CPU连接时需考虑的问题: 1.CPU总线的带负载能力
CPU通过总线与ROM、RAM及输入/输出接口 相连接时的负载能力; 2.存储器组织、地址分配
存储器的类型
只读存储器 ROM
半 导 体 存 储 器
随机存储器 RAM
掩膜ROM
可编程ROM
电可擦PROM EEPROM
光可擦PROM EPROM
双极型 MOS型
静态 动态
存储器的性能指标
存储器的性能指标
包括存储容量,存取速度,可靠性及性能价格比。 l存储容量:指每个存储器芯片所能存储的二进制 数的位数,用存储单元数与存储单元字长(或数据 线位数)的乘积来描述。
l 掩膜ROM:通过掩膜技术制作或不制作晶体管栅 极实现的。
l PROM:为了弥补ROM成本高和不能改变其内容 的不足,出现了一种由用户编程且只能写入一次的 PROM。出厂时PROM为熔丝断裂型,未写入时每 个基本存储电路都是一个带熔丝的三极管或二极管。 编程后丝断为“1”,未断者为“0”。
只读存储器ROM
6116(2K*8)的技术指标:采用CMOS工艺制造,单 +5V电源,额定功率160mW,典型存取时间200ns, 24线双列直插式封装。
随机读写存储器RAM
l DRAM:基本存储电路为带驱动晶体管的电容,电容上 有无电荷被视为逻辑1和0,容量大,功耗低,结构简单, 集成度高,生产成本低。但由于电容漏电,仅能维持2ms左 右,故需要专门电路定期进行刷新,以维持其中所存的数 据。现在用得内存大多数是由DRAM构成的。
随机读写存储器RAM
l SRAM:用双稳态触发器作存储单元存放1和0, 存取速度快,电路简单,不需刷新。但集成度较低, 功耗较大,成本较高,容量有限,只适用于存储容 量不大的场合。
第7章 半导体存储器 48页PPT
图7.2.12给出了E2PROM存储单元在三种不同工作状 态下各个电极所加电压的情况。
(a)读出状态 (b)擦除(写1)状态 (c)写入(写0)状态
2019年
新疆大学信息科学与工程学院 《数字电路课题组》
三、快闪存储器(Flash Memory)
采用与EPROM中的叠栅MOS管相似的结构,同 时保留了EEPROM用隧道效应擦除的快捷特性。理 论上属于ROM型存储器;功能上相当于RAM。
若浮置栅上不带有电荷,则FAMOS管截止, 源极-漏极间可视为开路,所存信息是1。
2019年
新疆大学信息科学与工程学院 《数字电路课题组》
不带电 -截止 -存1
(a)浮置栅MOS管的结构 (b)EPROM存储单元
2019年
图7.2.6 浮置栅EPROM
新疆大学信息科学与工程学院 《数字电路课题组》
随机存储器和只读存储器的根本区别在于,正常 工作状态下可以随时向存储器里写入数据或从中读出 数据。
根据所采用的存储单元工作原理的不同,又将随 机存储器分为静态存储器(Static Random Access Memory,简称SRAM)和动态存储器(Dynamic Random Access Memory,简称DRAM)。
2019年
新疆大学信息科学与工程学院 《数字电路课题组》
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图7.3.2 1024 4位RAM(2114) 的结构框图
2019年
新疆大学信息科学与工程学院 《数字电路课题组》
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图7.3.3 六管NMOS静态存储单元
静态存储单元是在静态触发器的基础上附加门控管而 构成的。因此,它是靠触发器的自保功能存储数据的。
图7.6.8 改进的两相无比型动态MOS 移位寄存单元
半导体存储器
第7章半导体存储器内容提要半导体存储器是存储二值信息的大规模集成电路,本章主要介绍了(1)顺序存取存储器(SAM)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)的工作原理。
(2)各种存储器的存储单元。
(3)半导体存储器的主要技术指标和存储容量扩展方法。
(4)半导体存储器芯片的应用。
教学基本要求掌握:(1)SAM、RAM和ROM的功能和使用方法。
(2)存储器的技术指标。
(3)用ROM实现组合逻辑电路。
理解SAM、RAM和ROM的工作原理。
了解:(1)动态CMOS反相器。
(2)动态CMOS移存单元。
(3)MOS静态及动态存储单元。
重点与难点本章重点:(1)SAM、RAM和ROM的功能。
(2)半导体存储器使用方法(存储用量的扩展)。
(3)用ROM 实现组合逻辑电路。
本章难点:动态CMOS 反相器、动态CMOS 移存单元及MOS 静态、动态存储单元的工作原理。
7.1■■■■■■■■■半导体存储器是存储二值信息的大规模集成电路,是现代数字系统的 重要组成部分。
半导体存储器分类如下:I 融+n 右西方性翼静态(SRAM )(六管MO 白静态存储单元) 随机存取存储器〔^^'{动态侬^1口3网又单管、三管动态则□吕存储单元) 一固定艮cmil 二极管、M 口号管) 可编程RDM (PROM )[三极管中熠丝上可擦除可编程ROM (EPROM )[叠层栅管、雪崩j1-电可擦除可编程良口财(EEPROM^【叠层栅管、隧道)按制造工艺分,有双极型和MOS 型两类。
双极型存储器具有工作速度快、功耗大、价格较高的特点。
MOS 型存储器具有集成度高、功耗小、工艺简单、价格低等特点。
按存取方式分,有顺序存取存储器(SAM )、随机存取存储器(RAM )和只读存储器(ROM )三类。
(1)顺序存取存储器(简称SAM ):对信息的存入(写)或取出(读)是按顺序进行的,即具有“先入先出”或“先入后出”的特点。
(2)随机存取存储器(简称RAM ):可在任何时刻随机地对任意一个单元直接存取信息。
七章半导体存储器
13
地址总线 13
~ A0 A12
CS OE
~ D15 D 8
8
数据总线
~ D7 D 0
8
A0 8kB×8
. .2764 . . O0 . . ... ... A12
A0 8kB×8
. . 2764 . . O0 . . ... ... A12
CS
O7
13
OE U1
CS
O7
OE U2
(2)字数扩展(地址码扩展)
14
12
13
VDD A8 A9
WE
OE
A10 CS D7 D6 D5 D4
D3
7.2 只读存储器(ROM)
一. ROM的分类
按照数据写入方式特点不同,ROM可分为以下几种:
(1)固定ROM。厂家把数据写入存储器中,用户无法进行任何修改。
(2)一次性可编程ROM(PROM)。出厂时,存储内容全为1(或全 为0),用户可根据自己的需要编程,但只能编程一次。
CS O7
OE
13
U2
...
~ 数据总线 D7
D0 8
...
A02764
8
.. O0
. ... ... A12
CS O7
OE U8
本章小节
1.半导体存储器是现代数字系统特别是计算机系统中的重要组成部件, 它可分为RAM和ROM两大类。
2.RAM是一种时序逻辑电路,具有记忆功能。其存储的数据随电源断 电 而 消 失 , 因 此 是 一 种 易 失 性 的 读 写 存 储 器 。 它 包 含 有 SRAM 和 DRAM两种类型,前者用触发器记忆数据,后者靠MOS管栅极电容 存储数据。因此,在不停电的情况下,SRAM的数据可以长久保持, 而DRAM则必需定期刷新。
电子教案-电子技术(第5版_吕国泰)教学资源51134-第7章 半导体存储器和可编程逻辑器件-电子课件
第四节、可编程逻辑器件
5、在系统可编程逻辑器件(ispPLD)
在系统可编程逻辑器件(ispPLD)是20世纪90 年代推出的一种高性能大规模数字集成电路,它成 功地将原属于编程器的有关电路也集成于ispPLD中。 因此, ispPLD的最大特点是,编程时既不需要使 用编程器,也不需要将器件从系统的电路板上取下, 用户可以直接在系统上进行编程。
22
第四节、可编程逻辑器件
2、可编程阵列逻辑(PAL)
可编程阵列逻辑(PAL)是20世纪70年代末期 出现的产品,它是由可编程的与阵列和固定的或阵 列所组成的与或逻辑阵列。
PAL比PLA工艺简单,易于编程和实现,既有 规则的阵列结构,又有灵活多变的逻辑功能,使用 较方便。但其输出方式固定而不能重新组态,编程 是一次性的。
可编程逻辑阵列(PLA)是20世纪70年代中期 出现的逻辑器件,它既包括可编程的与阵列,也包 括可编程的或阵列;不仅可用于实现组合逻辑电路 功能,如果在或阵列的输出外接触发器,还可用于 实现时序逻辑电路功能。
PLA 的与阵列不是全译码,而是可编程的。同 时,其或阵列也是可编程的。用它来实现同样的逻 辑函数,其阵列规模要比ROM小得多。
2、存取周期 连续两次读(写)操作间隔的最短时间称 为存取周期。
一、固定ROM 二、可编程ROM 二、ROM的应用实例
ROM的结构框图 存储矩阵 地址译码器 读出电路
第二节、只读存储器
7
一、固定ROM 1、二极管掩模ROM
第二节、只读存储器
8
第二节、只读存储器
9
2、MOS管掩模ROM
18
(2) RAM的字扩展
第三节、随机存取存储器
19
第四节、可编程逻辑器件
半导体存储器
第七章半导体存储器7.1 概述半导体存储器是一种能存储大量二值信息(或称为二值的数据)的半导体器件。
在电子计算机以及其他一些数字系统的工作过程中,都需要对大量的数据进行存储。
因此,存储器也就成了这些数字系统不可少的组成部分。
由于计算机处理的数据量越来越大,运算速度越来越快,这就要求存储器具有更大的容量和更快的存取速度。
通常都把存储量和存取速度作为评价存储器性能的重要指标。
目前动态存储器的容量已达到109位每片,一些高速随机存储器的存取时间为10ns左右。
因为半导体存储器的存储单元数目极其庞大而器件的引脚数目有限,所以在电路结构上就不可能像寄存器那样把每个存储单元的输入和输出直接引出。
为了解决这个问题,在存储器中给每个存储单元编了一个地址,只有被输入地址代码指定的那些存储单元才能与公共的输入/输出引脚接通,进行数据的读出或写入。
半导体存储器的种类很多,从功能上可以分为只读存储器和随机存储器两大类。
只读存储器在正常工作状态上只能从中读取数据,不能快速地随时修改或重新写入数据。
ROM的优点是电路结构简单,而且在断电以后数据不会丢失,它的缺点是只适用于存储那些固定数据的场合。
只读存储器中又有掩模ROM、可编程ROM和可擦除的可编程ROM几种不同类型。
掩模ROM 中的数据在制作时已经确定,无法更改。
PROM中的数据可以由用户根据自己的需要写入,但一经写入以后就不能再修改了。
EPROM里的数据则不但可以由用户根据自己的需要写入,而且还能擦除重写,所以具有更大的使用灵活性。
随机存储器与只读存储器的根本区别在于,正常工作状态下就可以随时向存储器里写入数据或从中读出数据。
根据所采用的存储单元工作原理的不同,又将随机存储器分为静态存储器和动态存储器。
由于动态存储器存储单元的结构非常简单,所以它能达到的集成度远高于静态存储器。
但是动态存储器的存取速度不如静态存储器快。
7.2 只读存储器(ROM)7.2.1掩模只读存储器ROM根据用户要求专门设计的掩模板把数据:“固化”在ROM中电路结构ROM的电路结构框图地址译码器:将输出的地址代码翻译成相应的控制信号,把指定单元选出,其数据送输出缓冲器输出缓冲器❖提高存储器带负载的能力❖实现输出状态三态控制,与系统总线连接地址译码器存储矩阵输出缓冲器WW1W2-1nAA1An-1三态控制信息单元(字)存储单元……………存储矩阵是存放信息的主体,它由许多存储单元排列组成。
第7章半导体存储器PPT资料30页
7.2 只读存储器ROM
浮栅上电荷可长期保存- -在125℃环境温度下,70% 的电荷能保存10年以上。
擦除:用紫外线或X射线擦 除。需20~30分钟。
缺 点 : 需 要 两 个 MOS 管 ; 编程电压偏高;P沟道管的开 关速度低。
7.2 只读存储器ROM
三、可擦除的可编程只读存储器(EPROM)
(一)紫外线擦除的只读存储器(UVEPROM) 最早出现的EPROM。通常说的EPROM就是指这种。 1. 使用FAMOS管(Floating-gate Avalanche-Injuction
MOS,浮栅雪崩注入MOS管)
写入:管子原来不导 通。在漏源之间加上较 高电压后(如-20V), 漏极PN结雪崩击穿,部 分高速电子积累在浮栅 上,使MOS管导通。
7.2 只读存储器ROM
16字×8位的PROM
十六条字线
读出时,读出放 大器AR工作,写入放 大器AW不工作。
写入时,在位线
输入编程脉冲使写入 放大器工作,且输出
八 条
低电平,同时相应的 位
字 线 和 VCC 提 高 到 编 线 程电平,将对应的熔
丝烧断。
缺点:不能重复擦除。
Digital Electronics Technolo15g.0y5.2020
输出缓冲器:增加带负载能力;同时提供三态控制,以 便和系统的总线相连。
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7.2 只读存储器ROM
1. 工作原理 以2位地址输入和4
为数据输出的ROM为 例,其存储矩阵是四 组二极管或门:
第七章半导体存储器
(RAM) 动态RAM(Dynamic RAM)
双极性型 按制造工艺分
CMOS型
只读存储器ROM:用于存储固定信息的器件,在断电 后所保存的信息不会丢失。把数据写入到存储器以后, 正常工作时它存储的数据是固定不变的,只能根据地址 读出,不能写入。只读存储器主要应用于数据需要长期 保留并不需要经常改变的场合,如各种函数表、需要固 化的程序等。
在扩展时应将各片存储器的地址线、片选信号线和读/ 写信号线对应地并接在一起,而各片的数据线作为扩展后 每个字的各位数据线。
7.4.2 字扩展方式
字扩展是指扩展成的存储器字数增加而数据位数不变。
例:用4片256 x 8位RAM→1024 x 8位 存储器
I O0 .......... .......... .. I O7
例7.5.1 用ROM产生组合逻辑函数: Y1=ABC+ABC Y2=ABCD+BCD+ABCD Y3=ABCD+ABCD Y4=ABCD+ABCD
解: 将原函数化成最小项之和形式:
Y1=m2+m3+m6+m7 Y2=m6+m7+m10+m14 Y3=m4+m14 Y4=m2+m15 列出数据表:
7.2.1 掩模只读存储器ROM
根据用户要求专门设计的掩模板,把数据 “固化”在ROM
例1 :地存址储线容量为224位的中ROM。
A1A0:两位地址代码,能指定 四个不同地址
地址译码器(二极管与门电路): 将四个地址译成W0W3四个高电 平输出信号
字线
位线
A1 A0 00 01 10
11
W0 W1
7.2 只读存储器ROM
《半导体存储器》PPT课件_OK
主
从
1位
图7-2-2 动态CMOS移存单元
当CP=1时,主动态反相器接收信息,从动态反相器保持原存
信息;CP=0时,主动态反相器保持原存信息,从动态反相器随9 主
动态反相器变化。每经过一个CP,数据向右移动一位。
7.2.3 动态移存器和顺序存取存储器
1.动态移存器 动态移存器可用动态CMOS移存单元串接而成,主要用来组 成顺序存取存储器(SAM)。
• ••
CS1
• ••
21
图7-3-6 RAM的位
2.字扩展
适用于位数(字长)够用,但字数不够的情况。 如: 8K×8 → 32K×8 增加地址线。
D0
D7
•••
•••
•••
•••
I/O7···I/O0 VDD
OE 6264Ⅰ 1
GND
CS2
R/W A12 ···A0CS1
I/O7···I/O0 VDD
•••
A2 译
A3
码 X15 器
T0
1,1 位线 16,1
1,16 位线 16,16
I/O电路 G1 1
D
EN
G2
1
I/O
•
EN
T0' T15
T15'
1 EN G3
Y0 (列)
•••
Y15
Y 地址译码器
D G4 &
& G5
A4 A5 A6 A7
图7-3-1 256×1位RAM 示意图
CS
R/W
25
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第7章 半导体存储器
• 教学内容 : 半导体存储器的特点、分类及主要技术指标 ; 顺序存取存储器(SAM); 随机存取存储器(RAM) ;
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存储器主要技术指标
可靠性要好 可靠性是指存储器对电磁场、湿度变化等因素造成干扰的 抵抗能力,以及在高速使用时也能正确地存取。对于易失性 存储器,在供电期间数据在未作修改的情况下存储稳定;对 于非易失性存储器,非易失性要好,即断电以后,存储器中 的数据仍能保持完整。 存取操作要方便 对存储器信息的存取通常都是根据需要,有选择地进行, 因此,希望存储器的存取操作越方便越好,想要读取或修改 哪一部分存储内容,很快就能选中。
7/22/2013 12:30 AM 版权保留(C) 南京理工大学机械工程学院 王芳 5
半导体存储器-易失性存储器
易失性存储器:主要是指随机访问存储器RAM (Random Access Memory)。 作用:主要用于存放各种现场输入/输出的数据、中 间结果、与外存储器交换的信息以及作堆栈用。 特点:RAM可以随机地、个别地对任意一个存储单 元进行读、写的存储器,是掉电易失性存储器。 分类:可按信息存储方式的不同分为静态RAM和动 态RAM。
6116(2K*8)的技术指标:采用CMOS工艺制造,单 +5V电源,额定功率160mW,典型存取时间200ns, 24线双列直插式封装。
7/22/2013 12:30 AM 版权保留(C) 南京理工大学机械工程学院 王芳 14
随机读写存储器RAM
DRAM:基本存储电路为带驱动晶体管的电容,电容上 有无电荷被视为逻辑1和0,容量大,功耗低,结构简单, 集成度高,生产成本低。但由于电容漏电,仅能维持2ms 左右,故需要专门电路定期进行刷新,以维持其中所存的 数据。现在用得内存大多数是由DRAM构成的。 典型的DRAM芯片有:2164:64K*1
7/22/2013 12:30 AM 版权保留(C) 南京理工大学机械工程学院 王芳 6
半导体存储器-非易失性存储器
非易失性存储器:一般指只读存储器(ROM-Read Only Memory) 作用:主要用于存放固定的程序(监控程序、汇编程序等)和 各种常数、表格等。 特点:只能读不能写,掉电不易失性。 分类: ①掩膜式ROM(MROM) ②一次性编程OTPROM(One Time Programmable ROM) ③可擦除PROM(Erasable PROM) ④电擦除PROM(Electrically Erasable PROM)
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半导体存储器的类型
掩膜ROM
可编程ROM 只读存储器 ROM 半 导 体 存 储 器 随机存储器 RAM 电光可擦PROM-EEPROM
紫外线可擦PROM-EPROM 快闪Flash Memory
双极型 静态 MOS型 动态
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随机读写存储器RAM
SRAM:用双稳态触发器作存储单元存放1和0, 存取速度快,电路简单,不需刷新。但集成度较低, 功耗较大,成本较高,容量有限,只适用于存储容 量不大的场合。
常用的SRAM芯片有: 2114:1K*4 6116:2K*8 62128:16K*8 62256:32K*8 6264:8K*8
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存储器主要技术指标
功耗要低 存储器,特别是半导体存储器,都是由大规模 集成电路组成,集成度高,体积小,但是散热不 容易,因此在保证速度的前提下应尽量减小功耗。 体积要小、重量要轻 体积越小,相对集成度则越高。无论是用于台 式计算机,还是便携式计算机,体积小、重量轻 同样是存储器所追求的性能指标。
随机读写存储器RAM
RAM的基本结构:由存储矩阵、地址译码器、读写控制 器、输入/输出控制、片选控制等几部分组成。
地 址 码 输 入 片选 读/写控制 输入/输出
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地 址 译 码 器
存储矩阵
读/写 控制器
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存储矩阵:图中1024个 单元排列成32×32的矩 阵为了存取方便,给它 们编上号。 32行编号为X0、 X1、…、X31 32列编号为Y0、 Y1、…、Y31 这样每一个存储单元都 有了一个固定的编号, 称为地址 地址译码器:将存储单元地址所对应的二进制数译成有效 的行选信号和列选信号,从而选中该存储单元。
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RAM的容量扩展
位扩展:用8片1024×1位RAM构成的1024×8位 RAM系统。
I/O 0 I/O 1024×1R AM A0 A1 A0 A1 A9 R /W CS I/O1 I/O 1024×1R AM A0 A1 I/O7 I/O 1024×1R AM A0 A 1
... A
9
R /WC S
... A
...
9
R /WC S
... A
9
R /WC S
...
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RAM的容量扩展
字扩展:用8片1K×8位RAM构成的8K×8位RAM。
D G1 I/O G4 & G 3 G5 & CS R /W D G2
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19Biblioteka D G1 I/OD G2
G4 & G 3 G5 & CS R /W
当CS=0时,芯片被选通:当R/W#=1时,G5输出高电平, G3被打开,于是被选中的单元所存储的数据出现在I/O端, 存储器执行读操作; 当R/W#=0时,G4 输出高电平,G1 、G2 被打开,此时加 在I/O端的数据以互补的形式出现在内部数据线上,存储器 执行写操作。
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新型磁性随机存储器(MRAM)问世
德国芯片制造商英飞凌(Infineon)与美国IBM公司日前联 合宣布,他们开发出一种新型磁性随机存储器,可以大大提 高电脑工作效率,尤其是将开、关机的时间大为缩短,有望 在电脑及其各种周边设备上取得广泛应用。 据两家公司发布的新闻公告,这种名为MRAM(磁性随 机存储器)的最大特点是断电后依然可以存储数据。这种内 存使用“磁荷”替代电荷来储存数据,可以在很大程度上提 高各种电子设备的性能,应用这种存储器的电脑在开、关机 时可以做到如同电视机开、关机一般即刻响应,而无需再长 时间等待传统内存去硬盘中调用导入数据。 此外,该存储器还具有储存量大,访问速度快以及耗电 量低等优良特性。这些特性尤其适用于诸如手机、笔记本电 脑和其它移动设备,可提高这些周边设备的效率并延长电池 使用寿命。
本章主要内容:
存储器概述 半导体存储器概述 随机存取存储器(RAM) 只读存储器(ROM) 半导体存储器与CPU的连接
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存储器概述
二级存储体系
存储器由内存储器和外存储器组成。 内存储器:在主机内部, 通过CPU系统总线直接与CPU 相连,主要用来存放当前机器运行的程序和数据。 外存储器:通过I/O接口与CPU相连,主要用来存放机 器暂不用的程序和数据。根据需要,可以随时调用。 主存和辅存所构成的二级存储体系形成了计算机的存储 器系统:内存能即时为CPU提供存放信息的空间,而外 存则提供了存放大量的计算机后备数据的存储空间。 由高速缓冲存储器(Cache)、内存、外存组成的三级存储 体系在存储器系统的整体性能上得到了更好的体现。
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片选及输入/输出控制电路:当片选信号CS=1时,G5、G4输 出 为 0, 三态 门 G1 、 G2 、 G3 均处 于 高阻状 态 , 输 入/输出 (I/O)端与存储器内部完全隔离,存储器禁止读/写操作, 即不工作;
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采用双译码结构: 行地址译码器:5输入32 输出,输入为A0 、A1 、…、 A4, 输出为X0、X1、…、 X31; 列地址译码器:5输入32 输出,输入为A5 、A6 、…、 A9 ,输出为Y0 、Y1 、…、 Y31; 这样共有10条地址线。 例:输入地址码A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0=0000000001,则行 选线 X1=1, 列选线Y0=1, 选中第X1行第Y0列的存储单元。
第7章 半导体存储器
学习目标: 存储器的种类繁多,了解各类存储器的 基本特性以及各类存储器所适合的使用场 合,是本章的基本要求。同时,存储器接 口电路,特别是存储器与微处理器的连接, 是本章要求掌握的重点。
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第7章 半导体存储器及其接口
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三级存储体系
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存储器的分类
存储器分类
按存储器在计算机系统中的地位,可分为内存 储器和外存储器。 按存储特性,可分为易失性存储器和非易失性 存储器; 按寻址特征,可分为随机访问存储器、顺序访 问存储器和直接访问存储器。 按存储介质和存储器的工作原理,则可分为半 导体存储器、磁介质存储器和光碟存储器。
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