存储器及其接口技术

2.DRAM(Dynamic RAM)：动态RAM，其基本存储电路为单管动 态存储电路，需要刷新电路。
3.NVRAM(Non Volatile RAM)：非易失性RAM，它由SRAM和 EEPROM组成，正常工作时SRAM保存信息，在掉电瞬间，把 SRAM中的信息写入EEPROM中，从而使信息不会丢失。
CPU 寄存器
速度快 容量小
内部Cache
外部Cache
主存储器
辅助存储器
大容量辅助存储器
图 微机存储系统的层次结构
速度慢 容量大
二、半导体存储器的分类
(一)按存储器制造工艺分类 双极型存储器： 包括TTL(晶体管-晶体管逻辑)存储器、ECL(射极耦合逻
辑)存储器、I2L(集成注入逻辑)存储器等。特点：存取速率高， 通常为几纳秒(ns)甚至更短，集成度比MOS型低，功耗大，成 本高。
MOS(金属氧化物)型存储器： 分为CMOS型、NMOS型、HMOS型等多种。特点：制造工艺 简单，集成度高，功耗低，价格便宜，但速率比TTL型要低。
(二)从应用的角度分类 RAM（随机读取存取器）、ROM（只读存储器）
(三)随机存储器RAM(Random Access Memory)
1.SRAM(Static RAM)：静态RAM，其基本存储电路由双稳态触 发器构成，每一个双稳态元件存放1位二进制数，只要不掉 电，信息就不会丢失，不需要刷新电路。
4.可靠性 微型计算机要正确地运行，要求存储器系统具有很高的
可靠性，因为内存的任何错误都可能使计算机无法工作。而 存储器的可靠性直接与构成它的芯片有关。
存储器的可靠性用平均无故障时间MTBF来表征，它表示 两次故障之间的平均时间间隔，MTBF越长，其可靠性越高。 目前所用的半导体存储器芯片平均无故障时间MTBF大概为 5×106～1×108小时。
其引脚结构如下图所示：
N/C 1 DIN 2 WE 3 RAS 4
A0-A7：地址信号的输入引脚，分
16 VSS 时接收CPU送来的8位行、列地址；
15 14 13
CAS DOUT A6
RAS ：行地址选通信号输入引脚，
低电平有效，兼作芯片选择信号。
CAS ：列地址选通信号输入引脚， 低电平有效，表明当前正在接收的
按存储器在计算机系统中的位置，存储器可分为两大类： 内存、外存。
内存：存储当前运行所需的程序和数据。CPU可以直接访 问并与其交换信息，容量小，存取速度快。
外存：存储当前不参加运行的程序和数据。CPU不能直接 访问，需配备专门设备才能进行交换信息，容量大，存取速 度慢。
计算机系统中的存储系统采用快慢搭配方式，具有 层次结构，如下图所示。
器件手册上给出的存储器芯片的存取时间参数一般为上 限值，称为最大存取时间。CPU在读/写RAM时，它提供给RAM 芯片的读/写时间必须比RAM芯片所要求的存取时间长，如果 不能满足这一点，则微型机无法正常工作。
3.功耗 使用功耗低的存储器芯片构成存储系统时，不仅可以减
少对电源容量的要求，而且还可提高存储系统的可靠性。
(四) 只读存储器ROM(Read Only Memory)
(1)掩膜工艺ROM(Masked ROM) 这种ROM是芯片制造厂根据ROM要存储的信息，设计固定的 半导体掩膜版进行生产的。一旦制出成品之后，其存储的信息 即可读出使用，但不能改变。这种ROM常用于批量生产，生产成 本比较低。微型机中一些固定不变的程序或数据常采用这种ROM 存储。 (2)PROM(Programmable ROM) 可编程只读存储器。允许用户利用专门设备对其写入数据 或程序(称为对存储器编程)，但是只能写入一次。编程之后， 信息就永久性地固定下来，用户只可以读出和使用，不能改变 其内容。 (3)OTPROM(One Time Programmable ROM) 一次编程只读存储器。与PROM一样可编程一次，但是采用 了EPROM技术生产，可靠性高，没有石英玻璃窗口。
(6)Flash Memory 快擦写可编程只读存储器，简称为闪存(闪速存储器)。 可以用电气方法快速擦写存储单元的内容，类似于EEPROM。 既具有SRAM的读写功能和较快速率，又具有ROM断电后信息不 丢失的特点。主板上BIOS和USB闪存盘上的Flash Memory芯片， 如图下所示。
三、半导体存储器的主要技术指标
在构成微型计算机内存系统时，可以根据要求加以选用。 当计算机的内存确定后，选用容量大的芯片可以少用几片，这 样不仅使电路连接简单，而且使功耗和成本都可以降低。
2.存取时间 存取时间TAC(Access Time)就是存取芯片中某一个单元
的数据所需要的时间，即CPU给出内存地址信息后，到取出 或者写入有效数据所需要的时间。
4.PSRAM(Pseudo Static RAM)：伪静态读写存储器。是片内 集成了动态刷新电路的动态存储器，使用时不再专门配置 刷新电路，可作为一个静态RAM使用。
5.MPRAM(Multiport RAM)：多端口RAM，有多个端口，每个端 口可对RAM进行独立地读写操作。
6.FRAM(Ferroelectric RAM)：铁电介质读写存储器，是一种 新型的非易失性存储器，写入速度非常快。
T1与C1构成一个基本存储 电路，C1为T1的极间分布电容。
当C1中存有电荷时，该存 储单元存放的信息为1，没有
电荷时表示0。
T2为列选择管，C2为数据 线上的分布电容，一般有
C2>C1。 当T1和T2导通时，数据线
接通，可以对基本存储单元
进行读出或写入操作。
C1容量很小，充电后电压 为0.2V左右，该电压维持时
间很短，约2ms左右既会泄漏，
导致信息丢失，故需要刷新。
2.动态RAM集成芯片2164A
动态RAM Intel 2164A是一个64K×1位的芯片，片内有 65536个基本存储电路，每个基本存储电路存放1位二进制信 息。要构成64KB的存储器，需要8片2164A。
2164A芯片的存储体本应构成一个256256的存储矩阵， 为提高工作速度(需减少行列线上的分布电容)，将存储矩阵 分为4个128128矩阵，每个128128矩阵配有128个读出放大 器，各有一套I/O控制(读/写控制)电路。
A0～A14：地址信号线。 DQ0～DQ7：8条双向数据线。 CS：片选信号引线。CS＝0才能选 中该芯片。 OE：输出允许信号。当OE＝0，才 允许该芯片将数据送到芯片外部的 DQ0～DQ7上。 WE：写允许信号。当WE＝0时，允 许将数据写入芯片；当WE＝1时， 允许芯片的数据读出。
表 62256工作方式选择表
A0 5 A2 6 A1 7 VDD 8
12 A3 11 A4 10 A5 9 A7
图 Intel 2164A引脚图
是列地址(此时应保持为低电平)；
WE ：写允许控制信号输入引脚， 当其为低电平时，执行写操作；否
则，执行读操作。
DIN：数据输入引脚； DOUT：数据输出引脚； VDD：+5V电源引脚； Vss：地；
图 6116引脚和功能框图
3.标准的静态RAM集成电路 典型的静态SRAM集成电路芯片如下所示：
SRAM 密度/位 组成/(单元数x位数) SRAM 密度/位 组成/(单元数x位数)
6116 6264 81C81
16K 64K 256K
2K×8 8K×8 256K×1
81C84 62256 628128
二、动态读/写存储器DRAM
1.动态RAM的基本存储电路 动态RAM的基本存储电路由MOS单管电路与其分布电容构
成，具有集成度高、速度快、功耗小、价格低等特点。 标准的动态RAM集成电路有64K位、256K位、1M位、4M位、
16M位、64M位等。其基本存储电路如下图所示：
图 DRAM单管基本存储电路
5.性能/价格比 “性能”主要包括存储容量、存取周期和可靠性。构成
存储系统时，在满足性能要求的情况下，应尽量选择价格便 宜的芯片。
5.2 随机读写存储器
一、静态读/写存储器SRAM
1.静态RAM基本存储电路 静态RAM的基本存储电路由六个MOS管组成的双稳态触
发器构成，如下图所示：
图 六管静态RAM基本存储电路
1.存储容量 一个半导体存储器芯片的存储容量指存储器可存放的二进
制信息量。其表示方式一般为： 芯片容量=芯片的存储单元数×每个存储单元的位数 例如：6264静态RAM的容量为8K×8bit，即它具有8K个单
元(1K＝1024)，每个单元存储8bit(一个字节)数据。动态RAM 芯片NMC41257的容量为256K×1bit。
256K 256K 1024K
64K×4 32K×8 128K×8
(1)Intel 6264 SRAM芯片 6264是一种采用CMOS工艺组成的8K×8位静态读写存储器，
读写访问时间在20--200ns范围内。芯片未选中时，可处于低 功耗状态。其引脚如下图所示：
图 SRAM 6264引脚图
A0～A12：地址信号线。 D0～D7：8条双向数据线。 CS1、CS2：片选信号引线。当两 个片选信号同时有效，即CS1＝0， CS2＝1时，才能选中该芯片。 OE：输出允许信号。只有当OE＝
第5章 存储器及其接口技术
存储器分类 随机读写存储器 只读存储器ROM 存储器与CPU接口的基本技术 高速缓冲存储器Cache 外部存储器简介
5.1 存储器分类
一、概述
存储器是计算机系统中具有记忆功能的部件，它是由大 量的记忆单元(亦称基本的存储电路)组成的，用来存放用二 进制数表示的程序和数据。
N/C：未用引脚。
2164A的读/写操作由WE信号来控制，读操作时，WE为 高电平，选中单元的内容经三态输出缓冲器从DOUT引脚输 出；写操作时，WE为低电平，DIN引脚上的信息经数据输入 缓冲器写入选中单元。