東南大學(xué)電子信息工程之微機學(xué)3學(xué)時半導(dǎo)體存儲器ppt課件

1、第第4 4章章 半導(dǎo)體存儲器半導(dǎo)體存儲器教學(xué)重點: 半導(dǎo)體存儲器的分類 半導(dǎo)體存儲器與CPU的銜接微型計算機的構(gòu)造表示圖微型計算機的構(gòu)造表示圖存存儲儲器器I/O接接口口輸輸入入設(shè)設(shè)備備I/O接接口口數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 DB控制總線控制總線 CB地址總線地址總線 AB輸輸出出設(shè)設(shè)備備C PU 時鐘時鐘復(fù)位復(fù)位電路電路IO/M RDWR ALEA19A8AD7AD0 DEN DT/RCPU CLKREADYRESETSTB OE DO 8282DI 鎖存器鎖存器 BA 收發(fā)器 OET 8286 AB RD WR DB RAM CS DB RD WR I/O PORTRD AB DB ROM譯碼器譯碼

2、器譯碼器8086/8088典型系統(tǒng)半導(dǎo)體存儲器半導(dǎo)體存儲器外部存儲器總線作用總線作用4.1 半導(dǎo)體存儲器概述CPUCACHE主存內(nèi)存主存內(nèi)存輔存外存輔存外存n存儲器是用來存儲微型存儲器是用來存儲微型計算機義務(wù)時運用的信計算機義務(wù)時運用的信息程序和數(shù)據(jù)的部息程序和數(shù)據(jù)的部件，正是由于有了存儲件，正是由于有了存儲器，計算機才有信息記器，計算機才有信息記憶功能。憶功能。n越接近越接近CPU的存儲器速的存儲器速度越快而容量越小。度越快而容量越小。4.1.1 兩大類兩大類內(nèi)存、外存內(nèi)存、外存n內(nèi)存存放當前運轉(zhuǎn)的程序和數(shù)據(jù)。n特點：快，容量小，隨機存取，CPU可直接訪問。n通常由半導(dǎo)體存儲器構(gòu)成nRAMn

3、掉電后信息喪失n外存存放非當前運用的程序和數(shù)據(jù)。n特點：慢，容量大，順序存取/塊存取。需調(diào)入內(nèi)存后CPU才干訪問。n通常由磁、光存儲器構(gòu)成，也可以由半導(dǎo)體存儲器構(gòu)成n磁盤、磁帶、CD-ROM、DVD-ROM、固態(tài)盤。n掉電后信息不喪失存放器組存放器組高速緩存高速緩存Cache系統(tǒng)主存儲器系統(tǒng)主存儲器硬盤硬盤磁盤存儲器磁盤存儲器磁帶存儲設(shè)備磁帶存儲設(shè)備光盤存儲設(shè)備光盤存儲設(shè)備存儲器分級組成存儲器分級組成在在CPU內(nèi)部的內(nèi)部的通用存放器通用存放器集成度小的集成度小的靜態(tài)靜態(tài)RAM簡稱內(nèi)存，用簡稱內(nèi)存，用于存放運轉(zhuǎn)的于存放運轉(zhuǎn)的程序和數(shù)據(jù)程序和數(shù)據(jù)紅區(qū)為半導(dǎo)體存儲器紅區(qū)為半導(dǎo)體存儲器綠區(qū)其它介質(zhì)存儲

4、器綠區(qū)其它介質(zhì)存儲器半導(dǎo)體存儲器半導(dǎo)體存儲器 n由可以表示二進制數(shù)由可以表示二進制數(shù)“0和和“1的、具有的、具有記憶功能的一些半導(dǎo)體器件組成。如觸發(fā)記憶功能的一些半導(dǎo)體器件組成。如觸發(fā)器、器、MOS管的柵極電容等。管的柵極電容等。n能存放一位二進制數(shù)的器件稱為一個存儲能存放一位二進制數(shù)的器件稱為一個存儲元。元。n假設(shè)干存儲元構(gòu)成一個存儲單元。假設(shè)干存儲元構(gòu)成一個存儲單元。4.1.2 半導(dǎo)體存儲器的分類n按運用屬性按運用屬性n隨機存取存儲器隨機存取存儲器RAM：可讀可寫、斷電：可讀可寫、斷電喪失喪失n只讀存儲器只讀存儲器ROM：正常只讀、斷電不喪：正常只讀、斷電不喪失失詳細分類，請看圖示半導(dǎo)體存

5、儲器的分類半導(dǎo)體存儲器的分類半導(dǎo)體半導(dǎo)體存儲器存儲器只讀存儲器只讀存儲器 ROM隨機存取存儲器隨機存取存儲器RAM靜態(tài)靜態(tài)RAMSRAM動態(tài)動態(tài)RAMDRAM 同步動態(tài)同步動態(tài)RAMSDRAM掩膜式掩膜式ROM一次性可編程一次性可編程ROMPROM 紫外線擦除可編程紫外線擦除可編程ROMEPROM電擦除可編程電擦除可編程ROMEEPROM閃存閃存FLASH詳細展開，留意對比4.1.3 半導(dǎo)體存儲器的主要目的半導(dǎo)體存儲器的主要目的n容量：每個存儲器芯片所能存儲的二進容量：每個存儲器芯片所能存儲的二進制數(shù)的位數(shù)。制數(shù)的位數(shù)。n 存儲器容量單元數(shù)存儲器容量單元數(shù)數(shù)據(jù)線位數(shù)數(shù)據(jù)線位數(shù)1、4或或8位位n

6、 例：例：Intel 2114芯片的容量為芯片的容量為1K4位，位，Intel 6264芯片為芯片為8K8位。位。n存取速度：從存取速度：從CPU給出有效的存儲器地給出有效的存儲器地址到存儲器給出有效數(shù)據(jù)需求的時間。址到存儲器給出有效數(shù)據(jù)需求的時間。六管靜態(tài)RAM存儲單元6個MOS管組成；T1T4管組成雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；T1、T2放大管；T3、T4負載管；T5、T6控制管；存取速度快、集成度小、功耗 大； 61162K8位 62648K8位4.2.1 靜態(tài)靜態(tài)RAM半導(dǎo)體存儲器芯片的構(gòu)造地地址址寄寄存存地地址址譯譯碼碼存儲體存儲體控制電路控制電路AB數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)寄寄存存讀讀寫寫電電路路DBOE WE

7、CS 存儲體存儲體存儲器芯片的主要部分，用來存儲信息存儲器芯片的主要部分，用來存儲信息 地址譯碼電路地址譯碼電路根據(jù)輸入的地址編碼來選中芯片內(nèi)某個特定的存儲單根據(jù)輸入的地址編碼來選中芯片內(nèi)某個特定的存儲單元元 片選和讀寫控制邏輯片選和讀寫控制邏輯選中存儲芯片，控制讀寫操作選中存儲芯片，控制讀寫操作 存儲體n每個存儲單元具有一個獨一的地址，每個存儲單元具有一個獨一的地址，可存儲可存儲1位或多位二進制數(shù)據(jù)位或多位二進制數(shù)據(jù);n存儲容量與地址、數(shù)據(jù)線個數(shù)有關(guān)：存儲容量與地址、數(shù)據(jù)線個數(shù)有關(guān)：n 芯片的存儲容量芯片的存儲容量2MNn 存儲單元數(shù)存儲單元數(shù)存儲單元的位數(shù)存儲單元的位數(shù)n M：芯片的地址線

8、根數(shù)：芯片的地址線根數(shù);n N：芯片的數(shù)據(jù)線根數(shù)。：芯片的數(shù)據(jù)線根數(shù)。 地址譯碼電路譯譯碼碼器器A5A4A3A2A1A06301存儲單元存儲單元64個單元個單元行行譯譯碼碼A2A1A0710列譯碼列譯碼A3A4A501764個單元個單元單譯碼雙譯碼 片選和讀寫控制邏輯n片選端片選端CS*或或CE*n有效時，可以對該芯片進展讀寫操作；有效時，可以對該芯片進展讀寫操作；n輸出輸出OE*n控制讀操作。有效時，芯片內(nèi)數(shù)據(jù)輸控制讀操作。有效時，芯片內(nèi)數(shù)據(jù)輸出；出；n該控制端對應(yīng)系統(tǒng)的讀控制線；該控制端對應(yīng)系統(tǒng)的讀控制線；n寫寫WE*n控制寫操作。有效時，數(shù)據(jù)進入芯片控制寫操作。有效時，數(shù)據(jù)進入芯片中；中

9、；n該控制端對應(yīng)系統(tǒng)的寫控制線。該控制端對應(yīng)系統(tǒng)的寫控制線。SRAM芯片芯片6116讀出邏輯：讀出邏輯：CS*=0, OE*=0, WE*=1寫入邏輯：寫入邏輯：CS*=0, OE*=1, WE*=0高阻：高阻：CS*1SRAM芯片芯片6116有2K8位=16384個存儲位，2K表示芯片內(nèi)的地址有11位A0A10，8位表示一個單元有8個二進制位；6116芯片的義務(wù)方式：SRAM芯片6264n存儲容量為存儲容量為8K8n28個引腳：個引腳：n13根地址線根地址線A12A0n8根數(shù)據(jù)線根數(shù)據(jù)線D7D0n片選片選CS1*、CS2n讀寫讀寫WE*、OE*+5VWE*CS2A8A9A11OE*A10CS

10、1*D7D6D5D4D3NCA12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GND123456789101112131428272625242322212019181716154.2.2 動態(tài)RAMnDRAM的根本存儲單元是單個場效應(yīng)管的根本存儲單元是單個場效應(yīng)管及其極間電容；及其極間電容；n必需配備必需配備“讀出再生放大電路進展刷新；讀出再生放大電路進展刷新；n每次同時對一行的存儲單元進展刷新；每次同時對一行的存儲單元進展刷新；nDRAM普通采用普通采用“位構(gòu)造存儲體：位構(gòu)造存儲體：n每個存儲單元存放一位；每個存儲單元存放一位；n需求需求8個存儲芯片構(gòu)成一個字節(jié)單元；個存儲芯片構(gòu)成一個字節(jié)

11、單元；n每個字節(jié)存儲單元具有一個地址。每個字節(jié)存儲單元具有一個地址。動態(tài)RAM的根本單元動態(tài)動態(tài)RAM是以是以MOS管柵極管柵極電容能否充有電荷來存儲信電容能否充有電荷來存儲信息；息；由于只用一個管子，所以功由于只用一個管子，所以功耗很低，存儲容量可做得很耗很低，存儲容量可做得很大。它是由大。它是由T1管和寄生電容管和寄生電容Cs組成的。組成的。DRAM芯片2164n存儲容量為存儲容量為64K1n16個引腳：個引腳：n8根地址線根地址線A7A0n1根數(shù)據(jù)輸入線根數(shù)據(jù)輸入線DINn1 根 數(shù) 據(jù) 輸 出 線根 數(shù) 據(jù) 輸 出 線DOUTn行地址選通行地址選通RAS*n列地址選通列地址選通CAS*

12、n讀寫控制讀寫控制WE*NCDINWE*RAS*A0A2A1GNDVSSCAS*DOUTA6A3A4A5A7123456781615141312111094.3 只讀存儲器EPROMEPROM 2764EEPROMEEPROM 2864A4.3.2 EPROMn頂部開有一個圓形的石英窗口，用頂部開有一個圓形的石英窗口，用于紫外線透過擦除原有信息于紫外線透過擦除原有信息n普通運用專門的編程器燒寫器普通運用專門的編程器燒寫器進展編程進展編程n編程后，應(yīng)該貼上不透光封條編程后，應(yīng)該貼上不透光封條n出廠未編程前，每個根本存儲單元出廠未編程前，每個根本存儲單元都是信息都是信息1n編程就是將某些單元寫入信

13、息編程就是將某些單元寫入信息0DSSiO2GN襯底襯底24VP+P+ +浮柵浮柵MOSDS浮柵管浮柵管字線字線位位線線輸輸出出位位線線Vcc存儲原理存儲原理EPROM芯片2764n存儲容量為存儲容量為8K8n28個引腳：個引腳：n13根地址線根地址線A12A0n8根數(shù)據(jù)線根數(shù)據(jù)線D7D0n片選片選CE*n編程編程PGM*n讀寫讀寫OE*n編程電壓編程電壓VPPVppA12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GNDVccPGM*NCA8A9A11OE*A10CE*D7D6D5D4D3123456789101112131428272625242322212019181716154.3.3

14、E2PROMn用加電方法，進展在線無需拔下，用加電方法，進展在線無需拔下，直接在電路中擦寫擦除和編程一直接在電路中擦寫擦除和編程一次完成次完成n有字節(jié)擦寫、塊擦寫和整片擦寫方法有字節(jié)擦寫、塊擦寫和整片擦寫方法EEPROM芯片2864An存儲容量為存儲容量為8K8n28個引腳：個引腳：n13根地址線根地址線A12A0n8根數(shù)據(jù)線根數(shù)據(jù)線I/O7I/O0n片選片選CE*n讀寫讀寫OE*、WE*VccWE*NCA8A9A11OE*A10CE*I/O7I/O6I/O5I/O4I/O3NCA12A7A6A5A4A3A2A1A0I/O0I/O1I/O2GND123456789101112131428272

15、625242322212019181716154.4 半導(dǎo)體存儲器與CPU的銜接n這是本章的重點內(nèi)容這是本章的重點內(nèi)容nSRAM、EPROM與與CPU的銜接的銜接n譯碼方法同樣適宜譯碼方法同樣適宜I/O端口端口4.4.1 存儲芯片與CPU的配合n存儲芯片與存儲芯片與CPU總線的銜接，有兩個總線的銜接，有兩個很重要的問題：很重要的問題：nCPU的總線負載才干的總線負載才干nCPU能否帶動總線上包括存儲器在內(nèi)能否帶動總線上包括存儲器在內(nèi)的銜接器件；的銜接器件；n存儲芯片與存儲芯片與CPU總線時序的配合總線時序的配合nCPU能否與存儲器的存取速度相配合。能否與存儲器的存取速度相配合。1. 總線驅(qū)動n

16、CPU的總線驅(qū)動才干有限；的總線驅(qū)動才干有限；n單向傳送的地址和控制總線，可采單向傳送的地址和控制總線，可采用三態(tài)鎖存器和三態(tài)單向驅(qū)動器等用三態(tài)鎖存器和三態(tài)單向驅(qū)動器等來加以鎖存和驅(qū)動；來加以鎖存和驅(qū)動；n雙向傳送的數(shù)據(jù)總線，可以采用三雙向傳送的數(shù)據(jù)總線，可以采用三態(tài)雙向驅(qū)動器來加以驅(qū)動。態(tài)雙向驅(qū)動器來加以驅(qū)動。2. 時序配合n分析存儲器的存取速度能否滿足分析存儲器的存取速度能否滿足CPU總線時序的要求；總線時序的要求；n假設(shè)不能滿足：假設(shè)不能滿足：n思索改換芯片；思索改換芯片；n總線周期中插入等待外形總線周期中插入等待外形TW 。切記：時序配合是銜接中的難點存儲器讀時序圖存儲器讀時序圖/WE

17、為高電平為高電平 有效數(shù)據(jù) 指定地址/WE為高電平為高電平有效數(shù)據(jù)有效數(shù)據(jù) 指定地址4.4.2 存儲芯片與CPU的銜接存儲芯片的數(shù)據(jù)線存儲芯片的數(shù)據(jù)線 存儲芯片的地址線存儲芯片的地址線 存儲芯片的片選端存儲芯片的片選端 存儲芯片的讀寫控制線存儲芯片的讀寫控制線1. 存儲芯片數(shù)據(jù)線的處置n假設(shè)芯片的數(shù)據(jù)線正好假設(shè)芯片的數(shù)據(jù)線正好8根：根：n一次可從芯片中訪問到一次可從芯片中訪問到8位數(shù)據(jù)；位數(shù)據(jù)；n全部數(shù)據(jù)線與系統(tǒng)的全部數(shù)據(jù)線與系統(tǒng)的8位數(shù)據(jù)總線相連；位數(shù)據(jù)總線相連；n假設(shè)芯片的數(shù)據(jù)線缺乏假設(shè)芯片的數(shù)據(jù)線缺乏8根：根：n一次不能從一個芯片中訪問到一次不能從一個芯片中訪問到8位數(shù)據(jù)；位數(shù)據(jù)；n利用

18、多個芯片擴展數(shù)據(jù)位；利用多個芯片擴展數(shù)據(jù)位；n這個擴展方式簡稱這個擴展方式簡稱“位擴展。位擴展。位擴展2. 存儲芯片地址線的銜接n芯片的地址線通常應(yīng)全部與系統(tǒng)芯片的地址線通常應(yīng)全部與系統(tǒng)的低位地址總線相連；的低位地址總線相連；n尋址時，這部分地址的譯碼是在尋址時，這部分地址的譯碼是在存儲芯片內(nèi)完成的，我們稱為存儲芯片內(nèi)完成的，我們稱為“片內(nèi)譯碼。片內(nèi)譯碼。3. 存儲芯片片選端的譯碼n存儲系統(tǒng)常需利用多個存儲芯片擴展容量存儲系統(tǒng)常需利用多個存儲芯片擴展容量n也就是擴展了存儲器地址范圍；也就是擴展了存儲器地址范圍；n進展進展“地址擴展，需求利用存儲芯片的地址擴展，需求利用存儲芯片的片選端對多個存儲

19、芯片組進展尋址；片選端對多個存儲芯片組進展尋址；n這個尋址方法，主要經(jīng)過將存儲芯片的片這個尋址方法，主要經(jīng)過將存儲芯片的片選端與系統(tǒng)的高位地址線相關(guān)聯(lián)來實現(xiàn)；選端與系統(tǒng)的高位地址線相關(guān)聯(lián)來實現(xiàn)；n這種擴展簡稱為這種擴展簡稱為“字擴展。字擴展。字擴展片選端常有效A19A15A14A0 全全0全全1D7D027256EPROMA14A0CE地址反復(fù)n一個存儲單元具有多個存儲地址的景象；一個存儲單元具有多個存儲地址的景象；n緣由：有些高位地址線沒有用、可恣意；緣由：有些高位地址線沒有用、可恣意；n運用地址：出現(xiàn)地址反復(fù)時，常選取其中運用地址：出現(xiàn)地址反復(fù)時，常選取其中既好用、又不沖突的一個既好用、又

20、不沖突的一個“可用地址；可用地址；n例如：例如：00000H07FFFH；n選取的原那么：高位地址全為選取的原那么：高位地址全為0的地址。的地址。高位地址譯碼才更好 譯碼和譯碼器n譯碼：將某個特定的譯碼：將某個特定的“編碼輸入翻編碼輸入翻譯為獨一譯為獨一“有效輸出的過程；有效輸出的過程；n譯碼電路可以運用門電路組合邏輯；譯碼電路可以運用門電路組合邏輯；n譯碼電路更多的是采用集成譯碼器；譯碼電路更多的是采用集成譯碼器；n常用的常用的2:4譯碼器譯碼器74LS；n常用的常用的3:8譯碼器譯碼器74LS；n常用的常用的4:16譯碼器譯碼器74LS154。 全譯碼n一切的系統(tǒng)地址線均參與對存儲單元的一

21、切的系統(tǒng)地址線均參與對存儲單元的譯碼尋址譯碼尋址n包括低位地址線對芯片內(nèi)各存儲單元的包括低位地址線對芯片內(nèi)各存儲單元的譯碼尋址片內(nèi)譯碼，高位地址線對譯碼尋址片內(nèi)譯碼，高位地址線對存儲芯片的譯碼尋址片選譯碼存儲芯片的譯碼尋址片選譯碼n采用全譯碼，每個存儲單元的地址都是采用全譯碼，每個存儲單元的地址都是獨一的，不存在地址反復(fù)獨一的，不存在地址反復(fù)n譯碼電路可以比較復(fù)雜、連線也較多譯碼電路可以比較復(fù)雜、連線也較多全譯碼例如A15 A14A13A16CBAE3 2764A19A18A17A12A0CEY6E2E1IO/M1C000H1DFFFH全0全10 0 0 1 1 1 00 0 0 1 1 1

22、0地址范圍A12A0A19A18A17A16A15A14 A13 部分譯碼n只需部分高位地址線參與對存只需部分高位地址線參與對存儲芯片的譯碼儲芯片的譯碼n每個存儲單元將對應(yīng)多個地址地每個存儲單元將對應(yīng)多個地址地址反復(fù)，需求選取一個可用地址址反復(fù)，需求選取一個可用地址n可簡化譯碼電路的設(shè)計可簡化譯碼電路的設(shè)計n但系統(tǒng)的部分地址空間將被浪費但系統(tǒng)的部分地址空間將被浪費部分譯碼例如A17 A16A11A0A14 A13A12(4)(3)(2)(1)2732273227322732CBAE3E2E1IO/MCECECECEY0Y1Y2Y3A19 A15A14 A12A11A0一個可用地址一個可用地址1

23、23410101010000001010011全全0全全1全全0全全1全全0全全1全全0全全120000H20FFFH21000H21FFFH22000H22FFFH23000H23FFFH 線選譯碼n只用少數(shù)幾根高位地址線進展芯片的譯只用少數(shù)幾根高位地址線進展芯片的譯碼，且每根擔(dān)任選中一個芯片組碼，且每根擔(dān)任選中一個芯片組n雖構(gòu)成簡單，但地址空間嚴重浪費雖構(gòu)成簡單，但地址空間嚴重浪費n必然會出現(xiàn)地址反復(fù)必然會出現(xiàn)地址反復(fù)n一個存儲地址會對應(yīng)多個存儲單元一個存儲地址會對應(yīng)多個存儲單元n多個存儲單元共用的存儲地址不應(yīng)運用多個存儲單元共用的存儲地址不應(yīng)運用線選譯碼例如A14A12A0A13(1)2

24、764(2)2764 CECEA19 A15A14 A13A12A0一個可用地址一個可用地址121 00 1全全0全全1全全0全全104000H05FFFH02000H03FFFH切記： A14 A1300的情況不能出現(xiàn)00000H01FFFH的地址不可運用片選端譯碼小結(jié)n存儲芯片的片選控制端可以被看作是一根存儲芯片的片選控制端可以被看作是一根最高位地址線；最高位地址線；n在系統(tǒng)中，主要與地址發(fā)生聯(lián)絡(luò)：包括地在系統(tǒng)中，主要與地址發(fā)生聯(lián)絡(luò)：包括地址空間的選擇接系統(tǒng)的址空間的選擇接系統(tǒng)的IO/M*信號和信號和高位地址的譯碼選擇與系統(tǒng)的高位地址高位地址的譯碼選擇與系統(tǒng)的高位地址線相關(guān)聯(lián)；線相關(guān)聯(lián)；n對一些存儲芯片經(jīng)過片選無效可封鎖內(nèi)部對一些存儲芯片經(jīng)過片選無效可封鎖內(nèi)部的輸出驅(qū)動機制，起到降低功耗的作用。的輸出驅(qū)動機制，起到降低功耗的作用。4. 存儲芯片的讀寫控制n芯片芯片OE*與系統(tǒng)的讀命令線相連：與系統(tǒng)的讀命令線相連：n當芯片被選中、且讀命令有效時，當芯片被選中、且讀命令有效時，存儲芯片將開放并驅(qū)動數(shù)據(jù)到總線；存儲芯片將開放并驅(qū)動數(shù)據(jù)到總線；n芯片