第8章半導(dǎo)體存儲(chǔ)器

1、第8章半導(dǎo)體存儲(chǔ)器第第8 8章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器與可編程邏輯器件與可編程邏輯器件 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器與可編程邏輯器件均屬于大規(guī)模集成組半導(dǎo)體存儲(chǔ)器與可編程邏輯器件均屬于大規(guī)模集成組合邏輯電路。合邏輯電路。 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器是由半導(dǎo)體存儲(chǔ)單元組成的存儲(chǔ)器，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器是由半導(dǎo)體存儲(chǔ)單元組成的存儲(chǔ)器，讀寫(xiě)速度快，但存儲(chǔ)容量相對(duì)較小，隨著半導(dǎo)體存儲(chǔ)器讀寫(xiě)速度快，但存儲(chǔ)容量相對(duì)較小，隨著半導(dǎo)體存儲(chǔ)器技術(shù)的快速發(fā)展，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的容量越來(lái)越大，已在技術(shù)的快速發(fā)展，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的容量越來(lái)越大，已在逐步取代磁盤(pán)存儲(chǔ)器的過(guò)程之中。逐步取代磁盤(pán)存儲(chǔ)器的過(guò)程之中。8.1 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 8.1.1 存儲(chǔ)

2、器概述存儲(chǔ)器概述存儲(chǔ)器是一種能存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)據(jù)的器件。存儲(chǔ)器是一種能存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)據(jù)的器件。 存儲(chǔ)器按其材料組成主要可分為磁存儲(chǔ)器和半導(dǎo)體存儲(chǔ)器按其材料組成主要可分為磁存儲(chǔ)器和半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器。磁存儲(chǔ)器的主要特點(diǎn)是存儲(chǔ)容量大，但讀寫(xiě)速度較慢。磁存儲(chǔ)器的主要特點(diǎn)是存儲(chǔ)容量大，但讀寫(xiě)速度較慢。目前微機(jī)系統(tǒng)還在應(yīng)用的硬盤(pán)就屬于磁盤(pán)存儲(chǔ)器。目前微機(jī)系統(tǒng)還在應(yīng)用的硬盤(pán)就屬于磁盤(pán)存儲(chǔ)器。 存儲(chǔ)器的主要技術(shù)指標(biāo)存儲(chǔ)器的主要技術(shù)指標(biāo) 存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量 存儲(chǔ)容量通常用位（存儲(chǔ)容量通常用位（bit ，縮寫(xiě)為小寫(xiě)字母，縮寫(xiě)為小寫(xiě)字母b）或字）或字節(jié)（節(jié)（Byte，縮寫(xiě)為大寫(xiě)字母，縮寫(xiě)為大寫(xiě)字母B）表示。）表示。能夠

3、存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)碼能夠存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)碼1或或0的電路稱(chēng)為存儲(chǔ)單元。的電路稱(chēng)為存儲(chǔ)單元。存儲(chǔ)器含有存儲(chǔ)單元的數(shù)量稱(chēng)為存儲(chǔ)容量。存儲(chǔ)器含有存儲(chǔ)單元的數(shù)量稱(chēng)為存儲(chǔ)容量。 存取周期表明了讀寫(xiě)存儲(chǔ)器的工作速度，不同類(lèi)型的存取周期表明了讀寫(xiě)存儲(chǔ)器的工作速度，不同類(lèi)型的存儲(chǔ)器存取周期相差很大。快的約存儲(chǔ)器存取周期相差很大?？斓募sns級(jí)，慢的約幾十級(jí)，慢的約幾十ms。 存取周期存取周期連續(xù)兩次讀（寫(xiě)）操作間隔的最短時(shí)間稱(chēng)為存取周期。連續(xù)兩次讀（寫(xiě)）操作間隔的最短時(shí)間稱(chēng)為存取周期。 存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)圖圖8-1 存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)示意圖存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)示意圖具有三態(tài)結(jié)構(gòu)。具有三態(tài)結(jié)構(gòu)。 存儲(chǔ)單元地址存儲(chǔ)單元地址每一存儲(chǔ)單元有一個(gè)

4、相應(yīng)的編碼，稱(chēng)為存儲(chǔ)單元地址。每一存儲(chǔ)單元有一個(gè)相應(yīng)的編碼，稱(chēng)為存儲(chǔ)單元地址。 8位地址編碼可區(qū)分位地址編碼可區(qū)分28=256個(gè)存儲(chǔ)單元，個(gè)存儲(chǔ)單元，n位地址編碼位地址編碼可區(qū)分可區(qū)分2n個(gè)存儲(chǔ)單元。個(gè)存儲(chǔ)單元。 地址寄存器和地址譯碼器地址寄存器和地址譯碼器寄存寄存n位地址并將其譯碼為選通相應(yīng)存儲(chǔ)單元的信號(hào)。位地址并將其譯碼為選通相應(yīng)存儲(chǔ)單元的信號(hào)。 存儲(chǔ)單元矩陣存儲(chǔ)單元矩陣 存儲(chǔ)單元矩陣就是存儲(chǔ)單元按序組成的矩陣，是存儲(chǔ)存儲(chǔ)單元矩陣就是存儲(chǔ)單元按序組成的矩陣，是存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)據(jù)的實(shí)體。二進(jìn)制數(shù)據(jù)的實(shí)體。 數(shù)據(jù)緩沖器數(shù)據(jù)緩沖器 存儲(chǔ)器讀操作步驟：存儲(chǔ)器讀操作步驟： 控制電路控制電路產(chǎn)生存儲(chǔ)器操作

5、各種節(jié)拍脈沖信號(hào)的電路。主要包括：產(chǎn)生存儲(chǔ)器操作各種節(jié)拍脈沖信號(hào)的電路。主要包括：片選控制片選控制CE（Chip Enable）；）；輸入（寫(xiě)）允許輸入（寫(xiě)）允許WE（Write Enable）；）；輸出（讀）允許輸出（讀）允許OE（Output Enable）信號(hào)。）信號(hào)。 存儲(chǔ)器的讀存儲(chǔ)器的讀/寫(xiě)操作寫(xiě)操作 存儲(chǔ)器寫(xiě)操作步驟：存儲(chǔ)器寫(xiě)操作步驟： 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類(lèi)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類(lèi)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器按其使用功能可分為兩大類(lèi)。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器按其使用功能可分為兩大類(lèi)。 只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器ROM（Read Only Memory）一般用于存放固定的程序和常數(shù)。一般用于存放固定的程序和常數(shù)。特點(diǎn)：信息寫(xiě)

6、入后，能長(zhǎng)期保存，不會(huì)因斷電而丟失。特點(diǎn)：信息寫(xiě)入后，能長(zhǎng)期保存，不會(huì)因斷電而丟失。并要求使用時(shí)，信息（程序和常數(shù)）不能被改寫(xiě)，即并要求使用時(shí)，信息（程序和常數(shù)）不能被改寫(xiě)，即“只讀只讀”。對(duì)對(duì)ROM寫(xiě)入必須在特定條件下才能完成寫(xiě)寫(xiě)入必須在特定條件下才能完成寫(xiě)入操作。入操作。特點(diǎn)：能隨機(jī)讀出或?qū)懭耄x寫(xiě)速度快（能跟上微機(jī)特點(diǎn)：能隨機(jī)讀出或?qū)懭?，讀寫(xiě)速度快（能跟上微機(jī)快速操作）、方便（不需特定條件）?？焖俨僮鳎⒎奖悖ú恍杼囟l件）。 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM（Random Access Memory）主要用于存放各種現(xiàn)場(chǎng)的輸入輸出數(shù)據(jù)和中間運(yùn)算結(jié)果。主要用于存放各種現(xiàn)場(chǎng)的輸入輸出數(shù)據(jù)

7、和中間運(yùn)算結(jié)果。缺點(diǎn)：斷電后，被存儲(chǔ)的信息丟失，不能保存。缺點(diǎn)：斷電后，被存儲(chǔ)的信息丟失，不能保存。只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器ROM分類(lèi)概況分類(lèi)概況8.1.2 只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器ROM適用于大批量成熟產(chǎn)品。適用于大批量成熟產(chǎn)品。 掩模掩模ROM（Mask ROM） 用戶(hù)無(wú)法自行寫(xiě)入，必須委托生產(chǎn)廠(chǎng)商在制造芯片時(shí)用戶(hù)無(wú)法自行寫(xiě)入，必須委托生產(chǎn)廠(chǎng)商在制造芯片時(shí)一次性寫(xiě)入。一次性寫(xiě)入。價(jià)格低廉，性能穩(wěn)定可靠。價(jià)格低廉，性能穩(wěn)定可靠。擦除時(shí)需專(zhuān)用的擦除時(shí)需專(zhuān)用的UVEPROM擦除器（產(chǎn)生強(qiáng)紫外線(xiàn)）；擦除器（產(chǎn)生強(qiáng)紫外線(xiàn)）； 一次性可編程一次性可編程ROM（OTPROM）用戶(hù)可自行一次性編程，但一次性編程后

8、不能修改。用戶(hù)可自行一次性編程，但一次性編程后不能修改。 價(jià)格低廉，性能穩(wěn)定可靠，是當(dāng)前價(jià)格低廉，性能穩(wěn)定可靠，是當(dāng)前ROM應(yīng)用主流應(yīng)用主流品種之一。品種之一。適用于成熟產(chǎn)品，不能作為試制產(chǎn)品應(yīng)用。適用于成熟產(chǎn)品，不能作為試制產(chǎn)品應(yīng)用。 紫外線(xiàn)可擦除紫外線(xiàn)可擦除EPROM（UVEPROM）可多次擦寫(xiě)，但擦寫(xiě)均不方便?？啥啻尾翆?xiě)，但擦寫(xiě)均不方便。 寫(xiě)入時(shí)需編程電源寫(xiě)入時(shí)需編程電源VPP（電壓高），寫(xiě)入時(shí)間也很（電壓高），寫(xiě)入時(shí)間也很長(zhǎng)，不能在線(xiàn)改寫(xiě)。長(zhǎng)，不能在線(xiàn)改寫(xiě)。目前已成為目前已成為ROM應(yīng)用主流品種之一（另二種是應(yīng)用主流品種之一（另二種是MaskROM和和OTPROM），應(yīng)用廣泛，甚至有逐

9、步取），應(yīng)用廣泛，甚至有逐步取代硬盤(pán)和代硬盤(pán)和RAM的趨勢(shì)。的趨勢(shì)。 電可擦除電可擦除EPROM（E2PROM） 擦除時(shí)不需紫外線(xiàn)，且可按字節(jié)擦寫(xiě)其中一部分，寫(xiě)擦除時(shí)不需紫外線(xiàn)，且可按字節(jié)擦寫(xiě)其中一部分，寫(xiě)入速度較快，應(yīng)用相對(duì)方便，但價(jià)格比入速度較快，應(yīng)用相對(duì)方便，但價(jià)格比UVEPROM稍稍貴。貴。 快閃存儲(chǔ)器（快閃存儲(chǔ)器（Flash Memories） Flash Memories也屬于也屬于E2PROM，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與E2PROM相類(lèi)似。相類(lèi)似。 快閃存儲(chǔ)器的擦寫(xiě)速度比快閃存儲(chǔ)器的擦寫(xiě)速度比E2PROM快得多，擦寫(xiě)電快得多，擦寫(xiě)電壓也降至壓也降至5V，已達(dá)到可以在線(xiàn)隨機(jī)讀寫(xiě)應(yīng)用

10、狀態(tài)，擦，已達(dá)到可以在線(xiàn)隨機(jī)讀寫(xiě)應(yīng)用狀態(tài)，擦寫(xiě)次數(shù)達(dá)寫(xiě)次數(shù)達(dá)10萬(wàn)次以上，且價(jià)格低廉。萬(wàn)次以上，且價(jià)格低廉。動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)RAM主要用于當(dāng)前計(jì)算機(jī)的內(nèi)存。主要用于當(dāng)前計(jì)算機(jī)的內(nèi)存。8.1.3 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM RAM可以分成靜態(tài)可以分成靜態(tài)RAM（Static RAM，縮寫(xiě)為，縮寫(xiě)為SRAM）和動(dòng)態(tài)和動(dòng)態(tài)RAM（Dynamic RAM，縮寫(xiě)為，縮寫(xiě)為DRAM）。）。 靜態(tài)靜態(tài)RAM 優(yōu)點(diǎn)是讀寫(xiě)速度快，缺點(diǎn)是電路較復(fù)雜，因此集成后，優(yōu)點(diǎn)是讀寫(xiě)速度快，缺點(diǎn)是電路較復(fù)雜，因此集成后，存儲(chǔ)容量較小。存儲(chǔ)容量較小。 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)RAM 優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，便于大規(guī)模集成，存儲(chǔ)容量大，成本優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)

11、單，便于大規(guī)模集成，存儲(chǔ)容量大，成本低；低；缺點(diǎn)是需要刷新操作。缺點(diǎn)是需要刷新操作。 特點(diǎn)：體積小、成本低、邏輯功能可編程、應(yīng)用方便、特點(diǎn)：體積小、成本低、邏輯功能可編程、應(yīng)用方便、開(kāi)發(fā)周期短等。開(kāi)發(fā)周期短等。 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)8.2 可編程邏輯器件可編程邏輯器件 可編程邏輯器件（可編程邏輯器件（Programmable Logic Device，縮寫(xiě)為，縮寫(xiě)為PLD）在數(shù)字系統(tǒng)中常用于替代中小規(guī)模數(shù)字集成電路。在數(shù)字系統(tǒng)中常用于替代中小規(guī)模數(shù)字集成電路。圖圖8-16 PLD結(jié)構(gòu)框圖結(jié)構(gòu)框圖 分類(lèi)分類(lèi) 上世紀(jì)七十、八十年代，上世紀(jì)七十、八十年代，PLD器件發(fā)展很快，性?xún)r(jià)比器件發(fā)展很快，性?xún)r(jià)比最

12、好的是通用邏輯陣列最好的是通用邏輯陣列GAL器件。進(jìn)入上世紀(jì)九十年代后，器件。進(jìn)入上世紀(jì)九十年代后，PLD并未象人們?cè)瓉?lái)預(yù)期的那樣迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。并未象人們?cè)瓉?lái)預(yù)期的那樣迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。 GAL16V8簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介GAL器件是器件是PLD器件中功能最強(qiáng)，應(yīng)用最廣的器件。器件中功能最強(qiáng)，應(yīng)用最廣的器件。 PLD發(fā)展趨勢(shì)發(fā)展趨勢(shì) 由于微控制器由于微控制器MCU（Micro Controller Unit），也就是），也就是我們通常所說(shuō)的單片機(jī)的迅猛發(fā)展，提供了用軟件替代和我們通常所說(shuō)的單片機(jī)的迅猛發(fā)展，提供了用軟件替代和實(shí)現(xiàn)硬件功能的更佳途徑，再加上原有專(zhuān)用數(shù)字集成電路實(shí)現(xiàn)硬件功能的更佳途徑，再加上原有專(zhuān)用數(shù)字集成電路和中小規(guī)模通用數(shù)字集成電路已具備了足夠強(qiáng)