計算機組成原理-第七講

計算機組成原理舒燕君計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院第七講二、半導(dǎo)體存儲芯片簡介1.半導(dǎo)體存儲芯片的基本結(jié)構(gòu)譯碼驅(qū)動存儲矩陣讀寫電路片選線讀/寫控制線地址線…數(shù)據(jù)線…片選線讀/寫控制線（低電平寫高電平讀）（允許讀）4.2CSCEWE（允許寫）WEOE存儲芯片片選線的作用用16K×1位的存儲芯片組成64K×8位的存儲器

32片當(dāng)?shù)刂窞?5535時，此8片的片選有效8片16K×1位8片16K×1位8片16K×1位8片16K×1位4.2三、隨機存取存儲器(RAM)1.靜態(tài)RAM(SRAM)(1)靜態(tài)RAM基本電路A′觸發(fā)器非端1T4T~觸發(fā)器5TT6、行開關(guān)7TT8、列開關(guān)7TT8、一列共用A

觸發(fā)器原端T1~T4T5T6T7T8A′A寫放大器寫放大器DIN寫選擇讀選擇DOUT讀放位線A位線A′列地址選擇行地址選擇4.2T1~T4A′T1

~T4T5T6T7T8A寫放大器寫放大器DIN寫選擇讀選擇讀放位線A位線A′列地址選擇行地址選擇DOUT

①靜態(tài)RAM基本電路的讀

操作行選

T5、T6開4.2T7、T8開列選讀放DOUTVAT6T8DOUT讀選擇有效(2)靜態(tài)RAM芯片舉例①Intel2114外特性4.2I/O1I/O2I/O3I/O4A0A8A9WECSVCCGNDIntel2114…存儲容量1K×4

位

②Intel2114RAM矩陣(64×64)A3A4A5A6A7A8A0A1A2A915…031…1647…3263…48150311647326348讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路……………………0163015……行地址譯碼列地址譯碼I/O1I/O2I/O3I/O4WECS第一組第二組第三組第四組4.2DD預(yù)充電信號讀選擇線寫數(shù)據(jù)線寫選擇線讀數(shù)據(jù)線VCgT4T3T2T11(1)動態(tài)RAM基本單元電路2.動態(tài)RAM(DRAM)讀出與原存信息相反讀出時數(shù)據(jù)線有電流為“1”數(shù)據(jù)線CsT字線DDV010110寫入與輸入信息相同寫入時CS充電為“1”放電為“0”4.2T3T2T1T無電流有電流單元電路讀寫控制電路列地址譯碼器………讀選擇線寫選擇線D行地址譯碼器001131311A9A8A7A6A531A4A3A2A1A0刷新放大器寫數(shù)據(jù)線讀數(shù)據(jù)線……………0…(2)動態(tài)RAM芯片舉例①三管動態(tài)RAM芯片(Intel1103)讀00000000000D…004.2單元電路讀寫控制電路…A9A8A7A6A5讀寫控制電路列地址譯碼器………讀選擇線寫選擇線D單元電路行地址譯碼器00113131131A4A3A2A1A0刷新放大器寫數(shù)據(jù)線讀數(shù)據(jù)線……………0…②三管動態(tài)RAM芯片(Intel1103)寫4.2111114.2②三管動態(tài)RAM芯片(Intel1103)寫A9A8A7A6A5讀寫控制電路列地址譯碼器………讀選擇線寫選擇線D單元電路行地址譯碼器00113131131A4A3A2A1A0刷新放大器寫數(shù)據(jù)線讀數(shù)據(jù)線……………0…A9A8A7A6A5讀寫控制電路列地址譯碼器………讀選擇線寫選擇線D單元電路行地址譯碼器00113131131A4A3A2A1A0刷新放大器寫數(shù)據(jù)線讀數(shù)據(jù)線……………0…11111…4.2②三管動態(tài)RAM芯片(Intel1103)寫A9A8A7A6A5讀寫控制電路列地址譯碼器………讀選擇線寫選擇線D單元電路行地址譯碼器00113131131A4A3A2A1A0刷新放大器寫數(shù)據(jù)線讀數(shù)據(jù)線……………0……01000111114.2②三管動態(tài)RAM芯片(Intel1103)寫A9A8A7A6A5讀寫控制電路列地址譯碼器………讀選擇線寫選擇線D單元電路行地址譯碼器00113131131A4A3A2A1A0刷新放大器寫數(shù)據(jù)線讀數(shù)據(jù)線……………0……11111101000114.2②三管動態(tài)RAM芯片(Intel1103)寫…A9A8A7A6A5讀寫控制電路列地址譯碼器………讀選擇線寫選擇線D單元電路行地址譯碼器00113131131A4A3A2A1A0刷新放大器寫數(shù)據(jù)線讀數(shù)據(jù)線……………0……D111110100014.2②三管動態(tài)RAM芯片(Intel1103)寫…A9A8A7A6A5讀寫控制電路列地址譯碼器………讀選擇線寫選擇線D單元電路行地址譯碼器00113131131A4A3A2A1A0刷新放大器寫數(shù)據(jù)線讀數(shù)據(jù)線……………0……D111110100014.2②三管動態(tài)RAM芯片(Intel1103)寫讀寫控制電路…A9A8A7A6A5讀寫控制電路列地址譯碼器………讀選擇線寫選擇線D單元電路行地址譯碼器00113131131A4A3A2A1A0刷新放大器寫數(shù)據(jù)線讀數(shù)據(jù)線……………0……D111110100014.2②三管動態(tài)RAM芯片(Intel1103)寫讀寫控制電路…A9A8A7A6A5讀寫控制電路列地址譯碼器………讀選擇線寫選擇線D單元電路行地址譯碼器00113131131A4A3A2A1A0刷新放大器寫數(shù)據(jù)線讀數(shù)據(jù)線……………0……D111110100014.2②三管動態(tài)RAM芯片(Intel1103)寫讀寫控制電路…時序與控制行時鐘列時鐘寫時鐘

WERASCAS

A'6A'0存儲單元陣列基準(zhǔn)單元行譯碼列譯碼器再生放大器列譯碼器讀出放大基準(zhǔn)單元存儲單元陣列行譯碼

I/O緩存器數(shù)據(jù)輸出驅(qū)動數(shù)據(jù)輸入寄存器

DINDOUT~行地址緩存器列地址緩存器③單管動態(tài)RAM4116(16K×

1位)外特性4.2DINDOUTA'6A'0~

讀放大器

讀放大器

讀放大器………………………06364127128根行線Cs01271128列選擇讀/寫線數(shù)據(jù)輸入I/O緩沖輸出驅(qū)動DOUTDINCs④4116(16K×1位)芯片讀

原理

讀放大器

讀放大器

讀放大器……4.263000I/O緩沖輸出驅(qū)動OUTD

讀放大器

讀放大器

讀放大器………………………06364127128根行線Cs01271128列選擇讀/寫線數(shù)據(jù)輸入I/O緩沖輸出驅(qū)動DOUTDINCs…⑤4116(16K×1位)芯片寫

原理數(shù)據(jù)輸入I/O緩沖I/O緩沖DIN讀出放大器

讀放大器4.2630(3)動態(tài)RAM時序

行、列地址分開傳送寫時序行地址RAS有效寫允許WE有效(高)數(shù)據(jù)

DOUT

有效數(shù)據(jù)

DIN

有效讀時序4.2行地址RAS有效寫允許WE有效(低)列地址CAS有效列地址CAS有效(4)動態(tài)RAM刷新

刷新與行地址有關(guān)4.2A9A8A7A6A5讀寫控制電路列地址譯碼器………讀選擇線寫選擇線D單元電路行地址譯碼器00113131131A4A3A2A1A0刷新放大器寫數(shù)據(jù)線讀數(shù)據(jù)線……………0…②三管動態(tài)RAM芯片(Intel1103)4.2(4)動態(tài)RAM刷新

刷新與行地址有關(guān)①集中刷新（存取周期為0.5s

）“死時間率”為128/4000×100%=3.2%“死區(qū)”為0.5s

×128=64s

周期序號地址序號tc0123871387201tctctctc3999VW01127讀/寫或維持刷新讀/寫或維持3872個周期（1936s）

128個周期（64s）

刷新時間間隔（2ms）刷新序號??????tcXtcY??????4.2以128×128矩陣為例tC=tM

+tR讀寫刷新無“死區(qū)”②

分散刷新（存取周期為1

s

）(存取周期為0.5s

+0.5s

)4.2以128

×128矩陣為例W/RREF0W/RtRtMtCREF126REF127REFW/RW/RW/RW/R刷新間隔128個存取周期…③分散刷新與集中刷新相結(jié)合（異步刷新）對于128×128的存儲芯片（存取周期為0.5s

）將刷新安排在指令譯碼階段，不會出現(xiàn)“死區(qū)”“死區(qū)”為0.5s

若每隔15.6s

刷新一行每行每隔2ms

刷新一次4.23.動態(tài)RAM和靜態(tài)RAM的比較DRAMSRAM存儲原理集成度芯片引腳功耗價格速度刷新電容觸發(fā)器高低少多小大低高慢快有無主存緩存4.2四、只讀存儲器（ROM）1.掩模ROM(MROM)行列選擇線交叉處有MOS管為“1”行列選擇線交叉處無MOS管為“0”2.PROM(一次性編程)VCC行線列線熔絲熔絲斷為“0”為“1”熔絲未斷4.23.EPROM(多次性編程)(1)N型溝道浮動?xùn)臡OS電路G柵極S源D漏紫外線全部擦洗D端加正電壓形成浮動?xùn)臩與D不導(dǎo)通為“0”D端不加正電壓不形成浮動?xùn)臩與D導(dǎo)通為“1”SGDN+N+P基片GDS浮動?xùn)?/p>

SiO2+++++___

4.23.EPROM(多次性編程)(2)2716EPROM和紫外線擦除器

…控制邏輯Y譯碼X譯碼數(shù)據(jù)緩沖區(qū)Y控制128×128存儲矩陣……PD/ProgrCSA10A7…A6A0……DO0…DO7112…A7A1A0VSSDO2DO0DO1…27162413…VCCA8A9VPPCSA10PD/ProgrDO3DO7…(2)2716EPROM的邏輯圖和引腳4.2PD/ProgrPD/Progr功率下降/編程輸入端

讀出時為低電平

②Intel2114RAM矩陣(64×64)A3A4A5A6A7A8A0A1A2A915…031…1647…3263…48150311647326348讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路……………………0163015……行地址譯碼列地址譯碼I/O1I/O2I/O3I/O4WECS第一組第二組第三組第四組4.2…控制邏輯Y譯碼X譯碼數(shù)據(jù)緩沖區(qū)Y控制128×128存儲矩陣……PD/ProgrCSA10A7…A6A0……DO0…DO7112…A7A1A0VSSDO2DO0DO1…27162413…VCCA8A9VPPCSA10PD/ProgrDO3DO7…(2)2716EPROM的邏輯圖和引腳4.2PD/ProgrPD/Progr功率下降/編程輸入端

讀出時為低電平4.EEPROM(多次性編程)電可擦寫局部擦寫全部擦寫5.