1、1,第九章 半導(dǎo)體存儲器,2,第9章 半導(dǎo)體存儲器,一. 半導(dǎo)體存儲器概念,2.存取速度,三. 分類,二. 重要指標(biāo),1.存儲量,1.按存取方式分類,3,9.1 只讀存儲器（ROM）,2.按使用器件類型來分,一. ROM的分類,1.按存儲內(nèi)容寫入方式來分,四. ROM的邏輯關(guān)系,二. ROM的結(jié)構(gòu),三. ROM的工作原理,1.屬于組合邏輯電路,2.陣列圖,4,五. ROM的應(yīng)用,六. 固定ROM(MROM),1.實現(xiàn)組合邏輯函數(shù),2.字符發(fā)生器,(1) UVEPROM,七. 可編輯只讀存儲器(PROM),八. 可改寫可編程只讀存儲器(EPROM),(2) E2PROM,(3) Flash Me

2、mory,5,9.2 隨機(jī)存儲器(RAM),1.位擴(kuò)展,一. 靜態(tài)RAM(SRAM),二. 存儲容量的擴(kuò)展,2.字?jǐn)U展,三. 動態(tài)RAM(DRAM),6,第九章 半導(dǎo)體存儲器,一. 半導(dǎo)體存儲器概念： 隨著微電子技術(shù)的提高,大規(guī)模集成電路(LSI)發(fā)展很快,近年來集成電路幾乎以每年提高一倍的速度向前發(fā)展。 存儲器是電子計算機(jī)及數(shù)字系統(tǒng)中不可缺少的部分，用來存放二進(jìn)制代碼表示的數(shù)據(jù)系統(tǒng)指令資料及運算程序等。 二. 存儲器的主要指標(biāo) 存儲容量 和 工作速度,7,1. 存儲容量,存儲容量是衡量工作能力大小的指標(biāo),容量越大,存儲的信息越多,工作能力越強(qiáng)。 存儲容量用存儲單元的總數(shù)表示。習(xí)慣上常用若干個

3、“K”單元表示。例如： 210=1024 稱 1K單元 ， 212=4096 稱 4K單元。 在數(shù)字系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)和指令通常用一定位數(shù)的字來表示，字的位數(shù)稱為字長。故存儲容量為： 字（字位） m位（位）。 例如：1024字 8位 可寫為“1K字8位”，這說明它能存放1024個8位的數(shù)據(jù)。,8,2. 存取速度(工作速度),存取速度用存取周期表示。 從存儲器開始存取第一個字到能夠存取第二個字為止。所需的時間稱為存取時間或存取周期。它是衡量存儲器存取速度的重要指標(biāo)。 存取周期越短，說明存取速度越高。 雙極型存儲器的存取周期為：20 50 ns， MOS存儲器的存取周期為：100 300 ns。,9,三

4、. 存儲器的分類,分類方法有兩種：功能分類和工藝分類。 1. 按功能分類,ROM,固定ROM:內(nèi)容由廠家制作。ROM,可編程ROM：可一次性編程。PROM,可擦除可編程ROM：可多次改寫,EPROM,RAM,雙極型 RAM,單極型 （MOS）,SRAM（靜態(tài)）,DRAM（動態(tài)）,SAM,MOS移位寄存器,電荷耦合器件CCD移位寄存器,Cache 高速緩存,E2PROM,UVEPROM,10,2. 按工藝分類,電荷耦合器件（CCD）：是一種新型存儲器件，其制造工藝簡單，集成度比MOS更高，工作速度與MOS型相當(dāng)。,雙極型存儲器:,MOS型存儲器(單極型)：,電荷耦合器件（CCD）,速度快,功耗大

5、,功耗低,制造工藝簡單,集成度高,速度慢,11,9.1 只讀存儲器 (ROM : Read Only Memory),ROM:只能讀出存儲器中已有的信息,而不能隨時對它寫入新的信息的那一類存儲器。簡稱為:ROM。 ROM的特點：數(shù)據(jù)寫入后，即使在切斷電源后，信息也不會丟失。所以，只讀存儲器常用于存放常數(shù)固定函數(shù)固定程序等固定不變信息。 一. ROM的分類 1. 按寫入方式分類 (1) 固定ROM (2)PROM(可編程ROM),12,(3)EPROM(可擦除可編程ROM),2. 按器件分類 (1) 二極管ROM (2) 雙極型ROM (3) 單極型ROM 二. ROM的結(jié)構(gòu) ROM的結(jié)構(gòu)由三部

6、分組成: 地址譯碼器、存儲單元矩陣、輸出電路,UVEPROM,E2PROM,Flash,13,2k+1 全譯碼,W0WM1 稱為字選線,b0 bN1 稱為數(shù)據(jù)線,字線,MN=總的存儲單元,14,三. 工作原理,結(jié)論：存1，字線W和位線b間接二極管；,存0，字線W和位線b間不接二極管。,與陣列,或陣列,15,存儲容量 : 4字4位=16字位,16,W0=1 , (高電位) W1=W2=W3=0 (低電位),D3 D2 D1 D0 = b3 b2 b1 b0 =1 0 1 0,討論: 當(dāng)A1A0=00時,電路可等效如下:,17,W1=1 , W0=W2=W3=0,D3 D2 D1 D0 = b3

7、b2 b1 b0 =1 1 1 0,討論: 當(dāng)A1A0=01時,電路可等效如下:,18,W2=1 , W0=W1=W3=0,D3 D2 D1 D0 = b3 b2 b1 b0 =0 1 0 1,討論: 當(dāng)A1A0=10時,電路可等效如下:,19,W3=1 , W0=W1=W2=0,D3 D2 D1 D0 = b3 b2 b1 b0 =1 1 0 1,討論: 當(dāng)A1A0=11時,電路可等效如下:,20,四. ROM的邏輯關(guān)系,1. 屬于組合邏輯電路 譯碼器部分的輸出變量和輸入變量（包括原變量和反變量）構(gòu)成“與”的關(guān)系。 存儲矩陣和輸出電路部分的輸出變量和存儲矩陣的輸入變量構(gòu)成“或”的關(guān)系。 2.

8、 進(jìn)行ROM電路的分析和設(shè)計，常用陣列圖來表示ROM的結(jié)構(gòu)。,21,“藍(lán)點”代表輸入、輸出間應(yīng)具有的邏輯關(guān)系。（“與”或者“或”）（在存儲矩陣中，表示交叉處有二極管。）,22,五. ROM的應(yīng)用,1. 實現(xiàn)組合邏輯函數(shù) 例9.1.1 試用ROM實現(xiàn)如下組合邏輯函數(shù),解:首先應(yīng)將以上兩個邏輯函數(shù)化成由最小項 組成的標(biāo)準(zhǔn)“與-或”式,即,23,采用有3位地址碼、2位數(shù)據(jù)輸出的8字節(jié)2位ROM。將A、B、C 3個變量分別接至地址輸入端A2A1A0。按邏輯函數(shù)要求存入相應(yīng)數(shù)據(jù),即可在數(shù)據(jù)輸出端D0、D1得到F1和F2,其ROM 陣列如圖9.1.9所示,24,例9.1.2 試用ROM設(shè)計一個8421 B

9、CD碼7段顯示譯碼器電路，其真值表如表9.1.2所示。,解：由真值表可見，應(yīng)取用輸入地址為4位，輸出數(shù)據(jù)為7位的10 字節(jié)7位ROM。,25,a=m1+m4 ;,b=m5+m6 ;,c=m2 ;,d=m1+m4+m7 ;,e=m1+m3+m4+m5+m7+m9 ;,f=m1+m2+m3+m7 ;,g=m0+m1+ m7 ;,26,a=m1+m4 ;,b=m5+m6 ;,c=m2 ;,d=m1+m4+m7 ;,e=m1+m3+m4+m5+m7+m9 ;,f=m1+m2+m3+m7 ;,g=m0+m1+ m7 ;,27,2.字符發(fā)生器,例如：顯示的字符以光點的形式存儲在ROM中，每個字符由75點陣

10、組成。并顯示“T”。,28,六.固定ROM(MROM:Mask ROM),七.可編輯只讀存儲器 (PROM:Programmable ROM),八.可改寫可編程只讀存儲器(EPROM),(1) UVEPROM (Ultraviolet Erasable Programmable ROM),(2) E2PROM (Electrically- Erasable Programmable ROM),(3) 快閃存儲器(Flash Memory),29,9.2 隨機(jī)存儲器(RAM),一.靜態(tài)RAM(SRAM),SRAM （Static Random Access Memory）,DRAM （Dynam

11、ic Random Access Memory ）,根據(jù)存儲單元的工作原理，可分為:,隨機(jī)存儲器簡稱為RAM,是電子計算機(jī)的重要組成部分,它能夠存儲數(shù)據(jù)指令中間結(jié)果。,隨機(jī)存?。菏侵复鎯ζ髦腥我庖粋€存儲單元都能以隨機(jī)次序迅速地存入（寫入）信息或取出（讀出）信息。,1. 基本結(jié)構(gòu),30,31,與ROM相比，多了讀/寫(R/W)端。,讀“1”,“1”,“0” 高阻,輸出,寫“0”,“1”,“1”,“0” 高阻,輸入,32,2. RAM2114芯片簡介, 存儲容量:1024字節(jié)4位=1K4位=4K位 地址線為:A9A0 , 10根。 行地址： A8A3 （26=64行）； 列地址： A0A2 ， A

12、9（24=16列）,每列=4位 ; 26 （4 24）= 64 64 =4096個存儲單元,結(jié)構(gòu),33, 數(shù)據(jù)線4根： D3 D0 ；,擴(kuò)展的方法有兩種： 位擴(kuò)展 和 字?jǐn)U展 。,RAM芯片的種類很多,容量有大有小。當(dāng)一片RAM不能滿足存儲容量及其位數(shù)要求時，可將多個芯片適當(dāng)連接起來實現(xiàn)位和字的擴(kuò)展。,34,1. 位擴(kuò)展(位數(shù)不夠用,字?jǐn)?shù)足夠用),例一:采用2片2114 （10244位）芯片，并聯(lián)在一起，構(gòu)成 1024 8位的存儲器。,35,2. 字?jǐn)U展（字?jǐn)?shù)不夠用，位數(shù)夠用）,例二：用一片2/4譯碼器和四片2114實現(xiàn) 4096字節(jié)4位的存儲器。,36,強(qiáng)調(diào)：位擴(kuò)展不需要增加地址線， 而字?jǐn)U

13、展則需要增加地址線數(shù)。,37,例三：試用1K 4位的2114RAM擴(kuò)展一個 4K 8位的存儲器。,解:（1）確定芯片數(shù)N： N= （ 4K / 1K ） （ 8 / 4） = 8（片） （2）確定地址系數(shù)D： 2D=4096 ，D =12 。 （3）用8片1K 4位的2114RAM芯片，經(jīng) 字 位 擴(kuò)展構(gòu)成的存儲器，如圖9.2.8 所示。,38,39,例四：用PROM和DFF設(shè)計一個F=000011的計數(shù)型序列碼發(fā)生器（設(shè)初態(tài)為Q3Q2Q1=000）。,解：,40,41,42,43,狀態(tài)轉(zhuǎn)移表：,44,作業(yè)(25):,9.3, 9.7, 9.10.,END,45,主板BIOS ，也稱系統(tǒng)BIO

14、S。目前電腦主板BIOS主要有Award BIOS、AMI BIOS和 Phoenix BIOS三種，包含加電自檢程序POST（Power On Self Test）、CMOS Setup程序和中斷服務(wù)子程序。,486及以前電腦的BIOS使用EPROM芯片。,46,內(nèi)存主要是168線的SDRAM，在主板上提供168線DIMM內(nèi)存插座，工作電壓是3.3 V。,圖1 HY PC100內(nèi)存條,DDR內(nèi)存：Double Data Rate(雙倍數(shù)據(jù)傳輸)的SDRAM。工作電壓僅為2.25V,(Synchronous Dynamic Random Access Memory ),47,靜態(tài)存儲器（SRA

15、M）的類型和特點 Cache SRAM：用于CPU內(nèi)部或外部(L1 / L2)高速緩存。 PB SRAM（Pipeline Burst Cache SRAM）：主要用于在Socket 7 主板上的高速緩存。SRAM不能作為電腦的主存，只用于關(guān)鍵性的地方。,48,圖1-1 CPU訪問硬盤的過程,高速緩存Cache和緩沖區(qū)Buffer,主板上的 L2 Cache: 512 KB1 MB 硬盤上的Buffer : 64 KB2 MB CD-ROM 的Buffer : 64 KB512 KB CD-R、CD-RW的Buffer : 1 MB8 MB HP Laser jet 6P激光打印機(jī)Buffer

16、 : 2 MB,49,50,字線Wi,Vcc,位線Yi,熔絲,圖9.1.4 PROM存儲單元,雙極型晶體三極管,51,存儲單元用疊柵注入MOS管構(gòu)成（SIMOS）,寫入：利用雪崩擊穿；擦除：利用紫外線。,MOS型晶體三極管,選擇柵,浮置柵,典型產(chǎn)品如：intel 2716 (2K8)、intel 2732 (4K8) 。,52,存儲單元由一只普通的N溝道增強(qiáng)型MOS管，和一只Flotox管組成。,寫入、擦除：利用隧道效應(yīng)。,MOS型晶體三極管,控制柵,浮置柵,典型產(chǎn)品如：intel 2864 (8K8) 。,53,集中了UVEPROM和E2PROM的優(yōu)點。,寫入時利用雪崩擊穿；,擦除時利用隧道效應(yīng)。,54,以120GB的硬盤為例：,120GB=120,000MB=120,000,000KB,=120,000,000,000字節(jié),廠商容量計算方法：,