第5章半导体存储器 存储器是组成计算机系统的重要部件，它用来保 存计算机工作所必须的程序和数据，并用来存放 计算机在运行过程中产生的有用信息 存储器由具有记忆功能的两态物理器件组成，如 电容、双稳态电路等 存储器有两种基本操作：读操作和写操作 i Lin University China CpTE型CIENCE AND T厘CHNDOLOGY
COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY 第5章 半导体存储器 • 存储器是组成计算机系统的重要部件，它用来保 存计算机工作所必须的程序和数据，并用来存放 计算机在运行过程中产生的有用信息 • 存储器由具有记忆功能的两态物理器件组成，如 电容、双稳态电路等 • 存储器有两种基本操作：读操作和写操作
5.1 半导体存储器分类 按所处地位不同，分为： 内存和外存 内存：存放当前运行所需要的程序和数据，以便向CPU快 速提供信息，相对辅存而言，主存的存取速度快，但容量 较小，且价格较高 外存：用来存放当前暂不参与运行的程序、数据和文件， 以及一些永久性保存的程序、数据和文件，在CPU需要处 理时再成批地与主存交换。特点是存储容量大，价格低， 但存取速度较慢 按存储介质，分为： 磁存储器（磁芯、磁盘及磁带）、半导体存储器（半导体 集成电路存储器)、光存储器、激光光盘存储器 半导体存储器按工作方式分为RAM和ROM 半导体存储器从器件原理分为TTL和MOS Ji Lin University China COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY
COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY 5.1 半导体存储器分类 按所处地位不同，分为： • 内存和外存 • 内存：存放当前运行所需要的程序和数据，以便向CPU快 速提供信息，相对辅存而言，主存的存取速度快，但容量 较小，且价格较高 • 外存：用来存放当前暂不参与运行的程序、数据和文件， 以及一些永久性保存的程序、数据和文件，在CPU需要处 理时再成批地与主存交换。特点是存储容量大，价格低， 但存取速度较慢 按存储介质，分为： • 磁存储器（磁芯、磁盘及磁带）、半导体存储器（半导体 集成电路存储器）、光存储器、激光光盘存储器 • 半导体存储器按工作方式分为RAM和ROM • 半导体存储器从器件原理分为TTL和MOS
半导体存储器分类 一、 RAM的种类 在RAM中，又可以分为双极型和HOS RAH)两大类 （一)双极型RAM的特点 1.存取速高。 2.以晶体的触发器(P-F--FLIP-FL0P)作为基本存储电路，故管子多。 3.集成度低（与MOS相比）。 4.功耗大。 5.成本高。 所以，双极型RAM主要用在速度要求较高的傲型机中。 （二)MOS RAM 用MOS器件构成的RAM,又可分为静态RAM和动态RAM两种。 二、ROM的种类 (一)掩模ROM (=) 可编程的只读存储器PROH (三) 可檫去的E PROM Ji Lin University China COMPUTER SCIENCE山DI里CHNOLOG
COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY 半导体存储器分类
TTL和MOS存储器 上 TTL存储器：双极型存储器，是用TTL(Transistor- Transistor Logic,晶体管-晶体管逻辑)电路制成的存储器， 其特点是工作速度快，功耗大，集成度低，因此计算机中 的容量较小要求速度快的高速缓存(Cache)常采用双极 型存储器。 MOS存储器：单极型存储器，是用MOS(Medal-Oxide- Semiconductor,金属氧化物半导体)电路制成的存储器， 其特点是集成度高，功耗低，价格便宜，但工作速度比双 极型存储器低。在计算机的主存中大量采用MOS存储器 Ji Lin University China COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY
COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY TTL和MOS存储器 • TTL存 储器： 双极型 存储 器，是 用 TTL（ TransistorTransistor Logic，晶体管-晶体管逻辑）电路制成的存储器， 其特点是工作速度快，功耗大，集成度低，因此计算机中 的容量较小要求速度快的高速缓存（Cache）常采用双极 型存储器。 • MOS存储器：单极型存储器，是用MOS（Medal-OxideSemiconductor，金属氧化物半导体）电路制成的存储器， 其特点是集成度高，功耗低，价格便宜，但工作速度比双 极型存储器低。在计算机的主存中大量采用MOS存储器
随机访问存储器RAM RAM:随机访问存储器(Random Access Memory),特点 是存储器中的信息既能随时读出，也能随时写入，RAM中 信息在关机后即消失 RAM分为DRAM和SRAM两种 SRAM:静态RAM(Static RAM),利用半导体触发器的两 个稳定状态表示“1”和“0”。电源不关掉，SRAM的信息不 会消失，不需刷新电路，非破坏性读出 DRAM:动态RAM(Dynamic RAM),利用MOS管的栅极对 其衬底间的分布电容保存信息，DRAM的每个存储单元所 需MOS管较少，因此集成度高，功耗小，DRAM中的信息 会因电容漏电而逐渐消失，破坏性读出，读后需重写 DRAM信息的保存时间一般为2s,需配置刷新或重写电 路 i Lin University China CpTE型CIENCE AND T室CHNDLOGY
COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY 随机访问存储器RAM • RAM：随机访问存储器（Random Access Memory），特点 是存储器中的信息既能随时读出，也能随时写入，RAM中 信息在关机后即消失 • RAM分为DRAM和SRAM两种 • SRAM：静态RAM （Static RAM），利用半导体触发器的两 个稳定状态表示“1”和“0” 。电源不关掉，SRAM的信息不 会消失，不需刷新电路，非破坏性读出 • DRAM：动态RAM （Dynamic RAM），利用MOS管的栅极对 其衬底间的分布电容保存信息，DRAM的每个存储单元所 需MOS管较少，因此集成度高，功耗小，DRAM中的信息 会因电容漏电而逐渐消失，破坏性读出，读后需重写 • DRAM信息的保存时间一般为2ms，需配置刷新或重写电 路
只读存储器ROM ROM:只读存储器(Read Only Memory),使用时只能读 出其中信息，而不能写入新的信息。OM中信息关机后不 消失 。 按写入方式，ROM分为以下几种类型 。 掩膜ROM(Masked ROM)：生产时已将程序、数据写入其 中，用户只能读出，不能修改 PROM(Programmable ROM):可编程ROM,PROM中的程序 是由用户自行写入的，但一经写入就无法更改了，是一种 次性写入的ROM。 EPROM(Erasable Programmable ROM)：可擦除可编程 ROM, EPROM可由用户自行写入程序，写入后的内容可 用紫外线灯照射来擦除，然后可重新写入内容。EPOM可 多次改写 。 E2PROM (Electrically Erasable Programmable ROM): 电可擦除可编程ROM,可用电信号进行清除和重写的存储 器。E2PROM使用方便，但存取速度较慢，价格较贵 Ji Lin University China COMPUTEP SCIRNCE AND T里CHNOLOG
COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY 只读存储器ROM • ROM：只读存储器（Read Only Memory），使用时只能读 出其中信息，而不能写入新的信息。ROM中信息关机后不 消失 • 按写入方式，ROM分为以下几种类型 • 掩膜ROM（Masked ROM）：生产时已将程序、数据写入其 中，用户只能读出，不能修改 • PROM（Programmable ROM）：可编程ROM，PROM中的程序 是由用户自行写入的，但一经写入就无法更改了，是一种 一次性写入的ROM。 • EPROM（Erasable Programmable ROM）：可擦除可编程 ROM， EPROM可由用户自行写入程序，写入后的内容可 用紫外线灯照射来擦除，然后可重新写入内容。EPROM可 多次改写 • E 2PROM（Electrically Erasable Programmable ROM）： 电可擦除可编程ROM，可用电信号进行清除和重写的存储 器。E2PROM使用方便，但存取速度较慢，价格较贵
R 存储器芯片的主要技术指标 存储容量：可寻址的存储器单元数×每单元二进制位数， 例如，SRAM6264容量为8K×8,即它有8K个存储单元，每 单元存储8位二进制数 存取时间：存储器访问时间，启动一次存储器操作到完成 该操作所需要的时间 存取周期：连续启动两次独立的存储器操作所需间隔的最 小时间 可靠性：用故障间隔平均时间(MTBF)来表示 功耗：要求低功耗 i Lin University China CpTE型CIENCE AND T厘CHNDOLOGY
COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY 存储器芯片的主要技术指标 • 存储容量：可寻址的存储器单元数×每单元二进制位数， 例如，SRAM6264容量为8K×8，即它有8K个存储单元，每 单元存储8位二进制数 • 存取时间：存储器访问时间，启动一次存储器操作到完成 该操作所需要的时间 • 存取周期：连续启动两次独立的存储器操作所需间隔的最 小时间 • 可靠性：用故障间隔平均时间（MTBF）来表示 • 功耗：要求低功耗
5.2 读写存储器RAM 静态RAM基本存储电路 行线X 6个MOS管组成双稳态电路 ?+5 T1截止T,导通为“0”，T1 导通T,截止为“1” T1T2工作管，T3T4负载管， 6管基本 T;T6TTg控制管（其中 存贮电路 TT共用) 写入：X线Y线有效，使 T5T6T,Tg导通，写控制有 效，使单元数据线与外部 列线 数据线连通，靠TT,的截 止与导通记录信息 写控制 读出：X线Y线有效，使 数据线 TT6T,Tg导通，读控制有 读控制 效，使单元数据线与外部 数据线连通，从T端读出 信息 Ji Lin University China COMPUTEP SCIENCE AND TECHNOLOGY
COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY 5.2 读写存储器RAM • 静态RAM基本存储电路 • 6个MOS管组成双稳态电路 • T1截止 T2导通为“0”， T1 导通 T 2 截止 为 “ 1 ” • T 1 T 2工作管 ， T 3 T 4负载管 ， T 5 T 6 T 7 T 8 控制管 （ 其 中 T 7 T 8共用 ） • 写入： X线 Y线有效，使 T 5 T 6 T7 T 8导通，写控制有 效，使单元数据线与外部 数据线连通，靠 T 1 T 2的截 止与导通记录信息 • 读出： X线 Y线有效，使 T 5 T 6 T7 T 8导通，读控制有 效，使单元数据线与外部 数据线连通，从 T 2端读出 信息
静态RAM芯片构成 A2 1A3 列译码电路 列线 2 3 三个部分组成： 0#行线 线 存储体 1#行线 行列译码器 控制电路 行译码电路 酒 3#子线 云批 中心云 数据线 WE Lin University China MPUTER SCIENCE AND TECHNOLO
COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY 静态RAM芯片构成 • 三个部分组成： 存储体 行列译码器 控制电路
芯片实例SRAM2114 上 容量1K×4 VCC 选择 ·: 存贮矩阵 地 64X64 输入数据控制 列0电路 列选择 18 04 17 47 A0 A1 A2 A9 543025 1 A8 49 2114 14 0 2 1 0 cs 1 /0 GND E WE Ji Lin University China COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY
COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY 芯片实例SRAM 2114 • 容量1K× 4