《微机微机原理及接口技术5章节》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微机微机原理及接口技术5章节（62页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、半导体存储器及其接口,存储器是计算机的基本组成部分，可以用来存储信息。有了存储器，计算机才有了“记忆”功能，才能把计算机要执行的程序以及要处理的数据和计算的结果保存在计算机中，计算机才能正常工作。,微机存储器的分类,微机存储器的层次结构,微机中的半导体存储器,直接存取存储器DAM (Direct Access Memory) 按照数据存取 顺序存取存储器SAM (Sequential Access Memory) 方式分类 随机存取存储器RAM (Random Access Memory) 先进先出存储嚣FIFO (First In First Out) 多端口存储器MPRAM (Multi-
2、Port RAM) 按照器件原理 双极型TIL嚣件的存储器 分类 单极性MOS器件的存储器 随机存取存储器RAM 静态RAM 动态RAM 按照存储原理 掩膜ROM 分类 可编程ROM(PROM) 只读存储器ROM 紫外线擦除ROM(EPROM) 电擦除ROM(E2PROM) 闪速存储器FLASH 按照数据传输 并行存储器 方式分类 串行存储器 ,半导体存储器的分类,半导体存储器的基本组成 存储体 地址寄存和译码电路 输入/输出电路和控制电路,衡量半导体存储器的指标有：容量、速度、可靠性、功耗、封装形式、电源种类、价格等，但从CPU接口来看，最重要的指标是存储器的容量和速度。, 存储体 存储体是
3、由许多基本存储电路按一定规则排列而成的存储阵列。存储体中每个基本存储电路只能存储一位二进制信息。通常把8个基本存储电路做为一个整体来看待，称为一个存储单元或一个字节。 存储体中的每个存储单元都有独立编号，这些编号称为存储单元的地址。地址用二进制表示，但为了简明方便一般书写成十六进制。从使用的角度和制作工艺上考虑，存储器芯片有两种结构方式：位结构和字结构。,位结构方式 将存储芯片中的各个存储元件做为不同字的同位。如1024个存储元件可做为1024个字节的同一位。这种组成方式称为位结构方式。 用这种方式制作的存储芯片，若选中某存储单元，则该单元的某一位信息从一个芯片读出，另外7位信息还要同时从其他
4、7个芯片上读 出。这种方式的优点是芯片的封装引线较少，为了访问1024个字节的某一位需10根地址线和1根数据线，电源线和控制线同字结构相同。封装引线的减少，成品合格率会提高，成本相应会下降。一般在大容量的存储器中采用位结构方式。,字结构方式 每个存储单元由多位基本存储电路构成。当选中某一个存储单元，则该单元的各位信息同时被访问，这是它的优点。但这种方式的缺点是芯片封装时引线太多。如访问128个字节单元需7根地址线和8根数据线，另外还有必要的电源线、地线和控制线等。, 地址寄存和译码电路 包括地址寄存器和地址译码器等。为了从众多的存储单元中选取某一个存储单元，首先CPU要把地址码通过地址总线送至
5、地址寄存器，由地址译码器对地址码进行译码，即可选定访问的存储单元。然后在读/写控制信号和芯片选择信号的配合下，对选中的存储单元进行读/写操作。地址线的根数决定译出编码的个数，从而决定了存储单元的个数。地址译码电路通常有两种方式实现: 单译码方式 双译码方式,单译码方式(又称为线性译码)是全部地址线通过逻辑电路进行编码构成译码电路。这种方式译码，随着地址线的增加，译码器的输出线按指数增加，逻辑电路复杂程度也按指数增加。因此，只适用于容量较小的存储器。,双译码方式又称为复合译码，是将地址分为两部分，用两个译码器分别译码，X向译码称为行译码，其输出线用来选择存储矩阵中一行中所有的存储单元；Y向译码称
6、为列译码，其输出线用来选择存储矩阵中一列中所有的存储单元；行和列的交叉点处X和Y为唯一状态，只有X向和Y向的选择线同时选中的存储单元才能进行读/写操作。采用双译码可以减少译码器的输出线。大容量的存储器都采用双译码方式。, 输入/输出电路和控制电路 读/写电路中包括读/写放大器，数据寄存器(三态双向缓冲器)，它是存储信息流通的通道。读时即为从存储单元读出信息；写入即为把要存储的信息写入存储单元。当该芯片未被选中时，将处于高阻状态，即为与外面数据总线DB脱离，即三态状态。 控制电路是用来控制整个芯片是否被选通和控制存储信息流通的方向。只有当片选信号(CS或CE)有效，存储器才能与外界进行信息交换，
7、而信息的流通方向由写线(WR或WE)和读线(RD或OE)来确定。,半导体存储器的结构与工作原理 随机存取存储器RAM 计算机中半导体随机存储器一般分为动态随机存储器和静态随机存储器。 静态RAM 静态RAM，即SRAM。以双稳态触发器为基础，不掉电信息不会丢失。优点是速度快、无需刷新；缺点是集成度低、功耗大；适于小容量、高速的应用。,静态RAM的基本存储单元是由6个MOS管组成的RS触发器。Tl、T2组成双稳态触发器，T3、T4为负载管(相当于Tl、T2的负载电阻)，T5、T6为开关管，由行选线控制。,写入过程 行选线为高电平，T5、T6导通，列选线为高电平，T7、T8连通外部数据线。写入的信
8、息从I/O及I/O线输入。写“1”时，I/O为高电平，I/O为低电平。 I/O线的高电平经T7和T5加至A点， I/O线的低电平经T8和T6加至B点，迫使Tl截至，T2导通，处于存“1”状态。写“0”时，I/O线的低电平经T1、T5加至A点， I/O线的高电平经T8、T6加至B点，迫使Tl导通，T2截止而存入“0”状态。,读出过程 过程与写入过程相同。只是写入过程会冲掉原有信息，读出过程触发器原有信息不变，是非破坏性的。,典型芯片： 静态6116(2K*8)内部结构 6116为2K*8个基本存储电路。2048个8位的存储单元需要11条地址线。 地址线分为2组： 行译码7条：27128 列译码4
9、条：2416 总容量： 128*162048字节。,动态RAM 动态RAM，即DRAM。存储单元以电容为基础，电路简单，集成度高，适用于大容量情况。缺点是必须定时刷新。 常用的DRAM基本电路由4管、3管或单管组成，以3管和单管较为常用。,DRAM存放信息的电容Cs中有电荷时为逻辑“1”，反之为逻辑“0”。但电容的漏电导致电荷流失，信息也会丢失。 解决的办法是刷新，即每隔一段时间(一般为2ms)重写入一次，使流失的电荷得到补充。 刷新为逐行进行。当某行选择信号为“1”时，即选中该行，电容上的信息送到刷新放大器上，刷新放大器对这些电容立即进行重写。由于刷新时，列选择信号总为“0”，因此，电容上信
10、息不可能被送到数据总线上。,典型芯片 DRAM芯片2164A容量为64K*1bit，即片内有65536个 存储单元，每个单元只存1位 数据。 8片2164才能构成64KB存储器。寻址64K单元，需用16条地址线，为减少引脚数目，地址线又分为行地址线和列地址线且分时工作。 DRAM只有8条地址线，利用行地址选通信号RAS，把先送来的8位地址送至行地址锁存器；随后出现的列地址选通信号CAS把后送来的8位地址送至列地址锁存器。 8条地址线也用于刷新。一次刷新一行，2ms内全部刷新一次。,A0A7：地址线 WE：写允许 NC：空 CAS：列地址选通 RAS：行地址选通 Din：数据输入 Dout：数据
11、输出 Vdd：+5V Vss：地,Intel 2164A内部结构 2164存储体由4个128*128的存储矩阵组成。每个128*128的存储矩阵由7条行地址线和7条列地址线进行选择，在芯片内部经地址译码后可分别选择128行和128列。 2164A数据的读出和写入是分开的，由WE信号控制读写。当WE为高时读出，即所选中单元的内容经过三态输出缓冲器送Dout。 2164A没有片选信号，实际上用行选RAS、列选CAS信号做为片选信号。,内存条 通常把高集成度的存储器芯片放在一个印刷电路板上，通过总线与微处理器相连，这就是内存条。 左图为HYM59256A内存条，其中A8A0为地址输入线，采用行、列地
12、址复用技术，通过行、列地址选通信号RAS和CAS分时给出，这样就相当于有18根地址线，可寻址218256K。 另外还有DQ7DQ0为双向数据线，PD为奇偶校验数据输入，PCAS为奇偶校验地址选通信号，PQ为奇偶校验数据输出，WE为读写控制信号。,只读存储器ROM 只读存储器(ROM)中的数据是预先存好的，使用时只能读出，不能写入。所以它一般用于不需要对信息进行修改和写入的地方，如存放系统软件及管理程序等。还常用来做字符发生器、编码器等使用。 ROM的组成与RAM相似，不同类型的ROM，其功能差异主要由它们的基本存储电路的不同所决定。,掩膜ROM 图为4*4位MOS管ROM，单译码结构，两位地址
13、线A1、A0译码后有四种状态，输出4条选择线，可分别选中4个单元，每个单元有4位输出。 矩阵中行、列的交点有的有管子，有的没有，这是工厂根据用户提供的程序对芯片图形(掩膜)进行二次光刻所决定的，所以称为掩膜ROM。掩膜ROM制成后，用户不能修改。 若地址线A1AO=OO，则选中0号单元，即字线0为高电平，若有管子与其相连，其相应的MOS管导通，位线输出为0，而位线1和3没有管子与字线相连，则输出为1。,可编程只读存储器OTPROM OTPROM的存储内容可以由用户编写，但只允许“编程”一次。 PROM常采用可熔金属丝连接存储元件发射极，出厂时所有管子的熔丝都是连着的。当外部通以足够大的电流就能
14、把所选回路的熔丝烧断，从而实现一次性的信息存储。 右图给出了熔丝式PROM存储单元电路。这个电路工作原理很简单： 当行线被选中，则T管导通，如果连接的熔丝事先被烧断，列线和电源断开，保持低电平；如果熔丝事先没烧断，列线和电源接通，输出高电平。,EPROM是一种可多次擦除重写的ROM，其存储元件分为两种：SAMOS和FAMOS。 右图为P沟EPROM的一个存储元件，编程前所组成的存储矩阵全为“1”。编程写入时，S和D之间加25V高压，再加上编程脉忡，所选中的单元在此电压下，S和D之间反偏PN结被击穿，产生大量的电于空穴对，在电子空穴的扩散运动中，会有高能量的电于通过绝缘层注入到浮动栅上，当高压电
15、源去掉后，注入到浮栅中的电子被绝缘层包围无法复合，从而在源极S和漏极D之间形成空穴沟道，使S和D导通，从而使EPROM 单元输出为”0”。,紫外线可擦除可编程只读存储器EPROM,消除浮栅电荷可利用紫外光照射。EPROM芯片上面有石英玻璃窗口，在紫外线一定时间的照射后，浮栅中的电子逃逸出绝缘层的包围，各单元的内容均变为初始状态(OFFH)。 EPROM 芯片有多种型号，如： 2716 ( 2K*8 ) 2732 ( 4K*8 ) 2764 ( 8K*8 ) 27128 ( 6K*8 ) 27256 ( 32K*8 ) 27512 ( 64K*8 ) 27010 ( 1M*8 )等。 以2764
16、A为例： Intel2764A共有13条地址线，8条数据线，2个电压输入端Vcc和Vpp，一个片选端CE，一个输出允许OE和编程控制端PGM。 功能图见右侧：,Intel 2764A 的7种工作方式,E2PROM是一种可用电气方法在线擦除和再编程的只读存储器。它既有RAM在联机操作中可读可改写的特性，又具有非易失性存储器ROM在掉电后仍能保持所存储数据的优点。写入的数据在常温下至少可以保存十年，一般其擦除/写入周期寿命为1万次，近期推出的芯片己可达到10万次。 早期的E2PROM芯片如2815、2816等在写入信息时都要求外加高压(21V)做为编程电压，而且需要逐一将指定字节写入，故写入时间较长。后来厂家在工艺和设计上都做了技术改进，例如在2817中片内集成了早期在系统中配用E2PROM所需要的所有外围电路：数据锁存缓冲器和地址锁存器、擦除和写入操作脉冲定时、Vpp编程电压形成等。以后
