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1、本章知识架构：本章知识架构：存储子系统存储子系统存储器分类存储器分类半导体存储器半导体存储器磁表面存储器磁表面存储器存储存储原理原理存储器存储器设计设计动态动态刷新刷新存储存储原理原理磁盘存磁盘存储器储器1第二节第二节 半导体存储器半导体存储器工艺工艺双极型双极型MOSMOS型型TTLTTL型型ECLECL型型速度很快、速度很快、功耗大、功耗大、容量小容量小电路结构电路结构PMOSPMOSNMOSNMOSCMOSCMOS功耗小、功耗小、容量大容量大工作方式工作方式静态静态MOSMOS动态动态MOSMOS存储信存储信息原理息原理静态存储器静态存储器SRAMSRAM动态存储器动态存储器DRAMDR
2、AM（双极型、静态（双极型、静态MOSMOS型）：型）：依靠双稳态电路内部交叉反馈的机依靠双稳态电路内部交叉反馈的机制存储信息。制存储信息。（动态（动态MOSMOS型）：型）：依靠电容存储电荷的原理存储信息。依靠电容存储电荷的原理存储信息。功耗较大功耗较大,速度快速度快,作作CacheCache。功耗较小功耗较小,容量大容量大,速度较快速度较快,作主存。作主存。（静态（静态MOSMOS除外）除外）24.2.1 4.2.1 静态静态MOSMOS存储单元与存储芯片存储单元与存储芯片1.1.六管单元六管单元（1 1）组成）组成T1T1、T3T3：MOSMOS反相器反相器VccVcc触发器触发器T3T
3、3T1T1T4T4T2T2T2T2、T4T4：MOSMOS反相器反相器T5T5T6T6T5T5、T6T6：控制门管：控制门管Z ZZ Z：字线，：字线，选择存储单元选择存储单元位线，位线，完成读完成读/写操作写操作W WW WW W、W W：（2 2）定义）定义“0 0”：T1T1导通，导通，T2T2截止；截止；“1 1”：T1T1截止，截止，T2T2导通。导通。3（3 3）工作）工作T5T5、T6T6Z Z：加高电平，加高电平，高、低电平，写高、低电平，写1/01/0。（4 4）保持）保持只要电源正常，保证向导通管提供电流，便能维持一管导只要电源正常，保证向导通管提供电流，便能维持一管导通，
4、另一管截止的状态不变，通，另一管截止的状态不变，称称静态静态。VccVccT3T3T1T1T4T4T2T2T5T5T6T6Z ZW WW W导通，选中该单元。导通，选中该单元。写入：写入：在在W W、W W上分别加上分别加读出：读出：根据根据W W、W W上有无上有无电流，读电流，读1/01/0。Z Z：加低电平，加低电平，T5T5、T6T6截止，该单元未选中，保持原状态。截止，该单元未选中，保持原状态。2.2.存储芯片存储芯片例例.SRAM.SRAM芯片芯片21142114（1 1K4K4位）位）外特性：外特性：静态单元是非破坏性读出，读出后不需重写。静态单元是非破坏性读出，读出后不需重写。
5、4地址端：地址端：21142114（1K41K4）1 19 910101818A6 A5 A4 A3 A0 A1 A2 CS GNDA6 A5 A4 A3 A0 A1 A2 CS GNDVcc A7 A8 A9 D0 D1 D2 D3 WEVcc A7 A8 A9 D0 D1 D2 D3 WEA9A9A0A0（入）（入）数据端：数据端：D3D3D0D0（入（入/出）出）控制端：控制端：片选片选CSCS=0=0 选中芯片选中芯片=1=1 未选中芯片未选中芯片写使能写使能WEWE=0=0 写写=1=1 读读电源、地电源、地5读写时序读写时序1.读周期读周期 在准备好有效地址后，向存储芯片发出片在准
6、备好有效地址后，向存储芯片发出片选信号（选信号（CS=0）和写命令（）和写命令（WE），经过），经过一段时间数据输出有效。一段时间数据输出有效。2.写周期写周期 在准备好有效地址与输入数据后，向存储在准备好有效地址与输入数据后，向存储芯片发出片选信号（芯片发出片选信号（CS=0）和写命令）和写命令（WE=0），经过一段时间可将有效输出数），经过一段时间可将有效输出数据写入存储芯片。据写入存储芯片。64.2.2 4.2.2 动态动态MOSMOS存储单元与存储芯片存储单元与存储芯片1.1.四管单元四管单元（1 1）组成）组成T1T1、T2T2：记忆管：记忆管C1C1、C2C2：柵极电容：柵极电容T
7、3T3、T4T4：控制门管：控制门管Z Z：字线：字线位线位线W W、W W：（2 2）定义）定义“0 0”：T1T1导通，导通，T2T2截止截止“1 1”：T1T1截止，截止，T2T2导通导通T1T1T2T2T3T3T4T4Z ZW WW WC1C1C2C2（C1C1有电荷，有电荷，C2C2无电荷）；无电荷）；（C1C1无电荷，无电荷，C2C2有电荷）。有电荷）。（3 3）工作）工作Z Z：加高电平，加高电平，T3T3、T4T4导通，选中该单元。导通，选中该单元。72.2.单管单元单管单元（1 1）组成）组成（4 4）保持）保持T1T1T2T2T3T3T4T4Z ZW WW WC1C1C2C
8、2写入：写入：在在W W、W W上分别加上分别加高、低电平，写高、低电平，写1/01/0。读出：读出：W W、W W先预充电至先预充电至再根据再根据W W、W W上有无电流，上有无电流，高电平，断开充电回路，高电平，断开充电回路，读读1/01/0。Z Z：加低电平，加低电平，T3T3、T4T4截止，该单元未选中，保持原状态。截止，该单元未选中，保持原状态。需定期向电容补充电荷（动态刷新），需定期向电容补充电荷（动态刷新），称称动态动态。四管单元是非破坏性读出，读出过程即实现刷新。四管单元是非破坏性读出，读出过程即实现刷新。C C：记忆单元：记忆单元C CW WZ ZT TT T：控制门管：控制
9、门管Z Z：字线：字线W W：位线：位线83.3.存储芯片存储芯片（2 2）定义）定义（4 4）保持）保持写入：写入：Z Z加高电平，加高电平，T T导通，导通，在在W W上加高上加高/低电平，写低电平，写1/01/0。读出：读出：W W先预充电，先预充电，根据根据W W线电位的变化，读线电位的变化，读1/01/0。断开充电回路。断开充电回路。Z Z：加低电平，加低电平，T T截止，该单元未选中，保持原状态。截止，该单元未选中，保持原状态。单管单元是破坏性读出，读出后需重写。单管单元是破坏性读出，读出后需重写。“0 0”：C C无电荷，电平无电荷，电平V0V0（低）（低）C CW WZ ZT
10、T外特性：外特性：“1 1”：C C有电荷，电平有电荷，电平V1V1（高）（高）（3 3）工作）工作Z Z加高电平，加高电平，T T导通，导通，例例.DRAM.DRAM芯片芯片21642164（6464K1K1位）位）9地址端：地址端：21642164（64K164K1）1 18 89 91616GND CAS Do A6 A3 A4 A5 A7GND CAS Do A6 A3 A4 A5 A7A7A7A0A0（入）（入）数据端：数据端：DiDi（入）（入）控制端：控制端：片选片选写使能写使能WEWE=0=0 写写=1=1 读读电源、地电源、地空闲空闲/刷新刷新 Di WE RAS A0 A2
11、 A1 VccDi WE RAS A0 A2 A1 Vcc分时复用，提供分时复用，提供1616位地址。位地址。DoDo（出）（出）行地址选通行地址选通RASRAS列地址选通列地址选通CASCAS：=0=0时时A7A7A0A0为行地址为行地址高高8 8位地址位地址：=0=0时时A7A7A0A0为列地址为列地址低低8 8位地址位地址1 1脚未用，或在新型号中用于片内自动刷新。脚未用，或在新型号中用于片内自动刷新。10（3）读）读/写时序写时序读周期读周期 在准备好行地址后，发行选（在准备好行地址后，发行选（RAS=0）将）将行地址打入片内的行地址锁存器。为使行地址打入片内的行地址锁存器。为使行地址
12、可靠输入，发出行选后，行地址行地址可靠输入，发出行选后，行地址需维持一段时间才能切换。需维持一段时间才能切换。写周期写周期 在准备好行地址后，发行选（在准备好行地址后，发行选（RAS=0），），此后行地址需要维持一段时间，才能此后行地址需要维持一段时间，才能切换为列地址。在准备好列地址并输切换为列地址。在准备好列地址并输入数据后，才能发列选信号入数据后，才能发列选信号（CAS=0）。）。114.2.4 4.2.4 动态存储器的刷新动态存储器的刷新1.1.刷新定义和原因刷新定义和原因定定义：义：刷新。刷新。动态存储器依靠电容电荷存储信息。平时无电源动态存储器依靠电容电荷存储信息。平时无电源供电，
13、时间一长电容电荷会泄放，需定期向电容供电，时间一长电容电荷会泄放，需定期向电容补充电荷，以保持信息不变。补充电荷，以保持信息不变。定期向电容补充电荷定期向电容补充电荷原因：原因：12注意注意刷新刷新与与重写重写的区别。的区别。破坏性读出破坏性读出后重写，以恢复原来的信息。后重写，以恢复原来的信息。2.2.最大刷新间隔最大刷新间隔在此期间，必须对所有动态单元刷新一遍。在此期间，必须对所有动态单元刷新一遍。非破坏性读出非破坏性读出的动态的动态M M，需补充电荷以保持原来的信息。，需补充电荷以保持原来的信息。2ms2ms。3.3.刷新方法刷新方法按行读。按行读。刷新一行所用的时间刷新一行所用的时间刷
14、新周期刷新周期（存取周期）（存取周期）刷新一块芯片所需的刷新一块芯片所需的刷新周期数刷新周期数由芯片矩阵的由芯片矩阵的行数行数决定。决定。13对主存的访问对主存的访问由由CPUCPU提供行、列地址，提供行、列地址，随机访问。随机访问。2ms2ms内集中安排所有刷新周期。内集中安排所有刷新周期。CPUCPU访存：访存：4.4.刷新周期的安排方式刷新周期的安排方式死区死区用在实时要用在实时要求不高的场求不高的场合。合。动态芯片刷新：动态芯片刷新：由刷新地址计数器由刷新地址计数器提供行地址，定时刷新。提供行地址，定时刷新。（1 1）集中刷新）集中刷新R/WR/W刷新刷新R/WR/W刷新刷新2ms2m
15、s50ns50ns（2 2）分散刷新）分散刷新各刷新周期分散安排在存取周期中。各刷新周期分散安排在存取周期中。R/WR/W刷新刷新R/WR/W刷新刷新100ns100ns用在低速系用在低速系统中。统中。142ms2ms（3 3）异步刷新）异步刷新例例.各刷新周期分散安排在各刷新周期分散安排在2ms2ms内。内。用在大多数计算机中。用在大多数计算机中。每隔一段时间刷新一行。每隔一段时间刷新一行。128128行行15.6 15.6 微秒微秒 每隔每隔15.615.6微秒提一次刷新请求，微秒提一次刷新请求，刷新一行；刷新一行；2 2毫秒内刷新完所有毫秒内刷新完所有行。行。R/WR/W刷新刷新R/WR
16、/W刷新刷新R/WR/WR/WR/WR/WR/W15.6 15.6 微秒微秒15.6 15.6 微秒微秒15.6 15.6 微秒微秒刷新请求刷新请求刷新请求刷新请求（DMADMA请求）请求）（DMADMA请求）请求）15半导体只读存储器与芯片半导体只读存储器与芯片1.掩膜型只读存储器掩膜型只读存储器MROM 信息固定不变，只能读出不能写入信息固定不变，只能读出不能写入2.可编程序（一次编程型）只读存储器可编程序（一次编程型）只读存储器PROM 可用专门的可用专门的PROM写入器将信息写入。此写入器将信息写入。此写入不可逆转。写入不可逆转。3.可重编程只读存储器可重编程只读存储器EPROM 可用专门的写入器在可用专门的写入器在+25V高压下写入信息，高压下写入信息，在在+5V下只能读不能写。用紫外线照射一定下只能读不能写。用紫外线照射一定时间后可擦除原存信息，重新写入。时间后可擦除原存信息，重新写入。16半导体只读存储器与芯片半导体只读存储器与芯片（4）电擦除可重写只读存储器）电擦除可重写只读存储器EEPROM 可加高电压擦除可加高电压擦除（5）可编程只读存储器）可编程只读存储器FLAS
