存储器原理与接口技术课件

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1、存储器原理与接口技术第5章 存储器原理及接口技术 2主要内容主要内容学习目标学习目标重点难点重点难点第5章 存储器原理及接口技术 3主要内容主要内容5.1 概述5.2 随机存取存储器RAM5.3 只读存储器ROM5.4 存储器芯片与存储器芯片与CPU的连接的连接5.5 高速缓冲存储器Cache第5章 存储器原理及接口技术 4学习目标学习目标n1. 了解各类半导体存储器的应用特点；了解各类半导体存储器的应用特点；n2. 熟悉半导体存储器芯片的结构；熟悉半导体存储器芯片的结构；n3. 掌握掌握SRAM 2114、DRAM 4116、EPROM 2764、EEPROM 2817A的引脚功能；的引脚功

2、能；n4. 理解理解SRAM读写原理、读写原理、DRAM读写和刷新原读写和刷新原理、理、EPROM和和EEPROM工作方式工作方式n5. 熟练掌握存储芯片与熟练掌握存储芯片与CPU连接的方法，特连接的方法，特别是译码电路（片选端）的处理；别是译码电路（片选端）的处理；n6. 了解存储芯片与了解存储芯片与CPU连接的总线驱动和时连接的总线驱动和时序配合问题。序配合问题。第5章 存储器原理及接口技术 5重点难点重点难点存储器芯片与存储器芯片与CPU的连接的连接第5章 存储器原理及接口技术 6大家想想冯大家想想冯.罗伊曼所提罗伊曼所提的计算机的结构的计算机的结构 计算机的基本结构 存储器 输出 输入

3、 运算器 控制器 数据线路 控制信号 第5章 存储器原理及接口技术 75.1.1 存储系统的基本概念存储系统的基本概念5.1.2 存储器的分类存储器的分类5.1.3 存储器的主要性能指标存储器的主要性能指标5.1.4 存储器的组成结构存储器的组成结构第5章 存储器原理及接口技术 8n存储器是存储器是一种接收、保存和取出信息（程序、数据、文件）的设备；一种接收、保存和取出信息（程序、数据、文件）的设备； 一种具有记忆功能的部件一种具有记忆功能的部件； 是计算机的重要组成部分，是是计算机的重要组成部分，是CUPCUP最重要的系统资源之一最重要的系统资源之一。nCPUCPU与存储器的关系如下图所示。

4、与存储器的关系如下图所示。DSESSSCSIPPSW标志标志寄存器寄存器执行部件控制电路执行部件控制电路指令译码器指令译码器4321数据暂存器数据暂存器AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器组寄存器组指指令令队队列列地址总线地址总线AB数据总线数据总线DB总线总线接口接口控制控制电路电路控制总线控制总线CB运运算算器器地地址址加加法法器器地地址址译译码码器器、指令指令1指令指令2指令指令3指令指令4、数据数据1数据数据29AH、指令指令MOV AL, BX包含一个从存储器读操作包含一个从存储器读操作存储器存储器CPU第5章 存储器原理及接口技术 10 寄存器可以

5、存放数据，存寄存器可以存放数据，存储器也可以存放数据，有储器也可以存放数据，有什么不同？什么不同？第5章 存储器原理及接口技术 11按构成存储器的器件和存储介质分类按构成存储器的器件和存储介质分类按存储器存取方式分类按存储器存取方式分类按在微机系统中位置分类按在微机系统中位置分类第5章 存储器原理及接口技术 12按存放信息原理不同按构成存储器的器件和存储介质分类：按构成存储器的器件和存储介质分类：磁芯存储器、半导体存储器、光电存储器、磁膜、磁泡和其它磁表面存储器以磁芯存储器、半导体存储器、光电存储器、磁膜、磁泡和其它磁表面存储器以及光盘存储器等。及光盘存储器等。按存储器存取方式分类：按存储器存

6、取方式分类：随机存取存储器随机存取存储器RAM(Random Access Memory) 只读存储器只读存储器ROM (Read-Only Memory) 又称读写存储器，指能够通过指令随机地、个别地对其中各个单元进行读又称读写存储器，指能够通过指令随机地、个别地对其中各个单元进行读/写写操作的一类存储器。操作的一类存储器。 在微机系统的在线运行过程中，只能对其进行读操作，而不能进行写操作在微机系统的在线运行过程中，只能对其进行读操作，而不能进行写操作的一类存储器。的一类存储器。 静态静态RAM动态动态RAM掩膜掩膜ROM（MROM）可编程可编程ROM（PROM）可擦除编程可擦除编程ROM（

7、EPROM）按工艺不同第5章 存储器原理及接口技术 13按在微机系统中的位置分类：按在微机系统中的位置分类：主存储器（内存，主存储器（内存，Main Memory） 辅助存储器（外存，辅助存储器（外存，External Memory） 用来存放计算机正在执行的或经常使用的程序和数据。用来存放计算机正在执行的或经常使用的程序和数据。CPU可以直接对它进可以直接对它进行访问。一般是由行访问。一般是由半导体存储器半导体存储器构成，通常装在主板上。存取速度快，但容构成，通常装在主板上。存取速度快，但容量有限，其大小受地址总线位数的限制。量有限，其大小受地址总线位数的限制。缓冲存储器（缓存，缓冲存储器（

8、缓存，Cache Memory） 用来存放不经常使用的程序和数据，用来存放不经常使用的程序和数据， CPU不能直接访问它。属计算机的外不能直接访问它。属计算机的外部设备部设备,是为弥补内存容量的不足而配置的，容量大，成本低，所存储信息既是为弥补内存容量的不足而配置的，容量大，成本低，所存储信息既可以修改也可以长期保存，但存取速度慢。需要配置专门的驱动设备才能完可以修改也可以长期保存，但存取速度慢。需要配置专门的驱动设备才能完成对它的访问，如硬盘、软盘驱动器等。成对它的访问，如硬盘、软盘驱动器等。位于主存与位于主存与CPU之间，其存取速度非常快，但之间，其存取速度非常快，但存储容量更小，可用来解

9、决存取速度与存储容存储容量更小，可用来解决存取速度与存储容量之间的矛盾，提高整个系统的运行速度。量之间的矛盾，提高整个系统的运行速度。 缓存是指临时文件交换区，电缓存是指临时文件交换区，电脑把最常用的文件从脑把最常用的文件从存储器存储器里里提出来临时放在缓存里，就像提出来临时放在缓存里，就像把工具和材料搬上工作台一样，把工具和材料搬上工作台一样，这样会比用时现去仓库取更方这样会比用时现去仓库取更方便。便。 第5章 存储器原理及接口技术 14最快的是最快的是CPU上镶的上镶的L1和和L2缓存，缓存，显卡显卡的显存是给的显存是给GPU用的缓存，硬盘上也有用的缓存，硬盘上也有16M或者或者32M的缓

10、存。的缓存。 左图上为硬盘控制左图上为硬盘控制芯片，下为硬盘缓芯片，下为硬盘缓存芯片存芯片 第5章 存储器原理及接口技术 15外外存存放在计算机放在计算机的主板上。的主板上。第5章 存储器原理及接口技术 16小结小结SAM顺序存储器SAM顺序存储器DAM直接存取存储器DAM直接存取存储器RAMRAM双极型双极型MOS型MOS型静态R A M（ SR A M）静态R A M（ SR A M）动态R A M（ DR A M）动态R A M（ DR A M）ROMROM掩膜R O M掩膜R O M可编程R O M （ PRO M ）可编程R O M （ PRO M ）光可擦除P R O M （ EP

11、RO M ）光可擦除P R O M （ EPRO M ）电可擦除P R O M （ E电可擦除P R O M （ E2 2PROM）PROM）快速电擦写存储器快速电擦写存储器（F lash Memory)（F lash Memory)外存储器外存储器内存储器内存储器存储器存储器什么是双极什么是双极型，什么是型，什么是MOS型型第5章 存储器原理及接口技术 17n存储器性能指标主要有三项：存储器性能指标主要有三项： ：反映存储器可存储信息量的指标。以反映存储器可存储信息量的指标。以字数字数每个字的字长每个字的字长表示。表示。 如如 某存储器存储容量为某存储器存储容量为64K8位，即位，即64K字

12、节字节64KB。：完成一次访问（读完成一次访问（读/写）存储器的时间。写）存储器的时间。 ：产品质量产品质量存取时间存取时间TA（Access Time）表示启动一次存储操作到完成该操）表示启动一次存储操作到完成该操作所经历时间；作所经历时间；存储周期存储周期TMC（Memory Cycle）两次独立的存储操作之间所需的）两次独立的存储操作之间所需的 最小时间间隔。最小时间间隔。容量的表示见容量的表示见下页，但现在下页，但现在通常用通常用BANK来衡量来衡量第5章 存储器原理及接口技术 18常用地址表示及计算方法n100H=256 BYTEq（00HFFH）n400H=100HX4=256X4

13、=1024=1K BYTEq（000H3FFH）n1000H=400HX4=1024X4=4096=4K BYTEq（000HFFFH）n10000H=1000HX16=4KX16=64K BYTEq（0000HFFFFH）n100000=64KX16=1024K=1Mq（00000HFFFFFH）必须熟记，否必须熟记，否则寸步难行则寸步难行!第5章 存储器原理及接口技术 19现代计算机中的存储器处于全机中心地位现代计算机中的存储器处于全机中心地位 容量大，速度快，成本低容量大，速度快，成本低 为解决三者之间的矛盾，目前通常采用为解决三者之间的矛盾，目前通常采用多级存储器体系结构多级存储器体系

14、结构，即使用即使用高速缓冲存储器、主存储器和外存储器高速缓冲存储器、主存储器和外存储器。 对存储器的要求是：对存储器的要求是： 寄存器寄存器Cache主存储器主存储器辅助存储器辅助存储器第5章 存储器原理及接口技术 20CPUCPU高速缓存高速缓存M M1 1M M2 2M M3 3M M4 4.MnMn外存外存2 2外存外存1 1外存外存3 3外存外存4 4.外存外存n n虚拟存储器虚拟存储器主存主存外存外存三级层次的存储器结构三级层次的存储器结构存储器存储器 的基本结构的基本结构第5章 存储器原理及接口技术 21微型计算机存储层次图微型计算机存储层次图 呈现金字塔形结呈现金字塔形结构，越往

15、上存储器构，越往上存储器件的速度越快，件的速度越快，CPU的访问频度越的访问频度越高；同时价格也越高；同时价格也越高，系统拥有量越高，系统拥有量越小。小。第5章 存储器原理及接口技术 22 微型计算机存储层次图 寄存器位于塔寄存器位于塔顶端，数量有限、顶端，数量有限、存取速度最快，存取速度最快，它和它和CPU关系最关系最密切。向下依次密切。向下依次是是Cache、主存、主存储器、辅助存储储器、辅助存储器。位于塔底的器。位于塔底的存储设备，其容存储设备，其容量最大，每位价量最大，每位价格最低，但速度格最低，但速度最慢。最慢。 所以一个系统到底要用什么样所以一个系统到底要用什么样的存储器取决于性价

16、比的存储器取决于性价比第5章 存储器原理及接口技术 23n半导体存储器一般由以下部分组成：半导体存储器一般由以下部分组成： 下面分别下面分别解释各部解释各部分作用。分作用。第5章 存储器原理及接口技术 24 第5章 存储器原理及接口技术 25(1) 单译码方式单译码方式 第5章 存储器原理及接口技术 26Ap-1Ap-2A1A0N 取 1 译 码 器基本存储电路p个输入M位位位位线线D0D1DM1N根字线根字线N=2p 个地址个地址W0W1 选中的字线输出M位Wn-1输出缓冲放大器十根地址线存储单元？十根地址线存储单元？第5章 存储器原理及接口技术 27(2) 双译码方式双译码方式第5章 存储

17、器原理及接口技术 28A0A1A2A3A4X0X31.W0,0W31,0W0,31W31,31Y0Y31基本存储电路R/W控制Y(列)地址译码及I/O控制数据输入数据输出A5A6A7A8A9 X(行)地址译码器5根线根线选多选多少单少单元？元？A0A1A2A3A4第5章 存储器原理及接口技术 29 第5章 存储器原理及接口技术 30 第5章 存储器原理及接口技术 31第5章 存储器原理及接口技术 32静态随机存取存储器静态随机存取存储器SRAM动态随机存取存储器动态随机存取存储器DRAMRAM (Random Access Memory)意指随机存取存储器。 其工作特点是：在微机系统的工作过程

18、中，可以随机地对其中的各个存储单元进行读写操作。 第5章 存储器原理及接口技术 33n基本存储单元（可以不看）基本存储单元（可以不看）基本工作原理基本工作原理VCC(+5V)T3T2T1T4VCCT3T1T4T2X地址译码线ABD0D0T5T6T7T8(I/O)I/O接Y地址译码器AB(b) 六管基本存储电路(a) 六管静态存储单元的原理示意图T1截止A=“1”T2导通B=“0”T1截止（稳定）T1导通A“0”T2截止 B“1”T1导通（稳定）读出操作读出操作写入操作写入操作X译码与Y译码信号消失后，T5T8都截止。由于存储单元有电源及负载管，可以不断地向栅极补充电荷，依靠两个反相器的交叉控制

19、，只要不掉电，就能保持写入的信息“1”，而不用刷新。 X译码高电平T5,T6导通Y译码高电平T7、T8导通 这种存储电路的读出过程是非破坏性的，即信息在读出之后，原存储电路的状态不变。第5章 存储器原理及接口技术 34nSRAM的不同规格，如2101（2564位）、2102（1K1位）、2114（1K4位）、4118（1K8位）、6116（2K8位）已停产，很难买到。 现在常用型号：现在常用型号：6264（8K8位）和位）和62256（32K8位）等。位）等。第5章 存储器原理及接口技术 35n典型存储器典型存储器静态静态RAM存储器芯片存储器芯片Intel 2114 （1）外部结构 A0-A

20、9：10根地址信号输入引脚。 ： 读写控制信号输入引脚，当为低电平时，使输入三态门导通，信息由数据总线通过输入数据控制电路写入被选中的存储单元；反之从所选中的存储单元读出信息送到数据总线。 I/O1I/O4 ：4根数据输入输出信号引脚 ： 低电平有效，通常接地址译码器的输出端。 +5V： 电源。 GND：地。WECS123456789181716151413121110A1A2A3A4A5A6A0CSGNDVCCA7A8A9I/O1I/O2I/O3I/O4WE引脚图I/O的意思是的意思是INPUT&OUTPUT第5章 存储器原理及接口技术 36n典型存储器典型存储器静态静态RAM存储器芯片存储

21、器芯片Intel 2114(1KX4) （2）内部结构 存储矩阵：存储矩阵：4096个存储电路（6464矩阵） 地址译码器：地址译码器：输入为10根线，采用两级译码方式，其中6根用于行译码，4根用于列译码； I/O控制电路：控制电路：分为输入数据控制电路和列IO电路，用于对信息的输入输出进行缓冲和控制； 片选及读写控制电路：片选及读写控制电路：用于实现对芯片的选择及读写控制。A3A4A5A6A7A8行选择64 64存储矩阵.VCCGND输入数据控制I / O1I / O2I / O3I / O4列 I/O 电路列选择. . . . . .A0A2A1A9CSWEWE控制读或写第5章 存储器原理

22、及接口技术 37n基本存储单元基本存储单元基本工作原理基本工作原理：依靠T1管栅极电容的充放电原理来保存信息。 当栅极电容上充有电荷时，表示该单元保存信息“1”。当栅极电容上没有电荷时，表示该单元保存信息“0”。 T1ESD ESCD字选线数据线单管动态存储单元 写入操作写入操作 字选择线为高电平，T1管导通，写信号通过位线存入电容C中； 读操作读操作 字选择线仍为高电平，存储在电容C上的电荷，通过T1输出到数据线上，通过读出放大器，即可得到所保存的信息。刷新操作刷新操作 电容上所保存的电荷时间长了就会泄漏，造成了信息的丢失。因此，在动态RAM的使用过程中，必须及时地向保存“1”的那些存储单元

23、补充电荷，以维持信息的存在。第5章 存储器原理及接口技术 38n典型存储器典型存储器动态动态RAM存储器芯片存储器芯片Intel 2164A (64KX1)（1）外部结构 A0A7：地址信号的输入引脚，用来分时接收CPU送来的8位行、列地址； ：行地址选通信号输入引脚，低电平有效，兼作芯片选择信号。当为低电平时，表明芯片当前接收的是行地址； ：列地址选通信号输入引脚，低电平有效，表明当前正在接收的是列地址(此时应保持为低电平)； ：写允许控制信号输入引脚，当其为低电平时， 执行写操作；否则，执行读操作。 DIN：数据输入引脚； DOUT：数据输出引脚； VDD：十5V电源引脚； Css：地；

24、N/C：未用引脚。WERASCAS12345678910111213141516N/CDINWERASA0A2A1VDDVSSCASDOUTA6A5A4A3A78根地址根地址线怎么可线怎么可以选以选64K单元单元第5章 存储器原理及接口技术 39n典型存储器动态RAM存储器芯片Intel 2164A （2）内部结构 存储体：存储体：64K1； 地址锁存器：地址锁存器：Intel 2164A采用双译码方式，其16位地址信息要分两次送入芯片内部，在芯片内部有一个能保存8位地址信息的地址锁存器； 数据输入缓冲器：数据输入缓冲器： 用以暂存输入的数据； 数据输出缓冲器：数据输出缓冲器： 用以暂存要输出

25、的数据； 1/4I/O门电路：门电路：由行、列地址信号的最高位控制，能从相应的4个存储矩阵中选择一个进行输入输出操作；8位地址锁存器1/4I/O门 输出缓冲器A0A1A2A3A4A5A6A7DOUTVDDVSS行时钟缓冲器列时钟缓冲器写允许时钟缓冲器数据输入缓冲器RASCASWEDIN128128存储矩阵1/128行译码器128128存储矩阵128读出放大器1/2(1/128列译码器)128读出放大器128读出放大器128读出放大器1/2(1/128列译码器)128128存储矩阵128128存储矩阵1/128行译码器第5章 存储器原理及接口技术 40n典型存储器动态RAM存储器芯片Intel

26、2164A （2）内部结构 行、列时钟缓冲器：行、列时钟缓冲器：用以协调行、列地址的选通信号； 写允许时钟缓冲器：写允许时钟缓冲器：用以控制芯片的数据传送方向； 128读出放大器：读出放大器：与4个128128存储阵列相对应，接收由行地址选通的4128个存储单元的信息，经放大后，再写回原存储单元，是实现刷新操作的重要部分； 1/128行、列译码器：行、列译码器： 分别用来接收7位的行、列地址，经译码后，从128128个存储单元中选择一个确定的存储单元，以便对其进行读/写操作。 8位地址锁存器1/4I/O门 输出缓冲器A0A1A2A3A4A5A6A7DOUTVDDVSS行时钟缓冲器列时钟缓冲器写

27、允许时钟缓冲器数据输入缓冲器RASCASWEDIN128128存储矩阵1/128行译码器128128存储矩阵128读出放大器1/2(1/128列译码器)128读出放大器128读出放大器128读出放大器1/2(1/128列译码器)128128存储矩阵128128存储矩阵1/128行译码器第5章 存储器原理及接口技术 41q双极型：速度快（10ns） 、集成度低、功耗大qMOS型：速度慢、集成度高、功耗低小容量非易失低慢带微型电池NVRAM大容量系统高慢极间电容DRAM小容量系统低快触发器SRAM应用集成度速度组成单元第5章 存储器原理及接口技术 42n以前的内存以前的内存内存分成两种Static

28、 RAM（SRAM，静态随机存贮器）和Dynamic RAM（DRAM，动态随机存贮器）。SRAM速度快，但制造成本高，这种内存多见于Pentium时代的主板上，用来做高速缓存(Cache)。这种缓存的逻辑位置介于CPU和DRAM之间，使用它可以大大减少CPU的等待时间，并提高系统性能。因此，这种缓存也称为二级缓存(L2 Cache)。随着Intel将L2 Cache集成到CPU（Medocino核心Celeron之后的绝大多数型号）后，AMD也开始将L2 Cache集成到CPU中，目前SRAM在主板上几乎已经找不到踪影了。第5章 存储器原理及接口技术 43SRAM的外形和普通的内存就完全不一

29、样，而且只有在早期支持486主板以及Pentium级CPU的Socket 7和Super 7规格的主板上才能找到它们 第5章 存储器原理及接口技术 44n目前的主流内存目前的主流内存我们目前提到的内存大多是指DRAM，这个名词现在的意义已经被用来泛指所有的PC主内存。目前常见的DRAM包括SDRAM、DDR SDRAM和RAMBUS(也称RDRAM)。DRAM有三种接口类型早期的SIMM和现在的标准DIMM(Double In-line Memory Module)，以及Intel主推的RIMM(RAMBUS In-line Memory Module)。 。Synchronous Dynam

30、ic Random Access Memory Double Data Rate第5章 存储器原理及接口技术 45SIMM内存条是486及其他较早的PC机中常用的内存的接口方式，现已被淘汰。这种内存只有72个接触点，因此又被称为72线内存。图中所示的就是486及奔腾时代早期最常见的EDO DRAM内存条。 第5章 存储器原理及接口技术 46nDIMM DIMM由于存在SDRAM和DDR SDRAM之分，而有两种标准在市面上共存，即普通的DIMM和DDR DIMM。从外形上看，普通的SDRAM内存条和DDR SDRAM条几乎没有什么区别，但仔细观察还是可以发现一些不同之处。我们常说的SDRAM就

31、是DIMM内存条，它共有168(842面)个接触点，故而这种内存又被称为168线内存；而新标准的DDR SDRAM则具有184个接触点。第5章 存储器原理及接口技术 47虽然SDRAM内存条和DDR SDRAM内存条的长度相同，而且其内存颗粒的形状也几乎完全一样。但仔细观察的话会发现，SDRAM的金手指处有两个缺口，而DDR SDRAM只有一个缺口，这是辨别SDRAM和DDR SDRAM最简单有效的办法。 第5章 存储器原理及接口技术 48这是Intel和RAMBUS公司主推的RDRAM内存条，它采用的接口为RIMM。它也有184个接触点，但这种内存条从外观上很容易和SDRAM或DDR SDR

32、AM区分它有一个用于屏蔽作用的金属外壳罩在内存颗粒上。 第5章 存储器原理及接口技术 491。ECC RAM:ECC是Error Checking and Correcting(错误检查和纠正)，ECC是用来检验存储在DRAM中的整体数据的一种电子方式2。EDO RAM和突发模式 RAM3。同步RAM（Synchronous RAM，简称SDRAM）-内存名称的代名词4。RAMBUS内存：简单的说RAMBUS内存就是一种高性能、芯片对芯片接口技术的新一代存储产品，它使得新一代的处理器可以发挥出最佳的功能6。DDR SDRAM:DDR是双倍数据速率（Double Data Rate), DDR内

33、存就是SDRAM内存的加强版。它主要是利用时钟脉冲的上升沿与下降沿传输数据，相当于原来两倍的频率的工作效率7。Virtual Channel Memory（VCM）8。SLDRAM（Synchnonous Link DRAM）9。DIMM（Dual In-line Memory Modules），双边接触内存模组，由于是双边的，所以共有842=168线接触，所以人们常把这种内存称为168线内存。SIMM（Single In-line Memory Modules），单边接触内存模组， 72线内存第5章 存储器原理及接口技术 50掩模式掩模式ROMMROM（Mask ROM）可编程可编程ROMP

34、ROM（Programmable ROM）可擦除可编程可擦除可编程ROMEPROM（Erasable Programmable ROM）电可擦除可编程电可擦除可编程ROMEEPROM（Electrically Erasable Programmable ROM）快擦型存储器快擦型存储器(F1ash Memory) ROM (Read Only Memory) 意指只读存储器。 其工作特点是：在微机系统的在线运行过程中，只能对其进行读操作，而不能进行写操作。电源关断，信息不会丢失，属于非易失性存储器件；常用来存放不需要改变的信息。第5章 存储器原理及接口技术 51nROM存储位T1和电子开关和电

35、子开关S构成一个存储位。构成一个存储位。X选择线端加上选中信号S断开D“1”X选择线端加上选中信号S闭合D“0”nROM的组成161位ROM结构信息“1”信息“0”第5章 存储器原理及接口技术 52nMROM是厂家根据用户事先编写好的机器码程序，把0、1信息存储在掩模图形中而制成的芯片。芯片制成后，存储位的状态即0、1信息就被固定了。第5章 存储器原理及接口技术 53掩膜掩膜ROM特点：特点：(1) 器件制造厂在制造时编制程序器件制造厂在制造时编制程序,用户用户不能修改。不能修改。(2) 用于产品批量生产。用于产品批量生产。(3) 可由二极管和三极管电路组成。可由二极管和三极管电路组成。第5章

36、 存储器原理及接口技术 54nPROM一种可由用户通过简易设备写入信息的ROM器件 。存储原理：存储原理：（1）二极管破坏型PROM PROM存储器在出厂时，存储体中每条字线和位线的交叉处都是两个反向串联的二极管的PN结，字线与位线之间不导通（即所有存储内容均为“1”）。如果用户需要写入程序，则通过专门的PROM写入电路，产生足够大的电流把要写入“1”的那个存储位上的二极管击穿，造成这个PN结短路，只剩下顺向的二极管跨连字线和位线，这时，此位就意味着写入了“1”。（2）熔丝式PROM 用户编程时，靠专用写入电路产生脉冲电流，来烧断指定的熔丝，以达到写入“1”的目的。PROM器件只能固化一次程序

37、，数据写入后，就不能再改变了！器件只能固化一次程序，数据写入后，就不能再改变了！一次性！一次性！第5章 存储器原理及接口技术 55特点：特点：(1) 出厂时里面没有信息。出厂时里面没有信息。(2) 用户根据自己需要对其进行设置用户根据自己需要对其进行设置(编程编程)。(3) 只能使用一次，一旦进行了编程不能擦只能使用一次，一旦进行了编程不能擦除其内信息。除其内信息。 PROM第5章 存储器原理及接口技术 56n基本存储单元基本存储单元初始态：初始态：每个单元的浮动栅极上都没有电荷，源极与漏极之间不导电，此时表示该存储单元保存的信息为“1”。 写入信息写入信息“0”：在漏极和源极（即S）之间加上

38、十25v的电压，同时加上编程脉冲信号(50ns)，漏极与源极间被瞬时击穿，电子注入到浮动栅。在高压电源去除之后，浮动栅为负，就形成了导电沟道，从而使相应单元导通，即将0写入该单元。清除信息清除信息：用一定波长的紫外光照射浮动栅，使负电荷获取足够的能量，摆脱SiO2的包围，以光电流的形式释放掉，即原来存储的信息也就不存在了。（2716、2732停产）、停产）、2764、27128、27256等。等。第5章 存储器原理及接口技术 57n典型典型EPROM 芯片芯片Intel 2716 (2KX8)A1A2A3A4A5A6A7O1O2O0A0地VCCA8A9VPPOEA10CEO7O6O5O4O3V

39、CC地VPPOEOE输出允许片选 和编程逻辑译码y x译码输出缓冲. 门y16K Bit存储矩阵地址输入 数据输出O0O7A0A10123456789101112131415161718192021222324（1）外部结构 Al0A0：地址信号输入引脚，可寻址芯片的2K个存储单元； O7O0： 双向数据信号输入输出引脚； ：片选信号输入引脚，低电平有效，只有当该引脚转入低电平时，才能对相应的芯片进行操作； ：数据输出允许控制信号引脚，输入，低电平有效，用以允许数据输出； Vcc：+5v电源，用于在线的读操作； VPP：+25v电源，用于在专用装置上进行写操作； GND：地。CEOE第5章 存

40、储器原理及接口技术 58n典型典型EPROM 芯片芯片Intel 2716A1A2A3A4A5A6A7O1O2O0A0地VCCA8A9VPPOEA10CEO7O6O5O4O3VCC地VPPOEOE输出允许片选 和编程逻辑译码y x译码输出缓冲. 门y16K Bit存储矩阵地址输入 数据输出O0O7A0A10123456789101112131415161718192021222324（2）内部结构 存储阵列存储阵列；Intel2716存储器芯片的存储阵列由2K8个带有浮动栅的MOS管构成，共可保存2K8位二进制信息； X译码器译码器：又称为行译码器，可对7位行地址进行译码； Y译码器译码器：又

41、称为列译码器，可对4位列地址进行译码； 输出允许、片选和编程逻辑输出允许、片选和编程逻辑：实现片选及控制信息的读/写； 数据输出缓冲器数据输出缓冲器：实现对输出数据的缓冲。第5章 存储器原理及接口技术 59n典型典型EPROM 芯片芯片Intel 2716（3）工作方式A1A2A3A4A5A6A7O1O2O0A0地VCCA8A9VPPOEA10CEO7O6O5O4O3VCC地VPPOEOE输出允许片选 和编程逻辑译码y x译码输出缓冲. 门y16K Bit存储矩阵地址输入 数据输出O0O7A0A10123456789101112131415161718192021222324方式引脚状态VPP

42、数据线状态读出005VDOUT（输出）未选中15V高阻抗待用15V高阻抗编程输入宽52ms正脉冲125VDIN（输入）校验编程内容0025VDOUT（输出）禁止编程0125V高阻抗CEOE第5章 存储器原理及接口技术 60常用的常用的EPROM芯片芯片 型号容量结构最大读出时间/ns制造工艺需用电源/V管脚数27081K8bit350450NMOS5，+122427162K8bit300450NMOS+5242732A4K8bit200450NMOS+52427648 K8bit200450HMOS+5282712816K8bit250450HMOS+5282725632K8bit200450

43、HMOS+5282751264K8bit250450HMOS+52827513464K8bit250450HMOS+528第5章 存储器原理及接口技术 61特点：特点：(1) 可以多次修改擦除。可以多次修改擦除。(2) EPROM通过紫外线光源擦除通过紫外线光源擦除(编程后，编程后，窗口应贴上不透光胶纸窗口应贴上不透光胶纸)。(3) E2PROM电可擦除。电可擦除。EPROM第5章 存储器原理及接口技术 62工作原理：工作原理： 与EPROM类似，当浮动栅上没有电荷时，管子的漏极和源极之间不导电，若设法使浮动栅带上电荷，则管子就导通。 擦除可以按字节分别进行；可以进行在线的编程写入（字节的编程

44、和擦除都只需要10ms，并且不需特殊装置）E2PROM结构示意图编程：编程： 在E2PROM中，漏极上面增加了一个隧道二极管，它在第二栅与漏极之间的电压VG的作用下，可使电荷通过它流向浮动栅； 擦除：擦除： VG的极性相反可以使电荷从浮动栅流向漏极。第5章 存储器原理及接口技术 63应用特性：应用特性： （1 1）对硬件电路没有特殊要求，编程简）对硬件电路没有特殊要求，编程简单。单。 （2 2）采用）采用5V5V电源擦写的电源擦写的E2PROME2PROM，通常，通常不需要设置单独的擦除操作，可在写入不需要设置单独的擦除操作，可在写入过程中自动擦除。过程中自动擦除。 （3 3）E2PROME2

45、PROM器件大多是并行总线传输的器件大多是并行总线传输的第5章 存储器原理及接口技术 64常用的常用的E2PROM芯片芯片 型号 参数28162816A28172817A2864A取数时间/ns250200250250200250250读电压VPP/V55555写/擦电压VPP/V2152155字节擦写时间/ms10915101010写入时间/ms10915101010封装DIP24DIP24DIP28DIP28DIP28第5章 存储器原理及接口技术 65Flash Memory快擦型存储器快擦型存储器： 是不用电池供电的、高速耐用的非易失性半导体存储器。结构与是不用电池供电的、高速耐用的非易

46、失性半导体存储器。结构与EPROM 相同。相同。其特点是：其特点是：n可以整体电擦除（时间可以整体电擦除（时间1S1S）和按字节重新高速编程。）和按字节重新高速编程。n是完全非易失性的，可以完全代替是完全非易失性的，可以完全代替E2RPOME2RPOM。n能进行高速编程。能进行高速编程。如如: 28F256: 28F256芯片，每个字节编程需芯片，每个字节编程需100s100s， 整个芯片整个芯片0.5s0.5s； 最少可以擦写一万次，通常可达到最少可以擦写一万次，通常可达到1010万次；万次；nCMOS CMOS 低功耗，最大工作电流低功耗，最大工作电流30mA30mA。n与与E2PROME

47、2PROM进行比较具有容量大、价格低、可靠性高等明显优势。进行比较具有容量大、价格低、可靠性高等明显优势。n快擦型存储器还可应用于激光打印机、条形码阅读器、各种仪器设备以快擦型存储器还可应用于激光打印机、条形码阅读器、各种仪器设备以及计算机的外部设备中。及计算机的外部设备中。n典型的芯片有典型的芯片有27F256/28F016/28F02027F256/28F016/28F020等。等。第5章 存储器原理及接口技术 66特点：特点：固有的非易失性固有的非易失性 它不同于静态它不同于静态RAM，不需要备用电池来确保，不需要备用电池来确保数据存留，也不需要磁盘作为动态数据存留，也不需要磁盘作为动态

48、RAM的后备存的后备存储器。储器。 (2) 经济的高密度经济的高密度 Intel的的1M位闪速存储器的成本按每位计要比位闪速存储器的成本按每位计要比静态静态RAM低一半以上。闪速存储器的成本仅比容低一半以上。闪速存储器的成本仅比容量相同的动态量相同的动态RAM稍高，但却节省了辅助（磁盘稍高，但却节省了辅助（磁盘）存储器的额外费用和空间。）存储器的额外费用和空间。 第5章 存储器原理及接口技术 67特点：特点：(3) 可直接执行可直接执行 由于省去了从磁盘到由于省去了从磁盘到RAM的加载步骤，查的加载步骤，查询或等待时间仅决定于闪速存储器，用户可充分询或等待时间仅决定于闪速存储器，用户可充分享受

49、程序和文件的高速存取以及系统的迅速启动享受程序和文件的高速存取以及系统的迅速启动。 (4) 固态性能固态性能 闪速存储器是一种低功耗、高密度且没有移闪速存储器是一种低功耗、高密度且没有移动部分的半导体技术。便携式计算机不再需要消动部分的半导体技术。便携式计算机不再需要消耗电池以维持磁盘驱动器运行，或由于磁盘组件耗电池以维持磁盘驱动器运行，或由于磁盘组件而额外增加体积和重量。用户不必再担心工作条而额外增加体积和重量。用户不必再担心工作条件变坏时磁盘会发生故障。件变坏时磁盘会发生故障。 第5章 存储器原理及接口技术 68 掩膜掩膜ROMROM内容只能读出，不能改变内容只能读出，不能改变. .半导体

50、厂家用掩膜技术写入程序半导体厂家用掩膜技术写入程序成本低，成本低，适用于批量生产适用于批量生产不适用研究工作不适用研究工作 PROM PROM可编程可编程ROMROM内容只能读出，不能改变内容只能读出，不能改变. .用户使用特殊方法进行编程，只用户使用特殊方法进行编程，只能写一次，一次编程不能修改。能写一次，一次编程不能修改。适用于批量生产适用于批量生产不适用研究工作不适用研究工作EPROMEPROM光可擦除光可擦除PROMPROM固化程序用紫外线光照固化程序用紫外线光照5 51515分钟擦除，分钟擦除，擦除后可以重新固化新的程擦除后可以重新固化新的程序和数据。序和数据。用户可以对芯片进行多次

51、编程用户可以对芯片进行多次编程和擦除。和擦除。适用于研究工作适用于研究工作不适用于批量生不适用于批量生产。产。E E2 2PROMPROM电可擦除电可擦除PROMPROM实现全片和字节擦写改写，实现全片和字节擦写改写，作为非易失性作为非易失性RAMRAM使用。使用。集成度和速度不及集成度和速度不及EPROMEPROM，价格高，价格高，擦写在原系统中在线进行。擦写在原系统中在线进行。Flash MemoryFlash Memory快速电擦写存储器快速电擦写存储器可以整体电擦除（时间可以整体电擦除（时间1S1S）和按字节重新高速编程。和按字节重新高速编程。CMOS CMOS 低功耗；低功耗；编程快

52、编程快（每个字节编程（每个字节编程100s100s 整个芯片整个芯片0. 5s0. 5s）；）；擦写次数多擦写次数多（通常可达到（通常可达到1010万）万）与与E E2 2PROMPROM比较：容量大、价格比较：容量大、价格低、可靠性高等优势。低、可靠性高等优势。用于用于PCPC机内装操作机内装操作系统和系统不能丢系统和系统不能丢失初始功能的专门失初始功能的专门领域。需要周期性领域。需要周期性地修改被存储的数地修改被存储的数据表的场合。据表的场合。分类分类信息存取方式信息存取方式特点特点用途用途只读存储器只读存储器ROM分类分类小结小结第5章 存储器原理及接口技术 69n串行存储器基于IIC总

53、线或SPI总线nMMUmemory management unit 第5章 存储器原理及接口技术 701试说明存储器系统的主要性能指标。试说明存储器系统的主要性能指标。2存储器的哪一部分用来存储程序指令及像常数和查找表一类的固存储器的哪一部分用来存储程序指令及像常数和查找表一类的固定不变的信息？哪一部定不变的信息？哪一部 分用来存储经常改变的数据？分用来存储经常改变的数据？3术语术语“非易失性存储器非易失性存储器”是什么意思？是什么意思？PROM和和EPROM分别代分别代表什么意思？表什么意思？4微型计算机中常用的存储器有哪些类型？它们各有何特点？分别微型计算机中常用的存储器有哪些类型？它们各

54、有何特点？分别适用于哪些场合？适用于哪些场合？5试比较静态试比较静态RAM和动态和动态RAM的优缺点，并说明有何种方法可解的优缺点，并说明有何种方法可解决掉电时动态决掉电时动态RAM。学完这节以后大学完这节以后大家应该知道如何家应该知道如何根据课题的目的根据课题的目的选择存储器选择存储器第5章 存储器原理及接口技术 71 nEPROMEPROM是指是指_。qA A。读写存储器。读写存储器 B B。只读存储器。只读存储器 C C。可编程的只读存储器。可编程的只读存储器 D D。光。光擦除可编程的只读存储器擦除可编程的只读存储器n系统总线中地址线的功能是系统总线中地址线的功能是_。qA. A. 用

55、于选择主存单元地址用于选择主存单元地址B. B. 用于选择进行信息传输的设备用于选择进行信息传输的设备qC. C. 用于选择外存地址用于选择外存地址D. D. 用于指定主存和用于指定主存和I/OI/O设备接口电路的设备接口电路的地址地址n某存储器芯片的存储容量为某存储器芯片的存储容量为8K8 8位，则它的地址线和数据线引脚相位，则它的地址线和数据线引脚相加的和为加的和为qA. 12 B. 13 C. 21 D. 22A. 12 B. 13 C. 21 D. 22第5章 存储器原理及接口技术 72E3E2E1CBAY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y774LS1385VA19A18A17A16A15第

56、5章 存储器原理及接口技术 731 12 23 34 45 56 67 78 89 91010111112121313141415151616171718181919202021212222232324242525262627272828A14A14A12A12A7A7A6A6A5A5A4A4A3A3A2A2A1A1A0A0D0D0D1D1D2D2GNDGNDD3D3D4D4D5D5D6D6D7D7CSCSA10A10OEOEA11A11A9A9A8A8A13A13WEWEVccVcc6225662256引脚图引脚图A14A14A13A13A12A12A11A11A10A10A9A9A8A8A

57、7A7A6A6A5A5A4A4A3A3A2A2A1A1A0A0OEOECSCSWEWED7D7D6D6D5D5D4D4D3D3D2D2D1D1D0D06225662256逻辑图逻辑图第5章 存储器原理及接口技术 74高阻输出输入10100未选中读操作写操作I/O4I/O1WE*CS*工作方式第5章 存储器原理及接口技术 75011CS210WE*高阻高阻输出输入01100未选中未选中读操作写操作D7D0OE*CS1*工作方式第5章 存储器原理及接口技术 7625V25V25V5V5V5VVPP高阻5V10编程禁止输出5V00编程校验输入5V1正脉冲编程写入高阻5V10读出禁止输出5V00读出高

58、阻5V1待用DO7DO0VCCOE*CE*/PGM工作方式第5章 存储器原理及接口技术 771A9输出编码5V12V00Intel标识输入25V负脉冲10标准编程0110OE*25V25V25V5V5V5VVPP高阻1编程禁止输出10编程校验输入负脉冲0Intel编程高阻1待用高阻10读出禁止输出10读出DO7DO0PGM*CE*工作方式第5章 存储器原理及接口技术 7801OE*10WE*输出高阻输入高阻高阻0010读出维持字节写入I/O7I/O0RDY/BUSY*CE*工作方式第5章 存储器原理及接口技术 79010OE*1负脉冲1WE*输出高阻输入输出0100读出维持写入数据查询I/O7

59、I/O0CE*工作方式第5章 存储器原理及接口技术 80A1A0F0 F1 F2 F3A19A18A17A16A15（b）（a）A0Y0Y1Y第5章 存储器原理及接口技术 811 12 23 34 45 56 67 78 89 91010111112121313141415151616A AB BC CE1E1E2E2E3E3Y7Y7GNDGNDY6Y6Y5Y5Y4Y4Y3Y3Y2Y2Y1Y1Y0Y0VccVcc74LS13874LS138引脚图引脚图Y0Y0Y1Y1Y2Y2Y3Y3Y4Y4Y5Y5Y6Y6Y7Y7E3E3E2E2E1E1C CB BA A74LS13874LS138原理图原理图