第6章主存储器1.ppt

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1、 半导体存储器的分类半导体存储器的分类6.1读写存储器（读写存储器（RAMRAM）6.2现代现代RAMRAM6.3只读存储器（只读存储器（ROMROM）6.4计算机系统对存储器的要求计算机系统对存储器的要求:容量要大、存取速度要容量要大、存取速度要快，成本低。快，成本低。计算机系统都是采用多级存储体系结构：计算机系统都是采用多级存储体系结构：寄存器寄存器 速度变慢速度变慢高速缓存（高速缓存（CACHE)CACHE)成本变低成本变低主存储器主存储器(内存储器内存储器)容量增大容量增大辅助辅助(外外)存储器存储器 与与CPUCPU数据交换减少数据交换减少 网络存储器网络存储器如图如图6-16-1所

2、示。所示。半导体存储器从半导体存储器从使用功能上划分使用功能上划分：读写存储器读写存储器RAM(RandomRAM(Random Access Memory)Access Memory)（随机存取存储器）（随机存取存储器）只读存储器只读存储器ROM(ReadROM(Read Only Memory)Only Memory)RAM:RAM:可读可写；主要用来可读可写；主要用来存放各种现场的输入输出数据、中间存放各种现场的输入输出数据、中间计算结果、与外存交换的信息以及作为堆栈使用；计算结果、与外存交换的信息以及作为堆栈使用；掉电后信息掉电后信息会丢失。会丢失。ROMROM：正常工作时是读出方式；

3、主要用来：正常工作时是读出方式；主要用来存放各种管理、监控存放各种管理、监控程序、操作系统基本输入输出程序（程序、操作系统基本输入输出程序（BIOS)BIOS)；掉电后信息不会掉电后信息不会丢失。丢失。半导体存储器的分类半导体存储器的分类E2PROMFLASH ROM6.1.1 RAM6.1.1 RAM的种类的种类RAMRAM分为双极型分为双极型(Bipolar)(Bipolar)和和MOS RAMMOS RAM两大类。两大类。各种各种RAMRAM特点：特点：共同点：信息易失性。共同点：信息易失性。双极型双极型RAM:RAM:由由TTLTTL晶体管逻辑电路组成；存取速度快晶体管逻辑电路组成；存

4、取速度快（10ns10ns以下）；集成度低；功耗大；用于高速微机中。以下）；集成度低；功耗大；用于高速微机中。静态静态RAMRAM（SRAM):SRAM):以触发器为基本存储电路；速度较快；以触发器为基本存储电路；速度较快；集成度较低；功耗大；用于集成度较低；功耗大；用于CACHECACHE（高速缓存）。（高速缓存）。动态动态RAMRAM（DRAM):DRAM):利用电容存储信息；速度低；集成度高；利用电容存储信息；速度低；集成度高；功耗低；功耗低；需要定时刷新；价格低；需要定时刷新；价格低；用于大容量内存用于大容量内存6.1.2 ROM6.1.2 ROM的种类的种类1.1.掩模掩模ROMRO

5、M：早期的早期的ROMROM由半导体厂商按照某种固定线路制造的，由半导体厂商按照某种固定线路制造的，制造好以后就只能读不能改变。这种制造好以后就只能读不能改变。这种ROMROM适用于批量生产适用于批量生产的产品中，成本较低，但不适用于研究工作。的产品中，成本较低，但不适用于研究工作。2.2.可编程序的只读存储器可编程序的只读存储器PROM(ProgrammablePROM(Programmable ROM)ROM)可由用户对它进行编程，用户只能写一次，已不常用。可由用户对它进行编程，用户只能写一次，已不常用。3.3.可擦去的可编程只读存储器可擦去的可编程只读存储器EPROM(ErasableE

6、PROM(Erasable PROM)PROM)可用紫外线擦除内容；可以多次改写；但需要专用的擦可用紫外线擦除内容；可以多次改写；但需要专用的擦除、写入设备；写入信息很慢（写一个字节除、写入设备；写入信息很慢（写一个字节50MS)50MS)；4.电可擦除电可擦除EPROM（E2PROM)：类似类似EPROM；擦除、写入可在线进行。；擦除、写入可在线进行。5.FLASH ROM:电子盘、数码相机等使用。电子盘、数码相机等使用。6.2.1 6.2.1 基本存储电路基本存储电路 基本存储电路基本存储电路是组成存储器的基础和核心，它是组成存储器的基础和核心，它用来存储一位二进制信息：用来存储一位二进制

7、信息：“0”0”或或“1”1”。在在MOSMOS存储器中，基本存储电路分为：存储器中，基本存储电路分为：静态存储电路：六管静态存储电路静态存储电路：六管静态存储电路 动态存储电路：单管存储电路（电容存储信息）动态存储电路：单管存储电路（电容存储信息）1.1.六管静态存储电路六管静态存储电路静态存储电路是由两个增强型的静态存储电路是由两个增强型的NMOSNMOS反相反相器交叉耦合而成的器交叉耦合而成的触发器触发器。如图如图6-3(a)6-3(a)所示。所示。双稳态触发器双稳态触发器六管静态存储电路六管静态存储电路（1 1）双稳态触发器：）双稳态触发器：T1T1、T2T2为控制管为控制管 T3T3

8、、T4T4为负载管为负载管这个电路具有两个不同的稳定状态：这个电路具有两个不同的稳定状态：若若T1T1截止，截止，A=“1”(A=“1”(高电平高电平)，它使，它使T2T2开启，开启，B=“0”(B=“0”(低电低电平平)而而B=“0”B=“0”又保证了又保证了T1T1截止，状态稳定。截止，状态稳定。T1T1开启，开启，T2T2截止的状态也是互相保证而稳定的。截止的状态也是互相保证而稳定的。因此，可以用这两种不同状态分别表示因此，可以用这两种不同状态分别表示“1”1”或或“0”0”。（2 2）六管静态存储电路：）六管静态存储电路：当当X X的译码输出线为高电平的译码输出线为高电平时时:T5:T

9、5、T6T6管导通，管导通，A A、B B端就与位端就与位线线D0D0和和D0#D0#相连；当这个电路被选中时，相连；当这个电路被选中时，相应的相应的Y Y译码输出也译码输出也是高电平是高电平，故，故T7T7、T8T8管管(它们是一列公用的它们是一列公用的)也是导通的，于也是导通的，于是是D0D0和和D0#(D0#(这是存储器内部的位线这是存储器内部的位线)就与输入输出电路就与输入输出电路I/OI/O及及I/O#(I/O#(这是指存储器外部的数据线这是指存储器外部的数据线)相通。相通。写入信息：写入信息：I/OI/O经经T7T7、T5T5写入写入A A端。端。I/O#I/O#经经T8T8、T6

10、T6写入写入B B端。端。读出信息：读出信息：T5T5开启，开启，T7T7开启，开启，A A端信息经端信息经D0D0、T7T7送到送到I/OI/O线。线。T6T6开启，开启，T8T8开启，开启，B B端信息经端信息经D0#D0#、T8T8送到送到I/O#I/O#线。线。不读不写（存储电路没被选中）：不读不写（存储电路没被选中）：T5T5、T6T6、T7T7、T8T8截止，双截止，双稳态触发器工作，稳态触发器工作，保存信息保存信息。判断存储信息是判断存储信息是“1”/“0”的方法：的方法：静态存储电路读出时可以把静态存储电路读出时可以把I/O与与I/O#线接到一个差动线接到一个差动放大器，由其电

11、流方向即可判定存储单元的信息是放大器，由其电流方向即可判定存储单元的信息是“1”还是还是“0”；也可以只有一个输出端接到外部，以其有无电流通过；也可以只有一个输出端接到外部，以其有无电流通过而判定所存储的信息。而判定所存储的信息。这种存储电路，它的这种存储电路，它的读出是非破坏性的读出是非破坏性的，即信息在读出，即信息在读出后仍保留在存储电路内。后仍保留在存储电路内。特点：特点：只要有电源，信息不会丢失，不用刷新只要有电源，信息不会丢失，不用刷新 由于总有一个管子开启，能耗大由于总有一个管子开启，能耗大 速度快、集成度低、成本高。速度快、集成度低、成本高。8个这样的存储电路并行工作组成一个字节

12、的信息；个这样的存储电路并行工作组成一个字节的信息；六管静态存储电路是组成六管静态存储电路是组成SRAM的基础。的基础。2.2.单管存储电路单管存储电路单管存储电路是由一个管子单管存储电路是由一个管子T1T1和一个电容和一个电容C C构成。构成。写入时：写入时：字选择线为字选择线为“1”1”，T1T1管导通，写入信号由位线管导通，写入信号由位线(数数据线据线)存入电容存入电容C C中。中。读出时：读出时：字选择线为字选择线为“1”1”，存储在电容存储在电容C C上的电荷，上的电荷，通过通过T1T1输出到数据线上，输出到数据线上，通过读出放大器即可得通过读出放大器即可得到存储信息。信息读出到存储

13、信息。信息读出后，信息会被破坏，需要后，信息会被破坏，需要恢复。恢复。单管动态存储电路的特点：单管动态存储电路的特点：存储电路简单、集成度高。存储电路简单、集成度高。读出后存储电路的信息受到破坏，需要恢复。读出后存储电路的信息受到破坏，需要恢复。需要定时刷新。需要定时刷新。8个单管动态存储电路并行工作，组成一个字节。个单管动态存储电路并行工作，组成一个字节。单管动态存储电路是组成单管动态存储电路是组成DRAM的基础。的基础。字选择线（行线）字选择线（行线）D0D76.2.2 RAM6.2.2 RAM的结构的结构一个基本存储电路表示一个二进制位。一个基本存储电路表示一个二进制位。8 8个基本的存

14、储电路并行处理表示一个字节。个基本的存储电路并行处理表示一个字节。这些存储电路有规则地组合起来，就是这些存储电路有规则地组合起来，就是存储体存储体。存储器的构成：存储器的构成：存储体：由许多基本存储电路组成存储体：由许多基本存储电路组成 外围电路：外围电路：译码器、译码器、I/OI/O电路、电路、片选控制端、三态缓片选控制端、三态缓 冲器冲器1.1.存储体存储体存储器芯片容量：存储器芯片容量：字数字数字长（字长（1024*1位、位、1024*4位）位）存储器的组织：存储器的组织：在较大容量的存储器中，往往把在较大容量的存储器中，往往把各个字的同各个字的同一位组织在一个片中。一位组织在一个片中。

15、例如图例如图6-56-5中的中的102410241 1位，它是位，它是10241024个字的同一位；个字的同一位；409640961 1位，则是位，则是40964096个字的同一位。个字的同一位。由这样的由这样的8 8个芯片则可组成个芯片则可组成 102410248 8位或位或409640968 8位存储体。位存储体。存储体中各个存储电路的排列形式：矩阵形式存储体中各个存储电路的排列形式：矩阵形式如如 323232=102432=1024，或，或646464=409664=4096。由由X X选择线（行线）和选择线（行线）和Y Y选择线（列线）共同选择选择线（列线）共同选择所所需要的需要的存储

16、单元存储单元（某一位（某一位/几位）。几位）。存储体存储体矩阵结构优点矩阵结构优点：节省译码和驱动电路。：节省译码和驱动电路。102410241 1位存储芯片：位存储芯片：若不采用矩阵的办法，则译码输出线就需要有若不采用矩阵的办法，则译码输出线就需要有10241024条；条；在采用在采用X X、Y Y译码驱动时，则只需要译码驱动时，则只需要32+32=6432+32=64条。条。2.2.外围电路外围电路地址译码器、地址译码器、I/O电路、片选控制端、三台缓冲器电路、片选控制端、三台缓冲器(1)(1)地址译码器地址译码器存储单元是存储单元是按地址来选择按地址来选择的。的。如内存为如内存为64KB64KB，则地址信息为，则地址信息为1616位位(2(21616=64K)=64K)。CPUCPU要选择某一单元：要选择某一单元：在地址总线上输出此单元的地址信号给存储器，在地址总线上输出此单元的地址信号给存储器，存储器对地址信号译码，选择需要访问的单元。存储器对地址信号译码，选择需要访问的单元。(2)I/O(2)I/O电路电路它处于数据总线和被选用的单元之间，用来它处于数据总线和被选用的单元之间