第16講第5章存儲器原理與接口技術(shù)

微型計算機原理與應(yīng)用

第5章玩轉(zhuǎn)存儲器第5章存儲器原理及接口技術(shù)2第五章半導(dǎo)體存儲器主要內(nèi)容學(xué)習(xí)目標(biāo)重點難點第5章存儲器原理及接口技術(shù)3主要內(nèi)容5.1概述5.2隨機存取存儲器RAM5.3只讀存儲器ROM5.4存儲器芯片與CPU的連接5.5高速緩沖存儲器Cache第5章存儲器原理及接口技術(shù)4學(xué)習(xí)目標(biāo)1.

了解各類半導(dǎo)體存儲器的應(yīng)用特點；2.

熟悉半導(dǎo)體存儲器芯片的結(jié)構(gòu)；3.掌握SRAM2114、DRAM4116、EPROM2764、EEPROM2817A的引腳功能；4.理解SRAM讀寫原理、DRAM讀寫和刷新原理、EPROM和EEPROM工作方式5.熟練掌握存儲芯片與CPU連接的方法，特別是譯碼電路（片選端）的處理；6.

了解存儲芯片與CPU連接的總線驅(qū)動和時序配合問題。第5章存儲器原理及接口技術(shù)5重點難點存儲器芯片與CPU的連接第5章存儲器原理及接口技術(shù)6為什么要有存儲器大家想想馮.羅伊曼所提的計算機的結(jié)構(gòu)第5章存儲器原理及接口技術(shù)75.1概述5.1.1存儲系統(tǒng)的基本概念5.1.2存儲器的分類5.1.3存儲器的主要性能指標(biāo)5.1.4存儲器的組成結(jié)構(gòu)第5章存儲器原理及接口技術(shù)85.1.1存儲系統(tǒng)的基本概念

存儲器是 一種接收、保存和取出信息（程序、數(shù)據(jù)、文件）的設(shè)備；

一種具有記憶功能的部件；是計算機的重要組成部分，是CUP最重要的系統(tǒng)資源之一。

CPU與存儲器的關(guān)系如下圖所示。DSESSSCSIPPSW標(biāo)志寄存器執(zhí)行部件控制電路指令譯碼器4321數(shù)據(jù)暫存器AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器組指令隊列地址總線AB數(shù)據(jù)總線DB總線接口控制電路控制總線CB運算器地址加法器地址譯碼器、、、指令1指令2指令3指令4、、、數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)29AH、、、指令MOVAL,[BX]包含一個從存儲器讀操作存儲器CPU第5章存儲器原理及接口技術(shù)10

寄存器與存儲器的比較：寄存器存儲器

在CPU內(nèi)部

在CPU外部訪問速度快

訪問速度慢容量小，成本高

容量大，成本低用名字表示

用地址表示沒有地址

地址可用各種方式形成寄存器可以存放數(shù)據(jù)，存儲器也可以存放數(shù)據(jù)，有什么不同？第5章存儲器原理及接口技術(shù)115.1.2存儲器的分類

按構(gòu)成存儲器的器件和存儲介質(zhì)分類按存儲器存取方式分類按在微機系統(tǒng)中位置分類第5章存儲器原理及接口技術(shù)12按存放信息原理不同5.1.2存儲器的分類

按構(gòu)成存儲器的器件和存儲介質(zhì)分類：磁芯存儲器、半導(dǎo)體存儲器、光電存儲器、磁膜、磁泡和其它磁表面存儲器以及光盤存儲器等。按存儲器存取方式分類：隨機存取存儲器RAM(RandomAccessMemory)

只讀存儲器ROM(Read-OnlyMemory)

又稱讀寫存儲器，指能夠通過指令隨機地、個別地對其中各個單元進(jìn)行讀/寫操作的一類存儲器。

在微機系統(tǒng)的在線運行過程中，只能對其進(jìn)行讀操作，而不能進(jìn)行寫操作的一類存儲器。

靜態(tài)RAM動態(tài)RAM掩膜ROM（MROM）可編程ROM（PROM）可擦除編程ROM（EPROM）按工藝不同第5章存儲器原理及接口技術(shù)135.1.2存儲器的分類

按在微機系統(tǒng)中的位置分類：主存儲器（內(nèi)存，MainMemory）

輔助存儲器（外存，ExternalMemory）

用來存放計算機正在執(zhí)行的或經(jīng)常使用的程序和數(shù)據(jù)。CPU可以直接對它進(jìn)行訪問。一般是由半導(dǎo)體存儲器構(gòu)成，通常裝在主板上。存取速度快，但容量有限，其大小受地址總線位數(shù)的限制。緩沖存儲器（緩存，CacheMemory）

用來存放不經(jīng)常使用的程序和數(shù)據(jù)，

CPU不能直接訪問它。屬計算機的外部設(shè)備,是為彌補內(nèi)存容量的不足而配置的，容量大，成本低，所存儲信息既可以修改也可以長期保存，但存取速度慢。需要配置專門的驅(qū)動設(shè)備才能完成對它的訪問，如硬盤、軟盤驅(qū)動器等。位于主存與CPU之間，其存取速度非?？?，但存儲容量更小，可用來解決存取速度與存儲容量之間的矛盾，提高整個系統(tǒng)的運行速度。緩存是指臨時文件交換區(qū)，電腦把最常用的文件從存儲器里提出來臨時放在緩存里，就像把工具和材料搬上工作臺一樣，這樣會比用時現(xiàn)去倉庫取更方便。

第5章存儲器原理及接口技術(shù)14最快的是CPU上鑲的L1和L2緩存，顯卡的顯存是給GPU用的緩存，硬盤上也有16M或者32M的緩存。左圖上為硬盤控制芯片，下為硬盤緩存芯片第5章存儲器原理及接口技術(shù)15CPU,CACHE,MEMORY的關(guān)系外存放在計算機的主板上。第5章存儲器原理及接口技術(shù)165.1.2存儲器的分類

小結(jié)什么是雙極型，什么是MOS型第5章存儲器原理及接口技術(shù)175.1.3存儲器的主要性能指標(biāo)

存儲器性能指標(biāo)主要有三項：

存儲容量、存儲速度、可靠性存儲容量：反映存儲器可存儲信息量的指標(biāo)。以字?jǐn)?shù)×每個字的字長表示。如某存儲器存儲容量為 64K×8位，即64K字節(jié)—64KB。存儲速度：完成一次訪問（讀/寫）存儲器的時間。

可靠性：產(chǎn)品質(zhì)量存取時間TA（AccessTime）表示啟動一次存儲操作到完成該操作所經(jīng)歷時間；存儲周期TMC（MemoryCycle）兩次獨立的存儲操作之間所需的最小時間間隔。容量的表示見下頁，但現(xiàn)在通常用BANK來衡量第5章存儲器原理及接口技術(shù)18常用地址表示及計算方法100H=256BYTE（00H~FFH）400H=100HX4=256X4=1024=1KBYTE（000H~3FFH）1000H=400HX4=1024X4=4096=4KBYTE（000H~FFFH）10000H=1000HX16=4KX16=64KBYTE（0000H~FFFFH）100000=64KX16=1024K=1M（00000H~FFFFFH）必須熟記，否則寸步難行!第5章存儲器原理及接口技術(shù)19現(xiàn)代計算機中的存儲器處于全機中心地位

容量大，速度快，成本低?為解決三者之間的矛盾，目前通常采用多級存儲器體系結(jié)構(gòu)，即使用高速緩沖存儲器、主存儲器和外存儲器。?對存儲器的要求是：

寄存器Cache主存儲器輔助存儲器第5章存儲器原理及接口技術(shù)20三級層次的存儲器結(jié)構(gòu)存儲器的基本結(jié)構(gòu)第5章存儲器原理及接口技術(shù)215.1.4存儲器層次結(jié)構(gòu)微型計算機存儲層次圖

呈現(xiàn)金字塔形結(jié)構(gòu)，越往上存儲器件的速度越快，CPU的訪問頻度越高；同時價格也越高，系統(tǒng)擁有量越小。第5章存儲器原理及接口技術(shù)225.1.4存儲器層次結(jié)構(gòu)

微型計算機存儲層次圖

寄存器位于塔頂端，數(shù)量有限、存取速度最快，它和CPU關(guān)系最密切。向下依次是Cache、主存儲器、輔助存儲器。位于塔底的存儲設(shè)備，其容量最大，每位價格最低，但速度最慢。所以一個系統(tǒng)到底要用什么樣的存儲器取決于性價比第5章存儲器原理及接口技術(shù)235.1.5存儲器的組成結(jié)構(gòu)

半導(dǎo)體存儲器一般由以下部分組成：

存儲體、地址選擇電路、輸入輸出電路、控制電路下面分別解釋各部分作用。第5章存儲器原理及接口技術(shù)241.存儲體

基本存儲電路是組成存儲器的基礎(chǔ)和核心，它用于存放一位二進(jìn)制信息“0”或“1”。若干記憶單元（或稱基本存儲電路）組成一個存儲單元，一個存儲單元一般存儲一個字節(jié)，即存放8位二進(jìn)制信息，存儲體是存儲單元的集合體。

2.譯碼驅(qū)動電路

該電路實際上包含譯碼器和驅(qū)動器兩部分。譯碼器的功能是實現(xiàn)多選1，即對于某一個輸入的地址碼，N個輸出線上有唯一一個高電平（或低電平）與之對應(yīng)，用以選擇一個存儲單元。

第5章存儲器原理及接口技術(shù)25

常用的地址譯碼有兩種方式，即單譯碼和雙譯碼方式。

(1)

單譯碼方式

單譯碼方式是一個“N中取1”的譯碼器，如圖4.4所示。譯碼器輸出驅(qū)動N根字線中的一根，每根字線由M位組成。若某根字線被選中，則對應(yīng)此線上的M位信號便同時被讀出或?qū)懭?，?jīng)輸出緩沖放大器輸出或輸入一個M位的字。

第5章存儲器原理及接口技術(shù)26Ap-1Ap-2A1A0N取1譯碼器基本存儲電路p個輸入M

位

位

線D0D1DM－1N根字線

N=2p

個地址W0W1…………選中的字線輸出M位Wn-1輸

出

緩

沖

放

大

器十根地址線存儲單元？第5章存儲器原理及接口技術(shù)27(2)

雙譯碼方式

雙譯碼方式采用的是兩級譯碼電路。當(dāng)字選擇線的根數(shù)N很大時，N=2p中的p必然也大，這時可將p分成兩部分，如：N=2p=2q+r=2q×2r=X×Y，這樣便將對N的譯碼分別由X譯碼和Y譯碼兩部分完成。

第5章存儲器原理及接口技術(shù)28A0A1A2A3A4X0X31...W0,0W31,0W0,31W31,31Y0Y31基本存儲電路R/W控制Y(列)地址譯碼及I/O控制數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸出A5A6A7A8A9…X

(行)

地

址

譯

碼

器5根線選多少單元？A0A1A2A3A4第5章存儲器原理及接口技術(shù)29

單譯碼方式主要用于容量小的存儲器，雙譯碼方式可大大減少輸出選擇線的數(shù)目，適用于大容量的存儲器。第5章存儲器原理及接口技術(shù)303.地址寄存器

用于存放CPU訪問存儲單元的地址，經(jīng)譯碼驅(qū)動后指向相應(yīng)的存儲單元。

4.讀/寫電路

包括讀出放大器、寫入電路和讀/寫控制電路，用以完成對被選中單元中各位的讀出或?qū)懭氩僮鳌?/p>

第5章存儲器原理及接口技術(shù)315.數(shù)據(jù)寄存器

用于暫時存放從存儲單元讀出的數(shù)據(jù)，或從CPU或I/O端口送出的要寫入存儲器的數(shù)據(jù)。

6.控制邏輯

接收來自CPU的啟動、片選、讀/寫及清除命令，經(jīng)控制電路綜合和處理后，產(chǎn)生一組時序信號來控制存儲器的讀/寫操作。

第5章存儲器原理及接口技術(shù)32靜態(tài)隨機存取存儲器SRAM動態(tài)隨機存取存儲器DRAM5.2隨機存取存儲器RAMRAM(RandomAccessMemory)意指隨機存取存儲器。其工作特點是：在微機系統(tǒng)的工作過程中，可以隨機地對其中的各個存儲單元進(jìn)行讀／寫操作。第5章存儲器原理及接口技術(shù)335.2.1靜態(tài)隨機存取存儲器SRAM基本存儲單元（可以不看）·基本工作原理(b)六管基本存儲電路(a)六管靜態(tài)存儲單元的原理示意圖T1截止→A=“1”→T2導(dǎo)通→B=“0”→T1截止（穩(wěn)定）T1導(dǎo)通→A＝“0”→T2截止→B＝“1”→T1導(dǎo)通（穩(wěn)定）·讀出操作·寫入操作X譯碼與Y譯碼信號消失后，T5～T8都截止。由于存儲單元有電源及負(fù)載管，可以不斷地向柵極補充電荷，依靠兩個反相器的交叉控制，只要不掉電，就能保持寫入的信息“1”，而不用刷新。X譯碼高電平→T5,T6導(dǎo)通Y譯碼高電平→T7、T8導(dǎo)通

這種存儲電路的讀出過程是非破壞性的，即信息在讀出之后，原存儲電路的狀態(tài)不變。第5章存儲器原理及接口技術(shù)34SRAM的不同規(guī)格，如2101（256×4位）、2102（1K×1位）、2114（1K×4位）、4118（1K×8位）、6116（2K×8位）已停產(chǎn)，很難買到。

現(xiàn)在常用型號：6264（8K×8位）和62256（32K×8位）等。第5章存儲器原理及接口技術(shù)355.2.1靜態(tài)隨機存取存儲器SRAM典型存儲器——靜態(tài)RAM存儲器芯片Intel2114

（1）外部結(jié)構(gòu)?A0-A9：10根地址信號輸入引腳。?：讀／寫控制信號輸入引腳，當(dāng)為低電平時，使輸入三態(tài)門導(dǎo)通，信息由數(shù)據(jù)總線通過輸入數(shù)據(jù)控制電路寫入被選中的存儲單元；反之從所選中的存儲單元讀出信息送到數(shù)據(jù)總線。?I/O1~I/O4：4根數(shù)據(jù)輸入／輸出信號引腳?：低電平有效，通常接地址譯碼器的輸出端。?+5V：電源。?GND：地。I/O的意思是INPUT&OUTPUT第5章存儲器原理及接口技術(shù)365.2.1靜態(tài)隨機存取存儲器SRAM典型存儲器——靜態(tài)RAM存儲器芯片Intel2114(1KX4)（2）內(nèi)部結(jié)構(gòu)?存儲矩陣：4096個存儲電路（64×64矩陣）?地址譯碼器：輸入為10根線，采用兩級譯碼方式，其中6根用于行譯碼，4根用于列譯碼；?I/O控制電路：分為輸入數(shù)據(jù)控制電路和列I／O電路，用于對信息的輸入／輸出進(jìn)行緩沖和控制；?片選及讀／寫控制電路：用于實現(xiàn)對芯片的選擇及讀／寫控制。WE控制讀或?qū)懙?章存儲器原理及接口技術(shù)375.2.2動態(tài)隨機存取存儲器DRAM基本存儲單元·基本工作原理：依靠T1管柵極電容的充放電原理來保存信息。當(dāng)柵極電容上充有電荷時，表示該單元保存信息“1”。當(dāng)柵極電容上沒有電荷時，表示該單元保存信息“0”。單管動態(tài)存儲單元·寫入操作字選擇線為高電平，T1管導(dǎo)通，寫信號通過位線存入電容C中；·讀操作字選擇線仍為高電平，存儲在電容C上的電荷，通過T1輸出到數(shù)據(jù)線上，通過讀出放大器，即可得到所保存的信息?！に⑿虏僮麟娙萆纤４娴碾姾蓵r間長了就會泄漏，造成了信息的丟失。因此，在動態(tài)RAM的使用過程中，必須及時地向保存“1”的那些存儲單元補充電荷，以維持信息的存在。第5章存儲器原理及接口技術(shù)385.2.2動態(tài)隨機存取存儲器DRAM典型存儲器——動態(tài)RAM存儲器芯片Intel2164A(64KX1)（1）外部結(jié)構(gòu)?A0~A7：地址信號的輸入引腳，用來分時接收CPU送來的8位行、列地址；

?：行地址選通信號輸入引腳，低電平有效，兼作芯片選擇信號。當(dāng)為低電平時，表明芯片當(dāng)前接收的是行地址；?：列地址選通信號輸入引腳，低電平有效，表明當(dāng)前正在接收的是列地址(此時應(yīng)保持為低電平)；?：寫允許控制信號輸入引腳，當(dāng)其為低電平時， 執(zhí)行寫操作；否則，執(zhí)行讀操作。?DIN：數(shù)據(jù)輸入引腳；?DOUT：數(shù)據(jù)輸出引腳；?VDD：十5V電源引腳；?Css：地；?N/C：未用引腳。8根地址線怎么可以選64K單元第5章存儲器原理及接口技術(shù)395.2.2動態(tài)隨機存取存儲器DRAM典型存儲器——動態(tài)RAM存儲器芯片Intel2164A（2）內(nèi)部結(jié)構(gòu)?存儲體：64K×1；?地址鎖存器：Intel2164A采用雙譯碼方式，其16位地址信息要分兩次送入芯片內(nèi)部，在芯片內(nèi)部有一個能保存8位地址信息的地址鎖存器；?數(shù)據(jù)輸入緩沖器：用以暫存輸入的數(shù)據(jù)；?數(shù)據(jù)輸出緩沖器：用以暫存要輸出的數(shù)據(jù)；?1/4I/O門電路：由行、列地址信號的最高位控制，能從相應(yīng)的4個存儲矩陣中選擇一個進(jìn)行輸入／輸出操作；第5章存儲器原理及接口技術(shù)405.2.2動態(tài)隨機存取存儲器DRAM典型存儲器——動態(tài)RAM存儲器芯片Intel2164A（2）內(nèi)部結(jié)構(gòu)?行、列時鐘緩沖器：用以協(xié)調(diào)行、列地址的選通信號；?寫允許時鐘緩沖器：用以控制芯片的數(shù)據(jù)傳送方向；?128讀出放大器：與4個128×128存儲陣列相對應(yīng)，接收由行地址選通的4×128個存儲單元的信息，經(jīng)放大后，再寫回原存儲單元，是實現(xiàn)刷新操作的重要部分；?1/128行、列譯碼器：分別用來接收7位的行、列地址，經(jīng)譯碼后，從128×128個存儲單元中選擇一個確定的存儲單元，以便對其進(jìn)行讀/寫操作。

第5章存儲器原理及接口技術(shù)41小資料--RAM的特性雙極型：速度快（10ns）、集成度低、功耗大MOS型：速度慢、集成度高、功耗低小容量非易失低慢帶微型電池NVRAM大容量系統(tǒng)高慢極間電容DRAM小容量系統(tǒng)低快觸發(fā)器SRAM應(yīng)用集成度速度組成單元第5章存儲器原理及接口技術(shù)42小資料—淺談內(nèi)存以前的內(nèi)存內(nèi)存分成兩種——StaticRAM（SRAM，靜態(tài)隨機存貯器）和DynamicRAM（DRAM，動態(tài)隨機存貯器）。SRAM速度快，但制造成本高，這種內(nèi)存多見于Pentium時代的主板上，用來做高速緩存(Cache)。這種緩存的邏輯位置介于CPU和DRAM之間，使用它可以大大減少CPU的等待時間，并提高系統(tǒng)性能。因此，這種緩存也稱為二級緩存(L2Cache)。隨著Intel將L2Cache集成到CPU（Medocino核心Celeron之后的絕大多數(shù)型號）后，AMD也開始將L2Cache集成到CPU中，目前SRAM在主板上幾乎已經(jīng)找不到蹤影了。第5章存儲器原理及接口技術(shù)43SRAM的外形和普通的內(nèi)存就完全不一樣，而且只有在早期支持486主板以及Pentium級CPU的Socket7和Super7規(guī)格的主板上才能找到它們

第5章存儲器原理及接口技術(shù)44小資料—淺談內(nèi)存目前的主流內(nèi)存我們目前提到的內(nèi)存大多是指DRAM，這個名詞現(xiàn)在的意義已經(jīng)被用來泛指所有的PC主內(nèi)存。目前常見的DRAM包括SDRAM、DDRSDRAM和RAMBUS(也稱RDRAM)。DRAM有三種接口類型——早期的SIMM和現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)DIMM(DoubleIn-lineMemoryModule)，以及Intel主推的RIMM(RAMBUSIn-lineMemoryModule)。。SynchronousDynamicRandomAccessMemory

DoubleDataRate第5章存儲器原理及接口技術(shù)45SIMM內(nèi)存條是486及其他較早的PC機中常用的內(nèi)存的接口方式，現(xiàn)已被淘汰。這種內(nèi)存只有72個接觸點，因此又被稱為72線內(nèi)存。圖中所示的就是486及奔騰時代早期最常見的EDODRAM內(nèi)存條。

第5章存儲器原理及接口技術(shù)46小資料—淺談內(nèi)存DIMMDIMM由于存在SDRAM和DDRSDRAM之分，而有兩種標(biāo)準(zhǔn)在市面上共存，即普通的DIMM和DDRDIMM。從外形上看，普通的SDRAM內(nèi)存條和DDRSDRAM條幾乎沒有什么區(qū)別，但仔細(xì)觀察還是可以發(fā)現(xiàn)一些不同之處。我們常說的SDRAM就是DIMM內(nèi)存條，它共有168(84×2面)個接觸點，故而這種內(nèi)存又被稱為168線內(nèi)存；而新標(biāo)準(zhǔn)的DDRSDRAM則具有184個接觸點。第5章存儲器原理及接口技術(shù)47雖然SDRAM內(nèi)存條和DDRSDRAM內(nèi)存條的長度相同，而且其內(nèi)存顆粒的形狀也幾乎完全一樣。但仔細(xì)觀察的話會發(fā)現(xiàn)，SDRAM的金手指處有兩個缺口，而DDRSDRAM只有一個缺口，這是辨別SDRAM和DDRSDRAM最簡單有效的辦法。

第5章存儲器原理及接口技術(shù)48這是Intel和RAMBUS公司主推的RDRAM內(nèi)存條，它采用的接口為RIMM。它也有184個接觸點，但這種內(nèi)存條從外觀上很容易和SDRAM或DDRSDRAM區(qū)分——它有一個用于屏蔽作用的金屬外殼罩在內(nèi)存顆粒上。

第5章存儲器原理及接口技術(shù)491。ECCRAM:ECC是ErrorCheckingandCorrecting(錯誤檢查和糾正)，ECC是用來檢驗存儲在DRAM中的整體數(shù)據(jù)的一種電子方式2。EDORAM和突發(fā)模式RAM3。同步RAM（SynchronousRAM，簡稱SDRAM）----內(nèi)存名稱的代名詞4。RAMBUS內(nèi)存：簡單的說RAMBUS內(nèi)存就是一種高性能、芯片對芯片接口技術(shù)的新一代存儲產(chǎn)品，它使得新一代的處理器可以發(fā)揮出最佳的功能6。DDR

SDRAM:DDR是雙倍數(shù)據(jù)速率（DoubleDataRate),DDR內(nèi)存就是SDRAM內(nèi)存的加強版。它主要是利用時鐘脈沖的上升沿與下降沿傳輸數(shù)據(jù)，相當(dāng)于原來兩倍的頻率的工作效率7。VirtualChannelMemory（VCM）8。SLDRAM（Synchnonous

Link

DRAM）9。DIMM（DualIn-lineMemoryModules），雙邊接觸內(nèi)存模組，由于是雙邊的，所以共有84×2=168線接觸，所以人們常把這種內(nèi)存稱為168線內(nèi)存。SIMM（SingleIn-lineMemoryModules），單邊接觸內(nèi)存模組，72線內(nèi)存TIPS:幾種新型的RAM技術(shù)及芯片類型第5章存儲器原理及接口技術(shù)50掩模式ROM—MROM（MaskROM）可編程ROM－PROM（ProgrammableROM）可擦除可編程ROM—EPROM（ErasableProgrammableROM）電可擦除可編程ROM—EEPROM

（ElectricallyErasableProgrammableROM）快擦型存儲器(F1ashMemory)5.3只讀存儲器ROMROM(ReadOnlyMemory)

意指只讀存儲器。其工作特點是：在微機系統(tǒng)的在線運行過程中，只能對其進(jìn)行讀操作，而不能進(jìn)行寫操作。電源關(guān)斷，信息不會丟失，屬于非易失性存儲器件；常用來存放不需要改變的信息。第5章存儲器原理及接口技術(shù)515.3.1ROM存儲信息的原理和組成ROM存儲位T1和電子開關(guān)S構(gòu)成一個存儲位。X選擇線端加上選中信號＋S斷開→D＝“1”X選擇線端加上選中信號＋S閉合→D＝“0”ROM的組成16×1位ROM結(jié)構(gòu)信息“1”信息“0”第5章存儲器原理及接口技術(shù)525.3.2掩模式ROM——MROMMROM是廠家根據(jù)用戶事先編寫好的機器碼程序，把0、1信息存儲在掩模圖形中而制成的芯片。芯片制成后，存儲位的狀態(tài)即0、1信息就被固定了。第5章存儲器原理及接口技術(shù)53掩膜ROM特點：(1)器件制造廠在制造時編制程序,用戶不能修改。(2)用于產(chǎn)品批量生產(chǎn)。(3)可由二極管和三極管電路組成。第5章存儲器原理及接口技術(shù)545.3.3可編程ROM——PROMPROM一種可由用戶通過簡易設(shè)備寫入信息的ROM器件。存儲原理：（1）二極管破壞型PROMPROM存儲器在出廠時，存儲體中每條字線和位線的交叉處都是兩個反向串聯(lián)的二極管的PN結(jié)，字線與位線之間不導(dǎo)通（即所有存儲內(nèi)容均為“1”）。如果用戶需要寫入程序，則通過專門的PROM寫入電路，產(chǎn)生足夠大的電流把要寫入“1”的那個存儲位上的二極管擊穿，造成這個PN結(jié)短路，只剩下順向的二極管跨連字線和位線，這時，此位就意味著寫入了“1”。（2）熔絲式PROM

用戶編程時，靠專用寫入電路產(chǎn)生脈沖電流，來燒斷指定的熔絲，以達(dá)到寫入“1”的目的。PROM器件只能固化一次程序，數(shù)據(jù)寫入后，就不能再改變了！一次性?。?！第5章存儲器原理及接口技術(shù)55特點：(1)出廠時里面沒有信息。(2)用戶根據(jù)自己需要對其進(jìn)行設(shè)置(編程)。(3)只能使用一次，一旦進(jìn)行了編程不能擦除其內(nèi)信息。PROM第5章存儲器原理及接口技術(shù)565.3.4可擦除可編程ROM——EPROM基本存儲單元·初始態(tài)：每個單元的浮動?xùn)艠O上都沒有電荷，源極與漏極之間不導(dǎo)電，此時表示該存儲單元保存的信息為“1”?！懭胄畔ⅰ?”：在漏極和源極（即S）之間加上十25v的電壓，同時加上編程脈沖信號(50ns)，漏極與源極間被瞬時擊穿，電子注入到浮動?xùn)?。在高壓電源去除之后，浮動?xùn)艦樨?fù)，就形成了導(dǎo)電溝道，從而使相應(yīng)單元導(dǎo)通，即將0寫入該單元?！で宄畔ⅲ河靡欢úㄩL的紫外光照射浮動?xùn)牛关?fù)電荷獲取足夠的能量，擺脫SiO2的包圍，以光電流的形式釋放掉，即原來存儲的信息也就不存在了。（2716、2732停產(chǎn)）、2764、27128、27256等。第5章存儲器原理及接口技術(shù)575.3.4可擦除可編程ROM——EPROM典型EPROM芯片Intel2716(2KX8)（1）外部結(jié)構(gòu)?Al0~A0：地址信號輸入引腳，可尋址芯片的2K個存儲單元；?O7~O0：雙向數(shù)據(jù)信號輸入輸出引腳；?：片選信號輸入引腳，低電平有效，只有當(dāng)該引腳轉(zhuǎn)入低電平時，才能對相應(yīng)的芯片進(jìn)行操作；?：數(shù)據(jù)輸出允許控制信號引腳，輸入，低電平有效，用以允許數(shù)據(jù)輸出；?Vcc：+5v電源，用于在線的讀操作；?VPP：+25v電源，用于在專用裝置上進(jìn)行寫操作；?GND：地。第5章存儲器原理及接口技術(shù)585.3.4可擦除可編程ROM——EPROM典型EPROM芯片Intel2716（2）內(nèi)部結(jié)構(gòu)?存儲陣列；Intel2716存儲器芯片的存儲陣列由2K×8個帶有浮動?xùn)诺腗OS管構(gòu)成，共可保存2K×8位二進(jìn)制信息；?X譯碼器：又稱為行譯碼器，可對7位行地址進(jìn)行譯碼；?Y譯碼器：又稱為列譯碼器，可對4位列地址進(jìn)行譯碼；?輸出允許、片選和編程邏輯：實現(xiàn)片選及控制信息的讀/寫；?數(shù)據(jù)輸出緩沖器：實現(xiàn)對輸出數(shù)據(jù)的緩沖。第5章存儲器原理及接口技術(shù)595.3.4可擦除可編程ROM——EPROM典型EPROM芯片Intel2716（3）工作方式方式引腳狀態(tài)VPP數(shù)據(jù)線狀態(tài)讀出00＋5VDOUT（輸出）未選中×1＋5V高阻抗待用1×＋5V高阻抗編程輸入寬52ms正脈沖1＋25VDIN（輸入）校驗編程內(nèi)容00＋25VDOUT（輸出）禁止編程01＋25V高阻抗第5章存儲器原理及接口技術(shù)60常用的EPROM芯片型號容量結(jié)構(gòu)最大讀出時間/ns制造工藝需用電源/V管腳數(shù)27081?K×8?bit350~450NMOS5，+122427162?K×8?bit300~450NMOS+5242732A4?K×8?bit200~450NMOS+52427648K×8bit200~450HMOS+5282712816K×8?bit250~450HMOS+5282725632?K×8?bit200~450HMOS+5282751264?K×8?bit250~450HMOS+528275134×64?K×8?bit250~450HMOS+528第5章存儲器原理及接口技術(shù)61特點：(1)可以多次修改擦除。(2)EPROM通過紫外線光源擦除(編程后，窗口應(yīng)貼上不透光膠紙)。(3)E2PROM電可擦除。EPROM第5章存儲器原理及接口技術(shù)625.3.5電子可擦除可編程ROM—E2PROM工作原理：與EPROM類似，當(dāng)浮動?xùn)派蠜]有電荷時，管子的漏極和源極之間不導(dǎo)電，若設(shè)法使浮動?xùn)艓想姾?，則管子就導(dǎo)通。擦除可以按字節(jié)分別進(jìn)行；可以進(jìn)行在線的編程寫入（字節(jié)的編程和擦除都只需要10ms，并且不需特殊裝置）E2PROM結(jié)構(gòu)示意圖編程：在E2PROM中，漏極上面增加了一個隧道二極管，它在第二柵與漏極之間的電壓VG的作用下，可使電荷通過它流向浮動?xùn)牛?/p>

擦除：

VG的極性相反可以使電荷從浮動?xùn)帕飨蚵O。第5章存儲器原理及接口技術(shù)635.3.5電子可擦除可編程ROM—E2PROM應(yīng)用特性：（1）對硬件電路沒有特殊要求，編程簡單。（2）采用＋5V電源擦寫的E2PROM，通常不需要設(shè)置單獨的擦除操作，可在寫入過程中自動擦除。（3）E2PROM器件大多是并行總線傳輸?shù)牡?章存儲器原理及接口技術(shù)64常用的E2PROM芯片

型號參數(shù)28162816A28172817A2864A取數(shù)時間/ns250200250250200250250讀電壓VPP/V55555寫/擦電壓VPP/V2152155字節(jié)擦寫時間/ms109~15101010寫入時間/ms109~15101010封裝DIP24DIP24DIP28DIP28DIP28第5章存儲器原理及接口技術(shù)655.3.6快擦型存儲器(F1ashMemory)-閃存FlashMemory快擦型存儲器：是不用電池供電的、高速耐用的非易失性半導(dǎo)體存儲器。結(jié)構(gòu)與EPROM相同。其特點是：可以整體電擦除（時間1S）和按字節(jié)重新高速編程。是完全非易失性的，可以完全代替E2RPOM。能進(jìn)行高速編程。 如:28F256芯片，每個字節(jié)編程需100μs，整個芯片0.5s； 最少可以擦寫一萬次，通?？蛇_(dá)到10萬次；CMOS低功耗，最大工作電流30mA。與E2PROM進(jìn)行比較具有容量大、價格低、可靠性高等明顯優(yōu)勢?？觳列痛鎯ζ鬟€可應(yīng)用于激光打印機、條形碼閱讀器、各種儀器設(shè)備以及計算機的外部設(shè)備中。典型的芯片有27F256/28F016/28F020等。第5章存儲器原理及接口技術(shù)66特點：固有的非易失性

它不同于靜態(tài)RAM，不需要備用電池來確保數(shù)據(jù)存留，也不需要磁盤作為動態(tài)RAM的后備存儲器。

(2)經(jīng)濟(jì)的高密度

Intel的1M位閃速存儲器的成本按每位計要比靜態(tài)RAM低一半以上。閃速存儲器的成本僅比容量相同的動態(tài)RAM稍高，但卻節(jié)省了輔助（磁盤）存儲器的額外費用和空間。

第5章存儲器原理及接口技術(shù)67特點：(3)可直接執(zhí)行

由于省去了從磁盤到RAM的加載步驟，查詢或等待時間僅決定于閃速存儲器，用戶可充分享受程序和文件的高速存取以及系統(tǒng)的迅速啟動。

(4)固態(tài)性能

閃速存儲器是一種低功耗、高密度且沒有移動部分的半導(dǎo)體技術(shù)。便攜式計算機不再需要消耗電池以維持磁盤驅(qū)動器運行，或由于磁盤組件而額外增加體積和重量。用戶不必再擔(dān)心工作條件變壞時磁盤會發(fā)生故障。

第5章存儲器原理及接口技術(shù)68

掩膜ROM內(nèi)容只能讀出，不能改變.半導(dǎo)體廠家用掩膜技術(shù)寫入程序成本低，適用于批量生產(chǎn)不適用研究工作PROM可編程ROM內(nèi)容只能讀出，不能改變.用戶使用特殊方法進(jìn)行編程，只能寫一次，一次編程不能修改。適用于批量生產(chǎn)不適用研究工作EPROM光可擦除PROM固化程序用紫外線光照5～15分鐘擦除，擦除后可以重新固化新的程序和數(shù)據(jù)。用戶可以對芯片進(jìn)行多次編程和擦除。適用于研究工作不適用于批量生產(chǎn)。E2PROM電可擦除PROM實現(xiàn)全片和字節(jié)擦寫改寫，作為非易失性RAM使用。集成度和速度不及EPROM，價格高，擦寫在原系統(tǒng)中在線進(jìn)行。FlashMemory快速電擦寫存儲器可以整體電擦除（時間1S）和按字節(jié)重新高速編程。CMOS低功耗；編程快（每個字節(jié)編程100μs

整個芯片0.5s）；擦寫次數(shù)多（通?？蛇_(dá)到10萬）與E2PROM比較：容量大、價格低、可靠性高等優(yōu)勢。用于PC機內(nèi)裝操作系統(tǒng)和系統(tǒng)不能丟失初始功能的專門領(lǐng)域。需要周期性地修改被存儲的數(shù)據(jù)表的場合。分類信息存取方式特點用途只讀存儲器ROM分類小結(jié)第5章存儲器原理及接口技術(shù)69TIPS:延伸學(xué)習(xí)內(nèi)容串行存儲器—基于IIC總線或SPI總線MMU—memorymanagementunit

第5章存儲器原理及接口技術(shù)70習(xí)題與思考：1．試說明存儲器系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)。2．存儲器的哪一部分用來存儲程序指令及像常數(shù)和查找表一類的固定不變的信息？哪一部分用來存儲經(jīng)常改變的數(shù)據(jù)？3．術(shù)語“非易失性存儲器”是什么意思？PROM和EPROM分別代表什么意思？4．微型計算機中常用的存儲器有哪些類型？它們各有何特點？分別適用于哪些場合？5．試比較靜態(tài)RAM和動態(tài)RAM的優(yōu)缺點，并說明有何種方法可解決掉電時動態(tài)RAM。學(xué)完這節(jié)以后大家應(yīng)該知道如何根據(jù)課題的目的選擇存儲器第5章存儲器原理及接口技術(shù)71例題

EPROM是指______。A。讀寫存儲器B。只讀存儲器C?？删幊痰闹蛔x存儲器D。光擦除可編程的只讀存儲器系統(tǒng)總線中地址線的功能是______。A.用于選擇主存單元地址 B.用于選擇進(jìn)行信息傳輸?shù)脑O(shè)備C.用于選擇外存地址 D.用于指定主存和I/O設(shè)備接口電路的地址某存儲器芯片的存儲容量為8K×8位，則它的地址線和數(shù)據(jù)線引腳相加的和為A.12B.