存儲系統(tǒng)及半導(dǎo)體存儲器

存儲系統(tǒng)及半導(dǎo)體存儲器第一頁，共二十四頁，2022年，8月28日主要內(nèi)容半導(dǎo)體存儲器的分類隨機(jī)存取存儲器只讀存儲器CPU與存儲器的連接微機(jī)中存儲系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)第二頁，共二十四頁，2022年，8月28日半導(dǎo)體存儲器的分類隨機(jī)存取存儲器雙極性半導(dǎo)體RAM動態(tài)金屬氧化物（MOS)RAM讀寫存儲器掩膜式ROM可編程ROM(PROM,ProgrammableROM)可擦除的PROM（EPROM，ErasableProgrammableROM）

電可擦除的PROM（E2PROM，ElectricallyErasableProgrammableROM）第三頁，共二十四頁，2022年，8月28日隨機(jī)存取存儲器靜態(tài)RAM（SRAM)基本的存儲電路典型的靜態(tài)RAM芯片

6116（2KB×8位）、6264（8KB×8位）、62256（32KB×8位）、628128（128KB×8位）等。

第四頁，共二十四頁，2022年，8月28日隨機(jī)存取存儲器動態(tài)RAM（DRAM)單管動態(tài)存儲電路動態(tài)RAM的刷新

為保持電容中的電荷不丟失，必須對動態(tài)RAM不斷進(jìn)行讀出和再寫入

第五頁，共二十四頁，2022年，8月28日隨機(jī)存取存儲器動態(tài)RAM（DRAM)64K位動態(tài)RAM存儲器

芯片2164A的容量為64K×1位，即片內(nèi)共有64K（65536）個地址單元，每個地址單元存放一位數(shù)據(jù)。需要16條地址線，地址線分為兩部分：行地址與列地址。芯片的地址引線只要8條，內(nèi)部設(shè)有地址鎖存器，利用多路開關(guān)，由行地址選通信號變低（RowAddressStrobe），把先出現(xiàn)的8位地址，送至行地址鎖存器；由隨后出現(xiàn)的列地址選通信號（ColumnAddressStrobe）把后出現(xiàn)的8位地址送至列地址鎖存器。這8條地址線也用于刷新（刷新時地址計數(shù)，實(shí)現(xiàn)一行行刷新）。第六頁，共二十四頁，2022年，8月28日隨機(jī)存取存儲器

64K存儲體由4個128×128的存儲矩陣構(gòu)成。每個128×128的存儲矩陣，有7條行地址和7條列地址線進(jìn)行選擇。7條行地址經(jīng)過譯碼產(chǎn)生128條選擇線，分別選擇128行；7條列地址線經(jīng)過譯碼也產(chǎn)生128條選擇線，分別選擇128列。

第七頁，共二十四頁，2022年，8月28日隨機(jī)存取存儲器

鎖存在行地址鎖存器中的7位行地址RA6～RA0同時加到4個存儲矩陣上，在每個矩陣中都選中一行，則共有512個存儲電路被選中，它們存放的信息被選通至512個讀出放大器，經(jīng)過鑒別、鎖存和重寫。鎖存在列地址鎖存器中的7位列地址CA6～CA0（地址總線上的A14～A8），在每個存儲矩陣中選中一列，則共有4個存儲單元被選中。最后經(jīng)過1/4I/O門電路（由RA7與CA7控制）選中一個單元，可以對這個單元進(jìn)行讀寫。第八頁，共二十四頁，2022年，8月28日只讀存儲器

只讀存儲器ROM，是一種非易失性的半導(dǎo)體存儲器件。其中所存放的信息可長期保存，掉電也不會丟失，常被用來保存固定的程序和數(shù)據(jù)。在一般工作狀態(tài)下，ROM中的信息只能讀出，不能寫入。對可編程的ROM芯片，可用特殊方法將信息寫入，該過程被稱為“編程”。對可擦除的ROM芯片，可采用特殊方法將原來信息擦除，以便再次編程。第九頁，共二十四頁，2022年，8月28日只讀存儲器掩膜式ROM

掩膜式ROM一般由生產(chǎn)廠家根據(jù)用戶的要求定制的。第十頁，共二十四頁，2022年，8月28日只讀存儲器可編程的ROM

出廠時，所有存儲單元的熔絲都是完好的。編程時，通過字線選中某個晶體管。若準(zhǔn)備寫入1，則向位線送高電平，此時管子截止，熔絲將被保留；若準(zhǔn)備寫入0，則向位線送低電平，此時管子導(dǎo)通，控制電流使熔絲燒斷。換句話說，所有存儲單元出廠時均存放信息1，一旦寫入0使熔絲燒斷，就不可能再恢復(fù)。第十一頁，共二十四頁，2022年，8月28日只讀存儲器可擦除可編程的ROM（EPROM）

特點(diǎn)：芯片的上方有一個石英玻璃的窗口，通過紫外線照射，芯片電路中的浮空晶柵上的電荷會形成光電流泄漏走，使電路恢復(fù)起始狀態(tài)，從而將寫入的信號擦去。

第十二頁，共二十四頁，2022年，8月28日只讀存儲器可擦除可編程的ROM（EPROM）

原理：在N型的基片上安置了兩個高濃度的P型區(qū)，它們通過歐姆接觸，分別引出源極（S）和漏極（D），在S和D之間有一個由多晶硅構(gòu)成的柵極，但它是浮空的，被絕緣物SiO2所包圍。第十三頁，共二十四頁，2022年，8月28日只讀存儲器可擦除可編程的ROM（EPROM）

出廠時，硅柵上沒有電荷，則管子內(nèi)沒有導(dǎo)電溝道，D和S之間是不導(dǎo)電的。當(dāng)把EPROM管子用于存儲矩陣時，它輸出為全1（或0）。要寫入時，則在D和S之間加上25V的高壓，另外加上編程脈沖（其寬度約為50ms），所選中的單元在這個電源作用下，D和S之間被瞬時擊穿，就會有電子通過絕緣層注入到硅柵，當(dāng)高壓電源去除后，因為硅柵被絕緣層包圍，故注入的電子無處泄漏走，硅柵就為負(fù)，于是就形成了導(dǎo)電溝道，從而使EPROM單元導(dǎo)通，輸出為“0“（或”1“）。

第十四頁，共二十四頁，2022年，8月28日只讀存儲器可擦除可編程的ROM（EPROM）

典型芯片：

Intel27512

特性：64K×8的EPROM芯片，

28腳雙列直插式封裝，地址線為16條A15～A0，數(shù)據(jù)線8條O7～O0，帶有三態(tài)輸出緩沖，讀出時只需單一的＋5V電源。

第十五頁，共二十四頁，2022年，8月28日只讀存儲器可擦除可編程的ROM（EPROM）

內(nèi)部結(jié)構(gòu)

27512有五種工作方式讀方式維持方式編程方式校驗方式編程禁止方式

第十六頁，共二十四頁，2022年，8月28日只讀存儲器電可擦除可編程的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(dú)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)?/p>

第十七頁，共二十四頁，2022年，8月28日只讀存儲器閃速存儲器（FlashMemory）

FlashMemory芯片借用了EPROM結(jié)構(gòu)簡單，又吸收了E2PROM電擦除的特點(diǎn)；不但具備RAM的高速性，而且還兼有ROM的非揮發(fā)性。同時它還具有可以整塊芯片電擦除、耗電低、集成度高、體積小、可靠性高、無需后備電池支持、可重新改寫、重復(fù)使用性好（至少可反復(fù)使用10萬次以上）等優(yōu)點(diǎn)。平均寫入速度低于0.1秒。使用它不僅能有效解決外部存儲器和內(nèi)存之間速度上存在的瓶頸問題，而且能保證有極高的讀出速度。

FlashMemory芯片抗干擾能力很強(qiáng)。

第十八頁，共二十四頁，2022年，8月28日CPU與存儲器的連接存儲器地址分配和譯碼地址譯碼器74LS138

74LS138有三條控制線G1，，，只有當(dāng)G1等于1，等于0，等于0時，三－八譯碼器才能工作，否則譯碼器輸出全為高電平。輸出信號Y0Y7是低電平有效的信號，對應(yīng)于ＣＢＡ的任何一種組合輸入，其８個輸出端中只有一個是０，其他７個輸出均為１。

第十九頁，共二十四頁，2022年，8月28日CPU與存儲器的連接存儲器容量擴(kuò)充技術(shù)位擴(kuò)充當(dāng)實(shí)際存儲芯片每個單元的位數(shù)和系統(tǒng)需要內(nèi)存單元字長不等時采用的方法。字?jǐn)U充當(dāng)存儲芯片上每個存儲單元的字長已滿足要求，但存儲單元的個數(shù)不夠，需要增加的是存儲單元的數(shù)量，就稱為字?jǐn)U展。字位擴(kuò)充需要同時進(jìn)行位擴(kuò)充和字?jǐn)U充才能滿足系統(tǒng)存儲容量需求的方法稱為字位擴(kuò)充。第二十頁，共二十四頁，2022年，8月28日CPU與存儲器的連接存儲器芯片片選端的處理線選法地址的高位直接作為各個芯片的片選信號，在尋址時只有一位有效來使片選信號有效的方法稱為線選法。部分譯碼法用部分高位地址進(jìn)行譯碼產(chǎn)生片選信號。完全譯碼法

全部高位地址譯碼產(chǎn)生片選信號。第二十一頁，共二十四頁，2022年，8月28日存儲系統(tǒng)IBMPC/XT的存儲系統(tǒng)

IBMPC/XT采用Intel8086/8088微處理器，其地址為20位，尋址范圍為1MB，其物理地址范圍為00000H～FFFFFH。通常1MB空間分為3個區(qū)，即RAM區(qū)、保留區(qū)和ROM區(qū)。

80x86擴(kuò)展存儲器

高端內(nèi)存區(qū)（HMA－HighMemoryArea）。它是1024KB至1088KB之間的64KB內(nèi)存，稱為高端內(nèi)存區(qū)，其地址為100000H～10FFEFH或以上

第二十二頁，共二十四頁，2022年，8月28日存儲系統(tǒng)擴(kuò)展內(nèi)存塊（EMB－ExtendedMemoryBlock）是指lMB以上的內(nèi)存空間，其地址是從100000H開始，連續(xù)不斷向上擴(kuò)展的內(nèi)存，所以把這種內(nèi)存稱為EMB（ExtendedMemoryBlock）

擴(kuò)充內(nèi)存（EMS－ExpandedMemorySpecification）擴(kuò)充內(nèi)存是利用1MB內(nèi)存中64KB的內(nèi)存區(qū)，此內(nèi)存區(qū)為連續(xù)的4頁，每頁為16KB的實(shí)際頁內(nèi)存，它們映射（