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第6章半导体存储器6.1存储器及半导体存储器的分类外存:把通过接口电路与系统相连的存储器称为外存储器,简称外存,如硬盘、软盘和光盘等。 特点:存储容量大而存取速度较慢,且掉电数据不丢失。 作用:外存用来存放当前暂不被CPU处理的程序或数据,以及一些需要永久性保存的信息。 通常将外存归入计算机外部设备,外存中存放的信息必须调入内存后才能被CPU使用。 早期的内存使用磁芯。随着大规模集成电路的发展,半导体存储器集成度大大提高,成本迅速下降,存取速度大大加快,所以在微型计算机中,目前内存一般都使用半导体存储器。 6.1.2半导体存储器的分类 从应用角度可将半导体存储器分为两大类:随机存取存储器RAM(RandomAccessMemory)和只读存储器ROM(ReadOnlyMemory)。 RAM是可读、可写的存储器,CPU可以对RAM的内容随机地读写访问,RAM中的信息断电后即丢失。 ROM的内容只能随机读出而不能写入,断电后信息不会丢失,常用来存放不需要改变的信息(如某些系统程序),信息一旦写入就固定不变了。根据制造工艺的不同,随机读写存储器RAM主要有双极型和MOS型两类。 双极型存储器存取速度快、集成度较低、功耗较大、成本较高等特点,适用于对速度要求较高的高速缓冲存储器,低阻抗、电流控制的器件; MOS型存储器具有集成度高、功耗低、价格便宜等特点,适用于内存储器,高输入阻抗、电压控制的器件。 MOS型存储器按信息存放方式又可分为静态RAM(StaticRAM,简称SRAM)和动态RAM(DynamicRAM,简称DRAM)。只读存储器ROM在使用过程中,只能读出存储的信息而不能用通常的方法将信息写入存储器。目前常见的有: 掩膜式ROM,用户不可对其编程,其内容已由厂家设定好,不能更改; 可编程ROM(ProgrammableROM,简称PROM),用户只能对其进行一次编程,写入后不能更改; 可擦除的PROM(ErasablePROM,简称EPROM),其内容可用紫外线擦除,用户可对其进行多次编程; 电擦除的PROM(ElectricallyErasablePROM,简称EEPROM或E2PROM),能以字节为单位擦除和改写。6.1.3半导体存储器的主要技术指标 1.存储容量 (1)用字数位数表示,以位为单位。常用来表示存储芯片的容量,如1K4位,表示该芯片有1K个单元(1K=1024),每个存储单元的长度为4位。 (2)用字节数表示,以字节为单位,如128B,表示该芯片有128个单元,每个存储单元的长度为8位。 其中,1KB=210B=1024B;1MB=220B=1024KB;1GB=230B=l024MB;1TB=240B=1024GB。显然,存储容量越大,所能存储的信息越多,计算机系统的功能便越强。2.存取时间 存取时间是指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间。例如,读出时间是指从CPU向存储器发出有效地址和读命令开始,直到将被选单元的内容读出为止所用的时间。显然,存取时间越小,存取速度越快。 3.存储周期 连续启动两次独立的存储器操作(如连续两次读操作)所需要的最短间隔时间称为存储周期。它是衡量主存储器工作速度的重要指标。一般情况下,存储周期略大于存取时间。 4.功耗 功耗反映了存储器耗电的多少,同时也反映了其发热的程度。 5.可靠性 可靠性一般指存储器对外界电磁场及温度等变化的抗干扰能力。存储器的可靠性用平均故障间隔时间MTBF(MeanTimeBetweenFailures)来衡量。MTBF可以理解为两次故障之间的平均时间间隔。MTBF越长,可靠性越高,存储器正常工作能力越强。 6.集成度 集成度指在一块存储芯片内能集成多少个基本存储电路,每个基本存储电路存放一位二进制信息,所以集成度常用位/片来表示。 7.性能/价格比 性能/价格比(简称性价比)是衡量存储器经济性能好坏的综合指标,它关系到存储器的实用价值。其中性能包括前述的各项指标,而价格是指存储单元本身和外围电路的总价格。 地址译码方式 单译码方式 双译码方式图6.5六管静态RAM存储电路6.2随机读写存储器(RAM)图四管动态RAM存储电路6.2.2动态RAM Intel2164A动态RAM芯片 Intel2164A芯片的存储容量为64K1位,采用单管动态基本存储电路,每个单元只有一位数据,其内部结构如图6.7所示。2164A芯片的存储体本应构成一个256256的存储矩阵,为提高工作速度(需减少行列线上的分布电容),将存储矩阵分为4个128128矩阵,每个128128矩阵配有128个读出放大器,各有一套I/O控制(读/写控制)电路。16.3只读存储器(ROM)表6.1掩膜式ROM的内容 6.3.2可编程只读存储器