存儲器及其與的接口第一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日本章學習目標掌握各種半導體存儲器芯片的外部特性。掌握常用半導體存儲器芯片與總線的連接。了解高速緩沖存儲器的基本工作原理。了解存儲器分類及常用性能指標。第二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日3.1半導體存儲器的分類半導體存儲器可分為只讀存儲器（ROM）和隨機存取存儲器（RAM）兩大類。ROM是一種非易失性存儲器，其特點是信息一旦寫入，就固定不變，掉電后，信息也不會丟失。RAM是一種易失性存儲器，其特點是在使用過程中，信息可以隨機寫入或讀出，使用靈活，但信息不能永久保存，一旦掉電，信息就會自動丟失。第三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日（1）ROM的類型①掩膜ROM掩膜ROM存儲的信息是由生產廠家根據用戶的要求，在生產過程中采用掩膜工藝一次性直接寫入的。掩膜ROM一旦制成后，其內容不能再改寫，因此它只適合于存儲永久性保存的程序和數據。第四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日②PROMPROM為一次編程ROM。它的編程邏輯器件靠存儲單元中熔絲的斷開與接通來表示存儲的信息：當熔絲被燒斷時，表示信息“0”；當熔絲接通時，表示信息“1”。由于存儲單元的熔絲一旦被燒斷就不能恢復，因此PROM存儲的信息只能寫入一次，不能擦除和改寫。第五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日③EPROMEPROM是一種紫外線可擦除可編程ROM。寫入信息是在專用編程器上實現的，具有能多次改寫的功能。EPROM芯片的上方有一個石英玻璃窗口，當需要改寫時，將它放在紫外線燈光下照射約15～20分鐘便可擦除信息，使所有的擦除單元恢復到初始狀態“1”，又可以編程寫入新的內容。由于EPROM在紫外線照射下信息易丟失，故在使用時應在玻璃窗口處用不透明的紙封嚴，以免信息丟失。第六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日④EEPROMEEPROM是一種電可擦除可編程ROM。它是一種在線（或稱在系統，即不用拔下來）可擦除可編程只讀存儲器。它能像RAM那樣隨機地進行改寫，又能像ROM那樣在掉電的情況下使所保存的信息不丟失，即E2PROM兼有RAM和ROM的雙重功能特點。又因為它的改寫不需要使用專用編程設備，只需在指定的引腳加上合適的電壓（如＋5V）即可進行在線擦除和改寫，使用起來更加方便靈活。第七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日⑤閃速存儲器閃速存儲器（flashmemory），簡稱Flash或閃存。它與EEPROM類似，也是一種電擦寫型ROM。與EEPROM的主要區別是：EEPROM是按字節擦寫，速度慢；而閃存是按塊擦寫，速度快，一般在65～170ns之間。Flash芯片從結構上分為串行傳輸和并行傳輸兩大類：串行Flash能節約空間和成本，但存儲容量小，速度慢；而并行Flash存儲容量大，速度快。第八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日（2）RAM的類型①SRAMSRAM是一種靜態隨機存儲器。它的存儲電路由MOS管觸發器構成，用觸發器的導通和截止狀態來表示信息“0”或“1”。其特點是速度快，工作穩定，且不需要刷新電路，使用方便靈活，但由于它所用MOS管較多，致使集成度低，功耗較大，成本也高。第九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日②DRAMDRAM是一種動態隨機存儲器。它的存儲電路是利用MOS管的柵極分布電容的充放電來保存信息，充電后表示“1”，放電后表示“0”。其特點是集成度高，功耗低，價格便宜，但由于電容存在漏電現象，電容電荷會因為漏電而逐漸丟失，因此必須定時對DRAM進行充電（稱為刷新）。第十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日③NVRAMNVRAM是一種非易失性隨機存儲器。它的存儲電路由SRAM和EEPROM共同構成，在正常運行時和SRAM的功能相同，既可以隨時寫入，又可以隨時讀出。但在掉電或電源發生故障的瞬間，它可以立即把SRAM中的信息保存到EEPROM中，使信息得到自動保護。第十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日微型計算機中半導體存儲器的分類如圖：第十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日3.2半導體存儲器的性能指標1．存儲容量存儲容量是指存儲器所能容納二進制信息的總量。一位二進制數為最小單位（bit），8位二進制數為一個字節（Byte），單位用B表示。由于微機中都是按字節編址的，因此字節（B）是存儲器容量的基本單位。存儲器容量常用的單位還有KB,MB,GB和TB。第十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日2．存取速度存取速度通常用存取時間來衡量。存取時間又稱為訪問時間或讀/寫時間，它是指從啟動一次存儲器操作到完成該操作所經歷的時間。內存的存取時間通常用ns（納秒）表示。第十四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日3．可靠性可靠性是指在規定的時間內，存儲器無故障讀/寫的概率。通常用平均無故障時間MTBF來衡量可靠性。MTBF可以理解為兩次故障之間的平均時間間隔，越長說明存儲器的性能越好。4．功耗功耗反映存儲器件耗電的多少，同時也反映了其發熱的程度。功耗越小，存儲器件的工作穩定性越好。大多數半導體存儲器的維持功耗小于工作功耗。第十五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日3.3只讀存儲器ROM1.EPROM芯片EPROM芯片有多種型號，市場上常見的Intel公司的產品有：2716容量為2K×8bit2732容量為4K×8bit2764容量為8K×8bit27128容量為16K×8bit27256容量為32K×8bit27512容量為64K×8bit第十六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日第十七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日2764引腳定義：A0~A11/A12為地址線信號D0~D7為數據線信號OE為允許數據輸出選通信號，低電平有效。CE為片選信號，低電平有效。該信號有效時，芯片工作；否則，不工作。VPP、PGM分別為編程電壓、編程脈沖信號。VCC、GND分別為工作電壓（5V）、工作地（0V）。NC未用引腳，為懸浮態。第十八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日2764工作方式：讀方式：這是EPROM的主要工作方式。此時，VCC=VPP，CE=0，OE=0。數據線為輸出。維持方式（未選中）：此時，CE=1，VCC=VPP，OE任意，EPROM數據線為高阻態。編程方式（寫入方式）：VPP加規定電壓，CE=OE=1，EPROM數據線為輸入。編程校驗方式：VPP加規定電壓，CE=0，OE=0，數據線為輸出。此時，雖然也是讀出，但這時是為檢查寫入的是否正確而讀出。編程禁止方式：VPP加規定電壓，CE=0，OE=1，EPROM數據線為高阻態。第十九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日3.4隨機存取存儲器RAM

1.靜態隨機存取存儲器Intel6264芯片第二十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日Intel6264的特性及引腳信號：A12～A0：地址線，可尋址8KB的存儲空間。D7～D0：數據線，雙向，三態。/OE：讀出允許信號，輸入，低電平有效。/WE：寫允許信號，輸入，低電平有效。/CE1：片選信號1，輸入，在讀/寫方式時為低電平。CE2：片選信號2，輸入，在讀/寫方式時為高電平。VCC：+5V工作電壓。GND：信號地。第二十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日Intel6264的操作方式第二十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日2.動態隨機存取存儲器2164A的引腳信號第二十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日A7～A0：地址線。DIN：數據輸入線。DOUT：數據輸出線。/RAS：行地址選通信號，輸入，低電平有效。/CAS：列地址選通信號，輸入，低電平有效。VCC：＋5V電源。VSS：信號地。

第二十四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日3.5存儲器組織存儲器芯片能夠存放的位的總數等于單元數乘以每單元的數據位數。歸納為：存儲器芯片包含2x個單元，其中x是地址引腳的數量。各個單元包含y位，其中y是該芯片數據引腳的數量。整個芯片包含2x×y位。第二十五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日例1給定的存儲器芯片具有12個地址引腳，4個數據引腳，試求得：（a）它的組織（b）它的容量解：（a）此存儲器芯片具有4096個單元（212=4096）。每個單元持有4位數據。給出的組織是4096×4，通常表示為4K×4

（b）容量為16Kb，因為總共4K單元，每單元持有4位數據。第二十六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日例2若512K存儲器芯片具有8個引腳用于數據。試求得：（a）它的組織（b）該存儲器芯片的地址引腳數解：（a）此存儲器芯片具有8個數據引腳，這表明芯片每單元持有8位數據。將容量除以引腳數，可求得該存儲器芯片內的單元數，即512K/8=64K，因此，該存儲器芯片的組織是64K×8

（b）此芯片具有16個地址引腳，因為216=64K第二十七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日例3對于如下各個存儲器芯片，討論分配給地址的引腳數目。（a）16K×4DRAM（b）16K×4SRAM解：214=16K

（a）對于DRAM，有7個地址引腳（A0-A6），以及RAS和CAS2個引腳。（b）對于SRAM，有14個地址引腳。

2種情況下，都有4個引腳作為數據總線。第二十八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日3.6存儲器的擴展1．位擴展位擴展是指增加存儲字長。位擴展可利用芯片地址并聯的方式實現，即將各芯片的數據線分別接到數據總線的各位，而各芯片的地址線、讀/寫信號線和片選信號線對應地并聯在一起。第二十九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日例4用兩片1K×4b的SRAM芯片2114，組成1K×8b的存儲器。第三十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日兩片2114的地址線和各控制線分別并聯在一起，而其中1#芯片的數據線接數據總線的低4位，2#芯片的數據線接數據總線的高4位。第三十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日硬件連接之后便可確定存儲單元的地址，即A9～A0的編碼狀態000H～3FFH就是1KB存儲單元的地址。第三十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日2．字擴展字擴展是指增加存儲器字的數量，字擴展可利用芯片地址串聯的方式實現。例5用兩片2K×8b的RAM芯片6116組成4K×8b的存儲器。第三十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日兩片6116的片內信號線A10～A0、D7～D0、/OE、/WE分別與系統的地址線A10～A0、數據線D7～D0和讀/寫控制線/RD、/WR連接。1#芯片的片選信號線與A11連接，2#芯片的片選信號線與A11反相之后連接。第三十四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日1#芯片的地址范圍是000H～7FFH，2#芯片的地址范圍是800H～FFFH。第三十五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期日3．字和位擴展字和位擴展是字擴展和位擴展的組合。例6用四片1