【正文】 2022/2/14 東北大學(xué)信息學(xué)院 1 第 5章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 ?半導(dǎo)體存儲(chǔ)器是一種由半導(dǎo)體器件構(gòu)成的能夠存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、運(yùn)算結(jié)果、操作指令的邏輯部件。用于計(jì)算機(jī)的內(nèi)存及數(shù)字系統(tǒng)存儲(chǔ)部件。 概述 只讀存儲(chǔ)器 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 2022/2/14 東北大學(xué)信息學(xué)院 2 ?分成 TTL和 MOS存儲(chǔ)器兩大類 。 TTL型速度快 ，MOS型工藝簡單 、 集成度高 、 功耗低 、 成本低等特點(diǎn) 。 按存儲(chǔ)信號(hào)的原理不同 ： ?分為靜態(tài)存儲(chǔ)器和動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器兩種 。 概述 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的特點(diǎn)及分類 按制造工藝不同分類： 2022/2/14 東北大學(xué)信息學(xué)院 3 ?靜態(tài)存儲(chǔ)器 是以觸發(fā)器為基本單元來存儲(chǔ) 0和 1的 ，在不失電的情況下 ， 觸發(fā)器狀態(tài)不會(huì)改變； ?動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器 是用電容存儲(chǔ)電荷的效應(yīng)來存儲(chǔ)二值信號(hào)的。電容漏電會(huì)導(dǎo)致信息丟失，因此要求定時(shí)對(duì)電容進(jìn)行充電或放電。 稱為刷新。動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器都為 MOS型。 按工作特點(diǎn)不同： ?分成只讀存儲(chǔ)器 、 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 。 2022/2/14 東北大學(xué)信息學(xué)院 4 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的主要技術(shù)指標(biāo)： 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器有兩個(gè)主要技術(shù)指標(biāo)：存儲(chǔ)容量和存取時(shí)間 。 ?存儲(chǔ)容量： ?存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)叫存儲(chǔ)容量，即存放二進(jìn)制信息的多少。 2022/2/14 東北大學(xué)信息學(xué)院 5 ?存儲(chǔ)器中二值代碼都是以字的形式出現(xiàn)的。一個(gè)字的位數(shù)稱做 字長 。例如， 16位構(gòu)成一個(gè)字，該字的字長為 16位。一個(gè)存儲(chǔ)單元只能存放一位二值代碼，要存儲(chǔ)字長為 16的一個(gè)字，就需要 16個(gè)存儲(chǔ)單元。若存儲(chǔ)器能夠存儲(chǔ) 1024個(gè)字，就得有 1024 16個(gè)存儲(chǔ)單元。通常 ， 存儲(chǔ)容量應(yīng)表示為字?jǐn)?shù)乘以位數(shù)。 2022/2/14 東北大學(xué)信息學(xué)院 6 ?例如，某存儲(chǔ)器能存儲(chǔ) 1024個(gè)字 ，每個(gè)字 4位，那它的存儲(chǔ)容量就為 1024 4=4096，即該存儲(chǔ)器有 4096個(gè)存儲(chǔ)單元。 ?存儲(chǔ)器寫入（存）或者讀出（取）時(shí)，每次只能寫入或讀出一個(gè)字。若字長為 8位，每次必須選中 8個(gè)存儲(chǔ)單元。選中哪些存儲(chǔ)單元，由地址譯碼器的輸出來決定。即由地址碼來決定。 2022/2/14 東北大學(xué)信息學(xué)院 7 ?地址碼的位數(shù) n與字?jǐn)?shù)之間存在 2n=字?jǐn)?shù)的關(guān)系 。 如果某存儲(chǔ)器有十個(gè)地址輸入端 ，那它就能存 210=1024個(gè)字 。 存取周期 ?連續(xù)兩次讀（寫）操作間隔的最短時(shí)間稱為存取周期。 2022/2/14 東北大學(xué)信息學(xué)院 8 只讀存儲(chǔ)器 ?半導(dǎo)體只讀存儲(chǔ)器 (Readonly Memory,簡稱ROM)是只能讀不能寫的存儲(chǔ)器 。 通常用其存放固定的數(shù)據(jù)和程序 ， 如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的引導(dǎo)程序 、 監(jiān)控程序 、 函數(shù)表 、 字符等 。 ?只讀存儲(chǔ)器為非易失性存儲(chǔ)器 ， 去掉電源 ，所存信息不會(huì)丟失 。 2022/2/14 東北大學(xué)信息學(xué)院 9 ?ROM按存儲(chǔ)內(nèi)容的寫入方式，可分為固定ROM,可編程序只讀存儲(chǔ)器，簡稱（ PROM)和可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器 (Erasable Programmable Read Only Memory，簡稱EPROM)。 ?固定 ROM： 在制造時(shí)根據(jù)特定的要求做成固定的存儲(chǔ)內(nèi)容，出廠后，用戶無法更改，只能讀出。 2022/2/14 東北大學(xué)信息學(xué)院 10 ?PROM： 存儲(chǔ)內(nèi)容可以由使用者編制寫入 ，但只能寫入一次 ， 一經(jīng)寫入就不能再更改 。 ?EPROM： 存儲(chǔ)內(nèi)容可以改變 ， 但 EPROM所存內(nèi)容的擦去或改寫 ， 需要專門的擦抹器和編程器實(shí)現(xiàn) 。 在工作時(shí) ， 也只能讀出 。 ?E2PROM： 可用電擦寫方法擦寫。 2022/2/14 東北大學(xué)信息學(xué)院 11 固定只讀存儲(chǔ)器 (ROM) 圖 51 ROM結(jié)構(gòu)圖 ROM由地址譯碼器、存儲(chǔ)矩陣、輸出和控制電路組成，如圖 61所示。 地址譯碼器存 貯 矩 陣N M輸 出 及 控 制 電 路數(shù) 據(jù) 輸 出地址輸入W0WN 1D0DM 12022/2/14 東北大學(xué)信息學(xué)院 12 圖 52 (4 4)的 NMOS固定 ROM ＆＆＆＆111 1 1 1地 址 譯 碼 器存儲(chǔ)矩陣輸 出 電 路D3 D2 D1 D0D3 D2 D1 D0W0W1W2W3A0A1字線+ VD D地址譯碼器 存儲(chǔ)矩陣 輸出電路 字線 2022/2/14 東北大學(xué)信息學(xué)院 13 ?圖 52是一個(gè) 4 4位的 NMOS固定 ROM。 ?地址譯碼器：有兩根地址輸入線 A1和 A0，共有 4個(gè)地址號(hào)，每個(gè)地址存放一個(gè) 4位二進(jìn)制信息； ?譯碼器輸出線： W0、 W W W3稱為字線，由輸入的地址代碼 A1A0確定選中哪條字線。被選中的數(shù)據(jù)經(jīng)過輸出緩沖器輸出。 2022/2/14 東北大學(xué)信息學(xué)院 14 ?存儲(chǔ)矩陣：是 NMOS管的或門陣列。一個(gè)字有 4位信息，故有四條數(shù)據(jù)線 ?輸出又稱為位線。它是字 位結(jié)構(gòu)。存儲(chǔ)矩陣實(shí)際上是一個(gè)編碼器，工作時(shí)編碼內(nèi)容不變。位線經(jīng)過反相后輸出，即為 ROM的輸出端 D0、 D D D3。 , 3210 DDDD2022/2/14 東北大學(xué)信息學(xué)院 15 ?每根字線和位線的交叉處是一個(gè)存儲(chǔ)單元 ，共有 16個(gè)單元 。 交叉處有 NMOS管的存儲(chǔ)單元存儲(chǔ) “ 1”， 無 NMOS管的存儲(chǔ)單元存儲(chǔ) “ 0”。 例如 ， 當(dāng)?shù)刂?A1A0=00時(shí) ， 則W0=1（ W W W3均為 0） ， 此時(shí)選中 0號(hào)地址使第一行的兩個(gè) NMOS管導(dǎo)通 ， 2022/2/14 東北大學(xué)信息學(xué)院 16 經(jīng)輸出電路反相后 ，輸出 D3D2D1D0=0101。因此 ， 選中一個(gè)地址 ，該行的存儲(chǔ)內(nèi)容輸出 。四個(gè)地址存儲(chǔ)的內(nèi)容如表 51所示 。 1 1 0 0 D0 1 0 1 1 D2 0 1 0 1 D1 0 1 0 1 D3 內(nèi) 容 0 0 0 1 1 0 1 1 A1 A0 地 址 表 51 ROM中的信息表 1,0,0 1302 ???? DDDD2022/2/14 東北大學(xué)信息學(xué)院 17 ?固定 ROM的編程是設(shè)計(jì)者根據(jù)要求確定存儲(chǔ)內(nèi)容 ， 設(shè)計(jì)出存儲(chǔ)矩陣 ， 即哪些交叉點(diǎn) （ 存儲(chǔ)單元 ） 的信息為 1， 哪些為 0。 為 1的制造管子 ， 為 0的不需制造管子 ， 畫出存儲(chǔ)矩陣編碼圖 。 通常 ， 存儲(chǔ)矩陣中有管子處 ， 用“ 碼點(diǎn) ” 表示 ， 由生產(chǎn)廠制作 。 圖 52的存儲(chǔ)矩陣簡化編碼圖如圖 53所示 。 2022/2/14 東北大學(xué)信