【文章內(nèi)容簡介】 應(yīng)用。這種存儲器利用專用的編程器進行信息擦除和信息再寫入，寫入信息后的芯片便可作為只讀存儲器來使用。目前，根據(jù)擦除芯片內(nèi)信息的方式不同，可擦除、可多次編程式ROM分為兩種類型： 紫外線擦除方式、可多次編程式，即 EPROM 電擦除方式、可多次編程式，即 EEPROM page 西安郵電學(xué)院 計算機學(xué)院 34 2022/5/27 1. EPROM存儲器 圖 P溝道實現(xiàn)的 EPROM的基本存儲元物理構(gòu)造示意圖。它是在 N型基體片上生長了兩個高濃度的 P型區(qū)，通過歐姆接觸，分別引出源極 (S)和漏極 (D)。在 S極和 D極之間，有一個多晶硅做的柵極，它的周圍被二氧化硅絕緣物所包圍，柵極是浮空的。這樣的管子制造好時，多晶硅柵極上沒有電荷，所以 D極和 S極之間是不導(dǎo)通的。 N 型 基 體P+P+浮 空 多 晶 硅 柵 極DSVC C字 線位 線E P R O M一 個 存 儲 元S i O2圖 EPROM的基本存儲元物理構(gòu)造示意圖 圖 EPROM基本存儲元電路結(jié)構(gòu)示意圖 page 西安郵電學(xué)院 計算機學(xué)院 35 2022/5/27 由這種 EPROM做成的存儲器芯片，在封裝上與一般集成電路不同，其頂部中間部分有一個石英玻璃窗口，用于對存儲器的擦除操作。當(dāng)用紫外線近距離直射窗口大約 20分鐘時，電路中的浮空多晶硅柵極上的積聚電子全部形成光電流泄漏掉， D極和 S極之間不再導(dǎo)通，即讀出值為“ 1”，恢復(fù)到初始狀態(tài)。 存放用戶信息的 EPROM存儲器為了防止因光線長期照射而引起的信息破壞，需用遮光膠紙貼于石英窗口上。一個 EPROM的封裝外形如圖 (a)所示。 圖 Intel 2764芯片的封裝外形圖 page 西安郵電學(xué)院 計算機學(xué)院 36 2022/5/27 2. EEPROM存儲器介紹 EEPROM是一種采用金屬氮氧化硅工藝生產(chǎn)的可電擦除，可再編程的只讀存儲器，具有在線（或稱在系統(tǒng)，即不用從電路板上拔出來）對單個存儲單元電擦除和再編程的能力。擦除時只需加高電壓對指定單元產(chǎn)生電流，形成“電子隧道”，即可將該單元信息擦除，其他未通電流的單元內(nèi)容保持不變。 page 西安郵電學(xué)院 計算機學(xué)院 37 2022/5/27 Flash存儲器 閃速存儲器又稱 Flash存儲器 ， 它是一種非易失性存儲器 （ NonVolatile Memory， NVM） ， 是在EPROM與 EEPROM 基礎(chǔ)上發(fā)展起來的 。 Flash存儲器集其它類非易失性存儲器的特點于一身 。 與EPROM相比較 ， 閃速存儲器具有明顯的優(yōu)勢 —— 在系統(tǒng)中可電擦除和可重復(fù)編程 ， 而不需要特殊的高電壓；與 EEPROM相比較 ， 閃速存儲器具有編程速度快 ， 成本低 、 密度大的特點 。 Flash存儲器以其集成度高 、 制造成本低 、 使用方便等諸多優(yōu)點廣泛地應(yīng)用于辦公設(shè)備 、 通信設(shè)備 、 醫(yī)療設(shè)備 、 家用電器等領(lǐng)域 。 page 西安郵電學(xué)院 計算機學(xué)院 38 2022/5/27 Flash存儲器類型及特點 1. Flash存儲器的類型 Flash存儲器有多種實現(xiàn)技術(shù)，目前主要有兩種技術(shù)類型： ? NOR型 Flash存儲器 ? NAND型 Flash存儲器 page 西安郵電學(xué)院 計算機學(xué)院 39 2022/5/27 2. 基本工作原理 兩種類型的 Flash存儲器都是用三端器件作為存儲單元，分別為源極、漏極和柵極。它們與場效應(yīng)管的工作原理相同，主要是利用電場效應(yīng)來控制源極與漏極之間的通與斷。不同點是，場效應(yīng)管為單柵極結(jié)構(gòu)，而 Flash為雙柵極結(jié)構(gòu)，即在柵極與硅襯底之間增加了一個浮置柵極。浮置柵極是由氮化物夾在兩層二氧化硅材料之間構(gòu)成，圖 Flash存儲器的基本存儲元物理構(gòu)造示意圖 page 西安郵電學(xué)院 計算機學(xué)院 40 2022/5/27 N 型 基 體P+P+控 制 柵 極DSS i O2浮 置 柵 極圖 Flash存儲器的存儲元物理構(gòu)造示意圖 與場效應(yīng)管一樣， Flash存儲器也是一種電壓控制型器件。 NAND型 Flash存儲器內(nèi)容的擦除和寫入均是基于隧道效應(yīng)。圖 ，電流穿過 N型基體與浮置柵極之間的 SiO2絕緣層，對浮置柵極進行充電，則完成數(shù)據(jù)寫操作。相反，浮置柵極進行放電，則實現(xiàn)數(shù)據(jù)擦除操作。同理， NOR型 Flash存儲器數(shù)據(jù)的擦除也是通過浮置柵極的放電操作實現(xiàn)。但 NOR型 Flash存儲器在寫入數(shù)據(jù)時則是采用熱電子注入方式，即電流從浮置柵極到源極。 page 西安郵電學(xué)院 計算機學(xué)院 41 2022/5/27 3. NOR型 Flash存儲器的特點 以 Intel和 AMD為代表的 NOR型 Flash存儲器是最早出現(xiàn)的一類，具有以下特點： ? 程序和數(shù)據(jù)可存放在一塊芯片上，擁有獨立的數(shù)據(jù)總線和地址總線，能快速隨機讀取，允許系統(tǒng)直接從 Flash中讀取代碼執(zhí)行。 ? 可以單字節(jié)或單字編程，但不能單字節(jié)擦除，必須以塊為單位或?qū)φ瑘?zhí)行擦除操作， NOR技術(shù)的 Flash存儲器的擦除和編程速度較慢。 4. NAND型 Flash存儲器的特點 以三星和東芝為代表的 NAND型 Flash存儲器，有以下特點： ? 以頁為單位進行讀和編程操作，以塊為單位進行擦除操作，具有快編程和快擦除功能，塊擦除時間是 2ms，而 NOR技術(shù)的塊擦除時間達幾百 ms。 ? 數(shù)據(jù)、地址采用同一總線，實現(xiàn)串行讀取。隨機讀取速度相對比較慢，且不能按字節(jié)隨機編程。適合于純數(shù)據(jù)和文件存儲。 ? 芯片尺寸小，引腳少，是位成本（ bit cost）最低的固態(tài)存儲器。 ? 芯片包含有失效塊，失效塊不會影響有效塊的性能，但需要屏蔽。 page 西安郵電學(xué)院 計算機學(xué)院 42 2022/5/27 Flash芯片介紹 1. SST39VF160芯片 2. FlashK9F2808U0C芯片 SST39VF160是 SST公司的 CMOS多功能 Flash存儲器，由SST特有的高性能 SuperFlash技術(shù)制造而成。具有固定的擦除和編程時間，存儲容量為 1M 16位，工作電壓為 ～ ，擦除 /編程壽命 10萬次。該芯片屬于 NOR型 Flash存儲器，具有 SRAM接口，采用 48腳 TSOP封裝。 K9F2808U0C是三星公司生產(chǎn)的 NAND型 Flash存儲器，存儲容量為 16M 8位，工作電壓為 ～ 。 528字節(jié)的頁編程時間為 200us， 16K字節(jié)的塊擦除時間為 2ms，頁面的數(shù)據(jù)以每字 50ns的速度被讀出。數(shù)據(jù)輸入 /輸出、地址輸入和操作指令輸入均是通過共用的 8位 I/O總線完成，所以 NAND型 Flash存儲器的操作比較復(fù)雜。芯片內(nèi)寫控制自動實現(xiàn)所有編程和擦除功能，擦除 /編程壽命10萬次。 page 西安郵電學(xué)院 計算機學(xué)院 43 2022/5/27 存儲器與 CPU連接 在微機系統(tǒng)中， CPU對存儲器讀 /寫操作，是通過 CPU總線讀 /寫周期完成的。 CPU總線包括：地址總線，數(shù)據(jù)總線，控制總線，又稱三總線。 CPU總線的讀 /寫操作，首先由地址總線給出地址信號，然后發(fā)出讀 /寫控制信號，最后在數(shù)據(jù)總線上進行數(shù)據(jù)的讀 /寫操作。所以，存儲器必須正確的連接到 CPU總線上，才能進行讀 /寫訪問。 page 西安郵電學(xué)院 計算機學(xué)院 44 2022/5/27 連接時應(yīng)注意的問題 存儲器在與 CPU總線連接時，應(yīng)注意下述幾點問題 : 1. CPU總線的帶負載能力 CPU在設(shè)計時，一般輸出線的帶負載能力是有限的。采用MOS管的半導(dǎo)體存儲器，直流負載很小，主要是電容負載。所以，在簡單系統(tǒng)中， CPU可直接與存儲器相連，而在復(fù)雜系統(tǒng)中， CPU需要通過驅(qū)動器來增強輸出帶負載的能力。 2. CPU與存儲器之間的時序配合 CPU對存儲器讀寫訪問都有固定的時序要求。具體地說，當(dāng) CPU讀操作時，從 CPU發(fā)出地址和讀命令后，存儲器必須在限定時間內(nèi)輸出有效數(shù)據(jù)；而當(dāng) CPU寫操作時，存儲器必須在寫脈沖規(guī)定的時間內(nèi)將數(shù)據(jù)寫入指定存儲單元上。否則，就無法保證準(zhǔn)確地傳送數(shù)據(jù)。所以，需要選擇能夠滿足 CPU讀 /寫時序要求的存儲器芯片來使用。 page 西安郵電學(xué)院 計算機學(xué)院 45 2022/5/27 3. CPU與 DRAM的連接 當(dāng)采用 SRAM芯片做系統(tǒng)存儲器時，可以直接與 CPU總線連接；而采用 DRAM芯片時，因為 DRAM存儲器需要定時刷新，所以，一般需要通過 DRAM控制器連接到 CPU總線上。此外，由于不同類型的存儲器其控制信號不完全相同。不同型號 CPU的讀 /寫控制信號也不一樣。在進行存儲器連接時，要注意這些信號連接的正確性。 4. 存儲器的組織方式 在各種微機系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)總線可能是 8位、 16位或 32位等，存儲容量可能需要 64K、 640K或 4M等。因此，就可能需要使用多片存儲器進行組織，構(gòu)成微機系統(tǒng)所需的存儲容量。例：用 8片 16K 8位RAM構(gòu)成 64K 16位存儲器。 5. 地址空間劃分及存儲器連接 微機系統(tǒng)的地址空間上，包含有 ROM區(qū)、 RAM區(qū)等。 ROM區(qū)用來存放基本程序（如： BIOS）， RAM區(qū)用來存放工作程序和數(shù)據(jù)。而 RAM區(qū)又分為系統(tǒng)區(qū)和用戶區(qū)。所以合理劃分內(nèi)存地址空間，正確連接各種類型的存儲器到指定的地址空間是必要的。 page 西安郵電學(xué)院 計算機學(xué)院 46 2022/5/27 地址空間劃分及存儲器連接 1. 地址空間的劃分 CPU在設(shè)計時，地址空間劃分和地址編碼，是靠地址線來實現(xiàn)。在微機系統(tǒng)中， CPU型號不同，其地址總線數(shù)目不同，可尋址的空間大小也不一樣。 表 各型號 CPU可尋址的空間表 CPU型號 數(shù)據(jù)總線 地址總線 尋址空間 Intel 8088 8位 20位 1 MB Intel 80286 16位 24位 16 MB Intel 80386 32位 32位 4 GB Intel 80586 64位 36位 64 GB ARM7TDMI 32位 32位 4 GB ARM9TDMI 32位 32位 4 GB page 西安郵電學(xué)院 計算機學(xué)院 47 2022/5/27 0 x 0 0 0 0 0 0 0 01 G B1 G B 8 K1 . 5 G B8 K0 . 5 G B片 內(nèi) F l a s h 存 儲 器片 內(nèi) R A M外 設(shè)片 內(nèi) R O M片 外 R A M系 統(tǒng) 地 址 空 間4 G B0 x F F F F F F F F0 x 4 0 0 0 0 0 0 00 x 8 0 0 0 0 0 0 00 x 7 F F F E 0 0 00 x E 0 0 0 0 0 0 0圖 LPC2200芯片的地址空間分配圖 LPC2200芯片的 CPU采用