半导体存储器(八)


半导体存储器(八)

半导体存储器是由能表示二进制数的,具有记忆功能的半导体器件组成。
能存放一位二进制数的半导体器件称为一个存储元
每个存储单元由8个存储元构成。

分类

内存储器

  • 随机存取存储器(RAM):能够随时读写,要有电
    • 静态存储器(SRAM):存储元为双稳态电路
    • 动态存储器(DRAM):存储元为电容
  • 只读存储器(ROM):只读,可以没有电
    • 掩模ROM
    • 一次性可写ROM
    • EPROM
    • EEPROM

:后两种只读存储器是可读写的ROM,但是写是要有一定的条件

主要技术指标

  • 存储容量:存储单元个数*每单元二进制数位数
  • 存储单元:实现一次读/写所需要的的时间
  • 存取周期:连续启动两次独立的存储器操作所需间隔的最小时间
  • 可靠性,功耗

微型机中的存储器系统

微型机中的存储器包括:内存和外存

  • 内存储器
    • 主内存
    • 高速缓冲存储器
  • 外存储器
    • 联机外存
    • 脱机外存

微型计算机中的存储器系统主要有

  • Cache存储器系统
  • 虚拟存储器系统

内存和外存各方面对比

  • 速度上:内存快,外存慢
  • 容量上:内存小,外存大
  • 单位容量价格:内存高,外存低
  • 制造材料:内存半导体,外存磁性材料

Cache存储系统

Cache存储系统由高速缓冲存储器(Cache)主内存构成,由硬件系统负责管理。
设计目标:提高CPU访问内存的存取速度
命中:CPU在访问内存时,首先判断所要访问的内容是否在Cache中,如果在,就称为“命中”,此时CPU直接从Cache中调用该内容;否则,就称为 “不命中”
当命中率足够高,整个Cache存储系统的:

  • 访问速度接近于Cache的存储速度
  • 存储容量接近与主存的容量
  • 价格接近于主存的价格

系统存取时间
命中率*Cache存取时间+不命中率*主存存取时间

虚拟存储器系统

虚拟存储器系统由主内存部分硬磁盘构成,由操作系统管理
设计目标:扩大存储容量

存储单元编址

每个内存单元的地址都是由高位地址地位地址构成。
高位地址选择芯片,所以高位又称为片选地址
译码电路
将输入的一组高位地址信号或者二进制信号,变成一个有效的输出信号。
译码方式

  • 全地址译码
  • 部分地址译码

全地址译码
将全部的高位地址作为译码信号,使存储器芯片的每一个单元都占据一个唯一的内存地址。
部分地址译码
用部分高位地址信号作为译码信号,使得被选中存储器芯片占有几组不同的地址范围。

随机存取存储器(RAM)

  • 静态存储器(SRAM):存储元为双稳态电路
  • 动态存储器(DRAM):存储元为电容

特点

  • 可以随机读和写操作
  • 掉电后存储内容消失

静态存储器SRAM

存储元为双稳态电路,存储信息稳定,例如:SRAM 6264型号

SRAM 6264型号

容量:8K*8b
主要引线

  • 地址线:A0-A12
  • 数据线:D0-D7
  • 输出允许信号#OE
  • 写允许信号:#WE
  • 片选信号:#CS1,CS2

动态存储器DRAM

存储元主要由电容构成
需要定时对存储元进行读或写操作(电容充电、放电)

只读存储器(ROM)

  • EPROM
  • EEPROM
  • Flash

EPROM

EPROM芯片因其较高的稳定性,使用时常用作程序存储器,存放相应的控制程序。

特点

  • 可多次编程写入(所有可读写的ROM都有的特点),不可在线写入
  • 掉电后内容不丢失(所有ROM都有的特点)
  • 内容的擦除需用紫外线擦除器(只有EPROM有的特点)

EPROM芯片因其较高的稳定性,使用时常用作程序存储器,存放相应的控制程序。
RAM芯片则因其便利性,常用作数据存储器,存放操作的数据

EEPROM

特点

  • 可在线编程写入
  • 掉电后内容不丢失
  • 电可擦除

工作方式

  • 数据读出
  • 变成写入
    • 字节写入:每次写入一个字节
    • 自动页写入:每次写入一页(1~32字节)
  • 擦除
    • 字节擦除:一次擦除一个字节
    • 片擦除:一次擦除芯片

闪速存储器Flash

通过向内部控制寄存器写入命令的方法来控制芯片的工作方式
通过读状态寄存器的值,获取芯片当前工作状态
与SRAM的区别
掉电以后信息不丢失,写入和擦除操作时需要的电压较高(12V)
与普通EEROM的区别
通过读取状态寄存器的内容确定是否可继续写入
工作方式

  • 数据读出
    • 该单元内容
    • 读内部状态寄存器内容
    • 读芯片的厂家及器件标记
  • 编程写入:数据写入,写软件保护
  • 擦除:
    • 字节,块,片擦除
    • 擦除挂起

半导体存储器扩展技术

存储器扩展技术就是用多片存储芯片构成一个需要的内存空间
存储器芯片的存储容量等于
单元数*每单元的位数
各存储器芯片在整个内存中占据不同的地址范围。
任意一个时刻仅有一片(或一组)被选中
存储器扩展方法

  • 位扩展 → 扩展字长
  • 字扩展 → 扩展单元数
  • 字位扩展 → 既扩展字长也扩展单元数

位扩展

构成内存的存储器芯片的字长小于内存单元要求的字长时,需要进行位扩展。
需要确保所有芯片具有完全相同的地址

字扩展

地址空间的扩展。
确保所有芯片具有完全不同的地址范围

  • 地址空间的扩展
  • 芯片每个单元中的字长满足,但单元数不满足

扩展原则

  • 每个芯片的地址线,数据线,控制线并联
  • 片选端分别引出,以使每个芯片都有不同的地址范围

字位扩展

单元数及每单元字长均不满足要求。
设计过程

  • 根据内存容量及芯片容量确定所需要所需存储芯片
  • 进行位扩展以满足字长要求
  • 进行字扩展以满足容量要求

Author: ljs
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