11第十一讲DRAM存储器-PPT精选文档

嵌入式系统中的应用
半导体存储器广泛应用于 嵌入式系统，如智能家居、 汽车电子和工业控制。
计算机内存
半导体存储器是计算机主 存储器的重要组成部分， 用于临时存储数据和程序。
智能手机内存
手机内存运行应用程序和 存储数据，半导体存储器 提供了高速和可靠的数据 存取。
未来半导体存储器的发展方向
1 3D垂直存储器
《半导体存储器》PPT课 件
半导体存储器PPT课件大纲
什么是半导体存储器？
半导体存储器定义
半导体存储器是指使用半导体材料制造的存储器，它可以将数据存储在芯片内部的电子元件 中。
存储器的分类
常见的半导体存储器包括静态随机存取存储器（SRAM）、动态随机存取存储器（DRAM）和 闪存存储器。
常见的半导体存储器
通过增加垂直堆叠层数来增加存储容量，提高存储密度和性能。
2 非易失性存储器
开发更加稳定和可靠的非易失性存储器，提供更长久的数据存储和保护。
3 全新器件技术
研发新型的器件结构和材料，以满足不断增长的存储需求和更高的速度要求。
总结
半导体存储器的重要性
半导体存储器在现代计算和通信领域发挥着关键作用，对技术和社会的发展产生积极影响。
静态随机存取存储器 （SRAM）
SRAM具有快速读写速度和较 短的访问时间，适用于高性 能的应用。
动态随机存取存储器 （DRAM）
DRAM具有较大的存储容量和 较低的成本，广泛应用于个 人电脑和服务器。
闪存存储器
闪存存储器具有非易失性和 较高的耐用性，适用于便携 设备的存储需求。
半导体存储器的工作原理
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SRAM的工作原理
SRAM使用触发器实现数据的存储和读取，具有较快的访问速度和数据保持能力。

Data stored in dynamic memories naturally decays over time. Therefore, DRAM need periodic refresh operation to prevent data loss.
Memory: DRAM position ������ Semiconductor memory device ������ ROM: Non volatile ������ Mask ROM ������ EPROM ������ EEPROM ������ Flash ������ NAND: low speed, high density ������ NOR: high speed, low density ������ RAM: Volatile ������ DRAM: Dynamic Random Access Memory ������ SRAM: Static Random Access Memory ������ Pseudo SRAM
Notation: K, M, G ������ In standard scientific nomenclature, the metric modifiers K, M, and G to refer to factors of 1,000, 1,000,000 and 1,000,000,000 respectively.
DRAM Density
What is a DRAM?
•������ DRAM stands for Dynamic Random Access Memory. •������ Random access refers to the ability to access any of

Addr and Cmd Bus
Memory Controller
Data Bus Channel
Multi-Banked DRAM Chip
Source: Memory Systems Architecture Course Bruce Jacobs, University of Maryland
• Bursty
410s =(100ns*4096)
64ms
410s
• Distributed 15.6s 100ns
64ms
64ms
64ms
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DRAM Refresh Policies
• RAS-Only Refresh
Memory Controller
Assert RAS RAS CAS
Addr counter
Addr Bus
InRcreefmreesnhtRcowunter
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Types of DRAM
• Asynchronous DRAM
– Normal: Responds to RAS and CAS signals (no clock) – Fast Page Mode (FPM): Row remains open after RAS for multiple CAS commands – Extended Data Out (EDO): Change output drivers to latches. Data can be held on
• Use Disk cache (or cache buffer) to exploit locality
– 4 to 32MB today – Come with the embedded controller in the HDD

3.3 DRAM存储器
3、存储器模块条
存储器通常以插槽用模块条形式供应市场。这种模块 条常称为内存条，它们是在一个条状形的小印制电路 板上，用一定数量的存储器芯片，组成一个存储容量 固定的存储模块。如图所示。
内存条有30脚、72脚、100脚、144脚、168脚等多种 形式。
30脚内存条设计成8位数据线，存储容量从256KB～32MB。
72脚内存条设计成32位数据总线
100脚以上内存条既用于32位数据总线又用于64位数据总线， 存储容量从4MB～512MB。
DRAM存储器概述和应用
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3.3 DRAM存储器
六、高级的DRAM结构 FPM DRAM：快速页模式动态存储器，它是根据程
序的局部性原理来实现的。读周期和写周期中，为了 寻找一个确定的存储单元地址，首先由低电平的行选 通信号RAS确定行地址，然后由低电平的列选信号 CAS确定列地址。下一次寻找操作，也是由RAS选定 行地址，CAS选定列地址，依此类推，如下图所示。
存储元：二极管
双极型晶体管 MOS管
工作原理：
管子的基极连选择线，该管 导通，反向后输出为“1”，反之 输出为“0”。
– 掩摸式只读存储器：数据在芯片制造过程中就确定 优 点:可靠性和集成度高，价格便宜
– 缺 点:不能重写
DRAM存储器概述和应用
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3.4 只读存储器和闪速存储器
2.PROM
特点:用户可自行改变产品中 某些存储元，用户可编程一次。
正确性与可靠性至关重要。为此除了正常的数 据位宽度，还增加了附加位，用于读/写操作 正确性校验。增加的附加位也要同数据位一起 写入DRAM中保存。其原理如图所示。
DRAM存储器概述和应用
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CDRAM(带高速缓存动态随机存储器) 是日本三菱电气公司开发的专有技术， 它通过在DRAM芯片上集成一定数量 的高速SRAM作为高速缓冲存储器和同 步控制接口来提高存储器的性能。
DRDRAM(Direct Rambus DRAM)

DRDRAM (接口动态随机存储器)是Rambus 在Intel支持下制定的新一代RDRAM标准， 与传统DRAM的区别在于引脚定义会随命令 而变，同一组引脚线可以被定义成地址，也 可以被定义成控制线。其引脚数仅为正常 DRAM的三分之一。当需要扩展芯片容量时， 只需要改变命令，不需要增加芯片引脚。

内存速度性能指标
时钟周期TCK CAS延迟时间（CL） CL=2，CL=3 存取时间（TAC） 内存总延迟时间 =TCK*CL+TAC

CAS的延迟时间

这是纵向地址脉冲的反应时间,也是在一 定频率下衡量支持不同规范内存的重要标 志之一。比如现在大多数的SDRAM在外 频为100MHz时都能运行于CAS Latency = 2或3的模式下，这时的读取数据的延迟时 间可以是二个时钟周期也可以是三个时钟 周期，若为二个时钟周期就会有更高的效 能。
KINGMAX
三星（SAMSUNG）
创见（JETRAM）
金邦（WINBOND）
美凯龙/美光（MICRON）
金士顿（KINGSTON）
金士顿（KINGSTON）
现代（HY/HYUNDAI）
现代（HY/HYUNDAI）
KINGMAX
KINGMAX
SPD芯片

SPD(Serial Presence Detect，串行 存在探测)，它是1个8针的256字 节的EEPROM (电可擦写可编程 只读存储器)芯片。一般处在内 存条正面的右侧，里面记录了诸 如内存的速度、容量、电压与行、 列地址带宽等参数信息。当开机 时PC的BIOS将自动读取SPD中 记录的信息，并为内存设置最优 化的工作方式，它是识别PC100 内存的一个重要标志。

4.传输标准

传输标准代表内存的速度。一般用“PＣ+数值”的方式来表示，不同类型的内存条，数值的含 义有所不同。

SDRAM的传输标准有PCl00和PC133两种，100和133表示内存的工作频率为100MHz和 133MHz。

DDR SDRAM的传输标准从PC1600到PC4300不等，这里的数值表示内存传输率。如PC4300 表示该内存条的传输率为4300MB／s。

RDRAM的传输标准有PC600，PC800和PC1066等，数值是其工作频率的两倍。如PC600表示 内存条的工作频率为300MHz。
内存性能指标
1.
容量

在不超出主板所支持容量的前提下越大越好 目前的主流容量为1G、2G
2.
工作频率（Mhz）

内存所能达到的最高工作频率。内存主频是以 MHz（兆赫）为单位来计量的。内存主频越高 在一定程度上代表着内存所能达到的速度越快

在主板上安装的BIOS芯片就是典型的ROM


RAM （随机存储器, Random Access Memory ）
随机存取存储器是计算机的主存，CPU对它们既可读出数 据又可写入数据。一旦关机断电，RAM中的信息将全部 消失。在通电情况下不能长时间保持电量，需要每隔一段 时间就进行一次重新加电过程，RAM通常是作为操作系 统或其他正在运行程序的临时存储介质。 在主板上内存就是这个状态。
内存介绍
一、存储器概述

从计算机系统的结构来看，存储器可 分内存储器和外存储器两大类。内存 储器与CPU直接联系，负责各种软件 的运行；外存储器包括软盘、硬盘、 光盘、磁带机、优盘等。
一、存储器概述—内存 储器种类

• 对于单向的串行数据传输，可以选择MC1489或SN75189芯片来实现EIA电平到TTL电平的转换，也可以 选择MC1488或者SN75188芯片来实现TTL电平到EIA电平的转换。这些芯片只能实行单方向的电平转换， 并且使用时需要提供±12V的电源电压，这对于5V供电的单片机系统来说，不是很方便。
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个完整的控制、通信系统。下面分别介绍这几种接口标准，其中RS-232C是最常用的，本章实例将使用该 接口标准和单片机进行通信设计。
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31.2.3 单片机与RS-232C的接口
• 本例中需要采用单片机作为数据通信的桥梁。前面介绍过计算机的RS-232C接口的电平范围为15V~+15V，由于单片机的接口电路为TTL信号，因此单片机与具有RS-232C标准的串行接口（例如计算 机）进行通信的时候，首先要解决的便是电平转换的问题。一般来说，可以选择一些专用的集成电路芯片。
31.1.1 RAM存储器概述
• RAM存储器又称随机存取存储器(Random Access Memory)，简称为RAM，它能够在存储器中任意指 定的地方随时写入或读出信息；当电源掉电时，RAM 里的内容即消失。
• 根据存储单元的工作原理，RAM 又分为静态RAM 和动态RAM。 • 静态RAM 用触发器作为存储单元存放1 和0，存取速度快，只要不掉电即可持续保持内容不变。一般静态
• 由于一般的计算机上都集成有串行接口，可以采用串行接口和外部设备进行通信。51系 列单片机内部也集成有一个全双工的串行异步通信接口，因此，在本实例中采用单片机 作为桥梁，实现计算机和外部设备的通信，并完成静态RAM存储器的读写。
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计算机组成原理
——第4章 主存储器
1
4.8 半导体存储器的组成与控制
1. 存储器容量扩展
位扩展 字扩展 字位扩展
2. 存储控制
集中刷新 分散刷新 异步刷新
3. 存储校验线路
2
复习（一）
❖RAM存储器芯片总结
RAM存储器芯片有多种型号，每一RAM存储器芯 片具有：
地址线Ai：引脚数与存储芯片的单元数有关； 数据线Di：引脚数与存储芯片的字长有关； 片选信号CS：只有CS有效时，芯片才被选中，
❖ 位扩展特点： 存储器的单元数不变，位数增加。
…
9
1、存储器容量扩展——字扩展
例3 使用16K×8位的RAM芯片组成一个 64K×8位的存储器。
分析： ①芯片的字数不够，需进行字扩展。 ②共需芯片数目是64K÷16K＝4。将4片RAM的地 址线、数据线、读写线一一对应并联。 ③出现地址线不够问题，如何解决？ 可以用高2位 地址作为选片端。 ④详细的连接见下图：
12
…
1、存储器容量扩展——字位扩展
❖ 实际存储器往往需要在字向、位向两个方向同时 扩展。
❖ 一个存储器的容量为M×N位，若使用L×K位的存 储芯片，则该存储器共需的芯片个数为：
M× N
L
K
❖ 需解决：芯片的选用、
…
地址分配与片选逻辑、
…
…
信号线的连接。 …
13
2114（1K×4）SRAM芯片组成容量为4K×8的存储器
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16K×8位的RAM芯片组成一个64K×8位的存储器
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地 CS
址 端
WE
地 CS
址 端
WE
地 CS
址 端
WE

内存的读写工作过程。

4
一 DRAM存储最小单元
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DRAM存储元的记忆原理
1、MOS 管作为 2 、写 1—— 输出缓冲 5 后存储位 4 、读出 1 —— 输入 3、写0——输出缓 开关使用，信 器和刷新缓冲器关闭； 元重写 1 (1的读出是 缓冲器和刷新缓冲 冲器和刷新缓冲器 息由电容器上 输入缓冲器打开 (R/W 器关闭；输出缓冲 破坏性的 )——输入 关闭；输入缓冲器 的电荷量体 为低 )，DIN=1 送到存 缓冲器关闭，刷新 器 /读放打开 (R/W 打开，输入数据 现—— 电容器 储元位线上；行选线 缓冲器和输出缓冲 为高 ) ；行选线为 DIN=0送到存储元 充满电荷代表 为高，打开 MOS 管， 器 / 读放打开， 高，打开 MOS 管， 位线上；行选线为 存储了 1；电容 位线上的高电平给电 D =1 经刷新缓冲 电容上存储的 1管， 送 OUT 高，打开MOS 器放电没有电 容器充电 器送到位线上，再 到位线上，通过输 电容上的电荷通过 荷代表存储了 0 经 MOS 管写到电容 出缓冲器 /读出放 MOS 管和位线放电 上 大器发送到DOUT， 即DOUT=1
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实例
例1：某一动态RAM芯片，容量为64K×1，
除电源线，接地线和刷新线外，该芯片最 小引脚数目为多少？
14
三 DRAM的周期

读周期：行地址和列地址要在行选通信号
与列选通信号之前有效，并在选通信号之 后一段时间有效。保证行地址与列地址能 正确选通到相应的锁存器。

写周期：写命令信号必须在选通信号有效 前有效。
读 /写 7.8μs 刷新 读 /写 7.8μs 刷新
8ms 异步刷新方式
四 刷新方式
例3：有一个16K×16的存储器，用1K×4位

A0 A0
地 址 译
…
码
An-1
器
存储矩阵
R/W 读/ 写控制电路
CS
…
I/O0 I/O1 … I/Om-1
2n m RAM 的结构图
.
RAM 与 ROM 的比较
相 ★ 都含有地址译码器和存储矩阵 同 处 ★ 寻址原理相同
★ ROM 的存储矩阵是或阵列，是组合逻辑电路。
ROM 工作时只能读出不能写入。掉电后数据
第 9 章 半导体存储器
概述 只读存储器(ROM) 随机存取存储器(RAM) 本章小结
.
9.1 概 述
主要要求：
了解半导体存储器的作用、类型与特点。
.
一、半导体存储器的作用 存放二值数据
二、半导体存储器的类型与特点
只读存储器(ROM， 即Read-Only Memory)
随机存取存储器(RAM， 即Random Access Memory)
动态 RAM(即 Dynamic RAM，简称 DRAM)
DRAM 存储单元结构简单，集成度高， 价格便宜，广泛地用于计算机中，但速度较 慢，且需要刷新及读出放大器等外围电路。
W3 W2 字 W1 线
W0
字线与位线的交叉 点即为存储单元。
每个存储单元可以 存储 1 位二进制数。
交叉处的圆点 “ ” 表示存储 “1”；交叉处 无圆点表示存储 “0”。
D3 D2 D1 D0 位线 10 1 1
4 4 存储矩阵结构示意图
当某字线被选中时，
相应存储单元数据从位
线 D3 ~ D0 输出。 请看演示
从位线输出的每组二进制代码称为一个字。一个 字中含有的存储单元数称为字长，. 即字长 = 位数。