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微型计算机系统原理及应用 第4章 半导体存储器PPT课件

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《半导体存储器》课件

《半导体存储器》课件

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
1
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。

《微机4存储器》PPT课件

《微机4存储器》PPT课件

◆半导体存储器芯片主要由存储体、存储单元译码电路、数 据缓冲电路、读/写控制逻辑电路组成。
◆半导体存储器芯片的引脚主要有存储单元地址线Am-1~A0、 数据线Dn-1~D0、片选通线CS、读/写控制线OE和WE等。
精选ppt
6
存储器芯片的基本组成
（以静态存储器为例）
半导体存储器芯片通常由存储矩阵、单元地址译码、数 据缓冲/驱动和读/写控制逻辑四部分组成。
◆EPROM：是可用紫外线进行多次（脱线）擦除，可用编程 器固化信息的ROM。EPROM可以多次改写，但编程速度 较慢。
精选ppt
5
4.1.3 存储器芯片的基本组成
◆半导体存储器芯片是把成千上万个基本存储电路以矩阵阵 列的组织形式（称为存储体）集成在数平方厘米上的大规 模集成电路。
◆基本存储电路是存储一位二进制信息的电路，由一个具有 两个稳定状态（“0”和“1”）的电子元件组成。
◆MOS型RAM：制造工艺简单、集成度高、功耗低、价格便 宜，存取速度不及双极型RAM。静态RAM（SRAM）以 双 稳 态 触 发 器 做 基 本 存 储 电 路 ， 集 成 度 较 高 。 动 态 RAM （DRAM）利用电容电荷存储信息，需附加刷新电路，采 用的元件比静态RAM少，集成度更高，功耗更小。。从总 体来看，DRAM优于SRAM。
◆当单个存储器芯片的容量不能满足系统存储器要求时， 需要用多个存储器芯片组合，以扩充存储器的容量。
◆扩充存储器容量的连接方法：
存储器位扩充——若扩充存储单元（以字节为单位）的 数据位数，称为位扩充。
例如，图4.6 存储器位扩充连接示意图。 存储器字节扩充——若扩充存储单元的字节个数，称为 字节扩充。
CE，OE/VPP， PGM CE，OE， WE， RDY/BUSY

半导体存储器的工作原理PPT课件

半导体存储器的工作原理PPT课件

存储器芯片
An－1～0 R/W CS
内部存储结构：字片式、位片式
… …
Dm－1～0
电源 地线
第2页/共37页
字片式结构的存储器（64字×8位）
第3页/共37页
• 单译码方式（一维译码）：访存地址仅进行一个方 向译码的方式。
• 每个存储单元电路接出一根字线和两根位线。
• 存储阵列的每一行组成一个存储单元，存放一个8位 的二进制字。
…
读放大器
…
Cs
读放大器
4.2
0
128
1列
选 择
… … … … …
读放大器
Cs
0 … 63
64 … 127
128 根行线
DIN
数据输入
第21页/共37页
I/O缓冲
127
读/写线
DOUT
输出驱动
⑤ 4116 (16K×1位) 芯片 写 原理
…
读读读出放放放大大大器器器
…
Cs
读放大器
4.2
0
128
1列
• 每一根列选择线控制一个读出再生放大器， 128列共有128个读生再生放大器，一列中的 128个存储电路分为两组，每64个存储电路为 一组，两组存储电路的位线分别接入读出再 生 放 大 器 的 两 端 。第23页/共37页
• 存储器的读出
• 行地址经行地址译码选中某一根行线有效， 接通此行上的128个存储电路中的MOS管，使 电容所存信息分别送到128个读出再生放大器 放大。同时，经放大后的信息又回送到原电 路进行重写，使信息再生。
第7页/共37页
位片式结构的存储器芯片（4K×1位）
第8页/共37页
• 4096个存储电路，排列成64×64的阵列。 • 问：需12位地址。 • 分为6位行地址和6位列地址。 • 给地址 行、列译码 选中对应单元

《半导体存储器》课件

《半导体存储器》课件
04
制造设备
用于将掺杂剂引入硅片。
用于在硅片上生长单晶层 。
掺杂设备 外延生长设备
用于切割硅片。
晶圆切割机
制造设备
光刻机
用于将电路图形转移到硅片上。
刻蚀机
用于刻蚀硅片表面。
镀膜与去胶设备
用于在硅片表面形成金属层或介质层，并去 除光刻胶。
测试与封装设备
用于对芯片进行电气性能测试和封装成最终 产品。
分类
根据存储方式，半导体存储器可分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ ROM）。
历史与发展
1 2 3
早期阶段
20世纪50年代，半导体存储器开始出现，以晶 体管为基础。
发展阶段
随着技术的进步，20世纪70年代出现了动态随 机存取存储器（DRAM）和静态随机存取存储器 （SRAM）。
当前状况
现代半导体存储器已经广泛应用于计算机、移动 设备、数据中心等领域。
物联网和边缘计算
在物联网和边缘计算领域应用半导体存储器，实现高 效的数据存储和传输。
CHAPTER
05
案例分析：不同类型半导体存 储器的应用场景
DRAM的应用场景
01
DRAM（动态随机存取存储器）是一种常用的半导体存储器，广泛应 用于计算机和服务器等领域。
02
由于其高速读写性能和低成本，DRAM被用作主内存，为CPU提供快 速的数据存取。
外延生长
在硅片上生长一层或多 层所需材料的单晶层。
掺杂
通过扩散或离子注入等 方法，将掺杂剂引入硅 片。
制造流程
01
光刻
利用光刻胶将电路图形转移到硅片 上。
镀膜与去胶
在硅片表面形成金属层或介质层， 并去除光刻胶。

第四章半导体存储器-PPT精品文档

第四章半导体存储器-PPT精品文档

第四章 半导体存储器
第二节 随机读写存储器（RAM）
一、静态RAM 三、RAM的基本结构 二、动态RAM 四、RAM举例
读出过程： 在送上地址码的同时，还要 送上读/写控制信号（R/W 或RD、WR）和片选信号 （CS）。读出时，使R/W ＝１，CS＝０，这时，输 出缓冲寄存器的三态门将被 打开，所存信息送至DB上。 于是，存储单元中的信息被 读出。
1. 双稳态触发器
2. 写数据 3. 读数据 (1)选择线高电平
导通 则T5、T6：
(2)I/O A，I/O B
六管静态RAM存储电路
所储存的信息被读出以后，所储 存的内容并不改变，除非重写一 个数据。
第四章 半导体存储器
第二节 随机读写存储器（RAM）
一、静态RAM 二、动态RAM
(一) 动态RAM存储电路
2. 写数据 T5、T6：控制管(存储单
元被选中导通)
பைடு நூலகம்
(1)选择线高电平
导通 则T5、T6：
(2)I/O=1，I/O=0
六管静态RAM存储电路
则A= 1
B= 0
当写入信号和地址译码信号消失后， T5和T6截止，该状态任然能保持。
第四章 半导体存储器
第二节 随机读写存储器（RAM）
一、静态RAM (一) 静态RAM的基本存储电路
(二) 存取速度
存取速度由存取时间衡量。从CPU给出有效的存储 器地址到存储器给出有效数据所需要的时间。 超高速存储器 存取速度 < 20ns
中速存储器 低速存储器
100 ~ 200ns >300ns
第四章 半导体存储器
第一节 概述 第二节 随机读写存储器（RAM）
RAM 按功能可分为 静态、动态两类 静态RAM(SRAM)：存储单元使用双稳态触发器，可带电

《半导体存储器》课件

《半导体存储器》课件

以上是半导体存储器的相关介绍
半导体存储器是计算机科学中至关重要的一部分，对于数据存储和访问具有重要意义。谢谢您的观看！
原理
DRAM存储器使用电容器存储每个位的电荷来表示数据，电荷需要定期刷新以保持数据的有 效性。
优缺点
DRAM存储器的优点是高容量和较低成本，但缺点是速度较慢且需定期刷新。
应用
DRAM存储器广泛应用于个人电脑、服务器和移动设备等场景，提供了大容量的内存存储。
SRAM存储器
原理
SRAM存储器使用触发器电路作 为存储单元，通过电流控制来保 持数据的稳定性。
1
原理
MOS存储器使用金属氧化物半导体场效应管作为存储单元，通过充电和放电来表 示数据的0和1。
2
分类
MOS存储器包括EPROM、EEPROM和闪存等不同类型，每种类型都有不同的读写 特性。
3
应用
MOS存储器被广泛应用于微处理器、存储卡和嵌入式系统等领域中，提供了非易 失性和高集成度。
DRAM存储器
存储器的作用
存储器用于储存和访问数据， 包括指令和数据，以供计算 机进行处理和操作。
TTL存储器
原理
TTL存储器使用晶体管和逻辑门 电路来储存和读取数据。
优缺点
TTL存储器的优点是速度快且稳 定可靠，但缺点是功耗较高。
应用
TTL存储器常用于高速缓存和存 储器芯片中，提供快速的数据 读写能力。
MOS存储器
优缺点
SRAM存储器的优点是速度快且 无需刷新，但缺点是占用空间较 大。
应用
SRAM存储器常用于高速缓存、 寄存器和高性能处理器等场景， 提供了快速的数据存取能力。
FLASH存储器
1
原理

微机原理存储器系统 PPT

➢ DRAM 的基本存储单元是单个场效 应管及其极间电容,以电容的充放电 作为信息存储手段。
动态RAM的存储结构
行选线
单管基本存储电路
C2 T2
数据线
T1 C1
列选线
单管基本 存储单元
C1比较小,电荷容易泄露,必须配 备“读出再生放大电路”进行刷 新,以再生原存信息。
DRAM芯片4116
➢ 存储容量为 16K×1 ➢ 16个引脚:
GND 9
18 Vcc
17 A7 16 A8 15 A9 14 I/O1 13 I/O2 12 I/O3 11 I/O4 10 -WE
SRAM 2114的功能
工作方式 -CS -WE
未选中 1 ×
读操作 0
1
写操作 0
0
I/O4～I/O1 高阻 输出 输入
SRAM芯片6264
NC 1
➢ 存储容量为 8K×8
A5 3 A4 4 A3 5 A2 6
➢ 片选/编程 -CE/PGM
A1 7
➢ 读写 -OE ➢ 编程电压 VPP
A0 8 DO0 9 DO1 10
DO2 11
Vss 12
24 VDD 23 A8 22 A9 21 VPP 20 -OE
19 A10 18 -CE/PGM
17 DO7 16 DO6 15 DO5 14 DO4 13 DO3
行选线X
VDD
T5
A
T3
T4 T6
B
T1
T2
T7
T8
6 管基本 存储单元
列选通
数据线D
数据线D’
列选线Y 六管基本存储电路
SRAM芯片
➢ 存储容量为1024×4

第4章 半导体存贮器(微型计算机原理及应用)


卡中应用十分广泛。由于篇幅限制，在此不做介绍。
第4章 半导体存贮器
图4.24 EEP图4.25 闪速EEPROM28F040引线图
第4章 半导体存贮器
2. 闪速(FLASH)EEPROM
(1)28F040的引线 闪速28F040的引线如图4.25所示。 由图4.25可以看到，28F040与27C040的引线是相互 兼容的。但前者可以做到在线编程，而后者是无法做
第4章 半导体存贮器
图4.26 28F040的字节编程过程
第4章 半导体存贮器
图4.27 28F040的擦除
(a)整片擦除过程；(b)块擦除过程
第4章 半导体存贮器
(4) 应用
① 用作外存贮器。 ② 用于内存。
第4章 半导体存贮器
4.4 外存贮器简介
4.4.1 磁盘 1.软磁盘 在微型机上大都配有软盘驱动器，用软磁盘来存
图4.18 EPROM2764的连接图
第4章 半导体存贮器
图4.19 EPROM27C040引线图
第4章 半导体存贮器
27C040的编程时序如图4.20所示。
由图4.20可以看到，27C040所用的编程脉冲只有 100μs。因此，只用很短的编程时间便可以对它的整个 512KB实现编程。 27C040的生产厂家为我们提供的编程过程如图
CAS 为写允许信号。
WE
第4章 半导体存贮器
图4.10 DRAM2164引线图
第4章 半导体存贮器
(2) DRAM的工作过程
① 读出数据。 ② 写入数据。 ③ 刷新。
第4章 半导体存贮器
图4.11 DRAM2164的读出过程
第4章 半导体存贮器
图4.12 DRAM2164的写入过程
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3
4.1.1 存储器的分类:外存和内存
按存储器载体分类 （1）磁介质存储器
速度较慢，一般用作外存。如磁盘、磁带等。 （2）半导体存储器
容量大，速度快，体积小，功耗低，广泛用于大、 中、小及微型机中作内存 （3）光存储器 速度快，但需复杂的硬件，主要用作外存
4
4.1.2 半导体存储器的分类
半导体 存储器
6264 的读写
A1 A0
D0
WE CS1 CS2 OE D0~D7 D 1
0
0
1
× 写入
D2
1
0
1
0
读出
GND
其它情况
高阻
1 2 3 4 5 6 7 6264 8 9 10 11 12 13 14
28 Vcc
27
WE
26
CS 2
25
A8
24
A9
23 A11
22
OE
21
A 10
20
CS 1
19
D7
18
(4)MPRAM：用于特定场合的多端口存储器，用于多CPU 系统的共享存储器。
15
2. 双端口RAM举例
CY7C130/131/140/141 1K*8bit高速双端口SRAM A0~A9：地址线 I/O0~I/O7：数据线 CE#：片选 OE#：输出允许线 R/W#：读写控制 BUSY#： INT#：
设T1截止，T2导通，为1；
T2截止，T1导通，为0；
7
1) 写入过程
选择线为高电平，T5、T6导通
写入‘1’：则I/O=1，I/O#=0，它们经T5、T6加到A、B点， 使T1截止，T2导通，使A=1，B=0，进入“1”状态。
写入‘0’：I/O线为“0”，I/O#上为“1”，使得T1导通，
T2截止，达到“0”稳态。
随机存 取存储 器RAM
只读存 储器 ROM
串行存 储器
双极型 MOS 型 掩模 ROM
静态SRAM
动态 DRAM
非易失NVRAM
可编程序PROM(一次性写入)
EPROM （紫外线擦除）
EEPROM（电擦除）
电荷藕合器件 CCD
磁泡存储器
5
4.1.3 半导体存储器的主要技术指标 1．存储容量——指每个存储器芯片所能存储的二进制数的
8
2）读出过程：
经地址译码后选中此电路（单元），即选择线 上为高电平。这时，由于A与I/O线通，B与I/O#线通， 所以I/O线上的状态即要读出的数据。
这种电路，当读出之后，原存储的数据完好不变， 称为非破坏性读出。
9
2．静态RAM的结构 将多个存储单元按一定方式排列起来，就组成了一个静
态RAM存储器。
6
4.2 随机读写存储器（RAM） 4.2.1 静态RAM 1. 静态RAM的基本存储电路
MOS型静态RAM的基本存储单元通常由六个MOS场效应晶 体管构成，只要不切断电源，其写入的数据可长期保留，且不 需动态刷新。
T1,T2：组成双稳态触发器 T3,T4：负载管 T5,T6：控制管 A点的状态，即要表示的二进 制的一位数。
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4.1概 述
在现代微机中同时采用三级存储层次，构成cache-内存外存三级存储系统。P258/P219
内存-外存存储层次 的形成解决了存储器的大 容量和低成本之间的矛盾，
弥补主存容量 的矛盾。
(2)VRAM：用于图形图像显示中大容量双端口读写存储器， 专门为加速视频图像处理而设计的一种双端口DRAM
(3)FIFO：用于高速通信系统、图像图形处理、DSP和数据 采集系统以及准周期性突发信息缓冲系统的先进先出存 储器，它有输入和输出两个相对独立的端口，当存储器 为非满载状态时，输入端允许将高速突发信息经输入缓 冲器存入存储器，直至存满为止，只要存储器有数据， 就允许最先写入的内容依次通过缓冲器输出。
D0～D7----8根双向数据线，与系统的数据总线相连。NC
CS1，CS2片选信号线。系统的高位地址信号A13～
A12 A7
A19 和控制信号通过译码产生片选信号。
A6
OE----输出允许信号。 WE ----写允许信号。
A5 A4 A3
其它：Vcc为+5V电源，GND接地端，NC表示空端。 A 2
由行地址选通信号RAS，把先送来的8位地址送至 行地址锁存器，由随后出现的列地址选通信号CAS把 后送来的8位地址送至列地址锁存器。
14
4.2.3 双口RAM 1.概述
(1)双端口RAM：用于高速共享数据缓冲器系统中、两个端 口都可以独立读/写的静态存储器，实际上它是作为双 CPU系统的公共全局存储器来使用的。
位数。通常以单元数×数据线位数表示。 2114：1K4 6264： 1K 8=1KB，1MB=210KB 2． 存取速度 用存取时间来衡量，存取时间指从CPU给出有效的存储
器地址到存储器给出有效数据所需要的时间。 存取时间：超高速存储器：小于20ns；中速：100~200ns；
低速：300ns以上
10
典型的SRAM 6116：2KB，A0~A10，D0~D7形成 128*16*8（每8列组成看作一个整体操作）的阵列
片选CS# 输出允许 OE# 读写控制 WE#
11
典型的SRAM芯片6264 (8KB)
A0～Al2----13根地址信号线，通常接到系统地址总线的低13位上， 以便CPU能够寻址芯片上的各个存储单元。
D6
17
D5
16
D4
15
D3
12
4.2.2 动态RAM 1．动态RAM存储电路
由一只MOS管T和一个电容C 组成，靠C存储电荷来存储数 据。
写入时，字选择线为‘1’， T导通，数据线上的信号存入 C中。
读出时，字选择线为‘1’， T导通，C上的信号加到数据 线上。
13
2.动态RAM举例 Intel 2164A 容量：64K*1bit 引脚：A0~A7，D，RAS，CAS
16
存储器的基本组成 半导体存储器的内部结构为例
译码电路： 重合译码方式
存储体：核心。一个 基本存储电路可存入 一个二进制数码
第4章 半导体存储器
存储器是计算机中存储信息的部件。它可以把 需要CPU处理的程序和原始数据存储起来。
本章重点介绍两部分内容：
一是存储器的内部结构、性能指标和如 何选用存储器组成高效的存储系统。
二是微型计算机常用的大规模集成电路 随机存储器和只读存储器以及与CPU的 连接。
1
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