第五章存储系统及半导体存储器主要内容半导体存储器的分类随机存取存储器只读存储器
CPU与存储器的连接微机中存储系统的结构半导体存储器的分类随机存取存储器
双极性半导体 RAM
动态金属氧化物（ MOS)RAM
读写存储器
掩膜式 ROM
可编程 ROM(PROM,Programmable ROM)
可擦除的 PROM（ EPROM,Erasable
Programmable ROM）
电可擦除的 PROM（ E2PROM,Electrically
Erasable Programmable ROM）
随机存取存储器静态 RAM（ SRAM)
基本的存储电路
典型的静态 RAM芯片
6116（ 2KB× 8位）,6264（ 8KB× 8位）、
62256（ 32KB× 8位）,628128（ 128KB× 8
位）等。
随机存取存储器动态 RAM（ DRAM)
单管动态存储电路
动态 RAM的刷新为保持电容中的电荷不丢失，必须对动态 RAM不断进行读出和再写入随机存取存储器动态 RAM（ DRAM)
64K位动态 RAM存储器芯片 2164A的容量为 64K× 1位，即片内共有 64K（ 65536） 个地址单元,每个地址单元存放一位数据。需要 16条地址线，地址线分为两部分：行地址与列地址。
芯片的地址引线只要 8条,内部设有地址锁存器,利用多路开关,由行地址选通信号变低 （ Row Address Strobe）,把先出现的 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 （ Column Address
Strobe） 把后出现的 8位地址送至列地址锁存器 。 这 8条地址线也用于刷新 （ 刷新时地址计数,实现一行行刷新 ） 。
RAS
CAS
随机存取存储器
64K存储体由 4个 128× 128的存储矩阵构成 。 每个 128× 128的存储矩阵,有 7条行地址和 7条列地址线进行选择 。 7条行地址经过译码产生 128
条选择线,分别选择 128行； 7条列地址线经过译码也产生 128条选择线,分别选择 128列 。
随机存取存储器锁存在行地址锁存器中的 7位行地址
RA6～ RA0同时加到 4个存储矩阵上,在每个矩阵中都选中一行,则共有 512个存储电路被选中,它们存放的信息被选通至
512个读出放大器,经过鉴别,锁存和重写 。 锁存在列地址锁存器中的 7位列地址
CA6～ CA0（ 地址总线上的 A14～ A8）,在每个存储矩阵中选中一列,则共有 4个存储单元被选中 。 最后经过 1/4 I/O门电路
（ 由 RA7与 CA7控制 ） 选中一个单元,可以对这个单元进行读写 。
只读存储器只读存储器 ROM,是一种非易失性的半导体存储器件 。 其中所存放的信息可长期保存,掉电也不会丢失,常被用来保存固定的程序和数据 。 在一般工作状态下,ROM中的信息只能读出,不能写入 。
对可编程的 ROM芯片,可用特殊方法将信息写入,该过程被称为,编程,。 对可擦除的 ROM芯片,可采用特殊方法将原来信息擦除,以便再次编程 。
只读存储器掩膜式 ROM
掩膜式 ROM一般由生产厂家根据用户的要求定制的 。
只读存储器可编程的 ROM
出厂时，所有存储单元的熔丝都是完好的。
编程时，通过字线选中某个晶体管。若准备写入 1，则向位线送高电平，此时管子截止，熔丝将被保留；若准备写入 0，则向位线送低电平，此时管子导通，控制电流使熔丝烧断。换句话说，所有存储单元出厂时均存放信息 1，
一旦写入 0使熔丝烧断，就不可能再恢复。
只读存储器可擦除可编程的 ROM（ EPROM）
特点,芯片的上方有一个石英玻璃的窗口,通过紫外线照射,芯片电路中的浮空晶栅上的电荷会形成光电流泄漏走,
使电路恢复起始状态,从而将写入的信号擦去 。
只读存储器可擦除可编程的 ROM（ EPROM）
原理：
在 N型的基片上安置了两个高浓度的 P型区,
它们通过欧姆接触,分别引出源极 （ S） 和漏极 （ D）,在 S和 D之间有一个由多晶硅构成的栅极,但它是浮空的,被绝缘物 SiO2所包围 。
只读存储器可擦除可编程的 ROM（ EPROM）
出厂时,硅栅上没有电荷,则管子内没有导电沟道,D和 S之间是不导电的 。 当把 EPROM
管子用于存储矩阵时,它输出为全 1（ 或 0） 。
要写入时,则在 D和 S之间加上 25V的高压,另外加上编程脉冲 （ 其宽度约为 50ms）,所选中的单元在这个电源作用下,D和 S之间被瞬时击穿,就会有电子通过绝缘层注入到硅栅,当高压电源去除后,因为硅栅被绝缘层包围,故注入的电子无处泄漏走,硅栅就为负,于是就形成了导电沟道,从而使 EPROM单元导通,输出为,0,（ 或,1,） 。
只读存储器可擦除可编程的 ROM（ EPROM）
典型芯片,Intel 27512
特性,64K× 8的 EPROM芯片,
28脚双列直插式封装,
地址线为 16条 A15～ A0，
数据线 8条 O7～ O0，
带有三态输出缓冲,
读出时只需单一的＋ 5V电源 。
只读存储器可擦除可编程的 ROM（ EPROM）
内部结构
27512有五种工作方式
读方式
维持方式
编程方式
校验方式
编程禁止方式只读存储器电可擦除可编程的 ROM（ E2PROM）
应用特性：
（ 1） 对硬件电路没有特殊要求,编程简单 。
（ 2） 采用＋ 5V电源擦写的 E2PROM,通常不需要设置单独的擦除操作,可在写入过程中自动擦除 。
（ 3） E2PROM器件大多是并行总线传输的只读存储器闪速存储器 （ Flash Memory）
Flash Memory芯片借用了 EPROM结构简单,
又吸收了 E2PROM电擦除的特点；不但具备 RAM
的高速性,而且还兼有 ROM的非挥发性 。 同时它还具有可以整块芯片电擦除,耗电低,集成度高,体积小,可靠性高,无需后备电池支持,
可重新改写,重复使用性好 （ 至少可反复使用
10万次以上 ） 等优点 。 平均写入速度低于 0.1
秒 。 使用它不仅能有效解决外部存储器和内存之间速度上存在的瓶颈问题,而且能保证有极高的读出速度 。
Flash Memory芯片抗干扰能力很强 。
CPU
与存储器的连接存储器地址分配和译码
地址译码器 74LS138
74LS138有三条控制线 G1，,,
只有当 G1等于 1,等于 0,等于 0
时，三－八译码器才能工作，否则译码器输出全为高电平。输出信号
Y0Y7是低电平有效的信号，对应于Ｃ
ＢＡ的任何一种组合输入，其８个输出端中只有一个是０，其他７个输出均为１。
AG2 BG2
AG2 BG2
CPU
与存储器的连接
存储器容量扩充技术
位扩充当实际存储芯片每个单元的位数和系统需要内存单元字长不等时采用的方法。
字扩充当存储芯片上每个存储单元的字长已满足要求，但存储单元的个数不够，需要增加的是存储单元的数量，就称为字扩展。
字位扩充需要同时进行位扩充和字扩充才能满足系统存储容量需求的方法称为字位扩充。
CPU
与存储器的连接
存储器芯片片选端的处理
线选法地址的高位直接作为各个芯片的片选信号，在寻址时只有一位有效来使片选信号有效的方法称为线选法。
部分译码法用部分高位地址进行译码产生片选信号。
完全译码法全部高位地址译码产生片选信号 。
存储系统
IBMPC/XT的存储系统
IBM PC/XT 采用 Intel8086/8088微处理器,其地址为 20位,寻址范围为 1MB，
其物理地址范围为 00000H～ FFFFFH。
通常 1MB空间分为 3个区,即 RAM区,
保留区和 ROM区 。
80x86扩展存储器高端内存区 （ HMA － High Memory Area） 。
它是 1024KB至 1088KB之间的 64KB内存,称为高端内存区,其地址为 100000H～ 10FFEFH或以上存储系统扩展内存块 （ EMB－ Extended Memory Block） 是指 lMB以上的内存空间,其地址是从 100000H开始,连续不断向上扩展的内存,所以把这种内存称为 EMB（ Extended Memory Block）
扩充内存 （ EMS－ Expanded Memory
Specification） 扩充内存是利用 1MB内存中
64KB的内存区，此内存区为连续的 4页，每页为 16KB的实际页内存，它们映射（ Memory
Mapping） 到 EMS卡上广大空间的逻辑页内存，
EMS 4.0版本驱动程序其映射的内存区为 1MB内任意大小的内存，映射的扩充内存空间为 32MB
存储系统高速缓冲存储器 （ Cache）
实现方式：
在 CPU和存储器之间放置高速缓冲存储器,组成由高速缓冲存储器和主存构成一个,两级,的存储系统 。
CPU与存储器的连接微机中存储系统的结构半导体存储器的分类随机存取存储器
双极性半导体 RAM
动态金属氧化物（ MOS)RAM
读写存储器
掩膜式 ROM
可编程 ROM(PROM,Programmable ROM)
可擦除的 PROM（ EPROM,Erasable
Programmable ROM）
电可擦除的 PROM（ E2PROM,Electrically
Erasable Programmable ROM）
随机存取存储器静态 RAM（ SRAM)
基本的存储电路
典型的静态 RAM芯片
6116（ 2KB× 8位）,6264（ 8KB× 8位）、
62256（ 32KB× 8位）,628128（ 128KB× 8
位）等。
随机存取存储器动态 RAM（ DRAM)
单管动态存储电路
动态 RAM的刷新为保持电容中的电荷不丢失，必须对动态 RAM不断进行读出和再写入随机存取存储器动态 RAM（ DRAM)
64K位动态 RAM存储器芯片 2164A的容量为 64K× 1位，即片内共有 64K（ 65536） 个地址单元,每个地址单元存放一位数据。需要 16条地址线，地址线分为两部分：行地址与列地址。
芯片的地址引线只要 8条,内部设有地址锁存器,利用多路开关,由行地址选通信号变低 （ Row Address Strobe）,把先出现的 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 （ Column Address
Strobe） 把后出现的 8位地址送至列地址锁存器 。 这 8条地址线也用于刷新 （ 刷新时地址计数,实现一行行刷新 ） 。
RAS
CAS
随机存取存储器
64K存储体由 4个 128× 128的存储矩阵构成 。 每个 128× 128的存储矩阵,有 7条行地址和 7条列地址线进行选择 。 7条行地址经过译码产生 128
条选择线,分别选择 128行； 7条列地址线经过译码也产生 128条选择线,分别选择 128列 。
随机存取存储器锁存在行地址锁存器中的 7位行地址
RA6～ RA0同时加到 4个存储矩阵上,在每个矩阵中都选中一行,则共有 512个存储电路被选中,它们存放的信息被选通至
512个读出放大器,经过鉴别,锁存和重写 。 锁存在列地址锁存器中的 7位列地址
CA6～ CA0（ 地址总线上的 A14～ A8）,在每个存储矩阵中选中一列,则共有 4个存储单元被选中 。 最后经过 1/4 I/O门电路
（ 由 RA7与 CA7控制 ） 选中一个单元,可以对这个单元进行读写 。
只读存储器只读存储器 ROM,是一种非易失性的半导体存储器件 。 其中所存放的信息可长期保存,掉电也不会丢失,常被用来保存固定的程序和数据 。 在一般工作状态下,ROM中的信息只能读出,不能写入 。
对可编程的 ROM芯片,可用特殊方法将信息写入,该过程被称为,编程,。 对可擦除的 ROM芯片,可采用特殊方法将原来信息擦除,以便再次编程 。
只读存储器掩膜式 ROM
掩膜式 ROM一般由生产厂家根据用户的要求定制的 。
只读存储器可编程的 ROM
出厂时，所有存储单元的熔丝都是完好的。
编程时，通过字线选中某个晶体管。若准备写入 1，则向位线送高电平，此时管子截止，熔丝将被保留；若准备写入 0，则向位线送低电平，此时管子导通，控制电流使熔丝烧断。换句话说，所有存储单元出厂时均存放信息 1，
一旦写入 0使熔丝烧断，就不可能再恢复。
只读存储器可擦除可编程的 ROM（ EPROM）
特点,芯片的上方有一个石英玻璃的窗口,通过紫外线照射,芯片电路中的浮空晶栅上的电荷会形成光电流泄漏走,
使电路恢复起始状态,从而将写入的信号擦去 。
只读存储器可擦除可编程的 ROM（ EPROM）
原理：
在 N型的基片上安置了两个高浓度的 P型区,
它们通过欧姆接触,分别引出源极 （ S） 和漏极 （ D）,在 S和 D之间有一个由多晶硅构成的栅极,但它是浮空的,被绝缘物 SiO2所包围 。
只读存储器可擦除可编程的 ROM（ EPROM）
出厂时,硅栅上没有电荷,则管子内没有导电沟道,D和 S之间是不导电的 。 当把 EPROM
管子用于存储矩阵时,它输出为全 1（ 或 0） 。
要写入时,则在 D和 S之间加上 25V的高压,另外加上编程脉冲 （ 其宽度约为 50ms）,所选中的单元在这个电源作用下,D和 S之间被瞬时击穿,就会有电子通过绝缘层注入到硅栅,当高压电源去除后,因为硅栅被绝缘层包围,故注入的电子无处泄漏走,硅栅就为负,于是就形成了导电沟道,从而使 EPROM单元导通,输出为,0,（ 或,1,） 。
只读存储器可擦除可编程的 ROM（ EPROM）
典型芯片,Intel 27512
特性,64K× 8的 EPROM芯片,
28脚双列直插式封装,
地址线为 16条 A15～ A0，
数据线 8条 O7～ O0，
带有三态输出缓冲,
读出时只需单一的＋ 5V电源 。
只读存储器可擦除可编程的 ROM（ EPROM）
内部结构
27512有五种工作方式
读方式
维持方式
编程方式
校验方式
编程禁止方式只读存储器电可擦除可编程的 ROM（ E2PROM）
应用特性：
（ 1） 对硬件电路没有特殊要求,编程简单 。
（ 2） 采用＋ 5V电源擦写的 E2PROM,通常不需要设置单独的擦除操作,可在写入过程中自动擦除 。
（ 3） E2PROM器件大多是并行总线传输的只读存储器闪速存储器 （ Flash Memory）
Flash Memory芯片借用了 EPROM结构简单,
又吸收了 E2PROM电擦除的特点；不但具备 RAM
的高速性,而且还兼有 ROM的非挥发性 。 同时它还具有可以整块芯片电擦除,耗电低,集成度高,体积小,可靠性高,无需后备电池支持,
可重新改写,重复使用性好 （ 至少可反复使用
10万次以上 ） 等优点 。 平均写入速度低于 0.1
秒 。 使用它不仅能有效解决外部存储器和内存之间速度上存在的瓶颈问题,而且能保证有极高的读出速度 。
Flash Memory芯片抗干扰能力很强 。
CPU
与存储器的连接存储器地址分配和译码
地址译码器 74LS138
74LS138有三条控制线 G1，,,
只有当 G1等于 1,等于 0,等于 0
时，三－八译码器才能工作，否则译码器输出全为高电平。输出信号
Y0Y7是低电平有效的信号，对应于Ｃ
ＢＡ的任何一种组合输入，其８个输出端中只有一个是０，其他７个输出均为１。
AG2 BG2
AG2 BG2
CPU
与存储器的连接
存储器容量扩充技术
位扩充当实际存储芯片每个单元的位数和系统需要内存单元字长不等时采用的方法。
字扩充当存储芯片上每个存储单元的字长已满足要求，但存储单元的个数不够，需要增加的是存储单元的数量，就称为字扩展。
字位扩充需要同时进行位扩充和字扩充才能满足系统存储容量需求的方法称为字位扩充。
CPU
与存储器的连接
存储器芯片片选端的处理
线选法地址的高位直接作为各个芯片的片选信号，在寻址时只有一位有效来使片选信号有效的方法称为线选法。
部分译码法用部分高位地址进行译码产生片选信号。
完全译码法全部高位地址译码产生片选信号 。
存储系统
IBMPC/XT的存储系统
IBM PC/XT 采用 Intel8086/8088微处理器,其地址为 20位,寻址范围为 1MB，
其物理地址范围为 00000H～ FFFFFH。
通常 1MB空间分为 3个区,即 RAM区,
保留区和 ROM区 。
80x86扩展存储器高端内存区 （ HMA － High Memory Area） 。
它是 1024KB至 1088KB之间的 64KB内存,称为高端内存区,其地址为 100000H～ 10FFEFH或以上存储系统扩展内存块 （ EMB－ Extended Memory Block） 是指 lMB以上的内存空间,其地址是从 100000H开始,连续不断向上扩展的内存,所以把这种内存称为 EMB（ Extended Memory Block）
扩充内存 （ EMS－ Expanded Memory
Specification） 扩充内存是利用 1MB内存中
64KB的内存区，此内存区为连续的 4页，每页为 16KB的实际页内存，它们映射（ Memory
Mapping） 到 EMS卡上广大空间的逻辑页内存，
EMS 4.0版本驱动程序其映射的内存区为 1MB内任意大小的内存，映射的扩充内存空间为 32MB
存储系统高速缓冲存储器 （ Cache）
实现方式：
在 CPU和存储器之间放置高速缓冲存储器,组成由高速缓冲存储器和主存构成一个,两级,的存储系统 。
