第5章微型计算机的存储器马维华

user@domain第5章微型计算机的存储器5.1存储器概述5.2半导体存储器分类及性能指标5.3随机存取存储器5.4只读存储器5.5铁电随机存储器和磁性随机存储器5.6内存区域划分5.7存储器的扩展5.8微机内存层次结构5.9CMOS\ROMBIOS和ShadowRAM本章要求[e-mail]5.1存储器概述内存（RAM+ROM）：半导体存储器(本章内容)软盘：普通1.44M+可移动100MB磁盘硬盘：从10MB~几十GB光盘CD-R、CD-R/W可擦写光盘(650MB左右）外存磁光盘MO：高密度、大容量、快速、“无限次”擦写、寿命长、可靠性高、抗干扰强、性价比高（1.3GB~几个GB，甚至1TB）存储器U盘和移动硬盘（基于USB接口的电子盘）[e-mail]5.2半导体存储器分类及性能指标主要指标：容量和速度半导体存储器RAM静态RAM（SRAM）动态RAM（DRAM）ROM掩膜型ROM可编程ROM（PROM）紫外线可擦除可编程ROM（EPROM）电可擦除可编程ROM（EEPROM）集成RAM（IRAM）闪速存储器（FlashMemory）通常用于计算机的Cache主要用于计算机的内存条用于ROM-BIOS新一代[e-mail]半导体存储器主要指标1.半导体存储器的存储容量存储器容量：指每一个存储芯片或模块能够存储的二进制位数。1字节=8bit；1KB=210字节=1024字节；1MB=210KB=1024KB；1GB=210MB=1024MB；1TB=210GB=1024GB。存储器容量=单元数×数据位数存储容量V与m、n之间的关系为：V=2m×n2.存取速度存取速度：从CPU给出有效的存储器地址到存储器输出有效数据所需要的时间。内存的存取速度通常以ns为单位。有：时钟周期(TCK)、存取时间(TAC)和列选通延迟时间(CL)3.带宽存储器的带宽指每秒传输数据总量。带宽=存储器总线频率×数据宽度/8（单位：字节/S）[e-mail]5.3随机存取存储器一、SRAMWECSOE行线列线数据[e-mail]一般结构A0Y译码器X译码器存储器逻辑控制存储体阵列AiAi+1Ai+2…Am-1A0A1A2:Ai-1OEWECED0D1D2D3:Dn-1…::输出缓冲器[e-mail]典型SRAM芯片6225662256芯片引脚与容量的关系：容量=单元数*位数=2地址线条数*数据线条数对于62256：容量=215×8位=25×210×8位=32K*8位=256K位A14128VccA12227WEA7326A13A6425A8A5524A9A4623A11A372[e-mail]二、DRAM字线X(行)选择线EdY选择线（列）数据线预充位线[e-mail]一般结构行地址缓冲与锁存器译码器RAM单元阵列时钟发生器门电路输入输出缓冲器CAS(列)WERAS(行)Am-1-A0m条I/On-1—I/On条0列地址缓冲与锁存器译码器::2m-i条i条2i×2(2m-i)特点：外部地址线是内部地址的一半[e-mail]典型芯片芯片容量=2内部地址线条数*位数=2外部地址线条数*2*位数424256的容量=29*2*4=218*4=256K*4位I/O1I/O2WERASNCA0A1A2A3VccVssI/O4I/[e-mail]集成随机存储器集成随机存储器（IRAM）：克服DRAM需要外加刷新电路的缺点，将刷新电路集成到RAM芯片内部，既具有SRAM速度快的优点，又具有DRAM价廉的长处。IRAM的主要产品有Intel2186、2187（8K×8位)。A12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GNDVccWENCA8A9A11OEA10CSD7D6D5D4D312345678910111213142827262524232221201918171615RDY/REF2186/[e-mail]高速RAM1.EDODRAM(ExtendedDataOut)即扩展的数据输出。利用预测地址，可以在当前读写周期中启动下一个存取单元的读写周期，进而从宏观上缩短了地址选择的时间。由于EDO的设计仅适用于数据输出的时候，因此而得名。用于486及Pentium产品中。2.SDRAM（SynchronousDRAM同步DRAM）。将CPU和RAM通过一个相同的时钟锁在一起，使得RAM和CPU能够共享一个时钟周期，以相同的速度同步工作。PC-100及现在的PC-133即是。（效率75%，使用最广)100MHz的SDRAM带宽=100MHz*（64/8）=800MB/S3.RDRAM（RambusDRAM)\一种全新有设计，工作速度高达400MHZ，RDRAM使用16位总线，使用时钟上升和下降沿传输数据。（效率85%价格太高，应用不广，如PC600和PC800）400M的RDRAM带宽=400MHz*(16/8)*2=1600MB/[e-mail]高速RAM续4.DDRDRAM(DoubleDataRateDRAM):双倍数据速率SDRAM，在时钟上升和下降沿传输数据，从而得到双倍带宽，同时增加双向数据控制引脚。如PC266100MHz的DDR=100MHz*(64/8)*2=1600MB/S即100MHz的DDR相当于400MHz的RDRAMDDR不足的是效率不高（65%）5.DDR2DRAM速度是DDR2的两倍,因此100MHz的DDR2=100MHz*(64/8)*4=3200MB/S6.DDR3DRAM是DDR2的改进型,工作频率更高,功耗更小,成本更低[e-mail]一、掩膜ROM（MROM）二、一次可编程ROM（PROM）三、紫外线可擦除可编程ROM（EPROM）四、电可擦除可编程ROM（E2PROM）五、闪速存储器（FlashMemory）5.4只读存储器[e-mail]一、掩膜ROM原理：掩膜ROM存储信息是靠MOS管是否跨接来决定0、1的，当跨接MOS管，对应位信息为0，当没有跨接（被光刻而去掉），MOS的位置对应的信息为1。地址译码器A1A0TR1TR2TR4TR3T00字线W0字线W1字线W3字线W2位线3D3位线2D2位线1D1位线[e-mail]二、PROM原理：PROM是靠存储单元中的熔丝是否熔断决定信息0和1的，当熔丝未断时，信息为1，熔丝烧断时信息记录0。PROM一次可编程ROM字线FTVCC位线数据线[e-mail]三、EPROM原理：EPROM是靠FAMOS浮置栅是否积累电荷存储信息0和1的，当浮置栅有足够的电荷积累时，记录的信息为0，没有一定的电荷积累时，信息为1。EPROM可擦除可编程ROM典型芯片TTRVCC位线数据线字线FAMOS管[e-mail]四、E2PROM和FlashE2PROM电可擦除可编程只读存储器（ElectricallyErasableProgrambleReadOnlyMemory）可以在线擦除和改写。它主要用于智能工业仪器仪表中存储各种变化不频繁的数据和参数。EEPROM具有断电情况下保存数据的功能，又可以方便地在线改写。闪速存储器（FlashMemory）也称快速擦写存储器或快闪存储器，是Intel公司首先开发，近年来发展起来的一种新型半导体存储器芯片。它采用一种非挥发性存储技术，即掉电后数据信息可以长期保存，在不加电的情况下，信息可以保持10年。又能在线擦除和重写。Flash是由EEPROM发展起来的，因此它属于EEPROM类型。（目前几乎所有主板中的BIOSROM均采用Flash）典型芯片[e-mail]典型芯片27512A15128VccA12227A14A7326A13A6425A8A5524A9A4623A11A3722OE/VPPA2821A10A1920CEA01019D7D01118D6D11217D5D21316D4GND1415D3EPROM主要代表是27系列对于EPROM掌握：1.型号与容量的关系512为512K位=64K*8=64KB再如27128为128K位=32KB2.引脚信号与容量的关系容量=2地址线条数*数据线条数如27512容量=216*8=64KB3.控制信号的含义[e-mail]2PROM和Flash典型芯片VppA16A15A12A7A6A5A4A3A2A1A0IO0IO1IO2VssVccWENCA14A13A8A9A11OEA10CEIO7IO6IO5IO4IO3123456789101112131415163231302928272625242322212019181728010/29010并行E2PROM代表28系列FlashROM代表29系列掌握：1.型号与容量的关系28010和29010为1M位=128K*8=128KB再如28040和29040为4M位=512K*8=512KB2.引脚信号与容量的关系容量=2地址线条数*数据线条数如29010容量=217*8=128KB3.控制信号的含义Vpp,WE,OE,CE等[e-mail]5.5铁电和磁性存储器传统半导体存储器的缺点：不可能既具有非易失性，又可快速无限多次读写。铁电随机存储器（FRAM=FerroelectricRAM）和磁性随机存储器（MRAM=MagneticRAM），解决了传统半导体存储器没有解决的问题。[e-mail]一、铁电存储器FRAM核心技术：FRAM的核心技术是铁电晶体材料。这一特殊材料使得铁电存储器同时拥有随机存取存储器(RAM)和非易失性存储产品的特性。工作原理：当一个电场被加到铁电晶体时，中心原子顺着电场的方向在晶体里移动。当原子移动时，它通过一个能量壁垒，从而引起电荷击穿。内部电路感应到电荷击穿并设置存储器。移去电场后，中心原子保持不动，存储器的状态也得以保存。TTRVCC位线数据线字线铁电电容电极允许[e-mail]典型铁电存储器FRAM产品有两种基本形式，一种是并行结构，一种是串行结构。并行结构的FRAM与容量相同的SRAM芯片引脚兼容，如FM1808与62256兼容；串行结构的FRAM与同容量的串行E2PROM引脚兼容，如FM24C64与AT24C64兼容。有关网站：@nuaa.edu.cn二、磁性随机存储器MRAM工作原理：（1）MRAM工作的基本原理与硬盘类似，数据以磁性的方向为依据，存储为0或1。（2）MRAM的磁介质与硬盘有着很大的不同。它的磁密度要大得多，也相当薄，因此产生的自感和阻尼要少得多，这是MRAM速度大大快于硬盘的重要原因。（3）当进行读写操作时，MRAM中的磁极方向控制单元会使用相反的磁力方向，以使能同时进行读写操作，不延误时间，因此速度快。[e-mail]5.6微机内存区域划分扩展内存(ExtendedMemory)高端内存区(HMA)64KB扩保留内存（显示缓存区和ROM区）384KBUMB充内存常规内存扩展内存640KB386486/PentiumPII/PIII/P40000A000H00009FFFH0001