06 第六章 半导体存储器.pptx

第1页：半导体存储器目录

六.半导体存储器存储器概述1常用的存储器芯片2存储器的扩展3串行EEPROM存储器及其应用4

第2页：6.1 存储器概述

• 6.1存储器概述存储器是存放二进制编码信息的硬件装置1.存储器的类型
• 按工作时与CPU联系密切程度分类主存和辅存，或者称作内存和外存。主存直接和CPU交换信息，容量小，速度快。辅存则存放暂时不执行的程序和数据，只在需要时与主存进行批量数据交换，通常容量大，但存取速度慢；
• 按存储元件材料分类半导体存储器、磁存储器及光存储器；
• 按存储器读写工作方式分类随机存储器(RAM,Random Access Memory)和只读存储器(ROM, Read Only Memory)。随即存储器中任何存储单元都能随时读写；只读存储器中存储的内容是固定不变的，联机工作时只能读出不能写入。

第3页：6.1 存储器概述（存储容量）

• 6.1存储器概述2.存储器的性能指标存储器的主要性能指标：存储容量、存取速度、可靠性、性能价格比。
• 存储容量用其存储的二进制位信息量描述，用其存储单元数与存储单元字长乘积表示，即容量=字数×字长。
• 存取速度是指从CPU给出有效地存储器地址到存储器输入或输出有效数据所需要的时间。

第4页：6.1 存储器概述

6.1存储器概述3.存储器的分级结构对存储器的要求是容量大、速度快、可靠性高、成本低，但对一个存储器要求上述几项性能均佳是难以办到的，而有些指标要求本身就是互相矛盾的。为解决这一矛盾，目前在计算机系统中，采用了分级结构。目前采用的较多的是3级存储器结构，即高速缓冲存储器(Cache)、内存储器和辅助存储器。中央处理器CPU能直接访问的存储器有高速缓存和内存，不能直接访问辅助存储器。

第5页：6.1 存储器概述（分级结构）

6.1存储器概述3.存储器的分级结构获取速度，使存取速度能和中央处理器的速度匹配。介于两者之间，要求其具有适当的容量，能容纳较多的核心软件和用户程序，还有满足系统对速度的要求。追求大容量，以满足对计算机的容量要求。

第6页：6.2 常用存储器芯片

6.2常用的存储器芯片1.半导体存储器芯片的结构半导体存储器芯片由存储矩阵、地址译码器、控制逻辑和三态数据缓冲寄存器组成，是大量存储元件的有机结合。存储元件则是由能存储一位二进制代码的物理器件构成。将存储矩阵中的全部存储单元赋予单元地址，由芯片内部的地址译码器实现按地址选择对应的存储单元。在CPU及其接口电路送来的芯片选择信号CS和读写控制信号R/W的配合下，单方面打开三态缓冲器，将该存储单元中的代码进行读或写操作。在不进行读或写操作时，芯片选择信号无效，控制逻辑使三态缓冲器处于高阻组装，存储矩阵与数据线脱开。

第7页：6.2 常用存储器芯片（芯片结构）

6.2常用的存储器芯片1.半导体存储器芯片的结构容量为2n个存储单元的存储矩阵，必须有n条地址线选通对应的存储单元，若每个存储单元有N位(字长为N)，则有N条数据线，该存储体由2n×N个存储元件组成。

第8页：6.2 常用存储器芯片

• 6.2常用的存储器芯片2.随机读写存储器RAM
• RAM简称随机存储器。可分为双极性和MOS型。双极性RAM主要用在高速微型计算中，MOS型RAM则广泛用于微型计算机中。MOS型RAM分为静态RAM(Static RAM)和动态RAM（Dynamic RAM）。动态RAM的存储元件由单只或三只MOS管组成，依靠MOS管栅极电容的电荷记忆信息。“刷新”：为了不丢失信息，在电容放电丢失电荷之前，把数据读出来再写进去，再次给电容充电，维持所记忆的信息。
• 动态RAM集成度高，功耗低，但须增加刷新电路，适于构成大容量的存储器系统。
• 静态RAM的存储元件是6管MOS型触发器，每个存储元件中包括很多MOS管，存储容量有限。
• 与动态RAM相比，静态RAM功耗也比较大，但不需要刷新电路，适用于存储容量较小的系统中。

第9页：6.2 静态RAM芯片6116与6264

• 6.2常用的存储器芯片2.随机读写存储器RAM常用的静态RAM芯片有：6116，6264，62128，62256。6116：
• 存储容量：2K字节，16384个存储元件，以128×128的矩阵排列。
• 用11根地址线A10~A0对其行\列地址译码，以便对2048个存储单元进行选择。选中的存储单元的8个存储元件的二进制信息从8根数据线D7~D0同时输入。
• CE：芯片允许信号
• WE：写允许信号
• OE：输出允许信号

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第10页：6.2 常用存储器芯片

6.2常用的存储器芯片2.随机读写存储器RAM功能数据线上信号被写入100存储单元中信息送往数据线010

第11页：6.2 常用存储器芯片（随机读写存储器）

6.2常用的存储器芯片2.随机读写存储器RAM6264：6264有两个片选端CE1和CE2，CE1为低电平选中芯片，而CE2为高电平选择芯片。这为使用带来方便：一个接控制信号，另一个接其有效电平。

第12页：6.2 常用存储器芯片

• 6.2常用的存储器芯片3.只读存储器ROM只读存储器的特点是信息一经写入，存储单元的内容就不能改变，即使断电也不会丢失，但只能读出。ROM按写入情况可分为4类：
• 掩膜ROM：厂家按照用户要求写入，用户不可更改。
• PROM：由用户写入，写入后不能更改。
• EPROM：在使用前可由用户更改，在工作过程中只能读出不能再写入。
• EEPROM：可像ROM那样长期保存信息，断电后也不丢失信息，又像RAM可以随时读\写。后三者在微型计算机的应用系统中用的较多。
• 类似于EPROM和EEPROM得闪存存储器（Flash Memory）或称做可编程快擦写ROM（Programmable and Erasable ROM，PEROM）是性价比和可靠性最高的一种存储器。

第13页：6.2 EPROM芯片2716系列

• 6.2常用的存储器芯片
• EPROM
• 常用的EPROM芯片以1片2716为最基本容量，即2K×8，而2732，2764，27128，27256的存储容量则逐次成倍递增为4K×8，8K×8，16K×8，32K×8。
• EPROM的写入需要20V~25V的编程脉冲，故芯片比RAM少一条写允许线WE而多一条编程控制线PGM和一条编程电压电源线VPP。
• 其擦除和写入需要将芯片从电路板上拔下来在专用的擦除器和编程器上进行。在CPU运行期间，即EPROM读方式下，PGM和VPP都接VCC。

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第14页：6.2 EEPROM芯片2816

• 6.2常用的存储器芯片②EEPROM
• 具有在线编程的独特能力，擦除和写入次数为1万次，信息保存时间为10年。
• 常用EEPROM芯片有2816(2K×8)、2817(2K×8)、2864(8K×8)。2816和2864的引线排列与相同容量的SRAM6116和6264兼容。

第15页：6.2 常用存储器芯片

6.2常用的存储器芯片2817和2864A的引线排列如图功能数据线上信号被写入100存储单元中信息送往数据线010

第16页：6.2 常用存储器芯片

6.2常用的存储器芯片③FLASH存储器闪速存储器与一般EEPROM不同之处在于闪速存储器芯片为整体电擦除(块设备)。它的擦除和编程速度高，集成度高，可靠性高，功耗低，价格低，其整体性能优于一般EEPROM。

第17页：6.3 存储器的扩展

• 6.3存储器的扩展
• 存储器的扩展，主要是地址线的连接、数据线的连接和控制线的连接。
• 尽量用单片存储器芯片进行扩展。
• 如果用多片扩展，需要考虑片选和地址分配的问题。
• 线选：直接以系统的地址位作为存储芯片的片选信号。
• 译码：对系统的高位地址进行译码，以其译码输出作为片选信号。译码芯片有74LS139(双2-4译码器)、74LS138(3-8译码器)和74LS154(4-16译码器)等。
• 单片机在扩展存储器时，要和外部扩展的I/O接口一起来考虑它们的地址分配和选片的问题。

第18页：6.3 存储器的扩展（数据存储器）

6.3存储器的扩展1.数据存储器的扩展扩展数据存储器要将存储器芯片的OE和WE分别和单片机系统的RD和WR相连。可采用EEPROM只读存储器、静态RAM和动态RAM三类芯片。

第19页：6.3 存储器的扩展

6.3存储器的扩展

第20页：6.3 存储器扩展（4K数据存储器）

6.3存储器的扩展例扩展4K字节数据存储器用静态RAM 6116扩展4K字节数据存储器。6116的容量为2K字节，要扩展4K字节数据存储器，需要2片6116。

第21页：数据存储器扩展地址分配表

例：用静态RAM 6116扩展4K字节数据存储器。6116容量为2K字节，扩展4K需要2片6116。各片存储器芯片分配地址如下：

第22页：6.3 存储器的扩展

6.3存储器的扩展2.程序存储器的扩展扩展程序存储器主要是将存储器芯片的OE与单片机系统的PSEN相连。扩展程序存储器可以采用只读存储器的3种芯片。EEPROM还需另外再将其WE接高电平。

第23页：6.3 存储器的扩展

6.3存储器的扩展

第24页：6.3 存储器的扩展

• 6.3存储器的扩展
• 例：用2732扩展8K字节程序存储器2732只有4K字节容量，需要2片2732来扩展8K存储器。

第25页：程序存储器扩展地址分配表

例：用2732扩展8K字节程序存储器。2732只有4K字节容量，需要2片2732。各片存储器芯片分配地址如下：

第26页：6.3 存储器的扩展（程序存储器）

6.3存储器的扩展3.程序存储器和数据存储器的扩展将单片机系统的PSEN和RD相或后再与存储器芯片的OE相连，扩展存储器芯片既可作为程序存储器，又可作数据存储器。可以采用EEPROM只读存储器、静态RAM和动态RAM3类芯片。

第27页：6.3 存储器的扩展

6.3存储器的扩展将内部RAM 20H单元开始的50个单元的内容写入2817的前50个单元中。SET P1.7MOV DPTR, #0F000HMOV R0, #20HLOOP: MOV A, @R0MOVX @DPTR, AJNB P1.7, $ INC DPTRINC R0CJNE R0, #50H, LOOPSJMP $ END

第28页：6.4 串行EEPROM应用

• 6.4串行EEPROM存储器及其应用
• 串行EEPROM存储器体积小、引线少、与MCS-51单片机的连接容易，适用于89C2051和89C1051单片机。但不能用做程序存储器，常用于仪器仪表中存放重要数据。
• 串行EEPROM芯片集成有串行外围扩展总线接口I2C或SPI，串行外围扩展总线接口是一种芯片间的总线。串行EEPROM存储器通过串行外围扩展总线接口与微处理器的串行外围扩展总线相连，就可以与微处理器串行传送数据。
• 串行EEPROM输入输出的二进制字节数据的顺序是最高有效位在前、最低有效位在后，与MCS-51单片机的UART串行口中采用的异步串行通信协议相反。

第29页：6.4 串行EEPROM应用

6.4串行EEPROM存储器及其应用24LCXX：

第30页：6.4 串行EEPROM应用

• 6.4串行EEPROM存储器及其应用封装形式和引脚
• A2、A1、A0芯片选择端。A2、A1、A0分别接VCC或者接地(不接地址线)，与写入控制字节中的A2,A1,A0配合实现芯片选择。
• WP写保护端。高电平有效。即WP高电平时24LCXX不能写入仅能读出，WP为低电平时24LCXX既能读出也能写入。
• SDA和SCL。I2C总线的串行数据线和串行时钟线。SDA和SCL为漏极开路端，使用时需接上上拉电阻。

第31页：24LCXX串行EEPROM选型表

24LCXX的控制字节：高4位是器件类型的识别码位，串行EEPROM的识别码是1010；R/W位为读写操作控制位，该位为1是读控制字节，为0是写控制字节。

注：原课件为线性化文本，24LC32与24LC64两行的“片内块数”字段在原文中缺失，表中以“—”标注，请对照原图核对。

第32页：6.4 串行EEPROM应用

6.4串行EEPROM存储器及其应用时序：

第33页：6.4 串行EEPROM应用

6.4串行EEPROM存储器及其应用读写操作：

第34页：6.4 串行EEPROM应用

6.4串行EEPROM存储器及其应用

第35页：6.4 串行EEPROM应用

6.4串行EEPROM存储器及其应用实例

第36页：课程结束致谢页

本章内容到此结束，前面各页依次讲解存储器分类、常用存储器芯片与存储器扩展方法。