微機原理及接口技術第4章半導體存貯器

1、第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 4.1 概述概述 4.2 讀寫存貯器讀寫存貯器(RAM) 4.3 只讀存貯器只讀存貯器(ROM) 4.4 外存貯器簡介外存貯器簡介 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 4.1 概述概述 按照工作方式的不同，半導體存貯器分為讀寫存貯器(RAM)和只讀存貯器(ROM)。 1. 讀寫存貯器RAM (1) 雙極型RAM (2) 金屬氧化物(MOS)RAM 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 2. 只讀存貯器ROM (1) 掩模工藝ROM (2) 可一次編程ROM (3) 可擦去的PROM 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯

2、器 4.1.2 存貯器的主要性能指標 1. 存貯容量 2. 存取時間 3. 可靠性 4. 功耗 5. 價格 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 4.2 讀寫存貯器讀寫存貯器(RAM) 4.2.1 靜態(tài)讀寫存貯器( SRAM ) 1.概述 靜態(tài)讀寫存貯器(SRAM)使用十分方便，在微型計算機領域獲得了極其廣泛的應用?，F(xiàn)以一塊典型的SRAM芯片為例說明其外部特性及工作過程。 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 (1) 8K8bit的CMOSRAM芯片 引線功能。6264(6164)有28條引出線，它們包括： A0A12為13條地址信號線。 D0D7為8條雙

3、向數(shù)據(jù)線。 CS1，CS2為兩條選片信號的引線。 OE為輸出允許信號。 WE是寫允許信號。 NC為沒有使用的空腳。芯片上還有+5V電壓和接地線。 6264(6164)的工作過程。 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 表4.1 6264真值表 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 圖4.2 SRAM6264數(shù)據(jù)寫入波形 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 圖4.3 SRAM6264數(shù)據(jù)讀出波形 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 2. 連接使用 (1) 全地址譯碼方式 從圖4.4可以看到，6264這一8KB的芯片唯一地占據(jù)從F0000H到F1FFFH這8KB內存空間；芯片的每一個存貯單元唯

4、一地占據(jù)上述地址空間中的一個地址。該圖用在CPU最大模式下。 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 圖4.4 SRAM6264的全地址譯碼連接 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 圖4.5 另一種譯碼器 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 (2)部分地址譯碼方式 首先，讓我們看一下圖4.6所示的6264的連接圖。 分析圖4.6所示的連接圖，可以發(fā)現(xiàn)，此時的8KB芯片6264所占據(jù)的內存地址空間為 DA000HDBFFFH DE000HDFFFFH FA000HFBFFFH FF000HFFFFFH 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 圖4.6 SRAM6264的部分地址譯碼連接 第第4章

5、章 半導體存貯器半導體存貯器 (3) 譯碼器電路 在工程上常用的譯碼電路還有如下幾種類型： 利用廠家提供的現(xiàn)成的譯碼器芯片。 利用廠家提供的數(shù)字比較器芯片。 利用ROM做譯碼器。 利用PLD。 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 3. 靜態(tài)RAM連接舉例 圖4.8中，使用一塊3-8譯碼器芯片(74LS138或8205)，將 兩片6116所 占的內 存地址范 圍安排在7C000H7CFFFH。 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 圖4.7 SRAM6116引線圖 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 圖4.8 兩片6116的連接圖 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 圖4.9 MSM825

6、6引線圖 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 4.等待的實現(xiàn) 在存貯器芯片的連接使用中，由于采用了要求的定時時間比較長的芯片或由于總線的時間延遲過大等原因，CPU提供的定時時間不能滿足存貯器芯片的要求，使CPU無法正確地讀寫存貯器。這就要求電路的設計者采取適當?shù)拇胧﹣斫鉀Q這一問題。 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 4.2.2 動態(tài)讀寫存貯器(DRAM) 1.概述 動態(tài)讀寫存貯器(DRAM)，以其速度快、集成度高、功耗小、價格低在微型計算機中得到極其廣泛地使用。 (1) 動態(tài)存貯器芯片2164A的引線 A0A7為地址輸入端。 DIN和 DOUT是芯片上的數(shù)據(jù)線。 RAS為行地址鎖存信號。

7、 CAS為列地址鎖存信號。 WE為寫允許信號。 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 圖4.10 DRAM2164引線圖 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 (2) DRAM的工作過程 讀出數(shù)據(jù)。 寫入數(shù)據(jù)。 刷新。 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 圖4.11 DRAM2164的讀出過程 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 圖4.12 DRAM2164的寫入過程 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 圖4.13 DRAM2164的刷新過程 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 2. 實現(xiàn)DRAM的刷新 (1) 行列控制信號的形成 (2) DRAM的讀寫 (3) 刷新 第第4章章 半導

8、體存貯器半導體存貯器 圖4.14 PC/XT微型機DRAM行( ) RAS 列( )CAS形成電路 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 圖4.15 DRAM讀寫簡化電路 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 4.3 只讀存貯器只讀存貯器(ROM) 1. 2764的引線 A0A12為13條地址信號輸入線，說明芯片的容量為8K個單元。 D0D7為8條數(shù)據(jù)，表明芯片的每個存貯單元存放一個字節(jié)(8位二進制數(shù))。 CE為輸入信號。 OE是輸出允許信號。 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 PGM為編程脈沖輸入端。 圖4.16 EPROM2764引線圖 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 2. 27

9、64的連接使用 3. EPROM的編程 (1) 擦除 (2) 編程 對EPROM的編程通常有兩種方式，即標準編程和快速編程兩種方式。 標準編程。 快速編程。 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 圖4.17 EPROM的讀出過程 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 圖4.18 EPROM2764的連接圖 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 圖4.19 EPROM27C040引線圖 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 27C040的編程時序如圖4.20所示。 由圖4.20可以看到，27C040所用的編程脈沖只有100 s。因此，只用很短的編程時間便可以對它的整個512KB實現(xiàn)編程。 27C

10、040的生產廠家為我們提供的編程過程如圖4.21所示。 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 圖4.20 EPROM27C040的編程時序圖 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 圖4.21 27C040快速編程流程圖 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 4.3.2 EEPROM(E2PROM) 1. 典型EEPROM芯片介紹 EEPROM以其制造工藝及芯片容量的不同而有多種型號。有的與相同容量的EPROM完全兼容. (1)現(xiàn)在以8K8bit的EEROMNMC98C64A為例來加以說明。 D0D7為8條數(shù)據(jù)線，表明每個存貯單元存貯一個字節(jié)的信息。 CE為選片信號。 OE為輸出允許信號。 第第

11、4章章 半導體存貯器半導體存貯器 WE是寫允許信號。 READY/ BUSY是漏極開路輸出端，當寫入數(shù)據(jù)時該信號變低，數(shù)據(jù)寫完后，該信號變高。 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 圖4.22 EEPROM98C64引線圖 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 (2) 98C64A的工作過程 EEPROM98C64A工作過程如下所述： 讀出數(shù)據(jù)。 寫入數(shù)據(jù)。 (3) 連接使用 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 在圖4.24中，對EEPROM編程時可以利用 BUSY 狀態(tài)產生中斷，利用接口查詢其狀態(tài)(見后面章節(jié))，也可以采用延時的方法。只要延時時間能保證

12、芯片寫入即可。例如下面的程序可將55H寫滿98C64. START：MOV AX,1E00H MOV DS,AX MOV SI,0000H MOV CX,2000H 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 GOON: MOV AL,55H MOV SI,AL CALL T20MS;延時20ms INC SI LOOP GOON HLT 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 除上面并行EEPROM外(其數(shù)據(jù)并行讀寫)，尚有串行EEPROM。串行EEPROM由于其讀寫是串行的，無法用作內存。只用來當作外存使用。但在簡單的IC卡中應用十分廣泛。由于篇幅限制，在此不做介紹。 第第4章章 半導體存貯器半導

13、體存貯器 圖4.24 EEPROM98C64A的連接使用 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 圖4.25 閃速EEPROM28F040引線圖 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 2. 閃速(FLASH)EEPROM (1)28F040的引線 閃速28F040的引線如圖4.25所示。 由圖4.25可以看到，28F040與27C040的引線是相互兼容的。但前者可以做到在線編程，而后者是無法做到的。 28F040是一塊512KB的閃速EEPROM芯片，其內部可分成16個32KB的塊(或一頁)。每一塊可獨立進行擦除。 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 (2)工作過程 工作類型。28F040主要

14、有如下幾種工作類型： 讀出類型。 寫入編程類型。 擦除類型。 命令和狀態(tài)。 外部條件。 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 表4.2 28F040的命令 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 表4.3 狀態(tài)寄存器各位含義 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 表4.4 28F040工作條件 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 (3) 主要功能的實現(xiàn) 只讀存貯單元。 編程寫入。 擦除。 整片擦除。 塊擦除。 整片擦除及塊擦除流程圖分別如圖4.27中的(a)和(b)所示。 很顯然，擦除一塊只用更少的時間，最快為100ms。 其他。 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 圖4.26 28F040

15、的字節(jié)編程過程 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 圖4.27 28F040 (a)整片擦除過程；(b)塊擦除過程 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 (4) 應用 用作外存貯器。 用于內存。 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 4.4.1 磁盤 4.4 外存貯器簡介外存貯器簡介 1.軟磁盤 在微型機上大都配有軟盤驅動器，用軟磁盤來存放各種信息。 (1)軟盤分類 目前使用的軟盤按其直徑分為： 5.25英寸 1英寸=2.54cm。 (2)軟盤驅動器與系統(tǒng)的連接 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 驅動器自成體系，是相對獨立的部件，通過總線電纜與適配器相連接。驅動器主要由3大功能系統(tǒng)組成：

16、 讀寫系統(tǒng)，用于將數(shù)據(jù)寫在盤片上或從盤片上讀出數(shù)據(jù)，主要由電子線路實現(xiàn)。 磁頭定位系統(tǒng)，用于實現(xiàn)磁頭對磁道的尋找和定位，由電子線路和機械部件混合組成。其尋道時間及定位精度是十分重要的。 主軸驅動系統(tǒng)，用來保證磁盤片以一定的速度穩(wěn)定地旋轉。 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 圖4.28 軟盤驅動器與系統(tǒng)的連接 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 2. 硬磁盤 同軟盤相比，硬盤的存貯容量大且存取速度高。它是目前微型機(PC)系統(tǒng)配置中必不 可少的外存。在軟盤驅動器中，讀寫磁頭與盤片接觸在一起，以便讀寫數(shù)據(jù)。在硬盤驅動器中，磁頭和盤片是非接觸式的。主軸驅動系統(tǒng)使盤片高速旋轉，通常達3600r/

17、min，從而在盤片表面產生一層氣墊，磁頭便浮在這層氣墊上。磁頭與盤片間具有m級的空隙。 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 4.4.2 光盤技術 1. CD家族的發(fā)展 激光通過聚焦，可獲得直徑為1 m的光束。經技術人員研究發(fā)現(xiàn)，可以利用這種光束來記錄和重放信息。為此，從70年代初不少國家就致力于這方面的研究工作。到1972年已在實驗室研制成功并于1978年將LV激光視盤正式投入市場。從那之后，這方面的研究成果陸續(xù)出現(xiàn)，其發(fā)展過程如圖4.29所示。 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 圖4.29 光盤的發(fā)展概況 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 為了使大家了解目前書刊上經常出現(xiàn)的有關光盤

18、的產品，下面對它們進行簡要介紹。 (1) LV(Laser Vision)激光視盤 (2) 音頻CD和MD (3)CD-G(Compact Disc Graphic) (4)CD-V(Compact Disc Video) (5)CDDA(Compact Disc Digital Audio)激光唱盤 (6)CDROM(Compact Disc Read Only Memory)光盤只讀存貯器 (7)CDI(Compact Disc Interactive)交互式光盤 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 (8)CD-ROMXA(CD-RO Me Xtended Architecture) (

19、9) Photo CD (10)CDR(Compact Disc Recordable)可記錄光盤 (11)VCD(Video Compact Disc) (12)DVD(Digital Video Disc)數(shù)字視盤 (13)MO(Magneto Optical)磁光盤 (14)PCD (Phase Change Disc)變相光盤 (15)FD( Floptical Disk)光軟盤 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 2. 主要技術指標 (1)尺寸 標準的CDROM和CDDA盤片的直徑均為120mm,中心裝卡孔為15mm，厚度為1.2mm。 (2) 存貯容量 (3) 數(shù)據(jù)傳輸速率 (4

20、) 緩沖器的大小 (5) 平均存取時間 (6) 接口類型 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 SCSI(Small Computer System Interface)小型計算機系統(tǒng)接口總線，用于計算機與光盤、磁盤驅動器及打印機等外設的連接。 ATAPI(AT Attachment Packet Interface)標準。 IDE(Integrated Drive Electronics Interface)標準。 (7) 支持軟件 (8) 其他 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 2. CDROM簡介 CDROM在CDDA的基礎上，應重新考慮盤上的數(shù)據(jù)結構，以便能以最快的速度從幾百兆字節(jié)

21、容量的光盤上找到所需數(shù)據(jù)，同時，又必須使誤碼率降到10-12以下，使CDROM真正成為計算機的外部存貯器。 (1) CDROM盤片的構造 (2) CDROM的光道結構 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 圖4.30 CDROM光盤盤片的構造 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 光盤上記錄信息的凹坑是沿一定軌跡構成的。記錄信息的軌跡稱為光道，它就是聚焦的激光束讀出數(shù)據(jù)時應走的道路。信息光道的形式有以下兩種： CLV形式：它又叫做恒線速盤。 CAV形式：這又叫做恒角速度盤。 3.CDROM信息的記錄 CDROM盤是用反射層上的凹坑和非凹坑來存放信息的。下面將具體加以說明。 (1)信息的形成 第

22、第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 2. EFM編碼 正如前面提到的，要在CDROM光盤上記錄數(shù)據(jù)，還必須將數(shù)據(jù)轉換成適于那種介質存貯的形式才行。也就是說要將欲記錄的數(shù)據(jù)轉換成便于記錄的代碼，這種代碼通常叫做通道碼。 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 (1) CD-ROM盤片的構造 (2) CD-ROM的光道結構 CLV形式：它又叫做恒線速盤。 CAV形式：這又叫做恒角速度盤。 3.CDROM信息的記錄 CDROM盤是用反射層上的凹坑和非凹坑來存放信息的。下面將具體加以說明。 (1) 信息的形成 2. EFM編碼 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 圖4.31 CDROM上信息的形成 第

23、第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 8位數(shù)據(jù) 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 14位通道 00010010000010 10010001000010 加合并碼 00010010000010 00010010001000010 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 4. CDROM驅動器 (1) 驅動單元 驅動單元中包括以下部分： 光頭及其控制電路：光頭激光器需要進行控制，以保證激光輸出功率的穩(wěn)定。 光盤CLV伺服：光盤需要用馬達驅動其旋轉，而且CDROM采用的是CLV恒定線速度旋轉。 EFM解調：在利用光盤驅動器讀出數(shù)據(jù)時，驅動單元中的電路實現(xiàn)EFM解調，將包括

24、合并碼及14位數(shù)碼的編碼恢復為原始的8位數(shù)據(jù)，還原為原始的幀數(shù)據(jù)。 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 (2) CDROM控制單元 檢錯與糾錯 方式控制 緩沖功能 SCSI接口 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 圖4.32 CDROM驅動器的構成框圖 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 4.4.3 存貯卡 1. EEPROM卡 (1)簡單IC卡 簡單IC卡通常采用異步串行通信中的半雙工方式，常采用的接口總線協(xié)議有如下兩種： I2C總線接口。 I2C總線是諸多串行總線中的一種。由于篇幅所限，無法詳細進行介紹。其基本概念框圖如圖4.33所示。 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 圖4.33 IC卡利用接口總線通信 第第4章章 半導體存貯器半導體存貯器 圖4.33中，IC卡與其讀寫設備之間通過接口總線相連接。其中常用的有I2C總線。該總線由4個信號線組成： SDA：串行數(shù)據(jù)線，通過SDA可以串行地寫入命令或數(shù)據(jù)。 SCL：串行時鐘線，在此線上的