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  • 20半导体存储芯片

    2021-01-12 08:04:38
    半导体存储芯片 1、 半导体存储芯片的基本结构:存储矩阵、译码驱动电路和读写电路 1.1存储矩阵:由大量相同的位存储单元阵列构成 1.2译码驱动:将来自地址总线的地址信号翻译成对应存储单元的选通信号,在该信号...

    半导体存储芯片
    1、 半导体存储芯片的基本结构:存储矩阵、译码驱动电路和读写电路
    在这里插入图片描述

    1.1存储矩阵:由大量相同的位存储单元阵列构成
    1.2译码驱动:将来自地址总线的地址信号翻译成对应存储单元的选通信号,在该信号读写电路配合下完成对被选中单元的读写操作
    1.3读写电路:包括读出放大器和写入电路,用来完成读写操作
    1.4读写控制线:决定芯片进行读写操作
    1.5片选线:决定哪个存储芯片被选中
    1.6地址线:单向输入的,其位数与存储字的个数有关
    1.7数据线:双向的,位数与读出或写入的数据位数有关

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    2、74138译码器
    译码是编码的逆过程,实现译码功能的电路称为译码器。

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  • 半导体存储芯片的基本结构半导体存储芯片的基本结构例题 半导体存储芯片的基本结构 图片 地址线:反映芯片字节数量(10根地址线芯片的字节数位2^10/1024K) 数据线:反映芯片单个字节的位数(4根数据线代表一个字节...

    半导体存储芯片的基本结构

    半导体存储芯片的基本结构

    图片

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    地址线:反映芯片字节数量(10根地址线芯片的字节数位2^10/1024K)
    数据线:反映芯片单个字节的位数(4根数据线代表一个字节4位)
    片选线:反映是否选择当前的芯片
    读写控制线:表示当前数据的读与写

    地址线(单向) 数据线(双向) 芯片容量
    10 4 2^10*4位

    例题

    芯片的容量为16K1位,现在组成64K8位的存储体:
    答:
    8个芯片位一组,组成16K8位的芯片组
    应用4个16K
    8位的芯片来完成相应的 64K*8位 的存储体
    图片
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  • (2) 半导体存储芯片的基本结构 半导体存储芯片的核心是存储矩阵,是一种可以存储数据的电路,我们这里以 一个16 x8位的存储矩阵为例,与之配合的,还有译码电路,和读写控制电路,以 及外围的

    考研408复习日志

    计算机组成原理

    >半导体存储芯片简介

    (1)半导体存储芯片的作用
    半导体存储芯片是执行系统数据的存储与读取的,如果是写操作 ,则前往数据 总线, 将要写的数据写入由地址总 线传输而来的地址,如果是读操作,就 前往地 址 总线,获取 要读的地址,获得指定数 据后, 再送到数据总线,交给系统处理。
    (2) 半导体存储芯片的基本结构 半导体存储芯片的核心是存储矩阵,是一种可以存储数据的电路,我们这里以 一个16 x8位的存储矩阵为例,与之配合的,还有译码电路,和读写控制电路,以 及外围的地址 总线和数据总线,如下图1所示:
    图1

    图1

         接下来,我们来讨论译码电路和读写控制电路,以及片选线的原理及作用。

    1.片选线
          首先要知晓的是,我们在上面举出的16x8位存储器的例子,实际情况下存储 芯 片内部会包含多个这样的16x8位的存储器,而我们每一次对存储芯片进行 操作时 ,并不是一定会对芯片内所有的存储矩阵进行操作,更多时候,我们会 选择其中 的某一片进行操作,这时,就需要使用片选线CS(Chip Select)选 中某些芯片, 没有被选中的芯片不会被操作。

    2.读写控制电路
         当地址总线发来一个地址,存储矩阵它自己是不知道是要对这个地址进行 读操作还是写操作的,所以这时,就需要控制线,来决定对该芯片进行的是何 种操作。 如果控制线WR(Write/Read)指明的是写操作,则存储芯片从数据总 线上取下待写入的数据D,然后根据地址总线的发送的地址A,将该数据D写 入地址A。 如果控制线WR(Write/Read)指明的是读操作,则存储芯片从地址总 线上取下地址A,到存储矩阵指定地址获得数据D,再将数据D发送至数据总 线上,交由系统处理,流程图如图2所示:
    在这里插入图片描述

    图2

    3.译码电路
         这里是一个重点,为什么要设置译码电路?它的原理是什么?(以下是我个人 见解,欢迎讨论)。 为什么要设置译码电路?因为在计算机系统之中,地址总线诸如地址线的数量 等规格是固定的,而存储芯片的容量却不是唯一的,这就好比某种货币,在全世界 范围内是流动的,但是如果到了不同的国家,如果要和他国进行交易,就得采用汇 率换算,计算机中也是如此,存储芯片会根据本身存储矩阵的大小,对地址总线发 来的地址信号进行译码,使得能够和本身的存储矩阵相兼容。 它的原理是什么?在讨论这个问题前,我们先来说明两个知识点。 #知识点一: 如果有n根线,每一根线有两种状态0和1,那么n根线在一起,能够表示的数据 范围有多大?如果n根线全为0,则表示的数据是0,若n根线全为1,则表示的数据 是(2^n) - 1,所以,n根线能表示的范围就是:0~(2^n) - 1 #知识点二: 如果给定一个X-Y坐标系,X轴代表的是从0到n的整数,Y轴代表的是从0到n 的整数,如果要确定坐标轴中唯一一个点,只需要(X1,Y1)坐标即可。 现在我们来讨论译码的电路的原理,有两种:

    (3.1)线选法
          其原理正如知识点一所示,我们假设有一个16x8位的存储矩阵,如图3所示:
    在这里插入图片描述

    图3

         A3,A2,A1,A0是四根地址线,据 知识点一可知,A3~A0这四根地址线 在0和1的变化中,有16种组合方式 ,即0000~1111,这16种组合方式就 对应着存储矩阵中的16行,每一行为 8位,当读写控制电路设定为读操作 时,A3 A2 A1 A0 = 0010,就会选中 第二行,并且通过8位数据线,将第 二行的8位数据传输出去,当读写控 制为写入时,A3 A2 A1 A0 = 0010, 数据总线上假设有0x80这个数据, 则存储矩阵会选中第二行,并且将0x 80,即1000 0000写入第二行,如图 4所示。
    在这里插入图片描述

    图4

    (3.2)重合法
         其原理如知识点二所示,我们假设存在一个1k x 1位的存储矩阵,也就是32 x 32位,如图5所示。
    在这里插入图片描述

    图5

         A0~A4有32种组合,A5 到A9也有32种组合,而 根据知识点二可知,一 个唯一的点可以由一个 (X1,Y1)给出,所以 ,当A0~A5 = 00000, A5~A9 = 00000时,就 可以直接选中[0.0]位, 配合读写控制电路就可 以完成对该位的读或写 。

    4.两种方法的分析与比较
          线选法,又叫单译码,优点是操作简单,使用一个方向的译码电路就可以完成 地址译码的工作,但缺点是仅仅适合存储容量小的存储芯片,因为随着存储容量变 大,地址线的根数变多,存储矩阵就要设计更多的列线,给电路集中造成了麻烦。
         重合法,又叫双译码,适合的是存储容量大,地址线数量多的芯片。

    PS:后续还会定期继续更新内容,直到考研结束!(想继续和我一起讨论的点波关注哦),我主要是想定期督促自己!哈哈!
    》》2021/6/6于赣州

    下一期内容:随机存取存储器

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  • 一分钟理解系列—半导体存储芯片的知识点总结

    千次阅读 多人点赞 2020-04-01 22:09:47
    那么,半导体存储芯片的结构是怎样的呢? 话不多说,我们来看下吧。 半导体存储芯片的基本结构 半导体存储芯片由译码驱动电路、存储矩阵、读写电路、地址线、数据线、控制线、片选线组成。其中,译码驱动电路、存储...

    在计算机的存储器中,按存储介质进行分类的话,可将存储器分成半导体存储器、磁表面存储器、磁芯存储器、光盘存储器。而除了半导体存储器中的数据易失以外,其他的存储介质都具有非易失的特性。

    那么,半导体存储芯片的结构是怎样的呢

    话不多说,我们来看下吧。

    半导体存储芯片的基本结构

    在这里插入图片描述
    半导体存储芯片由译码驱动电路存储矩阵读写电路地址线数据线控制线片选线组成。其中,译码驱动电路、存储矩阵、读写电路属于核心结构。

    存储矩阵用来存储0/1代码,地址线、数据线主要用来连接CPU和外部设备。现在假设CPU或者外部设备给出地址,表示要存/取的数据在存储矩阵的哪个存储单元中,然后经过译码驱动电路,选择对应的存储单元,从而完成存/取数据。

    地址线是单向的,由CPU指向存储器,或者由I/O设备的控制器指向存储器。数据线是双向的。由地址线和数据线可以计算出芯片的容量。那么如何计算呢?感兴趣的朋友可以阅读之前的这篇文章。吐血整理!这篇带你彻底理解主存中存储单元地址的分配

    片选线,也叫做芯片选择信号,指出这次存/取操作给出的地址是不是这个存储芯片的地址。半导体存储芯片的片选线一般有两种标识方式,表示方式如下所示:
    在这里插入图片描述
    CS(芯片选择信号),CE(芯片使能信号),低电平表示有效,高电平表示无效,也就是说,如果片选线信号为低电平,则表示想要存/取的数据位于片选线所在的芯片中。

    读写控制线,表示这次对半导体芯片的操作是读操作还是写操作。可以用一根线或者两根线表示,用一根线表示的话是WE,用两根线表示的话是WE和OE,具体如下所示:
    在这里插入图片描述

    存储芯片片选线的作用

    接下来我们来详细讨论下存储芯片中,片选线的作用。
    假设CPU现在要求用16K×1位的存储芯片组成64K×8位的存储器。如何用16K×1位的存储芯片组成64K×8位的存储器?

    我们用图来看下,实际上这个问题解决并不难

    在这里插入图片描述

    16K×1表示存储容量,每个存储单元存储1位的0/1数据。那么,我们用8个这样的芯片,对8个芯片相同的地址同时进行操作,每个芯片给出1位,8个芯片就构成了16K×8的存储器。

    但是,CPU要求的是64K?这个应该怎么做?

    实际上,也不难,每8个芯片分成1组,然后复制4组,就构成了64K×8的存储器。

    在进行读写操作时,8个芯片是同时进行工作的,所以,他们的片选线是连接在一起的。

    然后对64K的空间进行划分,所以CPU的地址中0-(16K-1)的地址分配到第一组的芯片中,16K-(32K-1)的地址分配到第二组的芯片中,32K-(48K-1)的地址分配到第三组的芯片中,48K-(64K-1)的地址分配到第三组的芯片中分配到第四组的芯片中。

    现在假设访问的地址是65535,进行写操作,那么这个地址表示的存储芯片应该在最后一组中,片选信号看到这个地址后,就会选择最后一组,其他三组芯片对应的片选信号是无效的,就是高电平,最后一组对应的片选信号是有效的,也就是低电平,数据就会保存在最后一组的存储芯片当中。

    半导体存储芯片的译码驱动方式

    译码驱动电路的作用是:在给出地址之后,根据这个地址取找到这个地址对应的存储单元

    而半导体存储芯片的译码驱动方式有两种:线选法重合法

    我们先来看下线选法

    线选法

    在这里插入图片描述
    在上图中,有A0-A3的4位地址,那么24表示有16个存储单元,那么每个存储单元可以存储多少位?图中给出的数据线是从D0-D7,一共8位。综合起来,就表示这是一个16K×8的存储器。

    如何进行选择?

    在上图中,地址译码器输入的是4根线,输出的16根线。给定一个输入,在输出这一端,只有一根线是有效的,只有一根线上的信号会控制相应的存储单元中的所有存储元件进行数据的输入或者输出操作。

    那么在读写控制电路中,如果是读选通,就会将数据矩阵中的数据进行对外输出;如果是写选通,就会将数据写入到矩阵中的存储元件中。

    现在,来看下具体工作过程:

    假设地址译码器给出的地址是全0,进行译码过后,只有0这根线是有效的,其他的都是无效的。现在进行的是读操作,那么就会控制读/写控制电路打开,使得数据可以从存储矩阵输出到数据总线上。只有给定的单元才可以进行输出。

    那么,线选法有没有缺点呢?缺点是什么?

    在上图的译码中,地址线是4根,容量是16K×8,现在的计算机存储器,并不存在这么小的容量。

    现在假设有1M×8的存储芯片,地址线有20根,经过译码器译码后就有1M条线,每给出一个地址,1M条线中,只有一条有效。而1M条线,就是1000000条线,做在芯片中将会非常密集,这么高的集成度很难做到。

    所以,线选法对于容量很大的存储器来说,是个不好的方法。

    接下来,来看下重合法

    重合法

    在这里插入图片描述
    在线性法中,存储单元的布局方法是一个线性的数组;而在重合法中,存储单元的布局方法是二维的数组。

    在重合法中,将地址分成了两部分,一部分是X,另一部分是Y,也可以叫做行列地址。行列地址分别进行译码,只能有一根线是有效的。具体工作过程:

    假设给出的行列地址都是全0,行列地址进行译码后只有(0.0)这条线是有效的。只有这条线上的存储单元被选中。那么这时候,Y0这条线上的开关就会打开,数据就会通过这个开关进行数据输出。在这个过程当中,X0上的除了Y0上的存储单元的数据会进行输入以外,其他的存储单元上的数据一样会进行输出,但是,当数据经过Y31线上的开关时,由于这条线是无效的,数据会被拦截,所以,数据就输出不了,所以数据没有到数据线去。那么Y0上的除了X0的存储单元的数据会进行输入以外,其他的存储单元上的数据一样会进行输出,同样的道理,就不另外解释了。

    那么,重合法的优点是什么?

    在上面的线选法中,我们是假设有1M×8的存储芯片,地址线有20根,用线选法的话,经过译码器译码后就有1M条线。那么,同样的大小,我们采用重合法的话,地址线就分成两部分,每一部分都是1K条线,总计就是2K条线,那么,就比线选法进行译码的1M条少很多了,这样子,芯片就能做到很高的集成度。

    结语

    讲了那么多,不知道各位是不是清晰的理解了呢哈哈?

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