第五章 存储器

1、1第五章第五章 存储器存储器本章学习要求本章学习要求： 存储器是计算机系统的重要组成部分，用存储器是计算机系统的重要组成部分，用于存储计算机工作所必需的数据和程序。于存储计算机工作所必需的数据和程序。 本章要求在了解半导体存储器工作原理的本章要求在了解半导体存储器工作原理的基础上，基础上，着重掌握着重掌握微机系统内存储器系统的构微机系统内存储器系统的构成及与成及与CPUCPU的连接方法。的连接方法。2 一、衡量存储器的性能指标一、衡量存储器的性能指标 主要有三个：主要有三个：容量、速度和成本容量、速度和成本 为了在一个存储器系统中兼顾以上三个方面为了在一个存储器系统中兼顾以上三个方面的指标，目

2、前在计算机系统中通常采用三级存的指标，目前在计算机系统中通常采用三级存储器结构，即使用高速缓冲存储器、主存储器储器结构，即使用高速缓冲存储器、主存储器和辅助存储器，由这三者构成一个统一的存储和辅助存储器，由这三者构成一个统一的存储系统。从整体看，其速度接近高速缓存的速度，系统。从整体看，其速度接近高速缓存的速度，其容量接近辅存的容量，而位成本则接近廉价其容量接近辅存的容量，而位成本则接近廉价慢速的辅存平均价格慢速的辅存平均价格。 5.1 5.1 存储器概述存储器概述3 1.1.层次化总体结构层次化总体结构 外部外部设备设备CPU芯片中芯片中主机系统中主机系统中CPU寄存器组Cache片内片内片

3、外片外内部存储器辅助存储器二、层次化的存储器体系结构二、层次化的存储器体系结构4l优点：优点： (1) Cache的读写速度几乎能够与CPU进行匹配，所以微机系统的存取速度可以大大提高； (2) Cache的容量相对主存来说并不是太大，所以整个存储器系统的成本并没有上升很多。 52.2.高速缓冲存储器的结构和基本工作原理高速缓冲存储器的结构和基本工作原理 CPU主存主存地址寄存器MA替 换控制部件主存-Cache地址变换机 构Cache地址寄存器Cache存储器地址总线数据总线不命中命中单字宽多字宽6三、存储器的分类三、存储器的分类 随着计算机系统结构的发展和器件的发展，存储器的种类日益繁多，

4、分类的方法也有很多种。可按存储器的存储介质划分，按存储方式划分，按存储器在计算机中的作用划分等。 将存储器可分为： 主存储器：主要采用的是半导体存储器 外存储器 789四、存储器系统的通常结构四、存储器系统的通常结构 在微机系统中，存储器是很重要的组成部分，虽然存在微机系统中，存储器是很重要的组成部分，虽然存储器的种类很多，但它们在系统中的整体结构及读储器的种类很多，但它们在系统中的整体结构及读/ /写的写的工作过程是基本相同的。一般情况下，一个存储器系统是工作过程是基本相同的。一般情况下，一个存储器系统是由以下几部分组成。由以下几部分组成。 1.1.存储体存储体 若要存放若要存放M M N

5、N个二进制信息，就需要用个二进制信息，就需要用M M N N个基本存储个基本存储单元，将它们按照一定的规则排列起来所构成的阵列，称单元，将它们按照一定的规则排列起来所构成的阵列，称为存储体或存储矩阵。为存储体或存储矩阵。( (基本存储单元基本存储单元 一个基本存储单一个基本存储单元可以存放以为以为二进制信息，其内部具有两个稳定的元可以存放以为以为二进制信息，其内部具有两个稳定的且相互独立的状态，并能够在外部对其状态进行识别和改且相互独立的状态，并能够在外部对其状态进行识别和改变。变。) ) 10 ( (内存条实际上是把若干个存储芯片按照一定的逻辑关内存条实际上是把若干个存储芯片按照一定的逻辑关

6、系连接起来，高密度地安装在对外有若干个引脚的印刷电系连接起来，高密度地安装在对外有若干个引脚的印刷电路板上或密封在对外有若干引线的陶瓷或塑料管壳中。路板上或密封在对外有若干引线的陶瓷或塑料管壳中。) )2.2.地址选择器地址选择器 地址译码器的作用就是用来接受地址译码器的作用就是用来接受CPUCPU送来的地址信号送来的地址信号并对它进行译码，选择与此地址码相对应的存储单元，以并对它进行译码，选择与此地址码相对应的存储单元，以便对该单元进行读便对该单元进行读/ /写操作。写操作。 存储器地址译码有两种方式，通常称为存储器地址译码有两种方式，通常称为单译码单译码与与双译双译码码。 见半导体存储器的

7、组成与译码图见半导体存储器的组成与译码图11 3. 3. 片选与读片选与读/ /写控制电路写控制电路 片选信号用以实现芯片的选择，而读片选信号用以实现芯片的选择，而读/ /写控写控制电路则用来控制对芯片的读制电路则用来控制对芯片的读/ /写操作。写操作。 4.4. I/O I/O电路、其它外围电路（如电路、其它外围电路（如DRAMDRAM的刷新操作的刷新操作控制电路）、三态输出缓冲器。控制电路）、三态输出缓冲器。 125.2 5.2 随机存储器随机存储器RAMRAM 一、一、 静态随机存储器静态随机存储器(SRAM”Static RAM”)(SRAM”Static RAM”) 1. 1. SR

8、AMSRAM基本存储电路基本存储电路 基本存储单元是组成存储器的基础和核心，用基本存储单元是组成存储器的基础和核心，用于存储一位二进制代码于存储一位二进制代码“0”或或“1”。静态静态RAMRAM的基的基本存储单元是六管静态存储电路，它是由本存储单元是六管静态存储电路，它是由6 6个个MOSMOS管管子组成的子组成的RSRS触发器，表示了一个静态触发器，表示了一个静态RAMRAM基本存储电基本存储电路的内部组成。路的内部组成。这个电路具有两个稳定状态，是一这个电路具有两个稳定状态，是一个双稳态触发器个双稳态触发器。如下图所示如下图所示13142. SRAMSRAM的优缺点：的优缺点：优点是：优

9、点是： 不需要刷新电路，简化了外部控制逻辑电路。且比动态RAM存取速度快，因而常作微机系统中的外部高速缓冲存储器。缺点是：静态RAM基本存储电路MOS管较多，集成读不高。电路中2个交叉耦合的管子总有一个处于导通状态，就会持续地消耗功率，因此功耗较大。153 3. SRAM. SRAM芯片芯片 常用的静态RAM芯片有2114、6116、6264、62256、62512、HM628128(128K8)、HM628512（512K8)等 Intel2114芯片是一个容量为1K4位(即10244位)的静态RAM芯片,片内共有4096个基本存储电路，在10条地址线中，用A3A8 6条地址线作为行译码，产

10、生64条行选择线；用A0A2与A9 4条地址线作为列译码，产生16条列选择线，而每条列选择线控制一组4位同时进行读或写，从而组成了6464的存储单元矩阵。其引脚和内部结构图如下：161718二、动态随机存储器二、动态随机存储器( (DRAMDynamic RAMDRAMDynamic RAM )1.动态RAM的工作原理动态动态RAMRAM芯片是以芯片是以MOSMOS管栅极电容管栅极电容是否充有电是否充有电荷来存储信息的，其基本单元电路一般由四管、荷来存储信息的，其基本单元电路一般由四管、三管或单管组成，它们各有优缺点。由于它所需三管或单管组成，它们各有优缺点。由于它所需要的管子较少，故可以扩大

11、每片存储器芯片的容要的管子较少，故可以扩大每片存储器芯片的容量，并且其功耗较低，所以在微机系统中，大多量，并且其功耗较低，所以在微机系统中，大多数采用动态数采用动态RAMRAM芯片。芯片。 以单管为例介绍其基本存储电路工作原理。以单管为例介绍其基本存储电路工作原理。19单管动态存储电路的状态单管动态存储电路的状态信息保存在电容信息保存在电容C C上，上，C C上充有上充有电荷表示信息电荷表示信息“1”“1”，C C上无电荷上无电荷表示信息表示信息“0”“0”。 写入时，使字写入时，使字( (即行即行) )选线选线上为高电平，上为高电平，Q Q管导通，待写管导通，待写入的信息由位线入的信息由位线

12、D D通过刷新放通过刷新放大器和大器和Q Q管存入电容管存入电容C C。 读出时，同样使字选线上读出时，同样使字选线上为高电平，为高电平，Q Q管导通，则存储管导通，则存储在在C C上的信息通过上的信息通过Q Q管送到管送到D D线线上，再通过放大，即可得到存上，再通过放大，即可得到存储信息；并重写到存储电容上。储信息；并重写到存储电容上。（字选线）（字选线）202. 动态动态RAM的刷新的刷新无论那种动态无论那种动态RAMRAM，都是利用电容都是利用电容存储电荷存储电荷的原的原理来保存信息的，由于电容会逐渐放电，经过一段理来保存信息的，由于电容会逐渐放电，经过一段时间后电容上电荷会流失贻尽，

13、信息也就丢失了。时间后电容上电荷会流失贻尽，信息也就丢失了。尽管每进行一次读尽管每进行一次读/ /写操作实际上是对单管动态存储写操作实际上是对单管动态存储电路信息的一次增强，但是读电路信息的一次增强，但是读/ /写操作的随机性不可写操作的随机性不可能保证在一定时间内内存中所有的动态能保证在一定时间内内存中所有的动态RAMRAM基本存储基本存储单元都会有读单元都会有读/ /写操作。所以，对动态写操作。所以，对动态RAMRAM必须定期必须定期不断进行读出和写入操作，以使泄放的电荷受到补不断进行读出和写入操作，以使泄放的电荷受到补充，也就是进行充，也就是进行定期刷新定期刷新。 刷新周期是随温度而变化

14、刷新周期是随温度而变化的，一般为的，一般为1100ms，典型的典型的刷新时间间隔为刷新时间间隔为2ms。213. 3. 动态动态RAMRAM芯片芯片 常用的动态常用的动态RAMRAM芯片有芯片有Intel 2116Intel 2116、4125641256（256K 256K 1)1)、4164(64K4164(64K 1)1)、2104021040(16M(16M 1)1)等等, ,大容大容量的有量的有16M16M 1616位、位、6464 4 4位位等。等。 以以21162116为例介绍芯片的结构为例介绍芯片的结构 Intel 2116 Intel 2116是一个容量为是一个容量为1616

15、K K 1 1位位单管动态单管动态RAMRAM芯片芯片, ,需要需要1414条地址输入线，但条地址输入线，但21162116只有只有1616个引脚，个引脚，只用了只用了A A0 0 A A6 6 7 7条地址输入线，数据输入和输出端是条地址输入线，数据输入和输出端是分开的，它们有各自的锁存器。分开的，它们有各自的锁存器。22A A0 0 A A6 6地址输入地址输入WEWE写写( (或读或读) )允许允许CASCAS列地址选通列地址选通V VBBBB电源（电源（-5-5V V）RASRAS行地址选通行地址选通V VCCCC电源（电源（+5+5V V）D DININ数据输入数据输入V VDDDD

16、电源（电源（+12+12V V）D DOUTOUT数据输出数据输出V VSSSS地地23242116(16K K 1 1位位) )25三、新型三、新型DRAMDRAM存储器存储器 1 1EDO DRAMEDO DRAM EDO(Extended Data Out EDO(Extended Data Out扩展数据输出扩展数据输出DRAMDRAM），对），对DRAMDRAM的访问模式进行一些改进。的访问模式进行一些改进。EDO DRAMEDO DRAM可以在输出数据的同时进行下一个可以在输出数据的同时进行下一个列地址选通列地址选通, , 缩短内存有效访问的时间。缩短内存有效访问的时间。26三、新

17、型DRAM存储器 2 2SDRAMSDRAM SDRAM SDRAM 的英文全称是的英文全称是“Synchronous DRAM”“Synchronous DRAM”，翻译成中文就是翻译成中文就是“扩充数据输出内存扩充数据输出内存”，采用同，采用同步的方式进行存取；比一般步的方式进行存取；比一般DRAMDRAM和和EDO RAMEDO RAM速度都速度都快，它已经逐渐成为快，它已经逐渐成为PCPC机的标准内存配置。机的标准内存配置。 27三、新型DRAM存储器 3 3DDRDDR（Double Data RateDouble Data Rate）内存则采用数据读）内存则采用数据读写速率作为命名

18、标准，并且在前面加上表示其写速率作为命名标准，并且在前面加上表示其DDRDDR代数的符号，代数的符号，PC-PC-即即DDRDDR，PC2=DDR2PC2=DDR2，PC3=DDR3PC3=DDR3。如如PC2700PC2700是是DDR333DDR333，其工作频率是，其工作频率是333/2=166MHz333/2=166MHz，27002700表示带宽为表示带宽为2.7G/s2.7G/s。 DDR DDR的读写频率从的读写频率从DDR200DDR200到到DDR400DDR400，DDR2DDR2从从DDR2-400DDR2-400到到DDR2-800DDR2-800，DDR3DDR3从从

19、DDR3-800DDR3-800到到DDR3-DDR3-16661666。285.3 5.3 只读存储器只读存储器ROMROMROMROM有两个显著的优点：有两个显著的优点： (1) (1)结构简单，位密度比结构简单，位密度比RAMRAM高；高； (2) (2)具有非易失性，所以工作可靠。具有非易失性，所以工作可靠。 ROM ROM中的信息只能读出，不能写入，所以只中的信息只能读出，不能写入，所以只能用在不需要经常对信息进行修改和写入的地方。能用在不需要经常对信息进行修改和写入的地方。在计算机系统中，一般即有在计算机系统中，一般即有RAMRAM模块，也有模块，也有ROMROM模模块。块。ROM

20、ROM中常用来存放系统启动程序、监控程序中常用来存放系统启动程序、监控程序或某写语言的编译程序等。或某写语言的编译程序等。29一、一、ROMROM的工作原理和组成的工作原理和组成ROMROM的存储元件如的存储元件如左图所示，它可以看左图所示，它可以看作是一个作是一个单向导通开单向导通开关电路关电路。当字线上加。当字线上加有选中信号时，如果有选中信号时，如果电子电子开关开关S S是是断开断开的，的，位线位线D D上将输出信息上将输出信息1 1；如果如果S S是是接通接通的，则位的，则位线线D D经经Q Q接地，将输出接地，将输出信息信息0 0。3031二、二、ROMROM的分类的分类只读存储器按

21、写入信息的方式不同可分为以下几只读存储器按写入信息的方式不同可分为以下几种，现分别简要介绍。种，现分别简要介绍。1. 1. 掩膜型掩膜型ROMROM 掩膜型掩膜型ROMROM中的信息是由制造厂家对芯片图形中的信息是由制造厂家对芯片图形( (掩膜掩膜) )进行二次光刻而制成，用户不能修改芯片的内容。掩膜进行二次光刻而制成，用户不能修改芯片的内容。掩膜型型ROMROM通常采用通常采用MOSMOS工艺制作，其内部存储矩阵的结构如工艺制作，其内部存储矩阵的结构如前前1616 1 1位位ROMROM结构图所示。只适用于大批量生产，不适结构图所示。只适用于大批量生产，不适用用于科学研究。于科学研究。32掩

22、膜掩膜ROMROM引腿引腿信号比较简单，信号比较简单，只有只有1 1组地址输组地址输入引腿，入引腿，1 1组数组数据输出引腿和据输出引腿和1 1个片选端，个片选端，1 1个个芯片输出允许芯片输出允许端。端。 左图表示了左图表示了用用2 2片片2 2K K 8 8的的ROMROM组成的组成的1 1个个4 4K K 8 8存储模块，图中存储模块，图中省略了模块选择省略了模块选择译码器、总线驱译码器、总线驱动器和锁存器。动器和锁存器。332. 可编程的可编程的ROMROM（PROMPROM） 用户在使用前可以根据自己的需要编制用户在使用前可以根据自己的需要编制ROMROM中的程序。这种中的程序。这种

23、ROMROM一般由二极管矩阵组成，写一般由二极管矩阵组成，写入时，利用外部引腿输入地址，对其中的二极管入时，利用外部引腿输入地址，对其中的二极管进行选择，使某一些被烧断，其余的保持原状，进行选择，使某一些被烧断，其余的保持原状，这样就完成了编程。由于二极管烧断后，无法再这样就完成了编程。由于二极管烧断后，无法再接通，所以接通，所以PROMPROM只能只能一次编程一次编程。编程后，不能再。编程后，不能再修改。修改。 常见的常见的PROMPROM有有36283628、36323632等。等。343. 3. 可擦除、可编程的可擦除、可编程的ROM(EPROM)ROM(EPROM) EPROMEPRO

24、M的编程方法与的编程方法与PROMPROM不同。在不同。在EPROMEPROM中，信息中，信息的存储是通过电荷分布来决定的，所以，编程过程就的存储是通过电荷分布来决定的，所以，编程过程就是一个电荷注入过程。编程结束后，尽管撤除了电源，是一个电荷注入过程。编程结束后，尽管撤除了电源，但是，由于绝缘层的包围，注入的电荷无法泄漏，因但是，由于绝缘层的包围，注入的电荷无法泄漏，因此，电荷分布能维持不变，即此，电荷分布能维持不变，即EPROMEPROM也是一种非易失也是一种非易失性的存储器件。性的存储器件。 擦除方法擦除方法：利用专用的紫外线灯对准芯片上的石：利用专用的紫外线灯对准芯片上的石英窗口照射英

25、窗口照射3030分钟左右，即可擦除原写入的信息。分钟左右，即可擦除原写入的信息。 这种方法只能把存储的信息全部擦除后再重新写这种方法只能把存储的信息全部擦除后再重新写入，它不能只擦除个别单元或某几位的信息，而且擦入，它不能只擦除个别单元或某几位的信息，而且擦除的时间也很长。除的时间也很长。35EPROMEPROM芯片芯片常见的常见的EPROMEPROM芯片有芯片有2716(22716(2K K 8 8位位) )、2732(22732(2K K 8 8位位) ) 2764(82764(8K K 8 8位位) )、2712827128(16(16K K 8 8位位) )、2725627256(32

26、(32K K 8 8位位) )、2751227512(64(64K K 8 8位位) )等；等；以以Intel 2764Intel 2764为例，对为例，对EPROMEPROM的的性能和工作方式作一个简单的了解。性能和工作方式作一个简单的了解。 2764 2764 EPROMEPROM芯片的容量为芯片的容量为8 8K K 8 8位位。如图所示如图所示36 共有共有2828个引脚，其中个引脚，其中有有1313条地址引腿条地址引腿( (A A0 0-A-A1212),8),8条数条数 据引腿据引腿( (D D0 0-D-D7 7) )，2 2个电压输入端个电压输入端V VPPPP和和A Acccc

27、，1 1个芯片允许个芯片允许端端CECE，1 1个输出允许端个输出允许端OEOE，1 1个编程控制端个编程控制端PGM PGM ，1 1个地端个地端及及1 1个引脚未用个引脚未用OE372.Intel 27642.Intel 2764的工作方式的工作方式 信号信号端端工作方式工作方式VccVccVppVppCECEOEOEPGMPGMD D7 7 D D0 0读方式读方式+5+5V V+5+5V V低低低低低低输出输出编程方式编程方式+5+5V V+25+25V V高高高高正脉冲正脉冲 输入输入校验方式校验方式+5+5V V+25+25V V低低低低低低输出输出备用方式备用方式+5+5V V+

28、5+5V V 无关无关 无关无关高高高阻高阻384. 4. 可用电擦除的、可编程的可用电擦除的、可编程的ROM(EROM(E2 2PROM)PROM) 这种存储器解决了上述问题。当需要改写某存这种存储器解决了上述问题。当需要改写某存储单元的信息时，只要让电流通入该存储单元，就储单元的信息时，只要让电流通入该存储单元，就可以将其中的信息擦除并重新写入信息，而其余未可以将其中的信息擦除并重新写入信息，而其余未通入电流的存储单元的信息仍然保留。用这种方法通入电流的存储单元的信息仍然保留。用这种方法改写数万次，只需要改写数万次，只需要0.10.1s-0.6ss-0.6s，信息的存储时间信息的存储时间可

29、达十余年之久，这给需要经常修改程序和参数的可达十余年之久，这给需要经常修改程序和参数的应用领域带来极大的方便。应用领域带来极大的方便。 常见的常见的EEPROMEEPROM芯片有芯片有28162816、28172817(2K(2K 8 8位位) )等。等。 395. 闪烁存储器闪烁存储器 目前主板上的目前主板上的BIOSBIOS大多使用大多使用Flash MemoryFlash Memory制造，翻译成中文就是制造，翻译成中文就是“闪动的存储器闪动的存储器”，通，通常把它称作常把它称作“快闪存储器快闪存储器”，简称，简称“闪存闪存”。这种存储器可以直接通过调节主板上的电压来这种存储器可以直接通

30、过调节主板上的电压来对对BIOSBIOS进行升级操作。进行升级操作。 常见的常见的Flash ROMFlash ROM芯片代表产品有芯片代表产品有28F28F系列系列和和2929系列等，如系列等，如28F02028F020、2828F040F040、2 29C0409C040等。等。 405.4 5.4 存储器存储器芯片与芯片与CPU的连接的连接本节主要解决两个问题：本节主要解决两个问题： 一个是存储器容量扩充问题，即如一个是存储器容量扩充问题，即如何用容量较小、字长较短的存储芯片，何用容量较小、字长较短的存储芯片，组成微机系统所需的存储器。组成微机系统所需的存储器。 二是存储器与二是存储器与

31、CPU的连接方法与应的连接方法与应注意的问题。注意的问题。41一、一、 存储器芯片的扩充存储器芯片的扩充1.1.位扩展位扩展 用一位或用一位或4 4位的存储芯片构成位的存储芯片构成8 8位的存储器，可位的存储器，可采用采用位并联位并联的方法。的方法。 在连接时，各芯片的数据线分别接到数据总线在连接时，各芯片的数据线分别接到数据总线的各位，而将地址线、片选的各位，而将地址线、片选CSCS及读及读/ /写控制线相应写控制线相应并并联在一起。联在一起。 例如：用例如：用8 8片片2 2K K 1 1位的芯片组成容量为位的芯片组成容量为2 2K K 8 8位位的存储器。连接示意图见图的存储器。连接示意

32、图见图a a4243例如：用例如：用2 2片片1 1K K 4 4位的芯片组成位的芯片组成1 1K K 8 8位的存储器位的存储器442. 2. 字扩展字扩展当扩充容量（即字扩展）时，采用当扩充容量（即字扩展）时，采用地址串联地址串联的方法。此扩充方法是仅在字向扩充，而位数不的方法。此扩充方法是仅在字向扩充，而位数不变，因此将变，因此将芯片的地址线、数据线、读芯片的地址线、数据线、读/写控制线写控制线并联，并联，而由而由片选信号片选信号来区分来区分各片地址各片地址，故片选信，故片选信号端连接到片选译码器的输出端。也就是将存储号端连接到片选译码器的输出端。也就是将存储器高位地址译码产生若干不同片

33、选信号，对存储器高位地址译码产生若干不同片选信号，对存储器芯片进行片选。低位地址线直接送往各芯片，器芯片进行片选。低位地址线直接送往各芯片，以选择片内的某个单元。以选择片内的某个单元。45例如： 用用1616K K 8 8位的存储器芯片组成位的存储器芯片组成6464K K 8 8位存储器，位存储器，则需要则需要4 4片芯片。地址分配如下表所示。其连接片芯片。地址分配如下表所示。其连接线路如下图所示。线路如下图所示。A A15 15 A A14 14 A A13 13 A A0 0容量容量芯片号芯片号0 0 0 0 16K第第1 1芯片芯片0 1 0 1 16K第第2 2芯片芯片1 0 1 0

34、16K第第3 3芯片芯片1 1 1 1 16K第第4 4芯片芯片46473. 3. 字、位同时扩展字、位同时扩展当存储器芯片的字数和位数都不能满足系统当存储器芯片的字数和位数都不能满足系统存储要求时，需要进行字和位同时扩展。存储要求时，需要进行字和位同时扩展。 方法一般是先进行位扩展，构成字长满足要方法一般是先进行位扩展，构成字长满足要求的芯片组，然后再用若干个这样的芯片组进行求的芯片组，然后再用若干个这样的芯片组进行字扩展，使总容量满足要求。字扩展，使总容量满足要求。图示是用2114（1K 4 4位）芯片组成位）芯片组成2K2K 8 8存存储器的扩展连接图。储器的扩展连接图。48两组存储器的

35、地址分配：两组存储器的地址分配： 第一组第一组 A15 A14 A10 A9 A8 A7 A0 0 0 0 0, 0 0 0 0, 0 0 0 0, 0 0 0 0 0000 h 0 0 0 0, 0 0 1 1, 1 1 1 1, 1 1 1 1 03FF h 第二组第二组 A15 A14 A10 A9 A8 A7 A0 0 0 0 0, 0 1 0 0, 0 0 0 0, 0 0 0 0 0400 h 0 0 0 0, 0 1 1 1, 1 1 1 1, 1 1 1 1 07FF h49二、存储器与二、存储器与CPUCPU的连接的连接1存储器与存储器与CPU连接时要考虑的问题连接时要考虑的

36、问题 存储器与存储器与CPUCPU连接时，原则上可以将存储器的地连接时，原则上可以将存储器的地址线、数据线与控制信号线分别接到址线、数据线与控制信号线分别接到CPUCPU的地址总线、的地址总线、数据总线和控制总线上去。但是在实际应用中，有一数据总线和控制总线上去。但是在实际应用中，有一些问题必须加以考虑。些问题必须加以考虑。（1 1）CPUCPU总线的负载能力总线的负载能力 通常通常CPUCPU外部总线的负载能力是外部总线的负载能力是1 1个个TTLTTL器件或器件或2020个个MOSMOS器件器件，当总线上挂接的器件数量超过时，就应，当总线上挂接的器件数量超过时，就应增加总线的驱动能力；通常

37、采用加增加总线的驱动能力；通常采用加缓冲器或总线驱动缓冲器或总线驱动器器方法来实现。方法来实现。50（2 2）各种信号线的配合与连接）各种信号线的配合与连接通常，由于通常，由于CPUCPU的各种信号要求与存储器的各种信的各种信号要求与存储器的各种信号要求有所不同，往往要配合以必要的辅助电路。号要求有所不同，往往要配合以必要的辅助电路。 数据线：数据线：数据传送一般是双向的。存储器芯片的数数据传送一般是双向的。存储器芯片的数据线有输入输出据线有输入输出共用共用的（如的（如21142114静态静态RAMRAM）和和分开分开的的（21162116动态动态RAMRAM）两种结构。对于两种结构。对于共用

38、共用的数据线，由于的数据线，由于芯片内部有三态驱动器，故它可以芯片内部有三态驱动器，故它可以直接与直接与CPUCPU数据总线数据总线连接连接。而输入线与输出线。而输入线与输出线分开分开的芯片，则要的芯片，则要外加三态外加三态门门，才能与，才能与CPUCPU数据总线连接，数据总线连接，如图所示如图所示。51地址线：地址线：存储器的地址线一般可以直接接到存储器的地址线一般可以直接接到CPUCPU的地址总线。而大容量的动态的地址总线。而大容量的动态RAMRAM，为了减少为了减少引线数目，往往采用分时输入的方式，这时，需引线数目，往往采用分时输入的方式，这时，需在在CPUCPU与存储器芯片之间加上多路

39、转换开关，用与存储器芯片之间加上多路转换开关，用CASCAS与与RASRAS分别将地址的高位与低位送入存储器。分别将地址的高位与低位送入存储器。 控制线：控制线：CPUCPU通过控制线送出命令，以控制存通过控制线送出命令，以控制存储器的读写操作，以及送出片选信号、定时信号储器的读写操作，以及送出片选信号、定时信号等。等。52 CPUCPU在取指和执行存储器读写操作时，其时序是固在取指和执行存储器读写操作时，其时序是固定的，由此来选择存储器存取速度。对速度较慢的存定的，由此来选择存储器存取速度。对速度较慢的存储器，需要增加等待周期储器，需要增加等待周期TwTw，以满足快速以满足快速CPUCPU要

40、求。要求。（4 4）存储器的地址分配和片选信号的产生（译码电路）存储器的地址分配和片选信号的产生（译码电路） 内存包括内存包括RAMRAM和和ROMROM两大部分，而两大部分，而RAMRAM又分为系统区又分为系统区（即监控程序或操作系统占用的内存区域）和用户区，（即监控程序或操作系统占用的内存区域）和用户区，这就需要对存储器地址进行合理的分配。此外，由于这就需要对存储器地址进行合理的分配。此外，由于目前生产的存储器芯片，其单片存储容量有限，需要目前生产的存储器芯片，其单片存储容量有限，需要若干片存储器芯片才能组成一个存储器，故要求正确若干片存储器芯片才能组成一个存储器，故要求正确解决芯片的片选

41、信号。解决芯片的片选信号。 （3 3）CPUCPU的时序与存储器的存取速度之间的匹配的时序与存储器的存取速度之间的匹配53微机存储器系统中实现片选的控制方式有微机存储器系统中实现片选的控制方式有3 3种：种：全译码方式、部分译码方式和线选方式全译码方式、部分译码方式和线选方式。 (1)(1)全译码方式全译码方式 全译码方式的存储器译码电路中，地址总线全译码方式的存储器译码电路中，地址总线的的全部全部高位地址线高位地址线均均参与片选译码控制参与片选译码控制，这样，这样，存储器中任一存储单元都有存储器中任一存储单元都有唯一唯一的确定地址。的确定地址。 2存储器的片选译码方法存储器的片选译码方法54

42、 例如：用例如：用4 4片片6251262512(64K(64K 8)8)组成组成256256K K 8 8位存位存储器（即储器（即128K128K字字）。）。 由于高位地址总线由于高位地址总线A A1717AA1919全部参与译码，全部参与译码，产生各存储器芯片的片选控制信号，这种片选产生各存储器芯片的片选控制信号，这种片选控制就是全译码方式。控制就是全译码方式。5556(2) (2) 部分译码方式部分译码方式部分译码方式的存储器译码电路中，地址部分译码方式的存储器译码电路中，地址总线的总线的某几位某几位（不是全部）（不是全部）高位高位地址总线经过地址总线经过译码作为片选控制，此时存储器系统中译码作为片选控制，此时存储器系统中每个存每个存储单元储单元都会对应都会对应多个存储地址多个存储地址，即出现，即出现