第五章存储器

1、第四章半导体存储器第四章半导体存储器天津职业技术师范大学天津职业技术师范大学电子工程学院电子工程学院一、存储器系统概述二、微型计算机存储器系统二、微型计算机存储器系统三、存储器的主要技术指标三、存储器的主要技术指标 1存储容量存储容量存储容量是存储器所容纳的二进制位的总容存储容量是存储器所容纳的二进制位的总容量，或存储器所包含的存储单元的总位数。量，或存储器所包含的存储单元的总位数。 存储单元数=2n 存储容量存储容量=存储单元数存储单元数*存储单元的位数存储单元的位数2存储周期存储周期3存储器的可靠性存储器的可靠性4性能价格比性能价格比5.2 半导体存储器半导体存储器 半导体存储器根据其基本

2、功半导体存储器根据其基本功能的不同分为只读存储器（能的不同分为只读存储器（ROM）和随机存取存储器（和随机存取存储器（RAM）。）。 RAM又依存储单元电路的构又依存储单元电路的构成原理及是否需要刷新分为静态成原理及是否需要刷新分为静态RAM(SRAM)和动态和动态RAM(DRAM)。5.2.1 随机存储器随机存储器RAM RAM是一种既能写入又能读出的存储器。是一种既能写入又能读出的存储器。RAM只能在电源电压正常时工作，一旦断电，只能在电源电压正常时工作，一旦断电，RAM内的信息便完全丢失。内的信息便完全丢失。1、SRAM（静态（静态RAM） SRAM的基本存储电路是利用双稳态电路的的基本

3、存储电路是利用双稳态电路的某一种稳定状态表示二进制信息的。双稳态电路某一种稳定状态表示二进制信息的。双稳态电路是一种平衡的电路结构，不管处于什么状态，只是一种平衡的电路结构，不管处于什么状态，只要不给它加入新的触发，不断电，它的这个稳定要不给它加入新的触发，不断电，它的这个稳定状态就将保持下去。状态就将保持下去。 SRAM在结构上比较复杂，集成在结构上比较复杂，集成度低。由于度低。由于RAM的基本存储单元是的基本存储单元是双稳态触发器，每一个单元存放双稳态触发器，每一个单元存放1位位二进制信息，故所存信息不需要进二进制信息，故所存信息不需要进行刷新。但行刷新。但SRAM的存取速度很快，的存取速

4、度很快，多用于要求高速存取的场合，例如多用于要求高速存取的场合，例如高速缓冲存储器。高速缓冲存储器。常用的静态常用的静态RAM （1）静态）静态 RAM6116A0A1011位地址线，可寻址位地址线，可寻址2k字节；字节； D0D78位双向数据线；位双向数据线； 片选信号；片选信号； -输出允许信号；输出允许信号； -写允许信号；写允许信号； VCC电源（电源（5V）；）； GND 地。地。（2）静态）静态RAM6264 A12A013位地址线，可寻址位地址线，可寻址8k字节；字节； D7D08位双向数据线；位双向数据线； 片选信号；片选信号； CE2片选信号；片选信号； -数据输出允许信号；

5、数据输出允许信号； 写允许信号；写允许信号； VCC电源（电源（5V）；）；2164A动态动态RAM芯片芯片12345678161514131211109NCDINWERASA0A2A1VDDVSSCASDOUTA6A3A4A5A7A7A0DINDOUTRASCASRASCASWEWEVDDVSS地址输入A7A0列地址选通行地址选通写允许+5V地 图 Intel 2164A 结构框图128128存储矩阵128读出放大器1/2(1/128列译码器)128读出放大器128128存储矩阵1/128行译码器1/128行译码器128128存储矩阵128读出放大器1/2(1/128列译码器)128读出放大

6、器128128存储矩阵A0A1A2A3A4A5A6A78位地址锁存器1/4 I/O门输出缓冲器VDDVSS行时钟缓冲器列时钟缓冲器写允许时 钟缓冲器数据输入缓冲器RASCASWEDINDOUTDRAM的使用方法如下图所示。当的使用方法如下图所示。当CPU对存储器进行读对存储器进行读写时，首先在地址总线上给出地址信号，然后发出相应的写时，首先在地址总线上给出地址信号，然后发出相应的读写控制信号，最后在数据总线上进行数据操作。读写控制信号，最后在数据总线上进行数据操作。5.2.2 只读存储器只读存储器ROM ROM是一种只能读出而不能写入的存是一种只能读出而不能写入的存储器，通常用来存放那些固定不

7、变、不需储器，通常用来存放那些固定不变、不需要修改的程序。要修改的程序。 例如例如IBM PC中的中的BIOS（基本输入输（基本输入输出系统），出系统），Basic解释程序等。解释程序等。ROM必须必须在电源电压正常时才能工作，但断电之后，在电源电压正常时才能工作，但断电之后，其中存放的信息并不丢失，一旦通电，它其中存放的信息并不丢失，一旦通电，它又能正常工作，提供信息。又能正常工作，提供信息。 1、掩膜、掩膜ROM（MROM） 固定掩膜固定掩膜ROM的芯片在制做掩的芯片在制做掩膜板的同时，将所存的信息编排在膜板的同时，将所存的信息编排在内；一旦掩膜做好，其存储的信息内；一旦掩膜做好，其存储的

8、信息就固定了就固定了。 2、可编程的只读存储器（、可编程的只读存储器（PROM） PROM是一种可编程只读存储是一种可编程只读存储器，便于用户根据自己的需要来写器，便于用户根据自己的需要来写入信息，内容一旦写入，就不能修入信息，内容一旦写入，就不能修改。改。三、三、EPROM 这种存储器在特殊条件下写这种存储器在特殊条件下写入的信息可以长久保存，程序需入的信息可以长久保存，程序需要更改时，又可以采用特殊的方要更改时，又可以采用特殊的方法将其全部擦除。如此可以多次法将其全部擦除。如此可以多次反复使用。反复使用。 常用的常用的EPROM程序存储器程序存储器 常用的有常用的有Intel公司的公司的2

9、7XXX系列系列 EPROM芯片：芯片：2716（2kX8）、）、2732A（4kX8）、）、2764（8kX8）、）、27128（16Kx8）27256（32kX8）和）和27512（64kX8）等。）等。（1）2716EPROM A10A011位地址线，可寻址位地址线，可寻址2k字节；字节；D0D78位数据线；位数据线； -片选信号编程控制信号；片选信号编程控制信号； -输出允许信号；输出允许信号； VPP 编程电源；编程电源； VCC 电源（电源（5V）；）； GND -地。地。 （2）2732 EPROMA0A1112位地址线位地址线,可寻址可寻址4k字节；字节； D0D78位数据线；

10、位数据线； -片选信号；片选信号； -输出允许信号；输出允许信号； VPP 编程电源；编程电源； VCC 电源（电源（5V）；）； GND -地。地。（3）2764 EPROMA0A1213位地址线，可寻址位地址线，可寻址8k字节；字节；D0D78位数据线；位数据线； -片选信号；片选信号； -输出允许信号输出允许信号 PGM-编程脉冲输入端；编程脉冲输入端； VPP编程电源；编程电源； VCC电源（电源（5V）；）； GND-地。地。（4）27128 EPROM（6）27512 EPROM常用的常用的E2PROM （1）E2PROM 28642864A管脚与管脚与SRAM6264A完全兼容。

11、完全兼容。AOA1213位地址线，可寻址位地址线，可寻址8k字节；字节； I/O0IO78位双向数据线；位双向数据线； -片选信号；片选信号； -输出允许信号；输出允许信号； -写允许信号；写允许信号； NC-空脚；空脚； VCC电源（电源（5V）；）； GND-地。地。5.3 存储芯片的扩展存储芯片的扩展 存储器接口也和其它接口一存储器接口也和其它接口一样，主要完成三大总线的连接任样，主要完成三大总线的连接任务，即实现与务，即实现与地址总线、控制总地址总线、控制总线和数据总线线和数据总线的连接。的连接。 1位扩展 8片8 K1位的RAM芯片通过位扩展构成8K8位的存储器 2字扩展 用4个16

12、 K8芯片经字扩展构成一个64K8位 3字和位同时扩展 用2114(1K4位)RAM芯片构成4K8位存储器 一、存储器接口中应考虑的几个问题一、存储器接口中应考虑的几个问题 1.存储器与存储器与CPU之间的时序配合之间的时序配合 主要解决主要解决快速快速CPU与慢速存储器之间速与慢速存储器之间速度匹配的问题度匹配的问题。 解决的方法使用解决的方法使用“等待申请等待申请”信号。信号。 例如，例如，8086CPU中的中的READY（准备就（准备就绪）输入线就是为协调绪）输入线就是为协调CPU与存储器或与存储器或I/O端口之间的速度而设计的一条等待状态请求端口之间的速度而设计的一条等待状态请求线。线

13、。 8086的系统总线周期由的系统总线周期由4个时个时钟周期钟周期T1-T4（又称为（又称为T状态）组状态）组成。成。T1周期周期发送地址发送地址T2周期周期发送读发送读/写命令写命令T3周期周期将数据送数据总线将数据送数据总线T4周期周期结束读结束读/写操作。写操作。通过等待通过等待信号信号READYREADY插插入一个或入一个或多个等待多个等待周期周期TWTW 2.CPU总线负载能力总线负载能力 通常考虑到地址线、控制线是通常考虑到地址线、控制线是单向的，故采用单向驱动器，如单向的，故采用单向驱动器，如74LS244、Intel公司生产的公司生产的8282等；等； 数据线是双向传送的，故采

14、用数据线是双向传送的，故采用双向驱动器，如双向驱动器，如74LS245、Intel公公司生产的司生产的82868287等。等。 3.存储芯片的选用存储芯片的选用 （l）对芯片类型的选用）对芯片类型的选用 通常由通常由ROM和和RAM两类芯片构成。两类芯片构成。（2）对芯片型号的选用）对芯片型号的选用 芯片类型确定之后，在进行具体芯片类型确定之后，在进行具体芯片型号选择时，一般应考虑存取芯片型号选择时，一般应考虑存取速度、存储容量、结构和价格等因速度、存储容量、结构和价格等因素。素。5.4存储器片选信号的产生方法 1. 线选法 P172线选法是指用存储器芯片片内寻址线以外的系统高位地址线，作为存

15、储器芯片的片选控制信号，图5.15所示。 优点：优点：连线简单。连线简单。缺点：缺点：一是当存在空闲地址线时，由于一是当存在空闲地址线时，由于空闲地址线可随意取值空闲地址线可随意取值0或或1，放，放将导致将导致地址重叠地址重叠。二是整个存储器地址二是整个存储器地址分布不连续分布不连续，使可寻址范围减小。使可寻址范围减小。2译码法译码法 全译码全译码是除了地址总线中参与片内寻址的是除了地址总线中参与片内寻址的低位地址线外，其余所有高位地址线全部低位地址线外，其余所有高位地址线全部参与片间地址译码。参与片间地址译码。 特点：所有总线参与寻址特点：所有总线参与寻址 部分译码部分译码是线选法和全译码相

16、结合的方法，是线选法和全译码相结合的方法，即利用高位地址线译码产生片选信号时，即利用高位地址线译码产生片选信号时，有的地址线未参加译码。这些空闲地址线有的地址线未参加译码。这些空闲地址线在需要时还可以对其他芯片进行线选。在需要时还可以对其他芯片进行线选。 图图5.16 74LS138的引脚图的引脚图G1 G2A G2BC B A译码器输出译码器输出1 0 00 0 0Y0=0，其余为，其余为11 0 00 0 1Y1=0，其余为，其余为11 0 00 1 0Y2=0, 其余为其余为11 0 00 1 1Y3=0，其余为，其余为11 0 01 0 0Y4=0, 其余为其余为11 0 01 0 1

17、Y5=0，其余为，其余为11 0 01 1 0Y6=0，其余为，其余为11 0 01 1 1Y7=0，其余为，其余为1不是上述情况不是上述情况Y0Y7，全为，全为1 表表5-13. 74LS138译码器真值表译码器真值表表表5-14 各组芯片的地址范围各组芯片的地址范围芯片芯片A15A10A9A0地址范围地址范围RAM1000000000000000011111111110000H03FFHRAM2000001000000000011111111110400H07FFHRAM3000010000000000011111111110800H0BFFHRAM4000011000000000011111111110C00H0FFFH5.6 8086/8088CPU的存储器系统 2、8086CPU系统的存储器接口图- 奇偶寻址 字节访问图- 偶地址字传送图- 奇地址 字传送 表：表：AD0、BHE的代码组合和对应的操作的代码组合和对应的操作 A D0BHE对应的操作所用的管脚oo从偶地址开始读/写一个字AD15AD0o1从奇地址单元读/写一个字节AD15AD810从偶地址单元读/写一个字节AD7AD00110从奇地址开始读/写一个字（在第一个总线周期，传送低8位数据到AD15AD8；第二个总线周期传送高8位数据到AD7AD0）AD15AD