第5章存储器扩展技术ppt课件

1、主讲：陈燕慧主讲：陈燕慧20192019年年4 4月月 根据存储介质不同，可分为根据存储介质不同，可分为: : 半导体存储器，磁心存储器，电耦合存储器。半导体存储器，磁心存储器，电耦合存储器。 目前，计算机内部均采用半导体存储器，只讨论半目前，计算机内部均采用半导体存储器，只讨论半导体存储器，导体存储器， 按照存储器的存取功能不同，半导体存储器可分按照存储器的存取功能不同，半导体存储器可分为为 1)1)只读存储器只读存储器Read Only MemoryRead Only Memory，简称，简称ROMROM） 2)2)随机存储器随机存储器Random Access MemoryRandom

2、Access Memory，简称，简称 RAMRAM） 3)3)串行存储器。串行存储器。 功能：用于存放程序，常数和表格常数等。功能：用于存放程序，常数和表格常数等。 特点：把信息写入存储器后，能长期保存，不特点：把信息写入存储器后，能长期保存，不会因电源断电而丢失信息，在计算机运行过程中，会因电源断电而丢失信息，在计算机运行过程中，只能读出信息，不能再写入信息。一旦写入信息，只能读出信息，不能再写入信息。一旦写入信息，不能随意更改。不能随意更改。 根据编程方式的不同，根据编程方式的不同，ROMROM可分为以下可分为以下5 5种：种：1) 1) 掩模工艺掩模工艺ROMROM 特点：编程是由制造

3、厂完成，即在生产过特点：编程是由制造厂完成，即在生产过程中进行编程。用户不能改变其内容。结构简单，程中进行编程。用户不能改变其内容。结构简单，集成度高，适于大批量生产。集成度高，适于大批量生产。2) 可一次性编程可一次性编程ROMPROM） 特点：程序是由用户写入，只能写一次，但特点：程序是由用户写入，只能写一次，但不能再进行修改。不能再进行修改。3) 紫外线擦除可改写紫外线擦除可改写ROMEPPROM） 特点：用电信号编程而用紫外线擦除。程序特点：用电信号编程而用紫外线擦除。程序由用户写入，运行多次擦除和重新写入。由用户写入，运行多次擦除和重新写入。 典型产品型号有：典型产品型号有： Int

4、el公司公司27系列产品：系列产品：27162KB8），），27324KB8），），27648KB8），），2712816KB8），），2725616KB8等。等。4) 电擦除可改写电擦除可改写ROMEEPROM或或E2PROM） 特点：用电信号编程也用电信号擦除。可以通过特点：用电信号编程也用电信号擦除。可以通过读写操作进行逐个存储单元读出和写入，读写操作读写操作进行逐个存储单元读出和写入，读写操作与与RAM存储器差不多，只是写入速度慢一些。但断存储器差不多，只是写入速度慢一些。但断电后能保存信息。电后能保存信息。 典型产品型号有：典型产品型号有：28C16、28C17、2817等。等。5)

5、 快擦写快擦写ROM闪速存储器即闪速存储器即Flash ROM） 特点：是在特点：是在EPPROM和和E2PROM基础上发展的一基础上发展的一种种ROM，读写速度很快。存取时间达，读写速度很快。存取时间达70ns纳秒），纳秒），存储容量达存储容量达16128MB。改写次数可达。改写次数可达1万万100万次。万次。可在线写入，自动覆盖内容，可按页连续字节写入。可在线写入，自动覆盖内容，可按页连续字节写入。 典型产品型号有：典型产品型号有：28F256、28F516、AT89等。等。功能：功能： 用于存放可随时修改的数据，常用于单片机控用于存放可随时修改的数据，常用于单片机控制领域。但是掉电后信息

6、立刻消失。这时在单片机应制领域。但是掉电后信息立刻消失。这时在单片机应用系统要有掉电保护电路路，以便及时提供备用电源，用系统要有掉电保护电路路，以便及时提供备用电源，防止因掉电信息丢失。防止因掉电信息丢失。 按制造工艺可分为：按制造工艺可分为：1 1双极性双极性RAMRAM 特点：存取时间短，一般为几到十几纳秒。特点：存取时间短，一般为几到十几纳秒。与与MOSMOS型相比，集成度较低，功耗大，价格较高。型相比，集成度较低，功耗大，价格较高。 应用场合：主要用于存取时间短微型计算机中。应用场合：主要用于存取时间短微型计算机中。2 2MOSMOS金属氧化物金属氧化物RAMRAM 特点：与双极性特点

7、：与双极性RAMRAM相反。在单片机系统中一相反。在单片机系统中一般使用此种类型。般使用此种类型。 按工作方式不同，可分为：按工作方式不同，可分为： 静态读写存储器静态读写存储器SRAMSRAMStatic Random Static Random Access MemoryAccess Memory）特点：集成度比较高，功耗比双极性特点：集成度比较高，功耗比双极性RAMRAM低，价格低，价格也比较便宜。也比较便宜。 动态读写存储器动态读写存储器DRAMDRAMDynamic Random Dynamic Random Access MemoryAccess Memory）特点：集成度很高，功

8、耗、价格比特点：集成度很高，功耗、价格比SRAMSRAM低。低。 是一种是一种CMOSCMOS工艺制成的电擦除可编程工艺制成的电擦除可编程ROMROM，最，最近逐渐发展的。近逐渐发展的。 典型产品：典型产品：二线制二线制24CXX24CXX系列产品，三线制系列产品，三线制93CXX93CXX系列产品。系列产品。1. 1. 存储容量：通常用某一芯片有多少个存储单元、存储容量：通常用某一芯片有多少个存储单元、每个存储单元存储若干未来表示。每个存储单元存储若干未来表示。例如：静态例如：静态RAM6264RAM6264的容量为的容量为8K8K8 8，表示有，表示有8K8K个单个单元元1K=10241K

9、=1024），每个单元存储），每个单元存储8 8位一个字节数据。位一个字节数据。2. 2. 存取时间存取时间 即存取芯片中某一个单元的数据所需要的时间。即存取芯片中某一个单元的数据所需要的时间。在计算机工作时，在计算机工作时，CPUCPU在读写在读写RAMRAM时，它所提供的读时，它所提供的读写时间必须比写时间必须比RAMRAM芯片所需要的存取时间长。如果不芯片所需要的存取时间长。如果不满足，微机则无法正常工作。满足，微机则无法正常工作。3 3可靠性可靠性 微型计算机要正确地运行，必须要求存储微型计算机要正确地运行，必须要求存储器系统具有很高的可靠性。内存的任何错误就器系统具有很高的可靠性。内

10、存的任何错误就可以导致计算机无法工作。可以导致计算机无法工作。4 4功耗功耗 使用功耗低的存储器芯片构成存储系统，使用功耗低的存储器芯片构成存储系统，不仅可以减少对电源容量的要求，而且可以提不仅可以减少对电源容量的要求，而且可以提高存储系统的可靠性。高存储系统的可靠性。1 1、8051/8751/80C51/87C518051/8751/80C51/87C51硬件最小应用系统硬件最小应用系统片内有片内有4KB4KB的掩模的掩模ROM/EPROMROM/EPROM，其自身可以构成最小系统，其自身可以构成最小系统，再加上复位电路、时钟电路、再加上复位电路、时钟电路、 引脚接高电平，即可通电工引脚接

11、高电平，即可通电工作。硬件电路如图作。硬件电路如图5.1a5.1a所示：所示：EA这种最小应用系统具有以下特点：这种最小应用系统具有以下特点：1 1系统结构简单、可靠；系统结构简单、可靠；2 2有大量的有大量的I/OI/O线供用户使用，线供用户使用，P0P3P0P3口共口共3232根根I/OI/O均可作为输入均可作为输入/ /输出线使用。输出线使用。3 3内部存储容量有限，只有内部存储容量有限，只有128B128B的内部的内部RAMRAM和一和一些特殊功能即存期以及些特殊功能即存期以及4KB4KB的内部的内部ROM/EPROMROM/EPROM。 2. 8031/80C312. 8031/80

12、C31最小应用系统最小应用系统用这两种芯片构成最小用这两种芯片构成最小应用系统时，由于片内应用系统时，由于片内无无ROMROM，所以必须在片外，所以必须在片外扩展程序存储器，常选扩展程序存储器，常选用用EPROMEPROM芯片。在外扩芯片。在外扩ROMROM时，必须接上地址锁时，必须接上地址锁存器，硬件电路如图存器，硬件电路如图5.1b5.1b所示：所示： 由硬件电路可知，该系统包括由硬件电路可知，该系统包括8031/80C318031/80C31、2764EPROM2764EPROM、74LS37374LS373地址锁存器、时钟电路和复位电地址锁存器、时钟电路和复位电路。路。 引脚接地，使引

13、脚接地，使CPUCPU只能选择外部程序存储器，只能选择外部程序存储器，并执行并执行ROMROM中的程序。中的程序。ALEALE引脚接引脚接74LS37374LS373的的G G端。端。特点：特点： 1 1P0P0口用在低口用在低8 8位地址线位地址线/ /数据线，数据线，P2P2口用在高口用在高8 8位地址线，都不能再作为通用位地址线，都不能再作为通用I/OI/O接口使用。接口使用。 2 2使用外部使用外部ROMROM，其容量最高为，其容量最高为64KB64KB。而片外。而片外ROMROM可选择可选择EPROMEPROM、EEPROMEEPROM、PEROMPEROM芯片，方便改写程序。芯片，

14、方便改写程序。 3 3价格低廉，应用较多。价格低廉，应用较多。EA 单片机最小应用系统只能适用简单的应用系统。而对单片机最小应用系统只能适用简单的应用系统。而对于较为复杂的系统，必须进行外扩于较为复杂的系统，必须进行外扩ROMROM、RAMRAM、I/OI/O等。等。 系统扩展结构如图系统扩展结构如图5.25.2所示：所示： 总线就是连接计算机各部件的一组公共信号，按功能分为总线就是连接计算机各部件的一组公共信号，按功能分为三组总线。三组总线。1) 1) 地址总线地址总线ABABAddress BusAddress Bus）：）： 1616根地址线，可寻址范围达根地址线，可寻址范围达216=6

15、4K216=64K，由，由P0P0口和口和P2P2口构建，低口构建，低8 8位由位由P0P0口经地址锁存器提供，高口经地址锁存器提供，高8 8位由位由P2P2口提供。单向总线。口提供。单向总线。 由于由于P0P0口是数据、地址分时复用的，故口是数据、地址分时复用的，故P0P0接口输出的低接口输出的低8 8位位地址必须用地址锁存器进行锁存。地址必须用地址锁存器进行锁存。2) 2) 数据总线数据总线DBDBData BusData Bus） 用于在单片机与存储器、用于在单片机与存储器、I/OI/O口之间相互传递数据。口之间相互传递数据。宽度为宽度为8 8位，由位，由P0P0口提供，是双向总线。口提

16、供，是双向总线。3) 3) 控制总线控制总线CBCBControl BusControl Bus） 是第二功能信号线，包括是第二功能信号线，包括ALEALE、PSENPSEN、RDRD、WRWR等。等。用于地址锁存控制、片外用于地址锁存控制、片外ROMROM选通、读选通、读/ /写控制和片内、片外写控制和片内、片外ROMROM选择等。为准双向总线。选择等。为准双向总线。51系列单片机的基本扩展电路如图5.3所示：结论：结论：1） P0口作低口作低8位地址线位地址线/数据线数据线 P0口分时提供低口分时提供低8位地址信号和数据信号。位地址信号和数据信号。 2P2口作为高口作为高8位地址线位地址线

17、与低与低8位构成位构成16位地址总线，使扩展系统寻址达位地址总线，使扩展系统寻址达64KB。 3控制信号控制信号PSEN：程序存储器的读选通信号；：程序存储器的读选通信号；ALE： 地址锁存信号；地址锁存信号；EA： 片内、片内程序存储器的选择信号；和片内、片内程序存储器的选择信号；和I/O端端口口 的读选通信号；的读选通信号；RD： 扩展数据存储器和扩展数据存储器和I/O端口的读选通信号；端口的读选通信号；WR： 扩展数据存储器和扩展数据存储器和I/O端口的写选通信号。端口的写选通信号。74LS37374LS373和和82828282为高电平跟随，低电平锁存。即低为高电平跟随，低电平锁存。即

18、低电平有效。电平有效。74LS27374LS273为上升沿锁存。即上升沿有效。为上升沿锁存。即上升沿有效。定义：定义： 译码器就是对系统的高位地址进行译码，以其译码器就是对系统的高位地址进行译码，以其译码输出作为存储芯片的片选信号。译码输出作为存储芯片的片选信号。优点：优点： 能有效地利用空间，存储空间，存储空间连续，能有效地利用空间，存储空间，存储空间连续，适用于大容量多芯片存储器扩展。适用于大容量多芯片存储器扩展。常用的译码芯片有：常用的译码芯片有：74LS13974LS139双双2-42-4译码器和译码器和74LS13874LS1383-83-8译码器等。译码器等。1 174LS1397

19、4LS139译码器译码器是是2-42-4译码器，即对译码器，即对2 2个输入信号进行译码，得到个输入信号进行译码，得到4 4个输出状态。其引脚如图个输出状态。其引脚如图5.45.4所示：所示：G G：势能端，低电平有效。：势能端，低电平有效。A A、B B：选择端：选择端, ,即译码器输入端；即译码器输入端；Y0Y0、Y1Y1、Y2Y2、Y3:Y3:译码器输出信译码器输出信 号，低电平有效。号，低电平有效。其真值表如表其真值表如表5-15-1所示：所示：2 274LS13874LS138译码器译码器是是3-83-8译码器，即对译码器，即对3 3个输入信号进行译码，得到个输入信号进行译码，得到8

20、 8个输出状态，其引脚如图个输出状态，其引脚如图5.55.5所示：所示：E1E1、E2E2、E3:E3:势能端势能端, ,用于引入控制信号。用于引入控制信号。E1E1、E2E2低电平有效，低电平有效，E3E3高电平有效。高电平有效。A A、B B、C:C:选择端选择端, ,即译码器信号输入端。即译码器信号输入端。Y7Y7Y0:Y0:译码输出信号，低电平有效译码输出信号，低电平有效. .其其真值表如表真值表如表5.25.2所示：所示：3) 3) 常用的常用的EPROMEPROM常用的常用的EPROM27EPROM27系列有：系列有：271627162KB2KB8bit8bit）、）、273227

21、324KB4KB8bit8bit）、）、 276427648KB8KB8bit8bit）、）、271282712816KB16KB8bit8bit）、）、272562725632KB32KB8bit8bit）。）。阐明：“27为系列号，后面的数字表示芯片的容量，其中2K、4K、8K等代表有多少个存储单元，也说明了地址线有多说根，“8bit代表一个单元存放8为二进制数，或者数据线有8根。27642764、2725627256和和2751227512芯片引脚如图芯片引脚如图5.65.6所示：所示：引脚功能如下：O0O7：数据线；OE：数据允许输出线，低电平有效；CE：片选信号输入端，低电平有效；G

22、ND：接地端；PGM：编程脉冲输入端；VPP：编程电源输入端。程序存储器扩展例题程序存储器扩展例题例1：用一片27128EPROM扩展16KB程序存储器解：电路图如图5.7所示：程序存储器的扩展可分为以下几个步骤：1低8位地址线的连接： P0.0P0.7经锁存起后与存储器芯片27128的A0A7相连接，2高位地址线的连接： 27128共有14根地址线A0A13，完成低8位地址线的连接后，剩下的A8A13的高6位地址线，直接与P2.0P2.5相连接。3数据线连接： 27128的数据线D0D7直接连接到P0.0P0.7上。4控制线的连接： ALE接锁存器74LS373的使能端G，PSEN连接271

23、28的允许输出端OE，对于8030/80C31单片机，EA要接地。527128的片选端CE的连接：直接接地。例例2 2、多片程序存储器的扩展、多片程序存储器的扩展4 4常用常用EEPROMEEPROM电擦除可编程只读存储器扩展电擦除可编程只读存储器扩展IntelIntel公司常用芯片有：公司常用芯片有：281628162816A2816A）、）、281728172817A2817A）、）、286428642864A2864A）优点：优点： 能在应用系统中进行在线电擦除和在线电写能在应用系统中进行在线电擦除和在线电写入，不能在断电情况下保持修改的结果。它比紫外入，不能在断电情况下保持修改的结果。

24、它比紫外线线EPROMEPROM方便。方便。应用领域：应用领域： 智能仪表，控制装置，分布式监测系统子站，智能仪表，控制装置，分布式监测系统子站，开发装置等。开发装置等。表表5-3 Intel5-3 Intel公司公司EEPROMEEPROM典型产品主要性能典型产品主要性能 以Intel2864A为例介绍EEPROM的扩展： 图5.9 2864A 引脚及逻辑符号图表表5-4 2864A5-4 2864A的工作方式的工作方式1) 1) 维持待机方式维持待机方式 当当CECE为高电平时，为高电平时，2864A2864A进入功耗自动待机状进入功耗自动待机状态，此时，数据输出线呈高阻态。态，此时，数据

25、输出线呈高阻态。2) 读出方式 当CE和OE均为低电平，而WE为高电平时，片内数据缓冲器开门，数据被送到数据总线，可执行读操作。 3) 3) 写入方式写入方式 2864A2864A写入方式有两种：字节写入和页写入。写入方式有两种：字节写入和页写入。4) 4) 数据查询方式数据查询方式是由软件来检测一个写周期是否完成。是由软件来检测一个写周期是否完成。 8031单片机扩展2864A 的电路图如图5.10所示：1. 1. 数据存储器概述数据存储器概述 5151系列单片机内部仅有系列单片机内部仅有128B128B的的RAMRAM，对于，对于简单的应用场合，已够用；简单的应用场合，已够用； 但是对于复

26、杂场合，需要处理大量数据，但是对于复杂场合，需要处理大量数据，这时必须外扩这时必须外扩RAMRAM，最大可外扩，最大可外扩64KB64KB。 扩展中广泛应用静态扩展中广泛应用静态RAMRAMSRAMSRAM）。）。2. 单片机对片外单片机对片外RAM读读/写指令写指令 访问外部访问外部RAM时，使用时，使用MOVX指令。指令。 外部外部RAM通常设置两个数据区：通常设置两个数据区：1） 低低8位地址线寻址的外部数据区位地址线寻址的外部数据区 此区域寻址空间为此区域寻址空间为256B，CPU可以使用可以使用下列读写指令来访问此存储区：下列读写指令来访问此存储区： 读存储器数据指令：读存储器数据指

27、令：MOVX A，Ri 写存储器数据指令：写存储器数据指令：MOVX R，A 由于由于8位寻址指令占用字节少，程序运行速位寻址指令占用字节少，程序运行速度快，所以经常采用。度快，所以经常采用。 216位地址寻址的外部数据区位地址寻址的外部数据区 当外部当外部RAM容量较大，要访问容量较大，要访问RAM地址空间大于地址空间大于256B时，时，需要采用需要采用16位寻址指令。位寻址指令。 读存储器数据指令：读存储器数据指令：MOVX A，DPTR 写存储器数据指令：写存储器数据指令：MOVX DPTR，A由于由于DPTR位位16位的地址指针，故可寻址位的地址指针，故可寻址64KBRAM单元。单元。

28、3. 3. 外扩数据存储器常用的典型芯片外扩数据存储器常用的典型芯片 1 1数据存储器数据存储器SRAMSRAM芯片芯片 目前常用的静态目前常用的静态RAM芯片有芯片有Itel公司的公司的6116、6264、62128、62256，其主要性能指标如下：，其主要性能指标如下：200200200典型存取时间/ns0.525典型维持电流/ mA84035典型工作电流/mA555工作电压/V282824引脚数3282容量/KB6225662646116芯片型号芯片引脚如下：芯片引脚如下：CEWE以以6264芯片为例说明芯片的引脚以及扩展电路的连接芯片为例说明芯片的引脚以及扩展电路的连接 引脚功能：引脚

29、功能： A12A0：13根地址线，芯片的容量为根地址线，芯片的容量为8K213个个单元；单元； D7D0：8根三态双向数据线；根三态双向数据线；：片选信号输入线，低电平有效；：片选信号输入线，低电平有效； ：写选通信号输入线，低电平有效：写选通信号输入线，低电平有效CS ：片选信号输入线，高电平有效，：片选信号输入线，高电平有效，可用于掉电保护。可用于掉电保护。2 2） 数据存储器的扩展电路数据存储器的扩展电路A A单片数据存储器的扩展单片数据存储器的扩展 单片机与单片机与62646264的连接如下表所示：的连接如下表所示：80C51/80516264P0经锁存器锁存形成经锁存器锁存形成A0A7A0A7P2.0、P2.1、P2.2、P2.3、P2.4A8A12D0D7D0D7RDWROEWE硬件电路如下：硬件电路如下：B B多片存储器的扩展多片存储器的扩展例，用例，用4 4片片61166116进行进行8KB8KB数据存储器的扩展数