微机原理与接口技术 第5章 半导体存储器

1、西安工业大学微机原理与接口技术微机原理与接口技术任课教师：乔奎贤任课教师：乔奎贤E-mail： 西安工业大学第第5章章 半导体存储器半导体存储器5.1概述概述5.2 随机读写存储器随机读写存储器5.3 只读存储器只读存储器5.4 CPU与存储器连接与存储器连接5.5 内存管理内存管理第第5章章 半导体存储器半导体存储器35.1 概述概述存储器：存储器：将处理问题的程序和所需的数据存储起来，处理时将处理问题的程序和所需的数据存储起来，处理时CPU自动自动而连续地从存储器中取出指令并执行指令规定的操作，中间数据也是而连续地从存储器中取出指令并执行指令规定的操作，中间数据也是利用存储器进行保存利用存

2、储器进行保存内存储器，简称存储器。内存储器，简称存储器。存储体系结构：存储体系结构：寄存器寄存器位于位于CPU中中高速缓存（高速缓存（Cache）由静态由静态RAM芯片构成芯片构成主存主存由半导体存储器由半导体存储器(ROM/RAM)构成构成辅存辅存指磁盘、磁带、磁鼓、光盘等大容量存指磁盘、磁带、磁鼓、光盘等大容量存储器，采用磁、光原理工作储器，采用磁、光原理工作本章介绍半导体存储器及组成主存的方法本章介绍半导体存储器及组成主存的方法CPU(寄存器寄存器)CACHE主存主存(内存内存)辅存辅存(外存外存)第第5章章 半导体存储器半导体存储器45.1 概述概述存储器的分类：存储器的分类：按存储介

3、质分类：按存储介质分类：u半导体存储器：半导体存储器：用半导体元件组成的存储器，通常用作内存用半导体元件组成的存储器，通常用作内存u磁存储器：磁存储器：用磁性材料组成的存储器，通常用作辅存用磁性材料组成的存储器，通常用作辅存主要包括磁盘、磁带、磁芯主要包括磁盘、磁带、磁芯u光存储器：光存储器：用光学原理制成的存储器，通常用作辅存用光学原理制成的存储器，通常用作辅存按所处的位置及功能分类：按所处的位置及功能分类：u内存：内存：通常插在主板上，存放当前正在运行的程序和数据通常插在主板上，存放当前正在运行的程序和数据存取速度快、容量相对较小、价格高；不能长期保存信息存取速度快、容量相对较小、价格高；

4、不能长期保存信息u外存：外存：位于主板的外部，存放当前暂不使用的程序和数据位于主板的外部，存放当前暂不使用的程序和数据存取速度慢、容量大、价格便宜；可长期保存信息存取速度慢、容量大、价格便宜；可长期保存信息第第5章章 半导体存储器半导体存储器55.1 概述概述按存存取方式分类：按存存取方式分类：u随机存取存储器随机存取存储器RAM（Random Access Memory）半导体存储器半导体存储器 指存储器中的内容根据需要可随机地采取或修改且采取时间与存储单元指存储器中的内容根据需要可随机地采取或修改且采取时间与存储单元的物理位置无关，主要用作内存。的物理位置无关，主要用作内存。u只读存储器只

5、读存储器ROM（Read Only Memory）半导体存储器半导体存储器 指存储器中的内容在一般情况下只能读出而不能写入或修改，主要用于指存储器中的内容在一般情况下只能读出而不能写入或修改，主要用于存储系统引导程序、监控程序或存储系统引导程序、监控程序或OS的基本输入的基本输入/输出部分（输出部分（BIOS）。）。u顺序存取存储器顺序存取存储器SAM（Seqential Access Memory）：）： 指存储器中的内容只能按某种顺序进行存取，且采取时间与存储单元的指存储器中的内容只能按某种顺序进行存取，且采取时间与存储单元的物理位置有关，如磁带，一般用作外存。物理位置有关，如磁带，一般用

6、作外存。u直接存取存储器直接存取存储器DAM（Direct Access Memory）：）： 指存储器采取数据时不必对存储介质事先做顺序搜索而直接采取信息，指存储器采取数据时不必对存储介质事先做顺序搜索而直接采取信息，如磁盘、部分光盘，一般用作外存。如磁盘、部分光盘，一般用作外存。第第5章章 半导体存储器半导体存储器65.1 概述概述半导体存储器的分类半导体存储器的分类按器件原理分类：按器件原理分类：u双极型：双极型：速度快、集成度低、功耗大速度快、集成度低、功耗大uMOS型：型：速度慢、集成度高、功耗低速度慢、集成度高、功耗低按存取方式（或读写方式）分类：按存取方式（或读写方式）分类：u随

7、机存取存储器随机存取存储器RAM：可读可写、断电丢失可读可写、断电丢失u只读存储器只读存储器ROM：正常只读、断电不丢失正常只读、断电不丢失第第5章章 半导体存储器半导体存储器75.1 概述概述半导体存储器的分类半导体存储器的分类半半导导体体存存储储器器RAMRAMROMROM静态静态RAMRAM（SRAMSRAM）主要用于主要用于CacheCache动态动态RAMRAM（DRAMDRAM）主要用于内存条主要用于内存条 掩膜式掩膜式ROMROM一次性可编程一次性可编程ROMROM（PROMPROM） 紫外线擦除可编程紫外线擦除可编程ROMROM（EPROMEPROM）用于用于ROM-BIOSR

8、OM-BIOS电擦除可编程电擦除可编程ROMROM（EEPROMEEPROM）闪存（闪存（Flash MemoryFlash Memory）新一代新一代ROM-BIOSROM-BIOS第第5章章 半导体存储器半导体存储器85.1 概述概述存储器的性能指标存储器的性能指标存储器容量存储器容量：存储存储1位二进制信息的单元称为位二进制信息的单元称为1个个存储元存储元。对于。对于32MB的存储器，其内部有的存储器，其内部有32M 8bit个存储元。存储器芯片多为个存储元。存储器芯片多为8结构，称为结构，称为字节单元字节单元 。 在标定存储器容量时，经常同时标出存储单元的数目和每个存储单在标定存储器容

9、量时，经常同时标出存储单元的数目和每个存储单元包含的位数：元包含的位数：存储器芯片容量存储器芯片容量 = 存储单元数存储单元数M 每单元数据位数每单元数据位数N如：芯片有如：芯片有2048个单元，每单元存放个单元，每单元存放8位二进制数，则容量为：位二进制数，则容量为：20488b = 2K8b = 2KB = 16Kb例如，例如，Intel 2114芯片容量为芯片容量为1K4位，位，6264为为8K8位。位。第第5章章 半导体存储器半导体存储器95.1 概述概述存储器的性能指标存储器的性能指标存取周期：存取周期： 存储器的存取周期是指从接收地址，到实现一次完整的读出或写入存储器的存取周期是指

10、从接收地址，到实现一次完整的读出或写入数据的时间，是存储器进行连续读或写操作所允许的最短时间间隔。数据的时间，是存储器进行连续读或写操作所允许的最短时间间隔。 内存的存取速度通常以内存的存取速度通常以ns为单位为单位半导体存储器的最大存取时间通常为几十到几百纳秒半导体存储器的最大存取时间通常为几十到几百纳秒ns可靠性：可靠性： 计算机要正确地运行，就要求存储器系统具有很高的可靠性，存储计算机要正确地运行，就要求存储器系统具有很高的可靠性，存储器的可靠性直接与构成它的芯片有关。器的可靠性直接与构成它的芯片有关。第第5章章 半导体存储器半导体存储器105.1 概述概述存储器的性能指标存储器的性能指

11、标功耗功耗 半导体存储器属于大规模集成电路，集成度高，体积小，但是不易半导体存储器属于大规模集成电路，集成度高，体积小，但是不易散热，因此在保证速度的前提下应尽量减小功耗。散热，因此在保证速度的前提下应尽量减小功耗。 一般而言，一般而言，MOS型存储器的功耗小于相同容量的双极型存储器。型存储器的功耗小于相同容量的双极型存储器。例如例如HM62256的功耗为的功耗为 40mW 200 mW。 集成度集成度 半导体存储器的集成度是指在一块数平方毫米芯片上所制作的基本半导体存储器的集成度是指在一块数平方毫米芯片上所制作的基本存储单元数，常以存储单元数，常以“位位 / 片片”表示，也可以用表示，也可以

12、用“字节字节 / 片片”表示。表示。西安工业大学第第5章章 半导体存储器半导体存储器5.1概述概述5.2 随机读写存储器随机读写存储器5.3 只读存储器只读存储器5.4 CPU与存储器连接与存储器连接5.5 内存管理内存管理第第5章章 半导体存储器半导体存储器125.2 随机读写存储器随机读写存储器MOS型型RAM的基本存储电路采用的基本存储电路采用MOS管制成管制成u按制造工艺分为：按制造工艺分为：NMOS、PMOS、CMOS、HMOS型型u按信息存储方式分为：静态按信息存储方式分为：静态RAM、动态、动态RAM静态静态RAM（SRAMStatic RAM）：）：u基本电路：一般由基本电路：

13、一般由MOS晶体管触发器组成，依靠触发器存储每位二进晶体管触发器组成，依靠触发器存储每位二进制信息，只要不断电，所存信息不会丢失制信息，只要不断电，所存信息不会丢失u优点：速度快、稳定可靠，不需外加刷新电路，使用方便优点：速度快、稳定可靠，不需外加刷新电路，使用方便u缺点：集成度低、功耗大缺点：集成度低、功耗大动态动态RAM（DRAMDynamic RAM）：）：u基本电路：以基本电路：以MOS晶体管的栅极和衬底间的电容来存储二进制信息，晶体管的栅极和衬底间的电容来存储二进制信息，由于电容存在泄漏现象，需周期性对由于电容存在泄漏现象，需周期性对DRAM进行刷新进行刷新u优点：集成度高、成本低、

14、功耗小优点：集成度高、成本低、功耗小u缺点：需外加刷新电路，速度比缺点：需外加刷新电路，速度比SRAM慢慢第第5章章 半导体存储器半导体存储器135.2 随机读写存储器随机读写存储器1. 静态静态RAM基本存储电路：基本存储电路：图：六管静态图：六管静态RAMRAM基本存储电路基本存储电路选择线选择线T5I/OABT1T2T4T6VccI/OT3第第5章章 半导体存储器半导体存储器145.2 随机读写存储器随机读写存储器1. 静态静态RAM常见存储芯片常见存储芯片表：常见表：常见RAM芯片（芯片（Intel产品）产品）型号型号存储容量存储容量最大存取时间最大存取时间所用工艺所用工艺所需电源所需

15、电源管脚数管脚数2114A1K 4100250nsHMOS5V182115A1K 84595nsNMOS5V1621281K 8150200nsHMOS5V2461162K 8200nsCMOS5V2462648K 8200nsCMOS5V286212816K 8200nsCMOS5V286225632K 8200nsCMOS5V28第第5章章 半导体存储器半导体存储器155.2 随机读写存储器随机读写存储器1. 静态静态RAM常见存储芯片：常见存储芯片：Intel 2114（1K4 ）Intel 2114RAM存储器芯片为具有存储器芯片为具有18引脚的双列直插式集成电路芯片引脚的双列直插式集

16、成电路芯片A9 A0：10根地址信号根地址信号I/O4 I/O1：双向双向数据信号数据信号WE：读：读/写控制信号写控制信号CS：片选信号：片选信号Vcc：+5VGND：地：地芯片容量：芯片容量：可寻址的单元数：可寻址的单元数：210 = 1K每单元数据位数：每单元数据位数：4容量：容量：2104 1K4 b123456789181716151413121110VccA7A8A9I/O1I/O2I/O3I/O4WEA6A5A4A3A0A1A2CSGNDIntel 2114第第5章章 半导体存储器半导体存储器165.2 随机读写存储器随机读写存储器1. 静态静态RAM常见存储芯片：常见存储芯片：

17、Intel 6264（8K8 ）具有具有28引脚的双列直插式集成电路芯片引脚的双列直插式集成电路芯片(1) 引脚信号引脚信号A12 A0：13根地址信号输入引脚根地址信号输入引脚D7 D0：8根数据根数据I/O信号引脚信号引脚WE：读：读/写控制信号输入引脚写控制信号输入引脚OE：输出允许信号输出允许信号CE：片选信号输入引脚片选信号输入引脚Vcc：+5VGND：地：地VccWENCA8A9A11OEA10CED7D6D5D4D3NCA12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GND12345678910111213142827262524232221201918171615Intel

18、6264第第5章章 半导体存储器半导体存储器175.2 随机读写存储器随机读写存储器1. 静态静态RAM常见存储芯片：常见存储芯片：Intel 6264（8K8 ）(2) 容量：容量：可寻址的单元数：可寻址的单元数：213 = 8K每单元数据位数：每单元数据位数：8芯片容量：芯片容量：2138 8KB(3) 工作方式：工作方式：VccWENCA8A9A11OEA10CED7D6D5D4D3NCA12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GND12345678910111213142827262524232221201918171615Intel 6264CEWEOE方式方式功能功能000

19、禁止禁止010读出读出数据读出数据读出001写入写入数据写入数据写入011选通选通选通选通, ,输出高阻输出高阻1XX未选通未选通芯片未选通芯片未选通第第5章章 半导体存储器半导体存储器185.2 随机读写存储器随机读写存储器2. 动态动态RAM基本存储电路：四管动态基本存储电路：四管动态MOS存储单元存储单元第第5章章 半导体存储器半导体存储器195.2 随机读写存储器随机读写存储器2. 动态动态RAM基本存储电路：基本存储电路：单管动态单管动态RAM基本存储电路基本存储电路字线字线WTCgCD位线位线b第第5章章 半导体存储器半导体存储器205.2 随机读写存储器随机读写存储器2. 动态动

20、态RAM常见存储芯片：常见存储芯片：Intel 2164（64K1 ）2164芯片存储容量为芯片存储容量为64KBu 地址线地址线(8根根)：A7A0u 数据线数据线(2根根)：l 1根数据输入线根数据输入线DINl 1根数据输出线根数据输出线DOUTu 控制线控制线(3根根)：l 行地址选通行地址选通RASl 列地址选通列地址选通CASl 读写控制读写控制WE12345678161514131211109NCDINWERASA0A2A1VDDVssCASDOUTA6A3A4A5A72164第第5章章 半导体存储器半导体存储器215.2 随机读写存储器随机读写存储器2. 动态动态RAM常见存储

21、芯片：常见存储芯片：Intel 2164（64K1 ）u地址信号产生：地址信号产生： 表示表示64KB地址空间需要地址空间需要16位地址信号，位地址信号，2164芯片共有芯片共有8根地址线根地址线A7A0，采用分时复用技术，利用多路开关分两次送入，采用分时复用技术，利用多路开关分两次送入16位地址。位地址。l送入送入8位低地址码：位低地址码：RAS = 0l送入送入8位高地址码：位高地址码：CAS = 0u数据的输入与输出：数据的输入与输出：l读取：读取：WE = 1，由，由DOUT输出数据输出数据l写入：写入：WE = 0，由，由DIN输入数据输入数据u片选：片选：2164无片选控制端，而由

22、无片选控制端，而由 RAS 兼作片选兼作片选西安工业大学第第5章章 半导体存储器半导体存储器5.1概述概述5.2 随机读写存储器随机读写存储器5.3 只读存储器只读存储器5.4 CPU与存储器连接与存储器连接5.5 内存管理内存管理第第5章章 半导体存储器半导体存储器235.3 只读存储器只读存储器只读存储器只读存储器ROM特点：特点：其内容是预先写入的，而且一旦写入，使用时其内容是预先写入的，而且一旦写入，使用时只能读出，不能修改，掉电时信息不会丢失只能读出，不能修改，掉电时信息不会丢失ROM具有结构简单、信息度高、价格低、非易失性和高可靠性具有结构简单、信息度高、价格低、非易失性和高可靠性

23、1. 掩模掩模ROM（MROM） 其存储的信息在芯片制造时已确定，用户不可更改。掩模其存储的信息在芯片制造时已确定，用户不可更改。掩模ROM成成本低，适用于大批量生产本低，适用于大批量生产2. 可编程可编程ROM（PROM）：）： 允许用户编程一次，一旦编程确定后，不可更改允许用户编程一次，一旦编程确定后，不可更改3. 可擦除可擦除PROM（EPROM）：）： 在线使用时，只能读出，不能写入；编程时，从电路板取下，在编在线使用时，只能读出，不能写入；编程时，从电路板取下，在编程器上实现擦除和写入程器上实现擦除和写入第第5章章 半导体存储器半导体存储器245.3 只读存储器只读存储器EPROM：

24、l顶部开有一个圆形的石英窗口，用于紫外线透过擦除原有信息顶部开有一个圆形的石英窗口，用于紫外线透过擦除原有信息l一般使用专门的编程器（烧写器）进行编程一般使用专门的编程器（烧写器）进行编程l编程后，应该贴上不透光封条编程后，应该贴上不透光封条l出厂未编程前，每个基本存储单元都是信息出厂未编程前，每个基本存储单元都是信息1l编程就是将某些单元写入信息编程就是将某些单元写入信息0第第5章章 半导体存储器半导体存储器255.3 只读存储器只读存储器12345678910111213142827262524232221201918171615VppA12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GN

25、DVccPGMNCA8A9A11OEA10CED7D6D5D4D32764典型典型EPROM芯片：芯片： Intel 27系列系列2716（2K8）2764（8K8）27128（16K8）27256（32K8）Intel 2764引脚及其功能：引脚及其功能：uA12A0：地址线，接系统地址总线地址线，接系统地址总线uD7D0：数据线，接数据总线数据线，接数据总线uCE：片选信号，接地址译码器输出片选信号，接地址译码器输出uOE：输出允许，接读信号输出允许，接读信号RDuPGM：编程脉冲控制端，接编程控制信号编程脉冲控制端，接编程控制信号uVpp：编程电压输入端，编程时接编程电压输入端，编程时接

26、25VuVcc：电源电压，电源电压，5V第第5章章 半导体存储器半导体存储器265.3 只读存储器只读存储器Intel 2764的工作方式：的工作方式：信号端信号端VccVppCEOEPGM数据端数据端D7D0功能功能读方式读方式5V5V000数据输出数据输出编程方式编程方式5V25V11正脉冲正脉冲数据输入数据输入效验方式效验方式5V25V000数据输出数据输出备有方式备有方式5V5V无关无关无关无关1高阻状态高阻状态未选中未选中5V5V1无关无关无关无关高阻状态高阻状态编程禁止编程禁止5V25V0无关无关无关无关高阻状态高阻状态输出禁止输出禁止5V5V011高阻状态高阻状态第第5章章 半导

27、体存储器半导体存储器275.3 只读存储器只读存储器典型典型EPROM芯片：芯片：Intel 2716引脚及其功能：引脚及其功能：2K8位位 uAl0A0：地址信号输入引脚，可寻址芯片的地址信号输入引脚，可寻址芯片的2K个存储单元个存储单元uO7O0：双向数据信号输入输出引脚双向数据信号输入输出引脚uCE：片选信号输入引脚片选信号输入引脚uOE：数据输出允许控制信号引脚数据输出允许控制信号引脚uVcc：+5v电源，用于在线的读操作电源，用于在线的读操作uVpp：+25v，用于在专用装置上进行写操作，用于在专用装置上进行写操作uGND：地地2716第第5章章 半导体存储器半导体存储器285.3

28、只读存储器只读存储器EPROM编程器：编程器：通过一个接口卡与微机扩展槽相连，且配有一套通过一个接口卡与微机扩展槽相连，且配有一套编程软件，来控制编程器工作方式及微机与编程器间的数据传送编程软件，来控制编程器工作方式及微机与编程器间的数据传送第第5章章 半导体存储器半导体存储器295.3 只读存储器只读存储器EPROM擦除器擦除器第第5章章 半导体存储器半导体存储器305.3 只读存储器只读存储器4. 电擦除电擦除PROM（E2PROM）：）： 用加电方法，进行在线（无需拔下，直接在电路中）擦写（擦除和用加电方法，进行在线（无需拔下，直接在电路中）擦写（擦除和编程一次完成），有字节擦写、块擦写

29、和整片擦写方法编程一次完成），有字节擦写、块擦写和整片擦写方法l并行并行EEPROM：多位同时进行多位同时进行l串行串行EEPROM：只有一位数据线只有一位数据线5. 快擦写存储器快擦写存储器 Flash Memory闪存：闪存：l具有具有EEPROM电擦除可编程特点，其内部可自行产生编程所需电压电擦除可编程特点，其内部可自行产生编程所需电压l掉电后数据信息可以长期保存，不加电情况下，信息可保持掉电后数据信息可以长期保存，不加电情况下，信息可保持10年年l能在线擦除和重写能在线擦除和重写l由由EEPROM发展起来，属于发展起来，属于EEPROM类型类型l目前几乎所有主板中的目前几乎所有主板中的

30、BIOS ROM均采用均采用Flash西安工业大学第第5章章 半导体存储器半导体存储器5.1概述概述5.2 随机读写存储器随机读写存储器5.3 只读存储器只读存储器5.4 CPU与存储器连接与存储器连接5.5 内存管理内存管理第第5章章 半导体存储器半导体存储器325.4 CPU与存储器连接与存储器连接存储容量的扩展存储容量的扩展 微型计算机系统的存储器，由若干存储器芯片组成。将存储器芯片微型计算机系统的存储器，由若干存储器芯片组成。将存储器芯片进行合理排列、连接，以及和进行合理排列、连接，以及和CPU的的AB、DB的连接的连接 一般需要对芯片在位向或字向进行扩展，通常有一般需要对芯片在位向或

31、字向进行扩展，通常有3种扩展方法：种扩展方法：1. 位扩展：位扩展：指对芯片位数进行扩充以满足对存储单元位数的实际要求指对芯片位数进行扩充以满足对存储单元位数的实际要求2. 字扩展：字扩展：存储器芯片字长与存储器字长相同，而对容量进行扩充存储器芯片字长与存储器字长相同，而对容量进行扩充3. 位字扩展：位字扩展：在字方向和位方向都进行扩充在字方向和位方向都进行扩充第第5章章 半导体存储器半导体存储器335.4 CPU与存储器连接与存储器连接16K1I/OA13A0OECS16K1I/OA13A0OECS16K1I/OA13A0OECS16K1I/OA13A0OECS16K1I/OA13A0OEC

32、S16K1I/OA13A0OECS16K1I/OA13A0OECS16K1I/OA13A0OECS读信号读信号D0D1D2D3D4D5D6D7片选信号片选信号A13A01. 位扩展：位扩展：例如：用例如：用16K1位的位的ROM芯片，构成芯片，构成16K8的存储系统的存储系统第第5章章 半导体存储器半导体存储器345.4 CPU与存储器连接与存储器连接2. 字扩展：字扩展：例如：例如：用用8K8位的芯片，构成位的芯片，构成32K8的的RAMWRRDD0D7CS3CS2CS1CS0A12A08K8D0D7A12A0WECSOE8K8D0D7A12A0WECSOE8K8D0D7A12A0WECSO

33、E8K8D0D7A12A0WECSOE第第5章章 半导体存储器半导体存储器355.4 CPU与存储器连接与存储器连接3. 位字位字扩展：扩展：例如：例如：用用2K4位的芯片，构成位的芯片，构成4K8的的RAM&WRRDCS1CS0A12A02K4D0 D7A10 A0W/RCS2K4D0 D7A10 A0W/RCS2K4D0 D7A10 A0W/RCS2K4D0 D7A10 A0W/RCSD0D3D4D7第第5章章 半导体存储器半导体存储器365.4 CPU与存储器连接与存储器连接存储器设计原则：存储器设计原则： 根据存储器容量要求、应用场合、速度要求、价格、体积、功耗等根据存储器容量要求、应

34、用场合、速度要求、价格、体积、功耗等方面综合考虑。存储器设计应包含两个方面：方面综合考虑。存储器设计应包含两个方面：（1）芯片类型选择：）芯片类型选择：uSRAM：多用于小系统中：多用于小系统中uDRAM：DRAM集成度较高，多用于中、大系统中集成度较高，多用于中、大系统中u掩模掩模ROM、PROM：成本低多用于较成熟程序：成本低多用于较成熟程序uEPROM、EEPROM：则用于保存不常修改的数据，如系统运：则用于保存不常修改的数据，如系统运行过程的参数等行过程的参数等第第5章章 半导体存储器半导体存储器375.4 CPU与存储器连接与存储器连接（2）存储芯片与）存储芯片与CPU的连接：的连接

35、：uCPU总线负载能力：总线负载能力：一般考虑其输出线的直流负载能力一般考虑其输出线的直流负载能力uCPU时序与存储芯片存取速度的配合：时序与存储芯片存取速度的配合： CPU在存储器读在存储器读/写操作时，是有固定时序的，用户要根据这些来写操作时，是有固定时序的，用户要根据这些来确定对存储器存取速度的要求确定对存储器存取速度的要求u存储地址空间的分配：存储地址空间的分配： 内存分为系统区（即机器的监控程序或操作系统占用的区域）和用内存分为系统区（即机器的监控程序或操作系统占用的区域）和用户区，用户区又要分成数据区和程序区，所以内存的地址分配是一个户区，用户区又要分成数据区和程序区，所以内存的地

36、址分配是一个重要的问题。另外，通常一个存储器是由许多存储芯片组成，就需要重要的问题。另外，通常一个存储器是由许多存储芯片组成，就需要将各个芯片正确的接到系统总线上将各个芯片正确的接到系统总线上西安工业大学5.4 CPU与存储器连接与存储器连接5.4.1 CPU与存储器的连接方法与存储器的连接方法5.4.2 译码方法与地址范围计算译码方法与地址范围计算5.4.3 连接举例连接举例第第5章章 半导体存储器半导体存储器395.4.1 CPU与存储器的连接方法与存储器的连接方法1. 数据线的连接数据线的连接依据：依据：CPU的数据总线宽度、芯片存储单元存放的二进制位数的数据总线宽度、芯片存储单元存放的

37、二进制位数u若芯片存储单元存放的二进制位数等于若芯片存储单元存放的二进制位数等于CPU数据总线宽度，将数据总线宽度，将CPU数据线与存储器芯片的数据线对应相连。数据线与存储器芯片的数据线对应相连。u若芯片存储单元存放的二进制位数小于若芯片存储单元存放的二进制位数小于CPU数据总线宽度，应根据数据总线宽度，应根据情况将情况将CPU数据线与多片存储器芯片的数据线对应相连。数据线与多片存储器芯片的数据线对应相连。第第5章章 半导体存储器半导体存储器405.4.1 CPU与存储器的连接方法与存储器的连接方法2. 控制线的连接控制线的连接依据：依据：CPU和存储芯片对控制线的要求来确定存储器芯片与控制总

38、线和存储芯片对控制线的要求来确定存储器芯片与控制总线连接连接涉及的涉及的CPU控制引脚：控制引脚：u读信号读信号RD：通常与存储器芯片的：通常与存储器芯片的OE相连相连u写信号写信号WR：通常与存储器芯片的：通常与存储器芯片的WE相连相连u存储器存储器/IO接口的选择信号接口的选择信号M/IO： 一般作为存储器译码器的控制信号一般作为存储器译码器的控制信号第第5章章 半导体存储器半导体存储器415.4.1 CPU与存储器的连接方法与存储器的连接方法3. 地址线的连接地址线的连接 系统总线中地址信号为系统总线中地址信号为A19A0，存储芯片的地址线一般少于此。存储芯片的地址线一般少于此。将系统地

39、址总线分为两部分：将系统地址总线分为两部分：u低位地址线低位地址线等于存储芯片地址线数目等于存储芯片地址线数目 低位地址线与存储芯片直接相连，由芯片的内部译码电路确定具体低位地址线与存储芯片直接相连，由芯片的内部译码电路确定具体的存储单元，即为的存储单元，即为字选字选u高位地址线高位地址线用于选择不同的存储芯片用于选择不同的存储芯片 系统中的存储器由多片芯片构成，须通过译码电路将高位地址线译系统中的存储器由多片芯片构成，须通过译码电路将高位地址线译码产生芯片的片选信号，即为码产生芯片的片选信号，即为片选片选地址译码实现片选的方法：地址译码实现片选的方法：全译码法、部分译码法、线选法全译码法、部

40、分译码法、线选法第第5章章 半导体存储器半导体存储器425.4.1 CPU与存储器的连接方法与存储器的连接方法1#D0 D7A12 A0WEOECS2#D0 D7A12 A0WEOECS3#D0 D7A12 A0WEOECS4#D0 D7A12 A0WEOECS&1WRRDM/IOA19A18A17A16A15A14A13A12A0D0D78086Y3Y2Y1Y0G1G2AG2BCBA全译码实现存储器扩展示意图全译码实现存储器扩展示意图西安工业大学5.4 CPU与存储器连接与存储器连接5.4.1 CPU与存储器的连接方法与存储器的连接方法5.4.2 译码方法与地址范围计算译码方法与地址范围计算

41、5.4.3 连接举例连接举例第第5章章 半导体存储器半导体存储器445.4.2 译码方法与地址范围计算译码方法与地址范围计算1. 译码器芯片译码器芯片74LS138（3-8译码器）译码器）常用的译码器芯片：常用的译码器芯片： 74LS139(2-4译码器译码器) 、74LS138(3-8译码器译码器) 74LS154(4-16译码器译码器)74LS138的引脚及逻辑符号：的引脚及逻辑符号：u译码输入引线译码输入引线A、B、C：用于片选地址线的输入用于片选地址线的输入u芯片允许引线芯片允许引线G1、G2A、G2B：为为100时，时，74LS138工作有效工作有效u译码输出引线译码输出引线Y0Y7

42、：仅有仅有1条引线输出为低电平条引线输出为低电平ABCG2AG2BG1Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7地址地址输入输入允许允许输入输入译译码码输输出出74LS138第第5章章 半导体存储器半导体存储器455.4.2 译码方法与地址范围计算译码方法与地址范围计算1. 译码器芯片译码器芯片74LS138（3-8译码器）译码器）使能端使能端输入端输入端输输 出出 端端G1G2AG2BCBAY7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y01000001111111010000111111101100010111110111000111111011110010011101111100101110111111001101

43、01111111001110111111111111111第第5章章 半导体存储器半导体存储器465.4.2 译码方法与地址范围计算译码方法与地址范围计算2. 译码方法与地址范围计算译码方法与地址范围计算译码法：译码法：用片选地址线（高位地址线）经译码电路控制存储器芯片的用片选地址线（高位地址线）经译码电路控制存储器芯片的片选端来选择某一存储芯片的方法。片选端来选择某一存储芯片的方法。全译码法的片选控制全译码法的片选控制全译码法：全译码法：指片内地址线外的其余地址线全部参加译码，即全部高位指片内地址线外的其余地址线全部参加译码，即全部高位地址线都连接到译码器的输入端，译码器的输出信号作为各芯片

44、的片地址线都连接到译码器的输入端，译码器的输出信号作为各芯片的片选信号，将其分别连接到存储器芯片的片选端。选信号，将其分别连接到存储器芯片的片选端。例：用例：用4片片6264（8K8位）的存储芯片扩展成位）的存储芯片扩展成32K8位存储器位存储器分析：分析：A13、A14、A15连连74LS138的的A、B、CA16、A17、A18、A19及及M/IO作为译码器选通控制线作为译码器选通控制线74LS138的的Y0、Y1、Y2、Y3分别连通存储芯片分别连通存储芯片第第5章章 半导体存储器半导体存储器475.4.2 译码方法与地址范围计算译码方法与地址范围计算1#D0 D7A12 A0WEOECS

45、2#D0 D7A12 A0WEOECS3#D0 D7A12 A0WEOECS4#D0 D7A12 A0WEOECS&1WRRDM/IOA19A18A17A16A15A14A13A12A0D0D78088Y3Y2Y1Y0G1G2AG2BCBA第第5章章 半导体存储器半导体存储器485.4.2 译码方法与地址范围计算译码方法与地址范围计算例：用例：用4片片6264（8K8位）的存储芯片扩展成位）的存储芯片扩展成32K8位存储器位存储器分析：分析：整个整个32K8位存储区的地址空间为位存储区的地址空间为80000H87FFFH，各片，各片存储器地址范围存储器地址范围芯片芯片片选地址线片选地址线 /

46、高位地址线高位地址线片内地址线片内地址线地址范围地址范围A19 A18 A17 A16A15 A14 A13 A12 A11 A1 A01#1 0 0 00 0 00 0 0 0 1 1 1 180000H 81FFFH2#1 0 0 00 0 10 0 0 0 1 1 1 182000H 83FFFH3#1 0 0 00 1 00 0 0 0 1 1 1 184000H 85FFFH4#1 0 0 00 1 10 0 0 0 1 1 1 186000H 87FFFH特点：特点：每个存储器芯片的地址范围是唯一的每个存储器芯片的地址范围是唯一的各芯片之间的地址范围是连续的各芯片之间的地址范围是连

47、续的第第5章章 半导体存储器半导体存储器495.4.2 译码方法与地址范围计算译码方法与地址范围计算部分译码法的片选控制部分译码法的片选控制部分译码法：部分译码法：指片选地址线中仅有一部分参加译码指片选地址线中仅有一部分参加译码特点：特点：可保证存储器芯片的地址连续可保证存储器芯片的地址连续但一个存储单元会对应多个地址，即地址重叠但一个存储单元会对应多个地址，即地址重叠例：用例：用4片片6264（8K8位）的存储芯片扩展成位）的存储芯片扩展成32K8位存储器位存储器分析：分析：l高位地址线高位地址线A13A17经译码器译经译码器译码输出作为片选信号码输出作为片选信号l高位地址线高位地址线A18

48、、A19不参加译码不参加译码l地位地址线地位地址线A0A12直接与存储芯直接与存储芯片的地址线片的地址线A0A12连接连接4# CS3# CS2# CS1# CS1Y3Y2Y1Y0G1G2AG2BCBAM/IOA19A18A17A16A15A14A13A12A08088接译码器芯片本身的地址线接译码器芯片本身的地址线第第5章章 半导体存储器半导体存储器505.4.2 译码方法与地址范围计算译码方法与地址范围计算例：用例：用4片片6264（8K8位）的存储芯片扩展成位）的存储芯片扩展成32K8位存储器位存储器分析：分析：使使32KB存储器中的任意存储单元对应存储器中的任意存储单元对应4个地址个地

49、址地址重叠地址重叠设设A18=A19=0,则则32KB的的RAM存储单元地址为存储单元地址为0000H07FFFH芯片芯片片选地址线片选地址线 / 高位地址线高位地址线片内地址线片内地址线地址范围地址范围A19 A18 A17 A16A15 A14 A13 A12 A11 A1 A01#0 0 0 00 0 00 0 0 0 1 1 1 100000H 01FFFH2#0 0 0 00 0 10 0 0 0 1 1 1 102000H 03FFFH3#0 0 0 00 1 00 0 0 0 1 1 1 104000H 05FFFH4#0 0 0 00 1 10 0 0 0 1 1 1 1060

50、00H 07FFFH设设A18=0, A19=1, 则则32KB的的RAM存储地址为：存储地址为：4000H47FFFH设设A18=1, A19=0, 则则32KB的的RAM存储地址为：存储地址为：8000H87FFFH设设A18=1, A19=1, 则则32KB的的RAM存储地址为：存储地址为：C000HC7FFFH第第5章章 半导体存储器半导体存储器515.4.2 译码方法与地址范围计算译码方法与地址范围计算线选法的片选控制线选法的片选控制线选法：线选法：即线性选择法，指直接用高位地址线中的某一位作为某一存即线性选择法，指直接用高位地址线中的某一位作为某一存储器芯片的片选控制信号，用地位地

51、址线实现对芯片的片内寻址。储器芯片的片选控制信号，用地位地址线实现对芯片的片内寻址。特点：特点：实现简单，不需外加硬件电路实现简单，不需外加硬件电路芯片间的地址不连续芯片间的地址不连续不会造成地址重叠不会造成地址重叠例：例：CPU16条地址线条地址线A0A15，系统存储器由，系统存储器由3片片RAM6116(2K8位位)和和2片片EPROM2716(2K8位位)构成构成分析：分析：A0A10连片内地址线连片内地址线A11A15作片选地址线作片选地址线注意：注意：软件必须保证片选地址线中只能有一位有效软件必须保证片选地址线中只能有一位有效西安工业大学5.4 CPU与存储器连接与存储器连接5.4.

52、1 CPU与存储器的连接方法与存储器的连接方法5.4.2 译码方法与地址范围计算译码方法与地址范围计算5.4.3 连接举例连接举例第第5章章 半导体存储器半导体存储器535.4.3 连接举例连接举例例例1：采用采用8086处理器，构成处理器，构成32K8位存储系统，前位存储系统，前16KB用用EPROM 2764（8K8），后），后16KB用用SRAM6264（8K8）要求：要求：EPROM地址范围：地址范围：00000H03FFFHSRAM地址范围：地址范围：04000H07FFFH整个地址空间连续，无地址重叠整个地址空间连续，无地址重叠译码器采用译码器采用74LS1381. 计算所需芯片的

53、个数：计算所需芯片的个数：16KB的的EPROM存储系统需存储系统需2764芯片：芯片：2片片16KB的的SRAM存储系统需存储系统需6264芯片：芯片：2片片第第5章章 半导体存储器半导体存储器545.4.3 连接举例连接举例2. 选择译码方法与计算芯片地址范围：选择译码方法与计算芯片地址范围：根据题目要求，选择全译码法的片选控制根据题目要求，选择全译码法的片选控制高位地址高位地址A19A13参与译码，参与译码，A12A0作为芯片片内地址选择作为芯片片内地址选择芯片芯片片选地址线片选地址线 / / 高位地址线高位地址线片内地址线片内地址线地址范围地址范围A19 A18 A17 A16A15

54、A14 A13 A12 A11 A1 A01# 27640 0 0 00 0 00 0 0 0 1 1 1 100000H 01FFFH2# 27640 0 0 00 0 10 0 0 0 1 1 1 102000H 03FFFH1# 62640 0 0 00 1 00 0 0 0 1 1 1 104000H 05FFFH2# 62640 0 0 00 1 10 0 0 0 1 1 1 106000H 07FFFH3. 存储器芯片与存储器芯片与CPU连接：连接：第第5章章 半导体存储器半导体存储器555.4.3 连接举例连接举例WRRDM/IOA19A18A17A16A15A14A13A12A

55、0D0D78088&1Y3Y2Y1Y0G1G2AG2BCBA74LS1382764(1#)D0 D7A12 A0PGMOECEVpp2764(2#)D0 D7A12 A0PGMOECEVpp6264(1#)D0 D7A12 A0WEOECS1CS26264(2#)D0 D7A12 A0WEOECS1CS2+5V+5V+5V+5V西安工业大学第第5章章 半导体存储器半导体存储器5.1概述概述5.2 随机读写存储器随机读写存储器5.3 只读存储器只读存储器5.4 CPU与存储器连接与存储器连接5.5 内存管理内存管理第第5章章 半导体存储器半导体存储器575.5 内存管理内存管理80X86系列系列CPU的工作模式的工作模式：不同不同CPU的寻址范围的寻址范围CPU数据总线数据总线地址总线地址总线寻址范围寻址范围支持操作系统支持操作系统80868位位20位位1MB实方式实方式8028616位位24位位16M