第6章 存储器

1、第第6 6章章 存储器存储器第第6 6章章 存储器存储器本章主要内容本章主要内容 半导体存储器的分类半导体存储器的分类1 半导体存储器的主要技术指标半导体存储器的主要技术指标 2 典型存储器芯片典型存储器芯片3 存储器与系统的连接存储器与系统的连接4第第6 6章章 存储器存储器v存储器用来存放程序和数据，是计算机各存储器用来存放程序和数据，是计算机各种信息的存储和交流中心。存储器可与种信息的存储和交流中心。存储器可与CPUCPU、输入输出设备交换信息，起存储、缓冲、输入输出设备交换信息，起存储、缓冲、传递信息的作用。传递信息的作用。v衡量存储器有三个指标：容量、速度和价衡量存储器有三个指标：容

2、量、速度和价格格/ /位。位。第第6 6章章 存储器存储器存储器的层次结构存储器的层次结构第第6 6章章 存储器存储器6 6.1 .1 半导体存储器的分类半导体存储器的分类v内存储器一般由一定容量的速度较快的半内存储器一般由一定容量的速度较快的半导体存储器组成，导体存储器组成，CPUCPU可直接对内存执行读可直接对内存执行读/ /写操作。写操作。v内存储器按存储信息的特性可分为随机存内存储器按存储信息的特性可分为随机存取存储器取存储器RAMRAM（Random Access MemoryRandom Access Memory）和）和只读存储器只读存储器ROMROM（Read Only Mem

3、oryRead Only Memory）两类。）两类。第第6 6章章 存储器存储器第第6 6章章 存储器存储器6.2 6.2 半导体存储器的主要技术指标半导体存储器的主要技术指标v存储容量存储容量存储容量就是以字或字节为单位来表示存储器存储存储容量就是以字或字节为单位来表示存储器存储单元的总数。单元的总数。v读写速度读写速度 半导体存储器的速度一般用半导体存储器的速度一般用存取时间存取时间和和存储周存储周期期两个指标来衡量。两个指标来衡量。v可靠性可靠性 通常指存储器对温度、电磁场等环境变化的抵通常指存储器对温度、电磁场等环境变化的抵抗能力和工作寿命。抗能力和工作寿命。又称存储器访问时间，是指

4、又称存储器访问时间，是指从启动一次存储器操作到完从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间。成该操作所经历的时间。指连续启动两次独立的存储指连续启动两次独立的存储器操作器操作(例如连续两次读操例如连续两次读操作作)所需间隔的最小时间。所需间隔的最小时间。第第6 6章章 存储器存储器6.3 6.3 典型存储器芯片介绍典型存储器芯片介绍1. Intel 21141. Intel 21141K1K4 4位的位的SRAM SRAM 六管存储元电路六管存储元电路单一的单一的+5V+5V电源供电电源供电所有的引脚都与所有的引脚都与TTLTTL电电平兼容平兼容第第6 6章章 存储器存储器6.3 6.3 典

5、型存储器芯片介绍典型存储器芯片介绍2. Intel 62642. Intel 62648K 8K 8 8位的位的SRAMSRAM0.8mCMOS0.8mCMOS工艺制造工艺制造单一的单一的+5V+5V电源供电电源供电高速度、低功耗高速度、低功耗全静态，无须时钟和全静态，无须时钟和定时选通信号定时选通信号I/OI/O端口是双向、三态端口是双向、三态控制，与控制，与TTLTTL电平兼容电平兼容第第6 6章章 存储器存储器Intel 62Intel 62系列系列型号型号容量容量62648K8bits6212816K8bits6225632K8bits6251264K8bits第第6 6章章 存储器存

6、储器6.3 6.3 典型存储器芯片介绍典型存储器芯片介绍3. Intel 512563. Intel 5125632K32K8 8位的位的SRAMSRAMIntel 51256工作方式工作方式第第6 6章章 存储器存储器6.3 6.3 典型存储器芯片介绍典型存储器芯片介绍4. Intel 21644. Intel 216464K64K1bit1bit的的DRAMDRAM址线只有址线只有8 8位，位，1616位的位的地址信号分为行地址和地址信号分为行地址和列地址，分两次送入芯列地址，分两次送入芯片。片。第第6 6章章 存储器存储器第第6 6章章 存储器存储器第第6 6章章 存储器存储器Intel

7、 21Intel 21系列系列型号型号容量容量216464K1bit21256256K1bit2146464K4bit第第6 6章章 存储器存储器6.3 6.3 典型存储器芯片介绍典型存储器芯片介绍5. Intel 412565. Intel 41256 256K 256K1 1位位DRAMDRAM，存取时间，存取时间200200300ns300ns，地址线，地址线只有一半的位数，行地址和列地址分两次输入。只有一半的位数，行地址和列地址分两次输入。第第6 6章章 存储器存储器6.3 6.3 典型存储器芯片介绍典型存储器芯片介绍6. Intel 271286. Intel 27128128K12

8、8K（16K16K8 8位）的位）的EPROMEPROM1414条地址线，经过译条地址线，经过译码在码在16K16K地址中选中一个地址中选中一个单元单元最大访问时间最大访问时间250ns250ns，与高速与高速8MHz8MHz的的iPAX186iPAX186兼兼容容第第6 6章章 存储器存储器2712827128的工作模式的工作模式第第6 6章章 存储器存储器6.3 6.3 典型存储器芯片介绍典型存储器芯片介绍7. 28C647. 28C64 28C 28C系列是包含不同容量的系列是包含不同容量的E E2 2PROMPROM芯片。芯片。 与与EPROMEPROM相比，相比，E E2 2PROM

9、PROM的优点是：编程与擦写所的优点是：编程与擦写所需的电流极小，速度快（需的电流极小，速度快（10ms10ms）；擦写可以按字节）；擦写可以按字节分别进行。分别进行。型号型号容量容量/KB28C16228C64828C2563228C51264第第6 6章章 存储器存储器28C6428C64的两种封装的两种封装第第6 6章章 存储器存储器6.3 6.3 典型存储器芯片介绍典型存储器芯片介绍8. K9F6408U0A8. K9F6408U0A典型的典型的NAND FlashNAND Flash芯片芯片数据宽度为数据宽度为8 8位，可复用，既可位，可复用，既可作为地址和数据的输入作为地址和数据的

10、输入/ /输出引脚输出引脚，又可作命令的输入引脚，根据时，又可作命令的输入引脚，根据时序采用分时循环序采用分时循环芯片内部存储单元按页和块的结芯片内部存储单元按页和块的结构组织构组织写和读以页为单位，而擦除以块写和读以页为单位，而擦除以块为单位。读、写和擦除操作均通过为单位。读、写和擦除操作均通过命令完成命令完成写入每页的时间为写入每页的时间为200us200us，平均，平均每写一个字节约每写一个字节约400ns400ns，即约，即约20Mb/s20Mb/s。此芯片可擦写。此芯片可擦写1 1百万次，百万次，掉电数据不丢失，数据可保存十年掉电数据不丢失，数据可保存十年第第6 6章章 存储器存储器

11、6.4 6.4 存储器与系统的连接存储器与系统的连接vCPUCPU对存储器进行读对存储器进行读/ /写操作时，首先由地写操作时，首先由地址总线给出地址信号，然后要对存储器发址总线给出地址信号，然后要对存储器发出读操作或写操作的控制信号，最后在数出读操作或写操作的控制信号，最后在数据总线上进行信息交换。据总线上进行信息交换。v存储器与系统之间通过存储器与系统之间通过ABAB、DBDB及有关的控及有关的控制信号线相连接，设计系统的存储器体系制信号线相连接，设计系统的存储器体系时需要将这三类信号线正确连接。时需要将这三类信号线正确连接。第第6 6章章 存储器存储器6.4.1 6.4.1 存储器扩展存

12、储器扩展v若干存储芯片和系统进行连接扩展，通常若干存储芯片和系统进行连接扩展，通常有三种方式：有三种方式：位扩展位扩展字扩展字扩展字位扩展字位扩展第第6 6章章 存储器存储器位扩展（位并联法）位扩展（位并联法）v位扩展指用多个存储器器件对字长进行扩位扩展指用多个存储器器件对字长进行扩充。一个地址同时控制多个存储器芯片。充。一个地址同时控制多个存储器芯片。第第6 6章章 存储器存储器字扩展（地址串联法）字扩展（地址串联法）v字扩展指的是增加存储器中字的数量。字扩展指的是增加存储器中字的数量。第第6 6章章 存储器存储器字位扩展字位扩展v实际存储器往往需要字向和位向同时扩充实际存储器往往需要字向和

13、位向同时扩充。v一个存储器的容量为一个存储器的容量为M MN N位，若使用位，若使用L LK K位存储器芯片，那么，这个存储器共需要位存储器芯片，那么，这个存储器共需要（M/LM/L）（N/KN/K）个存储器芯片。）个存储器芯片。第第6 6章章 存储器存储器6.4.2 6.4.2 存储器地址译码存储器地址译码v存储单元的地址由片内地址信号线和片选存储单元的地址由片内地址信号线和片选信号线的状态共同决定。信号线的状态共同决定。v常用的片选信号产生方法有以下三种：常用的片选信号产生方法有以下三种：全地址译码全地址译码部分地址译码部分地址译码线选择译码线选择译码片选信号由地址线中所有不在存储器片选信

14、号由地址线中所有不在存储器上的地址线译码产生，存储器芯片中上的地址线译码产生，存储器芯片中的每一个存储单元只对应内存空间的的每一个存储单元只对应内存空间的一个地址一个地址特点：寻址范围大，地址连续，不会特点：寻址范围大，地址连续，不会发生因高位地址不确定而产生的地址发生因高位地址不确定而产生的地址重复现象重复现象也称局部地址译码。片选信号不是由也称局部地址译码。片选信号不是由地址线中所有不在存储器上的地址线地址线中所有不在存储器上的地址线译码产生，而是只有部分高位地址线译码产生，而是只有部分高位地址线被送入译码电路产生片选信号。被送入译码电路产生片选信号。特点：某些高位地址线被省略而不参特点：

15、某些高位地址线被省略而不参加地址译码，简化了地址译码电路，加地址译码，简化了地址译码电路，但地址空间有重叠。但地址空间有重叠。线选法是指高位地址线中的某一条作线选法是指高位地址线中的某一条作为存储器芯片的片选控制信号的译码为存储器芯片的片选控制信号的译码方式。方式。优点：选择芯片不需要外加逻辑电路，优点：选择芯片不需要外加逻辑电路，译码线路简单。缺点：地址重叠区域译码线路简单。缺点：地址重叠区域多，适用于扩展容量较小的系统。多，适用于扩展容量较小的系统。第第6 6章章 存储器存储器6.4.3 8086CPU6.4.3 8086CPU与存储器的连接与存储器的连接第第6 6章章 存储器存储器6.4

16、.3 8086CPU6.4.3 8086CPU与存储器的连接与存储器的连接第第6 6章章 存储器存储器1.CPU1.CPU与存储器的接口与存储器的接口v8086CPU8086CPU有最小与最大两种工作模式。有最小与最大两种工作模式。最小模式的控制信号仅由最小模式的控制信号仅由80868086产生。产生。最大模式需用总线控制器最大模式需用总线控制器82888288协同产生控制信协同产生控制信号。号。第第6 6章章 存储器存储器1.CPU1.CPU与存储器的接口与存储器的接口最小模式最小模式 最大模式最大模式第第6 6章章 存储器存储器2.2.存储器接口分析存储器接口分析vROMROM接口电路接口

17、电路 只读存储器在计算机系统中的功能主要只读存储器在计算机系统中的功能主要是存储程序、常数和系统参数等。目前常是存储程序、常数和系统参数等。目前常用的有用的有2727系列和系列和2828系列系列EPROMEPROM芯片。芯片。第第6 6章章 存储器存储器【例【例6-16-1】设计一】设计一ROMROM扩展电路，容量为扩展电路，容量为32K32K字，地字，地址从址从00000H00000H开始。开始。EPROMEPROM芯片采用芯片采用2725627256。第第6 6章章 存储器存储器A19A18A17A16A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0最小地址最小

18、地址00000000000000000000最大地址最大地址0000111111111111111132K字字EPROM的地址范围表的地址范围表第第6 6章章 存储器存储器2.2.存储器接口分析存储器接口分析vRAMRAM接口电路接口电路 随机读写存储器在计算机系统中的功能随机读写存储器在计算机系统中的功能主要是：存储程序、变量等。常用的有主要是：存储程序、变量等。常用的有6161和和6262系列系列SRAMSRAM芯片。芯片。第第6 6章章 存储器存储器2.2.存储器接口分析存储器接口分析v与与ROMROM接口电路不同，接口电路不同，CPUCPU对对RAMRAM不仅要进行不仅要进行1616位

19、读操作，还要进行写操作。写操作有位读操作，还要进行写操作。写操作有3 3种类型：写种类型：写1616位数据、写低位数据、写低8 8位数据和写高位数据和写高8 8位数据。位数据。第第6 6章章 存储器存储器【例【例6-26-2】设计一】设计一RAMRAM扩展电路，容量为扩展电路，容量为32K32K字，地字，地址从址从10000H10000H开始。芯片采用开始。芯片采用6225662256。第第6 6章章 存储器存储器A19A18A17A16A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0最小地址最小地址00010000000000000000最大地址最大地址00011

20、11111111111111132K字字RAM的地址范围表的地址范围表第第6 6章章 存储器存储器3.3.存储器系统设计举例存储器系统设计举例【例【例6-36-3】利用利用2712827128芯片（芯片（16K16K 8 8位）和位）和6251262512芯片芯片（64K64K 8 8位）设计某位）设计某80868086系统工作于最小模式下的系统工作于最小模式下的存储器系统。要求：存储器系统。要求：ROMROM区容量为区容量为16K16K 1616位，起始位，起始地址为：地址为：00000H00000H；RAMRAM区容量为区容量为64K64K 1616位，起始地位，起始地址为：址为：E000

21、0HE0000H。可以选用。可以选用74LS13874LS138担任地址译码器担任地址译码器，用于产生片选信号。，用于产生片选信号。第第6 6章章 存储器存储器输出输出被选中存储器的地址范围被选中存储器的地址范围地址A19A0（二进制）地址A19A0（十六进制）=0=0起始地址00000000 0000 0000 000000000末地址00000111 1111 1111 111103FFF=0=0起始地址1110 0000 0000 0000 0000E0000末地址1110 1111 1111 1111 1111EFFFF0Y7Y74LS138输出端与被选中存储器的地址范围第第6 6章章 存储器存储器第第6 6章章 存储器存储器【例【例6-46-4】 某某80868086系统工作于最大模式下的存储器系统工作于最大模式下的存储器系统如图系统如图6-186-18所示，图中所示，图中8086CPU8086CPU芯片上的地址、芯片上的地址、数据信号线经锁存、驱动后成为地址总线数据信号线经锁存、驱动后成为地址总线A A1919-A-A0 0、数、数据总线据总线D D1515-D-D0 0。ROMROM是两片是两片EPROM 27256EPROM 27256。RAMRAM是两片是两片62256622