7.2动态RAM和多体交叉存储器1

1、 7 1 存储器的概述一、存储器的分类存储器内存储器外存储器磁芯存储器半导体存储器RAMROM静态 RAM动态 RAM掩膜 ROMPROMEPROM磁鼓、磁带光 盘 磁 盘1二、存储器的主要技术指标1、存储容量 存储容量是指存储器所能存放二进制信息的数量。单位为B。 存储容量=存储单元个数存储字长 练习：（1）如有一台计算机的存储器为256K字，若首地址为00000H，那 么末地址的16进制表示是多少？（2）某计算机字长是32位，它的存储容量是256KB，若按字节和字编址，它的寻址范围分别是多少？MIR和MAR各位多少位？2、存储周期 存储周期它是从一次启动存储器操作到操作完成后可启动下一次操

2、作的时间。2设有一个1MB空量的存储器，字长为32位，问：（1）按字节编址，地址寄存器、数据寄存器各为几位？编址范围为多大？（2）按半字编址，地址寄存器、数据寄存器各为几位？编址范围为多大？（3）按字编址，地址寄存器、数据寄存器各为几位？编址范围为多大？3 7 2 半导体存储器一、概述1、半导体存储器芯片的组成译码驱动电路存 储 体读写电路地址线片选线数据线线读/写 控制线译码驱动电路：把AB送来的地址信号翻译成对应存储单元的选择信 号，再经过驱动电路和读写电路完成对选中存储单 元的读写操作。存储体：由大量的存储单元构成的阵列组成，用于存储信息。读写电路：完成对存储单元的读写操作。42、半导体

3、存储器的译码驱动方式（1）线选法：用一个译码器，将所有的地址信号转换成行（字线） 选通信号，每一条行选线选择一个字对应的存储单元。0 ， 10 ， 715 ， 015 ， 7读/写 控制器地址译码器A0A1A2A3读/写 选通字线01507位线D0D7例1：一个10位地址的存储器芯片用单译码方式需用多少条选通线？ 5 采用两个译码器，输入的地址信号分成两部分送到两个译码器，分别产行选通信号和列选通信号。可大减少选通线的条数，适合于容量较大的存储器芯片。例2：一个10位地址的存储器芯片用双译码方式需用多少条选通线？例3：一个64K存储容量的芯片用单译码方式和双译码方式各需多少 条选通线？I/O0

4、 ， 03232 A5A6A7A9A8X0X31X地址译码器A0A1A2A4A30 ， 3131 ， 031 ， 31Y地址译码器（2）重合法（双译码方式）6二、静态 RAM1、静态 RAM 的 基本单元电路（1）读出过程（1）写入过程列地址选择T2T5T6T3T4T1T7T8BAVcc行地址选择写选择写入Din读选择输出Dout由T1T6六个MOS管构成双稳态触发电路。T1、T2为工作管、T3、T4为负载管、T5、T6为行地址选择控制管。两个稳定的状态：T1通、T2止为“1”态T1止、T2通为“0”态特点：（1）用MOS管构成的双稳态触发电路来存储信息“0”和“1”。（2）集成度低，功耗大，

5、价格贵，速度快。7三、动态RAM1、动态RAM的基本单元电路读选择线写选择线读数据线写数据线T2T1T3CgT4Vdd预充电信号数据线字线（读写控制线）TCg三管MOS动态RAM基本单元电路单管MOS动态RAM基本单元电路特点：（1）用动态元件电容存储信息“0”和“1”。（2）集成度高，功耗低，价格低，需动态刷新电路，速度慢。82、动态RAM的刷新 动态RAM是用靠电容存储电荷（有电荷为“1”、无电荷为“0”）来寄存信息的。电容上的电荷只能维持12ms，所以存储的信息会自动消失，必须在2ms内对其所有存储单元恢复一次原状态。其刷新过程就是先将原存信息读出，再利用刷新放大器形成原信息并重新写入原

6、单元。读选择线写选择线读数据线写数据线T2T1T3CgT4Vdd预充电信号VddPTCTBTA控制端刷新放大器93、刷新方法 动态RAM必须采用定时刷新，即在规定的时间里对全部存储单元电路作一次刷新，一般刷新时间为2毫秒。在刷新周期内由专用的刷新电路来完成对基本单元电路的逐行刷新。（1）集中刷新 在刷新周期内对全部存储单元集中一段时间逐行进行刷新，此时必须停止读/写操作。例：动态RAM芯片内3232矩阵，读写周期为0.5s，连续刷新32行需16 s占32个读/写周期。在刷新周期2ms内含4000个读/写周期，实际在前3968个周期用于读/写操作或维持，后32个周期用于刷新。特点：访存出现32/

7、4000即8%的死区。读/写或保持刷新TCTCTC10（2）分散方式 分散刷新是将对每行存储单元的刷新分散到每个读/写周期内完成。将存取周期分成两段，一段用于读/写或维持，另一段用来刷新。特点：虽然克服了死区的现象，但使机器的存取周期由0.5s变成 1s，使整机的工作效率下降。（3）集中与分散结合方式（异步） 先用要刷新的行数对2ms进行分割，再将每行的时间分为两段，前段用于读/写或保持，后段时间即0.5s用于刷新。特点：即克服了死区现象，又提高了整机的工作效率。例：128 128芯片，每行刷新时间为2ms/128=15.6 sTCTCTC读/写刷新读/写读/写刷新刷新读/写刷新读/写读/写刷

8、新15.6 s15.6 s15.6 s11四、只读存储器ROM 根据制造工艺只读存储器ROM可为ROM、PROM、EPROM、E2PROM、Flash Memory等。1、掩膜ROM（只读存储器） 通过元件的“有”表示信息“1”，元件的“无”来表示信息“0”。2、PROM（一次性可编程只读存储器） 熔丝未断表示信息“1”，熔丝烧断表示信息“0”3、EPROM（可擦可编程序的只读存储器） 通过紫外线照射，可实现信息的擦除，外加+25的编程电压及宽50ms的编程脉冲可对指定的单元写入信息“1”和“0”。4、 E2PROM（可电擦可编程的只读存储器） 通过给定的擦除电压可对位或字节的信息进行擦除。（

9、10万次）5、 Flash Memory（快擦除读写存储器） 通过给定的擦除实现对原有信息的擦除，并可实现在线编程。12五、多体交叉存储器 由多个存储模块构成，每个模块有相同的容量和存取速度，各模块有各自独立的地址寄存器、数据寄存器、地址译码器、驱动和读写电路，它们能并行、交叉工作。各自以等同的方式与CPU传递信息。CPU在一个周期内分时访问每个存储体。若多体交叉存储器由n个存储模块构成，存储器的工作速度可提高n倍。 它是在多总线结构的计算机中，提高系统的吞吐率的最有效方法。例：问读0、5、10、15存储单元中的数据和读1、3、5、 7存储单 元中的数据各需多少周期？ 多体交叉存储器按选择不同

10、存储模块所用地址位是高位地址还是低位地址可分为高位交叉编址的多体存储器和低位交叉编址的多体存储器012345678910111213141516171819202122231#2#3#4#131、高位交叉编址的多体存储器1#2#3#4#地址译码器体号体内地址地址译码器CSCSCSCS体号：地址线的高位部分经译码后用于选择不同存储器芯片， 各不同的存储器片选信号相连。体内地址：即存储器芯片的片内地址。特点：（1）程序和数据按存储体存放，一个存满后再存下一个存储体。（2）一个用于执行程序，另一个用于与I/O设备DMA传送。14例：已知RAM芯片的容量为1K4，现要构成按字节寻址的2体交 叉的存储器

11、，若采用高位交叉编址，画出存储器的结构图。由于已知存储器的容量为1K4，每个存储单元只能存放4位信息，现要按字节寻址，即每个存储单元存放的信息量为字节。所以先进行位扩展，两个芯片的片选信号连到一起作为一组，满足数据位数的要求。再用高位地址线A11作为体号译码地址。1#2#3#4#CSCSCSCSWEWEWEWEA9A0A9A0A9A0A9A0D3D0D3D0D3D0D3D0D7D4D3D0A9A0W/RA10152、低位交叉编址的多体存储器1#2#3#4#体内地址体号地址译码器CSCSCSCS体号：地址线的高位部分经译码后用于选择不同存储器芯片， 各不同的存储器片选信号相连。体内地址：即存储器

12、芯片的片内地址。地址译码器特点：（1）程序和数连续存放在相邻存储体内。（2）可加大存储器的带宽。16例：已知RAM芯片的容量为1K4，现要构成按字节寻址的2体交 叉的存储器，若采用低位交叉编址，画出存储器的结构图。由于已知存储器的容量为1K4，每个存储单元只能存放4位信息，现要按字节寻址，即每个存储单元存放的信息量为字节。所以先进行位扩展，两个芯片的片选信号连到一起作为一组，满足数据位数的要求。再用低位地址线A0作为体号译码地址。1#2#3#4#CSCSCSCSWEWEWEWEA9A0A9A0A9A0A9A0D3D0D3D0D3D0D3D0D7D4D3D0A10A1W/RA0178K8a8K8

13、 b8K8 c8K8 dA12A0D15 D8D7 D0A13某字长16位的机器，已知有一个存储器结构如图所示，看图回答： a、 存储器存储容量是多少？ b、分别写出a、b片，c、d片的地址范围空间（按字寻址）？ c、 采用多体交叉编址技术可提高存储器的读写速度，说明你 的理解？对该存储器如何改造方能实现4体交叉编址存储 器的编址（按字节寻址）？ 18六、CPU与存储器的连接1、位扩展 是指只进行位数据扩展（加大字长），达到存储器字长的要求。 连接方式：将各存储芯片的地址线、片选线和读写线相应地并联起来，而将和芯片的数据线单独列出。如用8片的16K 1的存储芯片扩充为16K 8的存储器。地址线

14、条数为 log 2 16K=14 CS * WE*D7 A13A0CS* WE*D6 A13A0CS* WE*D5 A13A0CS* WE*D4 A13A0CS* WE*D3 A13A0CS* WE*D2 A13A0CS* WE*D1 A13A0CS* WE*D0 A13A0练习：用4K 4 的芯片构成4K 16的存储器，画出连接图。R/W*D7D0A13A0MREQ*192、字扩展：仅在字向扩展，而位数不变。 连接方式：将芯片的地址线、数据线、读写线并联，由片选信 号来区分各个芯片。例：用16K 8的芯片扩展成64K8的存储器，画出连接图。 MREQ A15 A14 R/W*D7D0A13A

15、0WE * 4# CSD7D0 A13A0 WE * 3# CSD7D0 A13A0 WE * 2# CSD7D0 A13A0 WE * 1# CSD7D0 A13A02:4译码器练习：用4K 8的芯片扩展成8K8的存储器，画出连接图。203、字位扩展法：先扩展位，再扩展字。是上述两种方式的结合。例：用2K 4的RAM 芯片组成4K 8的存储器，画出连接图。1、某一RAM芯片，其容量为512K 8位，除电源端和接地端外，该芯片引出线的最小数目为多少？5、某存储器采用多模块结构，其容量为256K16，分四个模块构 成，试计算：（1） 各模块的存储容量是多少？ （2） 模块内址寄存器多少位？（3）

16、 模块内数据寄存器多少位？（4） 连接主机的地址总线是多少条？ A11 R/W* D7D4D3D0A10A0WE* 4# CS*D7D4 A10A0 WE* 3# CSD3D0 A10A0 WE* 2# CS*D7D4 A10A0 WE* 1# CS*D3D0 A10A0MREQ*21练习：已知CPU共有16条地址线、8条数据线，用MREQ*（低电平有效）作为访存控制信号，用R/W*作为读写命令信号。现有存储芯片：ROM 有2K8和8K 8两种，RAM有1K4、2K 8和16K 1及 74LS138译码器和其它门电路。试从上述规格中选用合适芯片，画出主存和CPU连接图。要求主存地址空间分配如下

17、：最小4K空间为系统程序区，409616383为用户程序区。并说明选用哪类储存芯片？选几片？22根据要求最小4K系统空间及CPU数据线为8条可选2片2K8的ROM芯片； 而用户程序区的地址为409616383表明共用12K的存储空间可选用6片2K8的RAM芯片。 MREQ A13 A12 A11 R/W*D7D0A10A0 ROM 1# CSD7D0 A10A0 ROM 2# CSD7D0 A10A0 WE * RAM 1# CSD7D0 A10A0 WE * RAM 6# CSD7D0 A10A03:8译码器Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7 RAM 2# RAM 3# RAM 4# RAM

18、5# 23练习：已知CPU共有16条地址线、8条数据线，用MREQ*（低电平有效）作为访存控制信号，用R/W*作为读写命令信号。现有存储芯片：ROM 有2K8和8K 8两种，RAM有1K4、2K 8和16K 1及 74LS138译码器和其它门电路。试从上述规格中选用合适芯片，画出主存和CPU连接图。要求主存地址空间分配如下：最小4K空间为系统程序区，409616383为用户程序区。并说明选用哪类储存芯片？选几片？24根据要求最小4K系统空间及CPU数据线为8条可选2片2K8的ROM芯片； 而用户程序区的地址为409616383表明共用12K的存储空间可选用6片2K8的RAM芯片。 MREQ A

19、13 A12 A11 R/W*D7D0A10A0 ROM 1# CSD7D0 A10A0 ROM 2# CSD7D0 A10A0 WE * RAM 1# CSD7D0 A10A0 WE * RAM 6# CSD7D0 A10A03:8译码器Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7 RAM 2# RAM 3# RAM 4# RAM 5# 25一、填空1、动态RAM是用( )来存储信息的。2、衡量存储器的主要技术指标为（ ）和（ ）。3、4K16的RAM芯片的数据线和地址线的总和为（ ）。 4、4体交叉存储器是一种高速存储器，它有（ ）个存储模块，每个模块有它自已的地址寄存器和（ ）寄存器。5、1K 8的

20、RAM芯片采用单译码方式时选通线为（ ）条，当采用双译码方式时选通线为（ ）条。6、动态RAM存储的信息会自动消失，因些必须对所用存储单元在2ms内进行一次（ ）。7、动态RAM存储的刷新方法有（ ）、（ ）和（ ）三种。8、（ ）存储器由n个存储模块构成，存储器的工作速度可提高n倍， 它是提高系统的吞吐率的最有效方法。26二、选择题1、存储器是计算机系统的记忆设备，它主要是用来（ ）。A、存入数据 B、存放程序 C、存放数据和程序 C、存放微程序2、内存为16MB，则表示其容量为（ ）KB。A、16 B、16384 C、1024 D、 160003、下列说法正确的是（ ）。A、半导体RAM信

21、息可读可写，且断电后仍能保持记忆。B、半导体RAM属断电后信息消失，而静态的RAM断电后仍能保持 记忆。C、静态的RAM和动态RAM断电后信息都消失。D、ROM不用刷新，且集成度比动态RAM高，断电后存储的信息将 消失。4、组成2MX8bit的内存，可使用（ ）。A、1MX8bit进行并联 B、 1MX4bit进行串联 C、2MX4bit进行并联 D、 2MX4bit进行串联 275、已知存储芯片的容量为416，则该芯片内的数据寄存器的位 数为（ ）位。A、 B、 C、 D、6、已知存储器芯片的容量为48，若该芯片采用双译码方式， 则存储器芯片所需的选通线的条数为（ ） A、128 B、102

22、4 C、32 D、647、EPROM是指（ ）。A、只读存储器 B、可编程只读存储器C、随机存储器 D、可擦洗、可编程只读存储器8、RAM芯片为2MX8bit则该芯片引脚中 地址线和数据线的数目之 和是（ ）。A、21 B、29 C、18 D、不可估计9、RAM芯片串联时可以（ ）。A、增加存储器字长 B、增加存储器单元数量C、提高存储器的速度 D、降低存储器的平均价格2810、存储周期是指（ ）。A、存储器的读出时间 B、存储器的写入时间 C、存储器连续读/写操作所允许的最短时间间隔D、存储器连续写操作所允许的最短时间间隔11、某微型计算机系统，若操作系统存丰软盘上，其内存储器应该 采用（ ）。A、RAM B、ROM C、RAM和ROM D、CACHE12、若一台计算机的字长为4字节，则表明该机器（ ）。A、能处理的数值最大为4位十进制数B、