微型计算机原理及其应用：第五章半导体存储器

第五章半导体存储器本章学习目标半导体存储器的分类半导体存储器的主要指标存储芯片的介绍存储系统的设计存储器的连接与扩充1、存储器的分类存储器是用来存储微型计算机工作时使用的信息（程序和数据）的部件，正是因为有了存储器，计算机才有信息记忆功能。越靠近CPU的存储器速度越快而容量越小。CPUCache主存储器辅助存储器大容量存储器外存储器内存储器内存与外存：外存能长期保存信息。内存指主板上的存储部件，用来存放当前正在执行的数据和程序，但仅用于暂时存放程序和数据，关闭电源或断电，数据就会丢失。外存平均访问时间ms级 硬盘9~10ms

光盘80~120ms内存平均访问时间ns级

SRAMCache1~5ns

EPROM存储器100~400nsRAM静态RAM（SRAM）动态RAM（DRAM）ROM掩膜型ROM可编程ROM（PROM）紫外线可擦除ROM（EPROM）电可擦除ROM（E2PROM)快擦写存储器（FlashMemory）半导体存储器的分类半导体存储器因其存取速度快、集成度高、功耗小、价格低常用作内存。随机存取存储器特点：存储单元的内容可读出或写入，但其保存的信息断电后不再保存，即具有“易失性”。SRAM的基本存储电路，在有电源条件下，存入的数据可一直保存。DRAM的基本存储电路利用MOS管和电容存储信息，电容泄漏须刷新。SRAM的特点：读写速度快，通常用来做Cache（高速缓冲存储器）DRAM的特点：集成度高，功耗小；需要刷新电路，使用较麻烦；存取速度慢，主要用来做内存。组成单元速度集成度应用SRAM触发器快低小容量系统DRAM极间电容慢高大容量系统只读存储器特点：在一般工作状态下，ROM中的信息只能读出，不能写入。但其保存的信息断电后仍然保存，即具有“非易失性”。常用于存放固定的程序和参数表，如微机开机的引导程序等。ROM的写入有不同方式：

1）生产时确定其内容——掩模ROM 2）由用户编程确定，只能一次编程——PROM 3）由特定电路（写入器）擦除及写入——EPROM 4）电擦除及写入——EEPROM，FlashMemory2、半导体存储器的主要指标存储容量：一块存储器芯片所能存储的二进制位数。存储器容量＝存储单元数×每单元数据位数如：存储芯片有2048个单元，每单元存放8位二进制数，则容量为2048×8位，即2KB。[例]Intel2114芯片的容量为1K×4位，Intel6264芯片为8K×8位。存取速度：从CPU给出有效的存储器地址到存储器给出有效数据需要的时间其他指标:集成度、功耗、可靠性、价格等。3、存储芯片的介绍SRAM基本的存储电路

一个基本存储电路能存储一位二进制数，而一个八位的二进制数则需八个基本存储电路，称为一个存储单元。每个单元规定一个地址编号。存储芯片内部基本结构

存储体——多个基本存储单元矩阵排列组成。外围电路——接收来自CPU的地址信号和读/写信号，选中对应单元，完成数据存取操作。[例]Intel6116芯片

引脚信号：地址信号A10～A0

数据线I/O7～I/O0

控制信号：片选信号CS写选通信号WE

输出允许信号OE工作方式：读出逻辑：CS=0.OE=0,WE=1写入逻辑：CS=0.OE=1,WE=0高阻：CS＝1典型的静态RAM芯片：

6116（2K×8位）、6264（8K×8位）、62256（32K×8位）、628128（128K×8位）等。[例]6116芯片的容量为2K×8位：有214个基本存储电路，有211个存储单元，形成128×16个存储阵列。需要11根地址线，7根用于行地址译码，4根用于列地址译码，可以选择2048个存储单元中的任意一个。每个存储单元有8位，是通过数据线写入或读出的。4、存储系统的设计1）存储芯片的选片

根据存储系统容量要求、应用场合、速度要求、价格、体积、功耗等方面综合考虑。芯片类型选择：一般，小系统中多使用SRAM而DRAM的集成度较高多用于中、大系统中。掩模ROM、PROM成本低多用于较成熟程序，EEPROM、闪存则用于保存不常修改的数据。2）存储器与CPU连接时，需注意的问题：CPU总线的带负载能力、CPU时序与存储器存取速度之间的配合、存储器组织的地址分配5、存储器的连接与扩充CPU与存储器的连接，主要是CPU的系统总线与存储器的连接方法，特别注意的是存储器芯片地址分配和片选端的处理。存储器与系统总线的连接：三总线结构：地址总线、数据总线、控制总线1）地址总线：低位地址线：等于存储芯片地址线数目高位地址线：用于选择不同的存储芯片2）数据总线：8086：16位，8088：8位3）控制总线：RD、WR、IO/M（M/IO）位数扩充当实际存储芯片每个单元的位数和应用系统需要内存单元字长不等时采用的方法。[例]用1K×4的RAM芯片扩充形成1K×8的存储系统：

所需芯片的片数：8/4=2片

存储器容量扩充方法位数扩充2114（1）A9～A0I/O4～I/O1片选D3～D0D7～D4A9～A02114（2）A9～A0I/O4～I/O1CECEA0~A12CS1CS20#WEOED0~D7A0~A12CS1CS21#WEOED0~D7A0~A12CS1CS2WEOED0~D7D8~D15单元数扩充当存储芯片上每个存储单元的字长已满足要求，但存储单元的个数不够，需要增加的是存储单元的数量。[例]用2K×8的2716EPROM存储器芯片组成8K×8的存储器系统：

所需芯片的片数：8K/2K=4片单元数扩充片选端D7～D0A19～A10A9～A0（2）A9～A0D7～D0CE（1）A9～A0D7～D0CE译码器00000000010000000000用256×4位存储芯片组成1K×8位RAMA0A7I/OCE11A02I/OA0A7I/OCE13A04I/OA0A7I/OCE15A06I/OA0A7I/OCE17A08I/OCE2CE2CE2CE2译码器A0A7A8A9D0D7……..…地址总线数据总线存储器芯片片选端的处理全译码法：片内寻址未用的全部高位地址线都参加译码，译码输出作为片选信号。部分译码法：用片内寻址外的高位地址的一部分译码产生片选信号。线选法：高位地址线不经过译码，直接（或经反相器）分别接各存储器芯片的片选端来区别各芯片。全译码法全译码的优点是每个芯片的地址范围是唯一确定。缺点是译码电路比较复杂。部分译码

部分译码较全译码简单，但存在地址重叠区。线选法

软件上必须保证这些片选线每次寻址时只能有一位有效，也会造成地址重叠。74LS138译码器[例]2764为8K8的EPROM芯片，如下图，则存储器芯片的地址范围？举例[例]在某型号CPU微机系统中，

用Intel6116芯片组成8KBRAM，假设CPU数据总线有8根，地址总线有16根，试问：1、需要几片6116？2、地址线和数据线各为多少根？3、每一片的地址范围是多少？是否有重叠区？4、如何连线？（包括地址线、数据线和控制线）全译码法A0～A10CSWED7～D0A0～A10CSWED7～D0A0～A10CSWED7～D0A0～A10CSWED7～D0A11～A15A0～A10IO/MWRD7～D05:32译码器CPU……3130106116②6116①6116③6116④23全译码法A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A00 0000 000000000000 0000 111111111110 0001 000000000000 0001 111111111110 0010 000000000000 0010 111111111110 0011 000000000000 0011 111111111116116①的地址范围0000～07FFH；6116②的地址范围0800～0FFFH6116③的地址范围1000～17FFH；6116④的地址范围1800～1FFFH①②③④部分译码法A0～A10CSWED7～D0A0～A10CSWED7～D0A0～A10CSWED7～D0A0～A10CSWED7～D0A14～A15A0～A10IO/MWRD7～D02:4译码器CPU106116②6116①6116③6116④23部分译码法A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A00 0*** 000000000000 0*** 111111111110 1*** 000000000000 1*** 111111111111 0*** 000000000001 0*** 111111111111 1*** 0000000000011*** 11111111111如果*的地址线都设为“0”，则6116①的地址范围0000～07FFH；6116②的地址范围4000～47FFH6116③的地址范围8000～87FFH；6116④的地址范围C800～C7FFH每一个芯片有8个地址重叠区。①②③④线选法A0～A10CSWED7～D0A0～A10CSWED7～D0A0～A10CSWED7～D0A0～A10CSWED7～D0A11A0～A10IO/MWRD7～D0CPU6116②6116①6116③6116④A12A13A14线选法A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0* 1110 00000000000* 1110 11111111111*