微机原理与接口技术第5章存储器

第五章存储器学习目的：了解半导体存储器的分类掌握地址译码的方法掌握存储器的应用掌握存储器的容量扩充了解存储器扩展技术15.1存储器概述

内存储器----比外存储器存取速度快，存储容量小外存储器----辅助存储器，属于计算机的外部设备，常用的有磁盘、光盘和U盘等，存储容量大，存取速度慢。

21.半导体存储器的分类内存储器主要由半导体材料构成，也称半导体存储器。按制造工艺------分为双极型半导体存储器和金属氧化物型（MOS）半导体存储器两类。按照工作方式------分为随机读写存储器RAM和只读存储器ROM两大类。

3随机存储器RAM：

A)双极型半导体RAM，双极型是以晶体管触发器作为基本存储电路，TTL电路；高速，功耗大、集成度低，成本高；

B)MOS型RAM（MetalOxideSemiconductor)低速，功耗低、成本低、集成度高；(1).静态随机存储器SRAM是以双稳态触发器作为存储元;(2).动态随机存储器DRAM是用电容存储信息，需要刷新；只读存储器ROM1.掩膜式ROM2.可编程式PROM3.可擦除可编程式EPROM4.电可擦除可编程式E2PROM、EAROM、NOVROM2704、2708、2716、2732、2764、27128、27256、27512、271024beGSD42.存储器件的性能指标

（1）存储容量

存储器所能容纳二进制信息的总量。能存储1位二进制信息的物理器件称为存储元，多个存储元构成存储单元，存储芯片就是由若干个存储单元构成。存储容量表示为“存储单元个数×每个存储单元位数”如：SRAM芯片6264，它的容量为8K×8；如：DRAM芯片NMC41257的容量为256K×1，即它有256K个单元，每个单元存储1位二进制信息;5（2）存取速度

存取速度通常用存取时间来衡量。存取时间又称为访问时间或读/写时间，是指CPU从启动一次存储器操作（读或写）到完成该操作所需要的时间。

连续两次独立的存储器读/写操作所需的最小时间间隔称为存储周期。

（3）可靠性可靠性是指在规定的时间内，存储器无故障读/写的概率。通常用平均无故障时间MTBF（meantimebetweenfailures）来衡量可靠性。MTBF可以理解为两次故障之间的平均时间间隔，越长说明存储器的性能越好。6（4）功耗功耗反映存储器件耗电的多少，同时也反映了其发热的程度。功耗越小，存储器件的工作稳定性越好。大多数半导体存储器的维持功耗小于工作功耗。75.2随机存取存储器（RAM）

MOS型随机存取存储器按工作原理分为静态RAM（SRAM）动态RAM（DRAM）静态RAM以触发器为基本存储电路，保存的数据不需要刷新。与动态RAM比较，它的存取速度快，集成度低，功耗大。动态RAM以电容作为基本存储电路，每隔一段时间需要刷新一次。它的集成度高，成本低。85.2.1MOS型静态随机存取存储器（SRAM）

1.基本存储元电路

MOS型静态RAM基于双稳态触发器的工作原理保存信息。9图5-1静态RAM的基本存储元电路10MOS型静态RAM芯片由存储体和外围电路。外围电路：地址译码器、I/O缓冲器和读写控制电路存储体：由许多个存储元组成，这些存储元通常以矩阵的形式排列。2.MOS型静态RAM芯片的组成结构11图5-2静态RAM的结构123.静态RAM芯片举例

常用的SRAM芯片有：6116（2K×8）、2016、40166264（8K×8）62128（16KX8）62256（32K×8）62512（64K×8）128K×8、256K×8、512K×8、1024K×8

120ns~150ns1ns13（1）6264芯片外部引脚A0～Al2----13根地址信号线D0～D7----8根数据线、CS2----两根片选信号线，低电平有效、CS2高电平有效。----输出允许信号，低电平有效，CPU从芯片中读出数据。----写允许信号，低电平有效，允许数据写入芯片。VCC：+5V电源GND：接地端，NC：空端。12823456789101112131427262524232221201918171615NCA12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GNDD7D6D5D4D3WECS2A8A9A11OEA10CS1+5V图5-3SRAM6264外部引线图14tw

twcA0

~

A12D0

~

D7tDW

CS1

CS2

WE

SRAM

6264

写操作时序图15SRAM6264读操作时序图A0~A12

CS1

OED0~D7

tOE

tCO

tRW

CS2

165.2.2静态RAM芯片应用存储器芯片的应用就是将芯片正确地接入计算机系统。根据CPU要求的地址范围，将芯片上的各种信号与计算机系统的地址线、数据线和控制线，连接在一起。地址线的连接。数据线的连接。控制信号线的连接

。178088系统BUSSRAM6264D0~D7D0~D7A0A0A12A12MEMWMEMRWECS2+5VOE11CS1A19A18A17A16A15A14A13&A1318将一组输入信号转换为一个输出信号，称为译码。地址译码的方法有：全地址译码和部分地址译码。191.全地址译码

全地址译码就是把系统中全部地址线与芯片连接，其中高位地址线经过译码电路译码后作为芯片的片选信号；低位地址线与系统中的相应地址线一对一连接。【例5-1】6264芯片的地址范围为F8000H~F9FFFH，要求以全地址译码方式将6264芯片接入计算机系统。

将芯片的地址范围以二进制形式表示：图5-6地址译码设计2021译码电路的设计有两种方法：一种是利用基本的逻辑门电路搭建译码器，另一种是利用专用的译码器芯片译码。第一种方法

方案12223

方案224第二种方法：利用专用的译码器芯片译码利用74LS138芯片译码图5-96264全地址138译码方案22526D0~D7D0~D7A0A0A12A12MEMWWEMEMRCS2+5VOE&≥1A19A18A17A16A15A14A13CS1Y7G1G2BG2ACBASRAM6264A19A18A17A16A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A000111110000000000000 3E000 …… …… …00111111111111111111 3FFFF138译码器&272.部分地址译码

只使用系统地址总线中的一部分与芯片中的地址线相连。使用了A13~A17共5根线，A18和A19未用。

图5-106264部分地址译码28A19A18A17A16A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0XXXXXXX0000000000000 …… ……

298088系统BUSSRAM6264D0~D7D0~D7A0A0A12A12MEMWMEMRWECS2+5VOECS1&A19A17A15A14A13A19A18A17A16A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A01X1X1110000000000000 ………1X1X1111111111111111Y730部分地址译码的后果：地址重叠31线性译码：

只使用一根地址线作为片选信号。图5-126264线性地址译码32【例5-2】

用SRAM6116芯片设计一个4K的存储器，地址范围为32000H~32FFFH，要求使用全地址译码方式。图5-136116引线图SRAM6116：2KX811根地址线A0~A108根数据线D0～D7读写控制信号R/W输出允许信号OE片选信号CS。336116译码分析如下：346116存储器设计系统连接图如下：355.2.3MOS型动态随机存取存储器（DRAM）1.单管基本存储元电路36动态存储器是通过把电荷存储到电容中来实现信息存储的。MOS单管动态存储电路占用面积小，集成度高，速度快；缺点是读出是破坏性的，而且单元读出信号较小，要求有高灵敏度的读出放大器；另一个缺点是刷新。2ms~4ms37DRAM芯片216464KX1A0～A7：地址输入线，分时复用。DIN：数据输入DOUT：数据输出RAS：行地址锁存信号CAS：列地址锁存信号WE：写允许信号，高电平允许读出38刷新将动态随机存储器的每一位信息读出并写入的过程。刷新的方法是使列地址信号无效，行地址有效，然后将这一行的信息读出再写入。每次送出不同的行地址就可以刷新不同行的存储单元，将行地址循环一遍，则刷新了整个芯片的所有存储单元。刷新时位线上的信息不会送出到数据总线上。DRAM要求每隔2~8ms刷新一次，它称为刷新周期。395.2.4存储器扩展存储器扩展包括位扩展、字扩展和字位扩展三种方式。

1.位扩展将每个存储芯片的地址线和控制线（包括片选信号线、读/写信号线等）全部一对一地接在一起，将它们的数据线分别引出作为字节的不同位。

40图5-20用4K×4位的SRAM芯片进行位扩展412.字扩展字扩展是对存储空间的扩展，就是要增加存储单元的个数。字扩展的方法是：将每个芯片的地址信号、数据信号和读/写控制信号等一对一地与系统总线中的相应信号线相连，将各芯片的片选信号与地址译码器的输出信号相连。42433.字位扩展假如要构成一个容量为M×N位的存储器，若使用B×b位的芯片（B<M，b<N），则构成这个存储器需要：（M/B）×（N/b）个存储器芯片。例如：用Intel2164构成容量为128KB的内存，需要（128/64）×（8/1）=16片。445.3只读存储器（ROM）

常用的只读存储器类型有：掩膜式ROM可编程ROM（PROM）可擦除可编程ROM（EPROM）电可擦除可编程ROM（E2PROM）闪存（FlashMemry）452.可编程ROM（PROM）可编程ROM是用户可以将程序和数据写入ROM的只读存储器芯片，又称为PROM。可编程只读存储器出厂时各单元内容全为0，用户可用专门的PROM写入器将信息写入。根据芯片的构造，可编程PROM可分为两类：结破坏型和熔丝型。463.可擦除可编程ROM（EPROM）

EPROM（erasableprogrammableROM）是一种紫外线可擦除可编程只读存储器，可以多次擦除和写入。有一个能通过紫外线的石英窗口，用紫外灯照射约20~30分钟，原信息就可以全部擦除。擦除后各单元内容均为FFH，恢复到出厂状态。

4727系列的芯片：27162732276427128272562751248（1）2764的引线及功能

A0~A12：13根地址线，8K个存储单元；D0~D7：8根双向数据线， CE：片选信号；OE：输出允许信号；PGM：编程脉冲输入；读操作时PGM=1;VPP：编程电压输入端，12.5V、15V、21V、25V；4912823456789101112131427262524232221201918171615NCA12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GNDD7D6D5D4D3WECS2A8A9A11OEA10CS1+5V图5-3SRAM6264外部引线图5051Flash闪速存储器（flashmemory），简称Flash或闪存。它与EEPROM类似，也是一种电擦写型ROM。与EEPROM的主要区别是：EEPROM按字节擦写，速度慢；闪存按块擦写，速度快，一般在65～170ns之间。52

5.4高速缓冲存储器

为了缓解CPU和内存之间存取速度的矛盾，在CPU和内存之间插入一小块SRAM，称为Cache，将当前正在执行的指令及相关联的后继指令从内存读到Cache，使CPU执行下一条指令时，从Cache中读取。535