微机原理及应用存储器

第6章(Zhang)存储器系统第一页，共七十四页。1第6章(Zhang)存储器6.1概述6.2随机存储器6.3只读存储器6.4主存储器设计2第二页，共七十四页。6.1概(Gai)述主要内容：微型机的存储系统半导体存储器的基本概念存储器的分类及其特点两类半导体存储器的主要区别存储器是计算机的重要组成部分，用来存放计算机系统工作时所用的信息——程序和数据。3第三页，共七十四页。一、存储器(Qi)的一般概念存储器由能够表示二进制数“0”和“1”的、具有记忆功能的一些物理器件组成。存储器能存放一位二进制数的物理器件称为一个存储元。若干存储元构成一个存储单元。1、内存和外存2、存储器的分类3、存储器的性能指标4、存储器的基本结构4第四页，共七十四页。1、内(Nei)存和外存（1）内存(或主存），用于存放当前正在使用的程序和数据，CPU可以对它直接访问，存取速度快，但容量较小。（2）外存（或辅存），用于存放一些CPU暂时不处理的程序和数据。当CPU要处理这些信息时，必须先将其调入内存。需通过专用设备才能对其进行读写操作。 外存包括软盘，硬盘，光盘等等。 外存容量大，相对内存来说，存取速度较慢。5第五页，共七十四页。2、存储器的分类(应(Ying)用)(1)只读存储器ROM(2)随机存取存储器RAM6第六页，共七十四页。(1)只读(Du)存储器ROM只读存储器(ReadOnlyMemory—ROM)——用户在使用时只能读出其中信息，不能修改或写入新的信息，断电后，其信息不会消失。只读存储器分类:①存储单元中的信息由ROM制造厂在生产时一次性写入，称为掩膜ROM（MaskedROM）；

②PROM(ProgrammableROM—可编程ROM)——PROM中的程序和数据是由用户自行写入的，但一经写入，就无法更改，是一次性的ROM；7第七页，共七十四页。(1)只读存储(Chu)器ROM③EPROM(ErasebleProgrammableROM—可擦除可编程ROM)——可由用户自行写入程序和数据，写入后的内容可用紫外线灯照射擦除，然后可以重新写入新的内容，可以多次擦除，多次使用。

④

E2PROM(ElectricallyErasebleProgrammableROM—电可擦除可编程ROM)——可用电信号进行清除和改写的存储器，使用方便。掉电不丢失。思考：EPROM和E2PROM与RAM的区别？8第八页，共七十四页。(2)随机存取(Qu)存储器RAM随机存取存储器(RandomAccessMemory)——RAM的特点是存储器中的信息能读能写，且对存储器中任一单元的读或写操作所需要的时间基本是一样的。断电后，RAM中的信息即消失。按其制造工艺分：（1）双极型半导体RAM存取时间短，与MOS型比，集成度低，功耗大，价格高。（2）MOS型RAM9第九页，共七十四页。(2)随机(Ji)存取存储器RAMMOS型RAM分为两类：①SRAM(StaticRAM—静态RAM)——SRAM是利用半导体触发器的两个稳定状态表示“1”和“0”。只要电源不撤除，信息不会消失，不需要刷新电路。②DRAM(DynamicRAM—动态RAM)——DRAM是利用电容端电压的高低来表示“1”和“0”，为了弥补漏电需要定时刷新。一般微机系统中的内存采用DRAM，配有刷新电路，每隔1—2ms刷新一次。10第十页，共七十四页。3、存储器的(De)性能指标(1)存储容量(2)存储速度(3)可靠性(4)功耗11第十一页，共七十四页。(1)存(Cun)储容量存储容量是指一块存储芯片上所能存储的二进制位数。假设存储芯片的存储单元数是M，一个存储单元所存储的信息的位数是N，则其存储容量为M×N。D7…D1D012第十二页，共七十四页。例(Li)题1、已知单片6116芯片的地址线是11位，每个存储单元是8位，求其存储容量?解:因为可编址范围211，即M＝211，

每个存储单元可存8位，即N＝8，所以，6116的存储容量=211×8 =2×1024×8 =2K×8 ＝2KB13第十三页，共七十四页。例(Li)题2、若要组成64K字节的存储器，以下芯片各需几片? ①6116(2K×8) ②4416(16K×4)解:①(64K×8)÷(2K×8)=32(片)②(64K×8)÷(16K×4)=8(片)14第十四页，共七十四页。区别：芯片的存储容量和微(Wei)机的存储容量微机的存储容量——由多片存储芯片组成的总存储容量。①微机的最大内存容量——由CPU的地址总线决定。如：PC486，地址总线是32位，则，内存容许最大容量是232=4G；②实际的装机容量——由实际使用的若干片存储芯片组成的总存储容量。15第十五页，共七十四页。(2)存储(Chu)速度存储器的存取速度是影响计算机运算速度的主要因素，用两个参数来衡量：①存取时间TA（AccessTime）——定义为启动一次存储器操作（读或写），到完成该操作所经历的时间。②存储周期TMC（MemoryCycle）——定义启动两次读（或写）存储器操作之间所需的最小时间间隔。注意：CPU读写存储器的时间必须大于存储芯片的额定存取时间16第十六页，共七十四页。(3)可靠(Kao)性存储器的可靠性用MTBF来衡量。

MTBF即MeanTimeBetweenFailures——平均故障间隔时间，MTBF越长，表示可靠性越高。(4)功耗使用功耗低的存储芯片构成存储系统不仅可以减少对电源容量的要求，而且还可以提高存储系统的可靠性。17第十七页，共七十四页。4、存储器的基(Ji)本结构1、存储体—由多个基本存储单元组成，容量即为M×N；2、地址寄存器（地址锁存器）—锁存CPU送来的地址信号；3、地址译码器—对地址信号进行译码，选择存储体中要访问的存储单元；4、读/写驱动电路—包括读出放大和写入电路；5、数据缓冲器—芯片数据信号经双向三态门挂在数据总线上，未选中该片，呈高阻状态；6、读/写控制电路—接受来自CPU的片选信号、读/写信号。（对ROM—只读；对DRAM－刷新信号）18第十八页，共七十四页。“读”操作工作过(Guo)程（1）送地址—CPU通过地址总线将地址送入地址寄存器，并译码；（2）发出“读”命令—CPU通过控制总线将“存储器读”信号送入读/写控制电路；（3）从存储器读出数据—读/写控制电路根据“读”信号和片选信号选中存储体中的某一存储单元，从该单元读出数据，送到数据缓存器。再经过数据总线送到CPU。19第十九页，共七十四页。“写(Xie)”操作工作过程（1）送地址—CPU通过地址总线将地址送入地址寄存器，并译码；（2）发出“写”命令—CPU通过控制总线将“写”信号送入读/写控制电路；（3）写入数据到存储器—读/写控制电路根据“写”信号和片选信号选中存储体中的某一存储单元，将数据总线上的数据，送到数据缓存器，再写入到选中的存储单元。20第二十页，共七十四页。6.2随机存取存储(Chu)器要求掌握：SRAM与DRAM的主要特点几种常用存储器芯片及其与系统的连接了解存储器扩展技术21第二十一页，共七十四页。一(Yi)、静态存储器SRAM特点：存储元由双稳电路构成，存储信息稳定T1T2工作管;T3T4是负载管;T5T6T7T8是控制管22第二十二页，共七十四页。典(Dian)型SRAM芯片地址线：A0---A12数据线：D0---D7输出允许信号：OE写允许信号：WE选片信号：CS1，CS22A12A7A6A5A4A3A2A1D0D1345678910111213141NCA0D2GND27WECS2A8A9A11OEA10CS1D6D526252423222120191817161528VCCD7D4D36264工作时序与系统的连接使用CMOSRAM芯片6264（8KB）：

主要引脚功能23第二十三页，共七十四页。6264的工(Gong)作过程6264的读操作和写操作CS1

片选信号

OE

输出允许

WE

写允许信号

D0-D7

0

0

1

写入

1

0

1

读出

0或10或1

三态

片选信号CS2×0××6264真值表未选中24第二十四页，共七十四页。6264的工作过程(Cheng)—写操作(1)将写入单元的地址送到A0-A12上;(2)将要写入的数据送到数据线上;(3)使片选信号(CS1、

CS2)同时有效;(4)在WE端加上有效的低电平,OE端可以任意;25第二十五页，共七十四页。6264芯片与系(Xi)统的连接D0~D7A0A12•••WEOECS1CS2•••A0A12MEMWMEMR译码电路高位地址信号D0~D726第二十六页，共七十四页。译(Yi)码电路

作用：将输入的一组二进制编码变换为一个特定的输出信号，即：将输入的一组高位地址信号通过变换，产生一个有效的输出信号，用于选中某一个存储器芯片，从而确定了该存储器芯片在内存中的地址范围。

分类：（1）全地址译码

（2）部分地址译码27第二十七页，共七十四页。全地址译(Yi)码用全部的高位地址信号作为译码信号，使得存储器芯片的每一个单元都占据一个惟一的内存地址例所接芯片的地址范围F0000H~F1FFFHA19A18A17A16A15A14A13&16264CS128第二十八页，共七十四页。部分地(Di)址译码用部分高位地址信号（而不是全部）作为译码信号，使得被选中得存储器芯片占有几组不同的地址范围例两组地址：F0000H-F1FFFHB0000H-B1FFFH被选中芯片的每个单元都占有两个地址，即这两个地址都指向同一个单元A19A17A16A15A14A13&16264CS129第二十九页，共七十四页。应(Ying)用举例将SRAM6264芯片与系统连接，使其地址范围为：38000H~39FFFH使用74LS138译码器构成译码电路译码和译码器30第三十页，共七十四页。译码(Ma)和译码(Ma)器全部CPU高位地址参与译码，称之为全译码。全译码方式能保证每个存储单元地址唯一。若只选择CPU一部分高位地址参与译码，这称为部分译玛。每个存储单元会有多个地址对应，地址译码可以选择专用芯片，在微机系统中常用的有74LS138（称3-8译码器）。

真值表31第三十一页，共七十四页。74LS138真值(Zhi)表32第三十二页，共七十四页。应用举(Ju)例D0~D7A0A12•••WEOECS1CS2•••A0A12MEMWMEMRD0~D7A19G1G2AG2BCBA&&A18A14A13A17A16A15VCCY074LS13833第三十三页，共七十四页。应(Ying)用举例A19A18A17A16A15A14A130011111地址范围：3E000H-3FFFFHA12A11----A0X000H----FFFH34第三十四页，共七十四页。应用举(Ju)例A19A18A17A16A15A14A130011111地址范围：3E000H-3FFFFHA12A11----A0X000H----FFFH35第三十五页，共七十四页。应用(Yong)举例A19A18A17A16A15A14A131X1X111地址范围：AE000H-AFFFFHBE000H-BEFFFHEE000H-EFFFFHFE000H-FFFFFHA12A11----A0X000H----FFFH36第三十六页，共七十四页。其它典型芯(Xin)片举例

SRAM芯片HM6116(简称6116）——静态随机存取存储器，11条地址线，8位数据线，3条控制线，两条电源线，单片存储容量2K×8。常用的SRAM还有6232，62256，适用于较小系统。37第三十七页，共七十四页。应用举(Ju)例用存储器芯片SRAM6116构成一个4KB的存储器。要求其地址范围为：78000H~78FFFHG1=1G2A=G2B=0时，译码器处于使能状态。A、B和C三条线的输入决定Y0–Y7的状态。A19A18A17A16A15A14A13A12A11011110CBA38第三十八页，共七十四页。二、动态随(Sui)机存储器DRAM特点：存储元主要由电容构成，由于电容存在的漏电现象而使其存储的信息不稳定，故DRAM芯片需要定时刷新原理:39第三十九页，共七十四页。典(Dian)型芯片举例

DRAM芯片Intel2164A—动态随机存取存储器，8条地址线，2位数据线(输出和输入），3条控制线，两条电源线，单片存储容量64K×1。地址线采用分时复用，由CAS（列选通）和RAS（行选通），从而实现16位地址线，M＝216＝64K。NCDINWEA0A112345678RASA2GNDVCCCASDOUTA3A4161514131211109A6A5A7216440第四十页，共七十四页。典(Dian)型DRAM芯片2164A2164A：64K×1bit采用行地址和列地址来确定一个单元行列地址分时传送，共用一组地址信号线地址信号线的数量仅为同等容量SRAM芯片的一半41第四十一页，共七十四页。主(Zhu)要引线RAS：行地址选通信号。用于锁存行地址CAS：列地址选通信号地址总线上先送上行地址，后送上列地址，它们分别在RAS和CAS有效期间被锁存在锁存器中DIN：数据输入DOUT：数据输出WE：写允许信号WE=0数据写入WE=1数据读出NCDINWEA0A112345678RASA2GNDVCCCASDOUTA3A4161514131211109A6A5A7216442第四十二页，共七十四页。工作原(Yuan)理数据读出数据写入43第四十三页，共七十四页。工(Gong)作原理刷新:将存放于每位中的信息读出再照原样写入原单元的过程44第四十四页，共七十四页。三、存(Cun)储器扩展技术位扩展字扩展字位扩展用多片存储芯片构成一个需要的内存空间，它们在整个内存中占据不同的地址范围，任一时刻仅有一片（或一组）被选中——存储器的扩展。存储器的存储容量等于：单元数×每单元的位数字节数字长45第四十五页，共七十四页。位(Wei)扩展当构成内存的存储器芯片的字长小于内存单元的字长时，就要进行位扩展，使每个单元的字长满足要求位扩展方法：将每片的地址线、控制线并联，数据线分别引出连接至数据总线的不同位上位扩展特点：存储器的单元数不变，位数增加46第四十六页，共七十四页。位(Wei)扩展例用8片2164A芯片构成64KB存储器LS158A0~A7A8~A152164A2164A2164ADBABD0D1D7A0~A747第四十七页，共七十四页。字扩(Kuo)展地址空间的扩展。芯片每个单元中的字长满足，但单元数不满足扩展原则：每个芯片的地址线、数据线、控制线并联，仅片选端分别引出，以实现每个芯片占据不同的地址范围48第四十八页，共七十四页。字位(Wei)扩展根据内存容量及芯片容量确定所需存储芯片数进行位扩展以满足字长要求进行字扩展以满足容量要求若已有存储芯片的容量为L×K，要构成容量为M×N的存储器，需要的芯片数为：（M/L）×（N/K）49第四十九页，共七十四页。6.3只(Zhi)读存储器（ROM）掩模ROM一次性可写ROM（PROM)可读写ROM分类EPROM（紫外线擦除）EEPROM（电擦除）知识点回顾:50第五十页，共七十四页。一(Yi)、EPROM特点：可多次编程写入掉电后内容不丢失内容的擦除需用紫外线擦除器51第五十一页，共七十四页。EPROM27648K×8bit芯片，其引脚与SRAM6264完全兼容：地址信号：A0~A12数据信号：D0~D7输出信号：OE片选信号：CE编程脉冲输入：PGM读(Du)操作时PGM＝12A12A7A6A5A4A3A2A1D0D1345678910111213141VPPA0D2GND27PGMNCA8A9A11OEA10CED6D526252423222120191817161528VCCD7D4D3276452第五十二页，共七十四页。2764的工作(Zuo)方式数据读出编程写入擦除标准编程方式快速编程方式编程写入的特点：每出现一个编程负脉冲就写入一个字节数据53第五十三页，共七十四页。2764的工(Gong)作方式数据读出：54第五十四页，共七十四页。2764的工(Gong)作示例A19A18A17A16A15A14A13A12-A00111CBA2764芯片的地址范围是：70000H-71FFFH55第五十五页，共七十四页。二(Er)、EEPROM特点：可在线编程写入掉电后内容不丢失电可擦除56第五十六页，共七十四页。典(Dian)型EEPROM芯片98C64A8K×8bit芯片13根地址线（A0~A12）8位数据线（D0~D7）输出允许信号（OE）写允许信号（WE）选片信号（CE）状态输出端（READY/BUSY）57第五十七页，共七十四页。工作方(Fang)式数据读出编程写入擦除字节写入：每一次BUSY正脉冲写入一个字节自动页写入：每一次BUSY正脉写入一页（1~32字节）字节擦除：一次擦除一个字节片擦除：一次擦除整片58第五十八页，共七十四页。EEPROM的应(Ying)用可通过编写程序实现对芯片的读写，但每写入一个字节都需判断READY/BUSY端的状态，仅当该端为高电平时才可写入下一个字节59第五十九页，共七十四页。三、闪(Shan)存特点：通过向内部控制寄存器写入命令的方法来控制芯片的工作方式60第六十页，共七十四页。工作方(Fang)式数据读出编程写入：擦除读单元内容读内部状态寄存器内容读芯片的厂家及器件标记数据写入，写软件保护字节擦除，块擦除，片擦除擦除挂起61第六十一页，共七十四页。6.4主存储(Chu)器设计1、芯片选择2、存储器芯片的基本地址3、存储器芯片的容量扩充4、存储器芯片与CPU连接62第六十二页，共七十四页。1、芯(Xin)片选择①SRAM与CPU连接，不需要外围电路，连接简单，用于小型控制系统。②DRAM常用于大型系统，因为需要刷新电路，比如PC机的内存条。③ROM通常用于存放固定的系统程序。63第六十三页，共七十四页。2、存储器芯片的(De)基本地址6116的基本地址：000H~7FFHD7…D1D064第六十四页，共七十四页。2、存储器芯片的基本地(Di)址6264的基本地址:0000H~1FFFHD7…D1D065第六十五页，共七十四页。2、存储器芯片的基(Ji)本地址2114的基本地址是000H~3FFHD3D2D1D066第六十六页，共七十四页。2、存储器芯(Xin)片的基本地址EPROM27218基本地址是0000H~3FFFHD7…D1D067第六十七页，共七十四页。3、存储器芯片的容(Rong)量扩充对1#来说其地址范围00

000000000000~00

011111111111（即000H~07FFH）用两片6116芯片（2K×8）即可扩展成4K×8位，这种扩展方式就称为字扩展。对2#来说其地址范围00

100000000000~00111111111111（即0800H~0FFFH)68第六十八页，共七十四页。3、存储器芯片的(De)容量扩充显然，我们可以用2片2114组成1K×8位的存储器，这种扩展方式称为位扩展。对2114来说，存储容量是1K×4位，而正常数据都以字节作为存储单