存储器原理与接口微机原理与接口中国科技大学

5.1存储器分类一、有关存储器几种分类

按构成存储器的器件和存储介质分类

半导体存储器磁盘和磁带等磁表面存储器光电存储器目前一页\总数八十一页\编于二十二点按存取方式分类

随机存储器RAM(RandomAccessMemory)

只读存储器ROM（Read-OnlyMemory）串行访问存储器(SerialAccessStorage)目前二页\总数八十一页\编于二十二点按在计算机中的作用分类主存储器(内存)辅助存储器(外存)高速缓冲存储器目前三页\总数八十一页\编于二十二点二、半导体存储器的分类1、随机存取存储器RAM2、只读存储器ROM目前四页\总数八十一页\编于二十二点二、半导体存储器的分类1、随机存取存储器RAMa.静态RAM（ECL，TTL，MOS）b.动态RAM目前五页\总数八十一页\编于二十二点2、只读存储器ROMa.掩膜式ROM

b.可编程的PROM

c.可用紫外线擦除、可编程的EPROM

d.可用电擦除、可编程的E2PROM等目前六页\总数八十一页\编于二十二点绝缘层浮动栅雪崩注入式MOS管可用紫外线擦除、可编程的EPROM目前七页\总数八十一页\编于二十二点编程使栅极带电擦除EPROM芯片上方有一个石英玻璃窗口当一定光强的紫外线透过窗口照射时，所有存储电路中浮栅上的电荷会形成光电流泄放掉，使浮栅恢复初态。一般照射20～30分钟后，读出各单元的内容均为FFH，说明EPROM中内容已被擦除。目前八页\总数八十一页\编于二十二点RAM静态RAM（SRAM）动态RAM（DRAM）ROM掩膜型ROM可编程ROM（PROM）可擦除可编程ROM（EPROM）电可擦除可编程ROM（E2PROM)目前九页\总数八十一页\编于二十二点三、多层存储结构概念1、核心是解决容量、速度、价格间的矛盾，建立起多层存储结构。一个金字塔结构的多层存储体系充分体现出容量和速度关系目前十页\总数八十一页\编于二十二点目前十一页\总数八十一页\编于二十二点2、多层存储结构寄存器Cache(高速缓存)内存磁盘磁道、光盘目前十二页\总数八十一页\编于二十二点

Cache—主存层次：解决CPU与主存的速度上的差距；主存—辅存层次：解决存储的大容量要求和低成本之间的矛盾。目前十三页\总数八十一页\编于二十二点5.2、主存储器结构一、主存储器的主要技术指标存储容量存取速度可靠性功耗

目前十四页\总数八十一页\编于二十二点1、容量存储容量存储器可以容纳的二进制信息量称为存储容量（寻址空间，由CPU的地址线决定）

实际存储容量：在计算机系统中具体配置了多少内存。

目前十五页\总数八十一页\编于二十二点2、存取速度存取时间是指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间，又称为读写周期。 SDRAM: 12ns10ns8ns RDRAM: 1ns 0.625ns目前十六页\总数八十一页\编于二十二点3、可靠性

可靠性是用平均故障间隔时间来衡量（MTBF,MeanTimeBetweenFailures）4、功耗

功耗通常是指每个存储元消耗功率的大小目前十七页\总数八十一页\编于二十二点二、主存储器的基本组成MOS型器件构成的RAM，分为静态和动态RAM两种，静态RAM通常有6管构成的触发器作为基本存储电路静态存储单元，动态RAM通常用单管组成基本存储电路。

目前十八页\总数八十一页\编于二十二点1、静态存储单元

目前十九页\总数八十一页\编于二十二点

目前二十页\总数八十一页\编于二十二点（2）动态存储单元

目前二十一页\总数八十一页\编于二十二点（3）、结构地址译码输入输出控制存储体

目前二十二页\总数八十一页\编于二十二点地址线控制线数据线存储体译码器输入输出控制单译码结构目前二十三页\总数八十一页\编于二十二点地址译码器：接收来自CPU的n位地址，经译码后产生2n个地址选择信号，实现对片内存储单元的选址。控制逻辑电路：接收片选信号CS及来自CPU的读/写控制信号，形成芯片内部控制信号，控制数据的读出和写入。存储体：是存储芯片的主体，由基本存储元按照一定的排列规律构成。目前二十四页\总数八十一页\编于二十二点译码器译码器矩阵译码电路行线列线地址线地址线目前二十五页\总数八十一页\编于二十二点目前二十六页\总数八十一页\编于二十二点一、8086CPU的管脚及功能

8086是16位CPU。它采用高性能的N—沟道，耗尽型负载的硅栅工艺(HMOS)制造。由于受当时制造工艺的限制，部分管脚采用了分时复用的方式，构成了40条管脚的双列直插式封装5.3、8086CPU总线产生目前二十七页\总数八十一页\编于二十二点目前二十八页\总数八十一页\编于二十二点二、8086的两种工作方式

最小模式：系统中只有8086一个处理器，所有的控 制信号都是由8086CPU产生。最大模式：系统中可包含一个以上的处理器，比如 包含协处理器8087。在系统规模比较大 的情况下，系统控制信号不是由8086直 接产生，而是通过与8086配套的总线控 制器等形成。目前二十九页\总数八十一页\编于二十二点三、最小模式下8086CPU总线产生（一）、地址线、数据线产生

相关信号线及芯片1、AD15～AD0(AddressDataBus)地址/数据复用信号，双向，三态。在T1状态（地址周期）AD15～AD0上为地址信号的低 16位A15～A0；在T2～T4状态（数据周期）AD15～AD0上是数据信号D15～D0。

目前三十页\总数八十一页\编于二十二点机器周期：时钟周期总线周期：对内存或对I/O接口的一次操作的时 间指令周期：指令执行的时间目前三十一页\总数八十一页\编于二十二点

2、A19/S6～A16/S3(Address/Status)：地址/状态复用信号，输出。在总周期的T1状态A19/S6～A16/S3上是地址的高4位。在T2～T4状态，A19/S6～A16/S3上输出状态信息。目前三十二页\总数八十一页\编于二十二点目前三十三页\总数八十一页\编于二十二点S4S3当前正在使用的段寄存器00ES01SS10CS或未使用任何段寄存器11DS目前三十四页\总数八十一页\编于二十二点3、三态缓冲的8位数据锁存器74LS373(8282)目前三十五页\总数八十一页\编于二十二点目前三十六页\总数八十一页\编于二十二点A、CP正脉冲，DQB、CP为零，保持C、/OE=0，O0输出；否则高阻目前三十七页\总数八十一页\编于二十二点目前三十八页\总数八十一页\编于二十二点

4、ALE(AddressLatchEnable)地址锁存使能信号，输出，高电平有效。用来作为地址锁存器的锁存控制信号。

目前三十九页\总数八十一页\编于二十二点目前四十页\总数八十一页\编于二十二点目前四十一页\总数八十一页\编于二十二点工作过程1、AD0－AD15，A16/S1－A19/S4出现地址信息；2、ALE发正脉冲，地址信息进74LS373；3、AD0－AD15转换为数据线，A16/S1 －A19/S4输出状态目前四十二页\总数八十一页\编于二十二点11233目前四十三页\总数八十一页\编于二十二点（二）、数据线驱动 相关信号线及芯片1、双向数据总线收发器（8286，74LS245） 两个功能： a、双向选择 b、通道控制

目前四十四页\总数八十一页\编于二十二点A、/OE控制通道 /OE＝0，三态门导通； /OE＝1，三态门断开；B、T控制方向 T＝0，BA T＝1，AB目前四十五页\总数八十一页\编于二十二点2、/DEN(DataEnable)数据使能信号，输出，三态，低电平有效。用于数据总线驱动器的控制信号。3、DT/R(DataTransmit/Receive)：数据驱动器数据流向控制信号，输出，三态。在8086系统中，通常采用8286或8287作为数据总线的驱动器，用DT/R#信号来控制数据驱动器的数据传送方向。当DT/R#＝1时，进行数据发送；DT/R#＝0时，进行数据接收。

目前四十六页\总数八十一页\编于二十二点目前四十七页\总数八十一页\编于二十二点目前四十八页\总数八十一页\编于二十二点工作过程1、如果CPU输出数据，DT/R＝1，三态 门方向为AB,如果CPU输入数据; DT/R＝0，三态门方向取BA；2、/DEN有效，74LS245工作；3、CPU输入/输出数据完成，/DEN无效， 74LS245停止工作，通道断开。目前四十九页\总数八十一页\编于二十二点123目前五十页\总数八十一页\编于二十二点5、48086系统的存储器接口

一、存储器接口应考虑的几个问题存储器与CPU之间的时序配合;CPU总线负载能力;8086CPU对存储器的读写方式存储芯片的选用连接方式

目前五十一页\总数八十一页\编于二十二点二、存储器接口举例（一）、只读存储器(ROM)扩展电路

目前五十二页\总数八十一页\编于二十二点1、ROM（EPROM27系列）信号分类：目前五十三页\总数八十一页\编于二十二点总线部分： D0—D7，数据线 A0—An－1，地址线。n是地址线个数。 对于2716，n为11， 对于27256，n＝15。电源部分： VCC，GND，电源和地 VPP，编程电压。在CPU仅对芯片进行 读操作时，Vpp一般直接接电源电压。目前五十四页\总数八十一页\编于二十二点控制部分： /OE读控制线。当其有效时， 数据从EPROM内的某个单元通过 数据线传送到CPU。

/CS片选线。该信号一般为低 电平有效。有效时表示本芯片工 作。在芯片编程时这根线常作编 程控制线。

目前五十五页\总数八十一页\编于二十二点目前五十六页\总数八十一页\编于二十二点2、CPU提供的信号线 数据线D15～D0 地址线A19～A0 存储器或I/O端口访问信号M/IO# 读信号/RD 写信号/WR目前五十七页\总数八十一页\编于二十二点目前五十八页\总数八十一页\编于二十二点特点a、控制线可以组合不同功能b、CPU根据指令发出信号目前五十九页\总数八十一页\编于二十二点3、8086CPU对存储器的读方式目前六十页\总数八十一页\编于二十二点目前六十一页\总数八十一页\编于二十二点结论CPU总是16位的读；从偶地址读；目前六十二页\总数八十一页\编于二十二点例：设计一ROM扩展电路，容量为64KBYTE，地址从00000H开始。EPROM芯片取27256

目前六十三页\总数八十一页\编于二十二点目前六十四页\总数八十一页\编于二十二点解：1、与8088CPU连接（8位）2、与8086CPU连接（16位）目前六十五页\总数八十一页\编于二十二点总结（与8086CPU）数据线连接地址线连接CS产生控制线连接目前六十六页\总数八十一页\编于二十二点（二）、静态随机读写存储器(RAM)扩展电路目前六十七页\总数八十一页\编于二十二点1、62系列静态RAM芯片信号线

目前六十八页\总数八十一页\编于二十二点 信号线可分为如下几类：

总线部分： D0—D7，数据线 A0—An－1，地址线。n是地址线个数。 对于6116，n为11， 对于62256，n＝15。

电源部分： VCC，GND，电源和地目前六十九页\总数八十一页\编于二十二点

控制部分： /RD读控制线。当其有效时，数据从 EPROM内的某个单元通过数据线传送 到CPU。 /WR 写控制线。当其有效时，CPU把数 据通过数据线传送到RAM中的某个单 元。 /CS片选线。该信号一般为低电平有效。 有效时表示本芯片工作。目前七十页\总数八十一页\编于二十二点2、特点 a、读/写； b、读十六位操作； c、写十六/八位操作目前七十一页\总数八十一页\编于二十二点3、8086CPU的一个重要信号线 /BHE高8位数据允许控制线目前七十二页\总数八十一页\编于二十二点例:设计一RAM扩展电路，容量为32K字，地址从10000H开始。芯片采用62256。目前七十三页\总数八十一页\编于二十二点解：1、所需芯片2、/CS产生3、奇、偶芯片译码4、电路目前七十四页\总数八十一页\编于二十二点总结数据线连接地址线连接CS产生奇、偶CS产生控制线连接目前七十五页\总数八十一页\编于二十二点三、译码方式全译码部分译码线译码目前七十六页\总数八十一页\编于二十二点74LS138译码芯片