第5章-存储器系统电子教案

1第5章

存储器系统2本章重点半导体存储芯片的外部特性及其与系统的连接存储器的扩展技术只读存储器3主要内容概述随机存储器只读存储器本章习题5存储器的一般概念存储容量：存储器中存储单元的总数存储器的两种基本操作：1读操作2写操作6存储器的分类内存：主机内部的存储器用来存储当前运所需要的程序和数据

CPU可直接访问内存并与其交换信息容量小，但存取速度快外存：主机外部的存储器用来存放当前不用的程序和数据

CPU不能对它直接访问容量大，但存取速度慢存储介质：半导体，磁性材料，光盘7半导体存储器存储器是计算机中用来记录信息的设备。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8内存储器的分类内存储器随机存储器（RAM）只读存储器（ROM）静态存储器（SRAM）动态存储器（DRAM）掩模ROM一次性可写ROMEPROMEEPROM9主要技术指标存储容量—每芯片的存储容量存取时间和存取周期平均故障间隔时间（MTBF）（可靠性）功耗CPU读写存储器的时间必须大于存储芯片的额定存取时间105.2随机存储器(MOS型)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存储器扩展技术115.2.1静态存储器SRAM存储元由双稳电路构成，存储信息稳定p199典型的SRAM芯片62648K×828根引脚P200126264芯片的主要引线(28=13+8+4+3)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，CS2213=23×2108bitCPU读CPU写同时有效时选中接AB的低13位由AB的高位地址和控制信号译码产生136264的工作过程读操作与写操作写操作的工作时序P201WECS1CS2OED0~D7001×写入1010读出×00×高阻×11××10×146264芯片与系统的连接D0~D7A0A12•••WEOECS1CS2•••A0A12MEMWMEMR译码电路高位地址信号D0~D78088系统BUSSRAM626415译码电路译码电路—将输入的一组二进制编码变换为一个特定的输出信号6264译码—用于选中某一个存储器芯片，从而确定该存储器芯片在内存中的地址范围。全地址译码与部分地址译码16全地址译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17全地址译码的连接所接芯片的地址范围

F0000H~F1FFFHA19A18A17A16A15A14A13&16264CS1P203图5-5,5-718部分地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下例使用高6位地址作为译码信号，从而使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优点:译码器的构成简单缺点:减小了总的存储空间19部分地址译码的连接两组地址：

F0000H~F1FFFHB0000H~B1FFFHA19A17A16A15A14A13&16264CS120应用举例将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A,B,C端:A19~A13之三G1端:MEMW与MEMR的与非G2B与G2A:剩余的高端根据要求确定A,B,C,G2B与G2A端的高地址信号21D0~D7A0A12•••WEOECS1CS2•••A0A12MEMWMEMRD0~D7A19G1G2AG2BCBA&&A18A14A13A17A16A15VCCY0225.2.2动态随机存储器DRAM存储元主要由电容构成，由于电容存在的漏电(放电)现象而使其存储的信息不稳定，故DRAM芯片需要定时刷新!23典型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24主要引线RAS：行地址选通信号。用于锁存行地址CAS：列地址选通信号。用于锁存列地址地址总线上先送行地址，后送列地址，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=O数据写入WE=1数据读出WE：写允许信号25工作原理数据读出数据写入刷新:将存放于每位中的信息读出再照原样写入原单元的过程——刷新工作时序p208~p2092164A在系统中的连接p210图5-18265.2.3存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。27存储容量的位扩展存储器的存储容量

单元数×每单元的位数当构成内存的存储器芯片的字长小于内存单元的字长时，就要进行位扩展字节数字长28例5-3位扩展用8片2164A芯片构成64KB存储器LS158ABA0~A7A8~A152164A2164A2164ADBD0D1D7A0~A7LS158LS15829位扩展方法将每片的地址线、控制线并联，数据线分别引出位扩展特点：存储器的单元数不变，位数增加30存储容量的字扩展地址空间的扩展。芯片每个单元中的字长满足，但单元数小于所需内存容量扩展原则：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31例5-4字扩展用两片64K×8位的SRAM芯片构成容量为128KB的存储器连接P213图5-22计算两芯片的地址范围32存储容量的字位扩展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）进行位扩展(多片并连)以满足字长要求的“存储模块”对“存储模块”进行字扩展以满足容量要求33例5-5字位扩展用2164芯片构成128KB的内存2164:64K×1所需芯片数:16片所需地址线根数:217=12816根地址线2选1到2164的地址线上进行片内寻址:28×

28=64K1根地址线作为片选345.3只读存储器（ROM）掩模ROM一次性可写ROM可读写ROM分类EPROM（紫外线擦除）EEPROM（电擦除）355.3.1EPROM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36EPROM27648K×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：PGMP214372764的工作方式每出现一个编程负脉冲就写入一个字节数据擦除后的芯片每个单元:FFH有错则全部擦掉重写数据读出编程写入擦除标准编程方式快速编程方式385.3.2EEPROM特点：可在线编程写入掉电后内容不丢失电可擦除39典型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）40工作方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415.3.3闪速EEPROM特点：通过向内部状态寄存器写入命令的方法来控制芯片的工作方式对芯片所有的操作都要先向状态寄存器写入命令42工作方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435.4高速缓存（Cache)了解：Cache的基本概念基本工作原理命中率Cache的分级体系结构44Cache的基本概念由于CPU与主存之间在执行速度上存在较大的差异，为提高CPU的效率，并考虑到价格因素，基于程序的局部性原理，在CPU与主存之间增加的高速缓冲存储器——Cache技术455.4.1Cache的工作原理CPUCache主存DB46Cache的命中率CPU读取指令或数据时首先在Cache中找，若找到则“命中”，否则为“不命中”。Cache与内存的空间比一般为：1

128命中率影响系统的平均存取速度系统的平均存取速度=

Cache存取速度×命中率+RAM存取速度×不命中率475.4.2Cache的读写操作读操作写操作贯穿读