存储器系统课件

存储器系统5.1存储器概述存储器是用来保存计算机工作所必需的程序和数据，并用来存放在运行过程中的有用信息。1.存储器的分类内存：也称主存，通过系统总线与CPU联接，存放正在执行的程序和数据；特点：快，容量小，随机存取，CPU可直接访问，通常由半导体存储器构成外存：需通过专门的接口电路和主机联接，存放暂不执行的程序或不被处理的数据。特点：慢，容量大，顺序存取/块存取。需调入内存后

CPU才能访问，通常由磁、光存储器构成，也可以由半导体存储器构成半导体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半导体器件组成。如触发器、MOS管的栅极电容等。能存放一位二进制数的器件称为一个存储元。若干存储元构成一个存储单元。半导体存储器（Memory）RAMROM

SRAM

DRAM掩膜ROM

RAM具有易失性，可读，可写，常用于存放数据、中间结果等

ROM在程序执行时只能读不能写。常用于存放固定的程序或数据。掩膜ROM不可改写。可编程PROM、EPROM、E2PROM及FLASH在一定条件下可改写。内存：根据数据的存取方式可分为随机读写存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。可编程ROM（PROM）紫外线可擦除的PROM（EPROM）电可擦除的PROM（EEPROM）快擦写存储器（FlashMemory）存储容量：存储单元个数M×每单元位数N存取时间：从启动读(写)操作到操作完成的时间存取周期：两次独立的存储器操作所需间隔的最小时间平均故障间隔时间MTBF（可靠性）功耗：要求功耗低2.存储器的性能指标5.2随机读写存储器要求掌握：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存储器扩展技术5.2.1静态随机存储器SRAM特点：用双稳态触发器存储信息外围电路比较简单，但集成度低，功耗大存取速度高，SRAM被广泛地用作高速缓冲存储器Cache不需刷新，非破坏性读出

一、基本存储电路

（1）6个MOS管组成双稳态电路，T1截止，T2导通为0，T1导通，T2截止为1（2）T1T2工作管，T3T4负载管，T5T6T7T8控制管（T7T8共用）（3）写入：X和Y线有效，使T5T6T7T8导通，写控制有效，使单元数据线与外部数据线连通，靠T1T2的截止和导通记录信息（4）读出：X和Y线有效，使T5T6T7T8导通，读控制有效，使单元数据线与外部数据线连通，从T2端读出信息二、典型SRAM芯片SRAM6116容量：2K×8地址线：A0～A10，数据线：D0～D7输出允许信号：OE，写允许信号：WE片选信号：CE24个引脚，双列直插式A0～A10D0～D7VCCGNDWEOECE2.SRAM6264容量：8K×8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，CS228个引脚，双列直插式三、SRAM芯片与CPU的连接

存储器与CPU的连接包括三部分内容：

与地址总线的连接与数据总线的连接与相应控制总线的连接

关键在于片选信号的连接，而片选信号由译码电路产生译码电路：将输入的一组高位地址信号通过变换，产生一个有效的控制信号，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。片选信号有三种设计方法：线性片选法全地址译码部分地址译码1、全地址译码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，使得每个存储单元地址唯一。存储器芯片译码电路低位地址高位地址全部地址片选信号D0~D7A0A12•••WEOECS1CS2•••A0A12MEMWMEMRD0~D71A15A14A13A18A17A16+5V6264A191&全地址译码例（逻辑门电路）6264芯片的地址范围：3E000H~3FFFFH001111100……00~001111111……11注：MEMW=IO/M+WRMEMR=IO/M+RD全地址译码例（译码器）D0~D7A0A12WEOECS1CS2•••A0A12MEMWMEMRD0~D7G1G2BG2ACBA&&A15A14A13A17A18A16+5VY76264≥1A19地址范围：001111100……00~001111111……112、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，使得被选中的存储器芯片占有几组不同的地址范围。同一物理存储器占用两组地址：A18不参与译码

101100000……00~101100011……11

B0000H~B1FFFHA19A17A16A15A14A13&≥16264CS1

111100000……00~111100011……11

F0000H~F1FFFHD0~D7A0A12WEOECS1CS2•••A0A12MEMWMEMRD0~D7G1G2AG2BCBA&&A19A14A13A17A16A15+5VY0例：将SRAM6264芯片与系统连接，使其地址范围为：38000H~39FFFH和78000H~79FFFH。6264

001110000……00~001110011……11

011110000……00~011110011……11A18不参与译码5.2.2动态随机存储器DRAM特点：DRAM是靠MOS管的栅极电容来存储信息由于电容上的电荷会逐渐泄漏，需要定时充电以维持存储内容不丢失（称为刷新），所以动态RAM需要设置刷新电路，相应外围电路就较为复杂刷新定时间隔一般为几微秒～几毫秒DRAM的地址线分时作行地址和列地址使用，集成度高，功耗低DRAM内部结构的特点：具有行地址锁存器和列地址锁存器一、单管动态基本存储电路（由一个MOS管和一个电容组成）

①

写入：字选线有效，T1导通，信息写入存储电容C。

②

读出：字选线有效，T1导通，C上的数据送上数据线电容C通常小于数据线上的分布电容CD，每个数据读出后，C上的电荷经CD释放，信息被破坏。所以需要刷新——周期性不断充电。字选线“1”数据线D”1”CDCT1SDG二、典型DRAM芯片2164容量：64K×1，行列地址分时传送，共用一组地址线RAS：行地址选通信号，用于锁存行地址，对应低8位地址CAS：列地址选通信号，对应高8位地址。

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有效期间被锁存在地址锁存器中。2164在系统中的连接

LS158是2选1的选择器，S=0选A，S=1选BADDSEL=0与RAS=0同时有效

ADDSEL=1与CAS=0同时有效5.2.3存储器扩展技术位扩展——扩展每个存储单元的位数字扩展——扩展存储单元的个数字位扩展——二者的综合当单片存储器芯片的容量不能满足系统容量要求时，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。1、位扩展存储器的存储容量等于：

单元数×每单元的位数当构成内存的存储器芯片的位数小于内存单元的位数时，就要进行位扩展将每片的地址线、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，位数增加用4K×4的SRAM芯片进行扩展，构成容量为4KB的存储器用2164芯片构成64KB存储器。2164:64K×1，需8片构成64K×82、字扩展地址空间的扩展。芯片每个单元中的位数满足，但存储单元个数不满足。扩展原则：每个芯片的地址线、数据线、控制线并联，仅片选线分别引出，以实现每个芯片占据不同的地址范围。用SRAM芯片6116构成一个容量4KVB的存储器，要求其地址范围：78000H～78FFFH之间≥101111000

000000000000～01111000

01111111111101111000

100000000000～01111000

11111111111178000H

～787FFH78800H

～78FFFH例：例：用8KB的6264扩展成32KB的存储区,需要的8KB芯片数为：

32K/8K=4（片）3、字位扩展根据内存容量及芯片容量确定所需存储芯片数；进行位扩展以满足位数要求；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）用256×4位的芯片组成1KB的存储器扩成256×8——2片再扩成1KB——2×4=8片存储器与8088系统总线的连接的要点是：存储器的地址范围根据要求的地址范围可确定用哪几根地址线进行片选，哪几根地址线做片内寻址以及如何进行片选译码。译码电路的构成（译码器的连接方法）系统地址空间一般比存储芯片的容量大（即总线中的地址线数多于存储芯片的地址线数），物理内存实际只占用系统地址空间的一小块区域。把物理内存分配到系统地址空间的哪一块区域，取决于如何进行地址译码。8088系统中存储器连接涉及到的总线信号包括：地址线A19-A0数据线D7-D0存储器读信号MEMR存储器写信号MEMW需要考虑的存储芯片引脚地址线An-1-A0：接地址总线的An-1-A0数据线D7-D0：接数据总线的D7-D0片选信号CS(CE)(可能有多根)：接地址译码器的片选输出输出允许OE(有时也称为读出允许)：接MEMR写入允许WE：接MEMW5.3只读存储器（ROM）掩模ROM一次性可写ROM分类EPROM（紫外线擦除）EEPROM（电擦除）掩膜ROM芯片所存储的信息由芯片制造厂家完成，用户不能修改。

一、掩膜ROM（ReadOnlyMemory）二、EPROM（紫外线可擦除）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。典型芯片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：PGM2764的工作方式数据读出编程写入擦除标准编程方式快速编程方式工作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三、E2PROM(电可擦除)特点：1.在线改写，在单一5V电源下即可完成。2.擦除与写入同步。3.引脚与2764完全兼容，编程与工作电压均为5V。98C64AA12～A0D7～D0典型E2PROM芯片98C64A（8KB）可通过编写程序实现对芯片的写入，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5.4高速缓存（Cache)CPU工作速度与内存工作速度不匹配解决：CPU插入等待周期——降低了运行速度；采用高速