lijlon88第三章存储器.ppt

,主讲：姚玉峰 哈工大（威海）机器人研究所,第三章 存储器,计算机接口及信号处理,本章内容,存储器的组成与扩展,工作原理及典型芯片,存储器概述,一、存储器概述,存储器分类,存储器是计算机系统中必不可少的组成部分，用来存放计算机系统工作时所用的信息，包括程序和数据等。,一、存储器概述,按存储方式分类,（1）只读型存储器：在程序的执行过程中只能读出信息，如ROM半导体存储器芯片和普通光盘； （2）直接存储型：在正常工作条件下即可以直接对任一存储单元读出和写入信息，如磁盘和可读写光盘； （3）顺序存取型存储器：在读出和写入信息时只能按地址的先后顺序进行，其速度一般比较慢，如磁带。,一、存储器概述,按在计算机中的作用分类,一、存储器概述,存储器的层次结构,存储器分层结构图,一、存储器概述,半导体存储器的分类,一、存储器概述,半导体存储器芯片的一般结构,半导体存储器芯片一般由存储体、地址锁存器、地址译码器、数据输入/输出电路和读写控制逻辑五个部分组成。,一、存储器概述,半导体存储器的主要技术指标,存储容量：存储器可以容纳的二进制信息量 存储容量 = 2M N 地址线数目为 M，数据线N位。 存取速度：一般采用两种参数描述 (1)存取时间TA(Access Time)：指从CPU给出有效地址启动一次存储器读/写操作，到该操作完成所需的时间。读、写分别为TAR、TAW 。 (2)存取周期TMC(Memory Cycle)：指连续两次存储器读/写操作之间的最小时间间隔，略大于TA。 可靠性：用MTBF（Mean Time Between Failures）来衡量，即平均故障间隔时间来衡量， MTBF 越长，可靠性越高。,二、半导体存储器的工作原理及典型芯片,静态RAM(SRAM),静态RAM基本电路,A 触发器非端,A 触发器原端,二、半导体存储器的工作原理及典型芯片,MOS六管静态存储 单元,Vcc,二、半导体存储器的工作原理及典型芯片, 静态 RAM 基本电路的 读 操作,二、半导体存储器的工作原理及典型芯片, 静态 RAM 基本电路的 写 操作,二、半导体存储器的工作原理及典型芯片,SRAM芯片实例,常用SRAM芯片有6116（2KB8位）、6264（8KB8位）、62256（32KB8位）、628128（128KB8位）等。,11位地址线 8位数据线 3条控制引脚，即片选信号、写允许信号和输出允许信号 还有一条电源线和一条地线,二、半导体存储器的工作原理及典型芯片,动态RAM(DRAM),动态RAM基本单元电路,T,读出与原存信息相反,写入与输入信息相同,无电流,有电流,读出时数据线有电流 为“1”,写入时CS充电 为“1” 放电 为“0”,二、半导体存储器的工作原理及典型芯片,动态RAM刷新,为什么要使用刷新 破坏性读出 再生：读操作后，被读单元的内容被清为零，必须把刚读出的内容立即写回去，通常称其为再生。它影响存储器的工作频率，在再生结束前不能开始下一次读。 刷新方式 (1)集中刷新 (2)分散刷新 (3)集中与分散相结合,二、半导体存储器的工作原理及典型芯片,DRAM芯片Intel2164,行地址选通信号和列地址选通信号 8条地址线 1位数据输入线和1位数据输出线 还有1条电源线和1条地线,二、半导体存储器的工作原理及典型芯片,DRAM和SRAM的比较,二、半导体存储器的工作原理及典型芯片,ROM的存储原理,掩膜ROM(MROM),行列选择线交叉处有 MOS 管为“0”； 行列选择线交叉处无 MOS 管为“1”。,特点：一次性写入不能修改，适合于保存可以成批生产的、成熟的程序与数据，成本非常低。,二、半导体存储器的工作原理及典型芯片,PROM(一次性可编程),特点：出厂时为通用形式，用户可通过加高压、大电流的方法一次结构破坏性写入信息，写入的内容为永久的。,二、半导体存储器的工作原理及典型芯片,EPROM(可擦除可编程),EPROM的基本存储电路的关键器件是FAMOS（浮置栅雪崩注入型）场效应管,它具有存储电荷的能力，写入后的信息可通过紫外线擦除。,特点：可多次擦除和多次改写，但擦除和写入的时间一般比较长。,二、半导体存储器的工作原理及典型芯片,EEPROM(电可擦除可编程只读存储器),特点：擦除和编程均可联机进行，更加方便。 电可擦写 局部擦写 全部擦写,Flash Memory(快擦型存储器，又称闪存、电子盘),特点：擦除和写入速度更快（1M位的芯片擦、写时间小于5s）。与EEPROM不同的是只能整体擦或分区擦。 由于闪速存储器具有非电易失性，且读取速度与DRAM接近，写入速度与硬盘接近，因此目前逐渐用来替代软、硬盘，称为半导体盘，具有无机械运动，抗震性好，可靠性高等优点，发展前景看好。,二、半导体存储器的工作原理及典型芯片,三、存储器的组成与扩展,内存芯片与系统总线的连接,数据线的连接,一般而言，存储器是按字节来构成的（每个存储单元存放8位数据），每组芯片的数据线是8根，存储芯片的数据线应与系统对应的8位数据总线相连。 数据线宽度不同，所需连接的组数也不同。系统数据总线为8位，则需一组；系统数据总线为16位，则需两组；系统数据总线为32位，则需四组；系统数据总线为64位，则需八组。,三、存储器的组成与扩展,地址线的连接,根据所选用的存储器芯片地址线的多少，把系统的地址线分为片外地址和片内地址两部分。 片外地址经地址译码器译码后的输出，作为存储器芯片的片选信号，用来选中CPU所要访问的存储器芯片。 片内地址线直接与所要访问的存储器芯片的地址引脚相连，用来直接选中该芯片中的一个存储单元。,74LS138引脚图,三、存储器的组成与扩展,74LS138的真值表,三、存储器的组成与扩展,控制线的连接,CPU的存储器读/写信号与存储器芯片的控制信号线连接，才能实现对存储器的读写。 通常片选信号接地址译码器输出、写允许信号接写控制信号，输出允许信号接读控制信号。 形成存储器芯片的片选信号的方法有三种，即全译码、部分译码和线选法。,三、存储器的组成与扩展,存储芯片与CPU的配合,总线驱动能力,CPU的驱动能力有限，所以一般在较大的系统中，要在总线上加缓冲器和驱动器以增加CPU的负载能力。 对于单向传送的地址总线一般用三态锁存器（如74LS373 、8282 、8283）。 对于单向传送的数据总线一般用三态单向驱动器（如74LS244）。 对于双向传送的数据总线一般用三态双向驱动器（如74LS245）。,三、存储器的组成与扩展,时序配合,存储器的存取周期应小于CPU的总线读写周期，并留出一定余量。 在存储芯片的读写周期中，数据稳定时间也应小于CPU控制信号的有效维持时间 。,三、存储器的组成与扩展,8位存储器系统,在8位微机系统中，系统数据总线的宽度为8位，则需一组按字节组织的存储芯片。,利用系统地址总线的高位经地址译码后形成各存储芯片的片选信号，系统地址总线的低位与各存储芯片的地址引脚相连，用于对片内存储单元的寻址，各存储芯片的数据引脚直接与8位数据总线相连即可。,三、存储器的组成与扩展,三、存储器的组成与扩展,三、存储器的组成与扩展,16位存储器系统,在16位微机系统中，系统数据总线的宽度为16位，则需两组按字节组织的存储芯片。 8086系统将1M字节的内存地址空间分成两个512K存储体，一个偶地址存储体和一个奇地址存储体；这样既能够进行字节访问也能够进行字访问。 偶地址存储体与数据总线低8位D7D0相连，奇地址存储体与数据总线高8位D15D8相连，地址总线的A19A1与两个存储体的A18A0，并利用地址线A0（8086）和8086CPU的/BHE信号来选择两个存储体。,三、存储器的组成与扩展,当A0=0、/BHE=1时，访问偶地址存储体；当A0=1、/BHE=0时，访问奇地址存储体；当A0=0、/BHE=0时，偶地址存储体和奇地址存储体同时被访问。,三、存储器的组成与扩展,三、存储器的组成与扩展,三、存储器的组成与扩展,32位和64位存储器系统,在32位微机系统中，系统数据总线的宽度为32位，则需四组按字节组织