第5章_存储器系统

1 第5章存储器系统 2020 4 7 2 存储器分类 按体系结构的观点 分为 内存和外存内存 存放当前运行所需要的程序和数据 以便向CPU快速提供信息 存取速度快 但容量较小 且价格较高外存 用来存放当前暂时不参与运行的程序 数据和文件 以及一些永久性保存的程序 数据和文件 存储容量大 价格低 但存取速度较慢 2020 4 7 3 5 1概述 主要内容 半导体存储器的分类及特点两类半导体存储器的主要区别 2020 4 7 4 1 半导体存储器 半导体存储器由能够表示二进制数 0 和 1 的 具有记忆功能的半导体器件组成 能存放一位二进制数的半导体器件称为一个存储元 若干存储元构成一个存储单元 2020 4 7 5 2 内存储器的分类 内存储器 随机存取存储器 RAM 只读存储器 ROM 2020 4 7 6 随机存取存储器 RAM RAM 双极型半导体RAM静态读写存储器 SRAM MOSRAM动态读写存储器 DRAM 2020 4 7 7 只读存储器 ROM ROM 掩模ROM可编程ROMEPROM可读写ROMEEPROM 2020 4 7 8 3 主要技术指标 存储容量存储单元个数 每单元的二进制数位数存取时间实现一次读 写所需要的时间存取周期连续启动两次独立的存储器操作所需间隔的最小时间可靠性功耗 2020 4 7 9 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 存储单元个数211 每单元的二进制数位数8若要组成64K字节的存储器 以下芯片各需几片 1 6116 2K 8 2 4416 16K 4 1 64K 8 2K 8 32片2 64K 8 16K 4 8片 2020 4 7 10 5 2随机存取存储器RAM 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 2020 4 7 11 一 静态存储器SRAM 2020 4 7 12 1 SRAM的特点 存储器中的信息既能随时读出 也能随时写入 RAM中信息在关机后即消失分为DRAM和SRAM两种SRAM 静态RAM 利用半导体触发器的两个稳定状态表示 1 和 0 电源不关掉 SRAM的信息不会消失 不需要刷新电路 DRAM 动态RAM 利用电容保存信息 每个存储单元所需MOS管较少 集成度高 功耗小 信息因电容漏电而逐渐消失 需要刷新 2020 4 7 13 2 典型SRAM芯片 主要引脚功能工作时序与系统的连接使用 2020 4 7 14 典型SRAM芯片 SRAM6264 容量 8KX8b双列直插式芯片 28个引脚 其中一个空引脚 2020 4 7 15 SRAM6264控制信号 2020 4 7 16 3 SRAM接口设计 存储器与CPU的接口应该包括三部分内容 与地址总线的接口与数据总线的接口与相应控制线的接口存储器接口设计关键在于片选信号的连接片选有两种设计方法全地址译码部分地址译码 2020 4 7 17 存储器地址 片选地址 片内地址 高位地址 低位地址 内存地址 2020 4 7 18 6264芯片的编址 片首地址 A19 A12 A0 A19 A12 A0 0000000000000 XXXXXXX XXXXXXX 1111111111111 片尾地址 2020 4 7 19 6264芯片全地址译码例 片首地址 A19 A12 A0 A19 A12 A0 0000000000000 1111000 1111000 1111111111111 片尾地址 该6264芯片的地址范围 F0000H F1FFFH 2020 4 7 20 全地址译码例 若已知某SRAM6264芯片在内存中的地址为 3E000H 3FFFFH试画出将该芯片连接到系统的译码电路 2020 4 7 21 全地址译码例 设计步骤 写出地址范围的二进制表示 确定各高位地址状态 设计译码器 片首地址 A19 A12 A0 A19 A12 A0 0000000000000 0011111 0011111 1111111111111 片尾地址 2020 4 7 22 全地址译码例 A19 A18 A17 A16 A15 A14 A13 1 CS1 高位地址 0011111 SRAM6264 CS2 5V 0 0 1 1 1 1 1 0 2020 4 7 23 使用译码器对高位地址进行译码 全部地址线参加单元地址编码通常使用的译码器有 74LS138 9 2 译码器全地址译码 2020 4 7 24 3 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5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 2020 4 7 25 部分地址译码例 两组地址 F0000H F1FFFHB0000H B1FFFH A19 A17 A16 A15 A14 A13 1 6264CS1 1 1 1 0 0 0 高位地址 1 11000 1011000 1111000 2020 4 7 26 例5 1 用存储器芯片SRAM6116 2K 8b 构成一个4KB的存储器 要求其地址范围在78000H 78FFFH之间 2020 4 7 27 2020 4 7 28 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 2020 4 7 29 存储器芯片与系统连接例 由题知地址范围 00111000 000111001 1 高位地址 A19 A12 A0 2020 4 7 30 应用举例 D0 D7 A0 A12 WE OE CS1 CS2 A0 A12 MEMW MEMR D0 D7 A19 G1 G2A G2B C B A A18 A14 A13 A17 A16 A15 VCC Y0 2020 4 7 31 二 动态随机存储器DRAM 2020 4 7 32 1 DRAM的特点 存储器单元线路简单 以MOS管极间寄生电容来存储信息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 动态RAM集成度高 引脚数目受到小型化封装的限制内部具有行地址锁存器和列地址锁存器 2020 4 7 33 2 典型DRAM芯片2164A 2164A 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 2020 4 7 34 主要引线 行地址选通信号 用于锁存行地址 兼作片选信号 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 0WE 1 WE 写允许信号 RAS CAS 数据写入 数据读出 2020 4 7 35 3 2164在系统中的连接 与系统连接图 2020 4 7 36 三 存储器扩展技术 2020 4 7 37 1 存储器扩展 用多片存储芯片构成一个需要的内存空间 存储器芯片的存储容量等于 单元数 每单元的位数 存储单元个数 字长 扩展单元 扩展字长 2020 4 7 38 2 存储器扩展方法 位扩展字扩展字位扩展 扩展字长 扩展单元数 既扩展字长也扩展单元数 2020 4 7 39 位扩展 构成内存的存储器芯片的字长小于内存单元的字长时 需进行位扩展 位扩展 每单元字长的扩展 方法 把每个存储芯片的地址线和控制线 包括片选信号线和读写信号线等 全部并联在一起 把数据线分别引出至数据总线的不同位上 2020 4 7 40 例1 用4K 4位的SRAM芯片进行位扩展 以构成容量为4KB的存储器 41 例2 用8片2164A芯片构成64KB存储器 2020 4 7 42 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 2020 4 7 43 字扩展 地址空间的扩展芯片每个单元中的字长满足 但单元数不满足 扩展原则 每个芯片的地址线 数据线 控制线并联 片选端分别引出 以使每个芯片有不同的地址范围 2020 4 7 44 A0 A10 DB AB D0 D7 A0 A10 R W CS 2K 8 D0 D7 A0 A10 2K 8 D0 D7 D0 D7 A0 A10 CS 译码器 Y0 Y1 高位地址 R W 字扩展示意图 2020 4 7 45 字扩展例 用两片64K 8位的SRAM芯片构成容量为128KB的存储器两芯片的地址范围分别为 20000H 2FFFFH30000H 3FFFFH 2020 4 7 46 字扩展例 G1 G2A G2B C B A Y2 Y3 MEMR MEMW A19 A18 A17 A16 74LS138 高位地址 芯片1 0010