第四章 存储器系统1

存储器系统,重点存储器的分类，存储器系统结构，动、静态读写存储器RAM的基本存储单元与芯片,只读存储器ROM及其基本存储单元与芯片,一、存储器分类1、按存取速度和在计算机系统中的地位分类主存储器（简称主存）和辅助存储器（简称辅存）2、按存储介质和作用机理分类存储器可分为磁存储器、光学存储器、半导体存储器。3、按存取方式分类分为可读写存储器RAM和只读存储器ROM,细分,二、存储器的系统结构,1、基本存储单元一个基本存储单元存放一位二进制信息，其内部具有两个稳定且相互对立的状态，能在外面对其状态进行识别和改变。基本存储单元的类型不同，决定了由其所组成的存储器件的类型不同。2、存储体把MN个基本存储单元按一定的规则排列起来，构成的阵列称为存储体或存储矩阵。,3、地址译码器存储器系统由存储单元构成，每个存储单元存放8位二进制信息，每个存储单元一个地址号。地址译码器就是把CPU送来的地址信号进行译码，选中相应的存储单元，对该单元进行读写操作。地址译码分单译码和双译码。(1)单译码单译码又称字结构，适用于小容量存储器。(2)双译码双译码将地址译码器分成行译码器(又叫X译码器)和列译码器(又叫Y译码器)。X译码器输出行地址选择信号，Y译码器输出列地址选择信号。行列选择线交叉处即为所选中的内存单元，这种方式的特点是译码输出线较少。,4、片选与读写控制电路片选信号用于选中芯片，由地址信号和相关控制信号形成；读/写控制电路用来控制对芯片的读/写操作。5、I/O电路控制信息的读出与写入，具有对信号驱动及放大功能。6、三态输出缓冲器用于与总线的连接和断开。7、其它外围电路动态RAM中的预充电及刷新操作控制电路。,三、读写存储器RAM,（一）静态RAM1、基本存储单元静态RAM的基本存储单元是由两个增强型的NMOS反相器交叉耦合而成的触发器，每个基本的存储单元由六个MOS管构成，所以，静态存储电路又称为六管静态存储电路。,2、静态RAM存储器芯片Intel2114Intel2114是1K4的静态RAM存储器芯片，最基本的存储单元是六管存储电路,其它的典型芯片有Ietel6116/6264/62256等。,(1)芯片的内部结构,SRAM芯片2114,存储容量为1024418个引脚：10根地址线A9A04根数据线I/O4I/O1片选CS*读写WE*,（二）、动态RAM1、动态RAM基本存储单元动态RAM的基本存储单元由一个MOS管T1和电容c构成。当电容C上充有电荷时，表示该存储单元保存信息“1”。反之，表示该单元保存信息“0”。电容上的充电与放电是两个对立的状态，因此，可以作为一种基本的存储单元。,写操作：字选择线为高电平，T1管导通写信号通过位线D存入电容C中；读操作：字选择线为高电平，存储在电容C上的电荷，通过T1输出到数据线上，经过读放大器读出所保存的信息。刷新：动态RAM存储单元实质上是靠T1管栅极电容的充放电原理保存信息。经过一段时间，电容上的电荷就会泄漏掉，造成信息丢失。必须及时向保存“1”的那些存储单元补充电荷，以保持信息不变。这个过程，称为动态存储器的刷新操作。,2、动态RAM存储器芯片Intel2164A（64K1),Intel2164A的外部结构,存储容量为64K116个引脚：8根地址线A7A01根数据输入线DIN1根数据输出线DOUT行地址选通RAS*列地址选通CAS*读写控制WE*,Intel2164A的工作方式与时序读操作时序,写操作时序,读-修改-写操作,刷新操作,习题与思考：1、存储器的哪一部分用来存储程序指令及常数表等固定不变的信息？哪一部分用来存储经常改变的数据？2、PROM和EPROM分别代表什么意思？3、比较静态RAM和动态RAM的优缺点。,四、只读存储器ROM,（一）掩模ROM,00,44位的MOSROM存储阵列，采用单译码方式。有两位地址输入，经译码后，输出四条字选择线，每条字选线选中一个字，此时位线的输出即为这个字的一位。有管子连接位线和字线（如位线1和位线4），则相应的MOS管就导通，这些位线的输出就是低电平，表示逻辑“0”；没有管子与其相连的位线（如位线2和位线3），则输出就是高电平，表示逻辑“1”。,（二）可编程的ROM,二极管型PROM为例说明其存储原理。出厂时，存储体中每条字线和位线的交叉处有两个反向串联的PN结，字线与位线之间不导通，表示该存储器中所有的存储内容均为“1”。写入程序时，通过PROM写入电路，产生足够大的电流把要写入“0”的存储位上的二极管击穿，使PN结短路。读出的操作同掩模ROM。熔丝式PROM，编程时，写入电路产生脉冲电流，烧断指定的熔丝，以写入“1”。写入过程称为固化程序。,（三）可擦除可编程的ROM1、基本存储电路可擦除可编程的ROM又称为EPROM,EPROM电路在N型的基片上扩展了两个高浓度的P型区，分别引出源极（S）和漏极(D)，在源极与漏极之间有一个浮空的多晶硅栅极，被绝缘物SiO2包围，制作完成时，浮空栅极上没有电荷，管子内没有导电沟道，D、S之间不导电，表示该存储单元保存的信息为“1”。编程时在D、S之间加上十25v的电压，同时加上编程脉冲信号(宽度约为50ms)，所选中的单元在这个电压的作用下，D、S之间被瞬时击穿，使电子通过绝缘层注入浮空栅。外电源去除后，因浮空栅被绝缘层包围，注入的电子无泄漏通道，在D、S间形成了导电沟道，使相应单元导通，此时将“0”写入该单元。,清除存储单元中所保存的信息：必须用一定波长的紫外光照射浮空栅，使负电荷获取足够的能量，以光电流的形式释放掉，使存储的信息被擦除。EROM存储器芯片上方有一个石英玻璃窗口，紫外线通过这个窗口照射内部电路擦除信息，一般擦除信息需用紫外线照射l520分钟。,2、EPROM芯片Intel2716,(1)芯片的内部结构,存储阵列由2K8个带有浮空栅的MOS管构成；X译码器：行译码器，可对7位行地址进行译码；Y译码器：列译码器，可对4位列地址进行译码；输出允许、片选和编程逻辑：实现片选及控制读/写操作；数据输出缓冲器：实现对输出数据的缓冲。,(2)芯片的外部结构：,Al0A0：地址信号输入引脚；O7O0：双向数据信号输入输出引脚；CE*：片选信号输入引脚，低电平有效，只有当该引脚转入低电平时，才能对相应的芯片进行操作；OE*：数据输出允许控制信号引脚，输入，低电平有效，用以允许数据输出,(3)Intel2716的工作方式与操作时序,读方式,读操作时，片选信号应为低电平，输出允许控制信号也为低电平；读周期由地址有效开始，经时间tACC后，所选中单元的内容就可由存储阵列中读出，能否送至芯片外部的数据总线上，取决于片选信号和输出允许信号。CE*有效经过tcs时间、OE*有效经过时间Toe，芯片的输出三态门才能完全打开，数据才能送到数据总线上。,（四