第6章 微机存储器

1、第五章第五章 微机的存储器微机的存储器 存储器是微机的重要组成部分之一，存储器是微机的重要组成部分之一， 它的种类很多，各种存储器存储信息的媒它的种类很多，各种存储器存储信息的媒 体、存储原理和方法也各不相同。体、存储原理和方法也各不相同。 本章主要以各种微机中广泛应用的半本章主要以各种微机中广泛应用的半 导体存储器为对象，在研究存储器及其基导体存储器为对象，在研究存储器及其基 本电路、基础知识的基础上，本电路、基础知识的基础上，着重研究存着重研究存 储器的扩充问题。储器的扩充问题。 内容提要内容提要 5.4 存储器的扩充存储器的扩充 5.3只读存储器只读存储器ROM 5.2随机存取存储器随机

2、存取存储器RAM 5.1存储器的分类与组成存储器的分类与组成 5.1存储器的分类与组成存储器的分类与组成 v按与按与CPU的连接方式不同，可分为内存和外存。的连接方式不同，可分为内存和外存。 通过通过CPU的的外部总线直接与外部总线直接与CPU相连相连的存储器称为的存储器称为 内存储器（简称内存或主存）。内存储器（简称内存或主存）。 CPU要通过要通过I/O接口电路接口电路才能访问的存储器称为外才能访问的存储器称为外 存储器（简称外存或二级存储器）。存储器（简称外存或二级存储器）。 CPU与存储器的连接结构示意图与存储器的连接结构示意图 一、半导体存储器的分类一、半导体存储器的分类 说明：说明

3、：RAM (Random Access memory) RAM按工艺又可分为双极型按工艺又可分为双极型RAM和和MOS RAM两类，两类， 而而MOS RAM又可分为静态又可分为静态(Static)SRAM和动态和动态 (Dynamic)DRAM两种。两种。 双极型双极型RAM的特点是存取速度快，但集成度低，功耗大，主的特点是存取速度快，但集成度低，功耗大，主 要用于速度要求高的位片式微机中；要用于速度要求高的位片式微机中； 静态静态MOS RAM的集成度高于双极型的集成度高于双极型RAM,功耗低于双极型功耗低于双极型 RAM； 动态动态RAM比静态比静态RAM具有更高的集成度具有更高的集成度

4、,但是它靠电路中栅极但是它靠电路中栅极 电容来储存信息，由于电容器上的电荷会泄漏，因此，它电容来储存信息，由于电容器上的电荷会泄漏，因此，它需需 要定时进行刷新。要定时进行刷新。 二、半导体存储器的组成二、半导体存储器的组成 （一）（一） 存储体存储体 u 存储体是存储存储体是存储1或或0信息的电路实体，它由许多存储信息的电路实体，它由许多存储 单元组成，每个存储单元赋予一个编号，称为地址单元单元组成，每个存储单元赋予一个编号，称为地址单元 号。而每个存储单元由若干相同的位组成，号。而每个存储单元由若干相同的位组成，每个位需要每个位需要 一个存储元件一个存储元件。 u 存储器的地址用一组二进制

5、数表示，其地址线的位存储器的地址用一组二进制数表示，其地址线的位 数数n与存储单元的数量与存储单元的数量N之间的关系为：之间的关系为： 2n =N （二）地址译码电路（二）地址译码电路 v地址译码方式有两种：地址译码方式有两种： v 1.单译码方式单译码方式 它的全部地址只用一个电路译码，译码输出的字选择线它的全部地址只用一个电路译码，译码输出的字选择线 直接选中对应地址码的存储单元。直接选中对应地址码的存储单元。 v2.双译码方式双译码方式 它将地址码分为它将地址码分为X和和Y两部分，用两个译码电路分别译码。两部分，用两个译码电路分别译码。 向译码又称行译码，其输出线称行选择线，它选中向译码

6、又称行译码，其输出线称行选择线，它选中 存储矩阵中一行的所有存储单元。存储矩阵中一行的所有存储单元。 向译码又称列译码，其输出线称列选择线，它选中向译码又称列译码，其输出线称列选择线，它选中 一列的所有单元。一列的所有单元。 只有只有X向和向和Y向的选择线同时选中的那一位存储单元向的选择线同时选中的那一位存储单元, 才能进行读或写操作。才能进行读或写操作。 （三）读（三）读/写电路与控制电路写电路与控制电路 v 读读/写电路包括读写电路包括读/写放大器、数据缓冲器（三态写放大器、数据缓冲器（三态 双向缓冲器）等。它是数据信息输入和输出的通双向缓冲器）等。它是数据信息输入和输出的通 道。道。 v

7、 外界对存储器的控制信号有读信号（外界对存储器的控制信号有读信号（ ）、）、 写信号（写信号（ ）和片选信号（）和片选信号（ ）等，通过）等，通过 控制电路，控制存储器的读或写操作以及片选。控制电路，控制存储器的读或写操作以及片选。 只有片选信号处于有效状态，存储器才能与外界只有片选信号处于有效状态，存储器才能与外界 交换信息交换信息。 RD WRCS 5.2 随机存取存储器（随机存取存储器（RAM） v一、静态随机存取存储器一、静态随机存取存储器(SRAM) v（一）基本存储电路（一）基本存储电路 由个管组成的触发器由个管组成的触发器.如图：如图： （二）静态（二）静态RAM的组成的组成 （

8、三）静态（三）静态RAM的读的读/写过程写过程 v 1.读出过程读出过程 （1）地址码加到）地址码加到RAM芯片的地址输入端，经芯片的地址输入端，经X与与Y地址译码地址译码 器译码，产生行选与列选信号，选中某一存储单元，该单元中存储的代码，器译码，产生行选与列选信号，选中某一存储单元，该单元中存储的代码， 经一定时间，出现在经一定时间，出现在IO电路的输出端。电路对读出的信号进行放电路的输出端。电路对读出的信号进行放 大、整形，送至输出缓冲寄存器。缓冲寄存器一般具有三态控制功能，没大、整形，送至输出缓冲寄存器。缓冲寄存器一般具有三态控制功能，没 有开门信号，所存数据还不能送到有开门信号，所存数

9、据还不能送到DB上。上。 （2）在送上地址码的同时，还要送上读）在送上地址码的同时，还要送上读/写控制信号（写控制信号（R/W或或RD、WR） 和片选信号（和片选信号（CS）。读出时，使）。读出时，使R/W，CS，这时，输出缓冲寄，这时，输出缓冲寄 存器的三态门将被打开，所存信息送至存器的三态门将被打开，所存信息送至DB上。于是，存储单元中的信息上。于是，存储单元中的信息 被读出。被读出。 v 2.写入过程写入过程 （）地址码加在（）地址码加在RAM芯片的地址输入端，选中相应的存储单元，使其芯片的地址输入端，选中相应的存储单元，使其 可以进行写操作。可以进行写操作。 （）将要写入的数据放在（）

10、将要写入的数据放在DB上。上。 （）加上片选信号（）加上片选信号CS及写入信号及写入信号R/W。这两个有效控制信号。这两个有效控制信号 打开三态门使打开三态门使DB上的数据进入输入电路，送到存储单元的位线上，从而上的数据进入输入电路，送到存储单元的位线上，从而 写入该存储单元。写入该存储单元。 （四）静态（四）静态RAM芯片举例芯片举例 v静态静态RAM芯片有芯片有6116、6264、62128、62256等。等。 v 例如：下图是几种常用的数据存储器的引脚图，以例如：下图是几种常用的数据存储器的引脚图，以 62256为例介绍，其中：为例介绍，其中： A0A14：地址输入线；：地址输入线； D

11、0D7：数据线；：数据线； ：选片信号输入线，低电平有效；：选片信号输入线，低电平有效； ：读选通信号输入线，低电平有效；：读选通信号输入线，低电平有效； ：写选通信号输入线，低电平有效；：写选通信号输入线，低电平有效； CE2：6264芯片的高有效选通端；芯片的高有效选通端； VCC：工作电源，一般接：工作电源，一般接+5V； GND：工作地。：工作地。 CE OE WE 常用常用RAM引脚图引脚图 二、动态随机存储器二、动态随机存储器 v 动态动态RAM芯片是以芯片是以MOS管栅极管栅极电容是电容是 否充有电荷来存储信息的否充有电荷来存储信息的，其基本单元电，其基本单元电 路一般由四管、三

12、管和单管组成，以三管路一般由四管、三管和单管组成，以三管 和单管较为常用。由于它所需要的管子较和单管较为常用。由于它所需要的管子较 少，故可以扩大每片存储器芯片的容量，少，故可以扩大每片存储器芯片的容量， 并且其功耗较低，所以在微机系统中，大并且其功耗较低，所以在微机系统中，大 多数采用动态多数采用动态RAM芯片。芯片。 (一）动态基本存储电路一）动态基本存储电路 三三 管管 动动 态态 基基 本本 存存 储储 电电 路路 2 单单 管管 动动 态态 基基 本本 存存 储储 电电 路路 小结小结 SRAMDRAM 存取信息存取信息触发器触发器电容电容 集成度集成度低低高高 发热量发热量大大小小

13、 存储成本存储成本高高低低 综上所述，综上所述， 动态基本存储电路所需管子的数目比静态的要动态基本存储电路所需管子的数目比静态的要 少，提高了集成度，降低了成本，存取速度快。但由于要刷新，少，提高了集成度，降低了成本，存取速度快。但由于要刷新， 需要增加刷新电路，外围控制电路比较复杂。静态尽管集需要增加刷新电路，外围控制电路比较复杂。静态尽管集 成度低些，但静态基本存储电路工作较稳定，也不需要刷新，所成度低些，但静态基本存储电路工作较稳定，也不需要刷新，所 以外围控制电路比较简单。究竟选用哪种，要综合比较各以外围控制电路比较简单。究竟选用哪种，要综合比较各 方面的因素决定。方面的因素决定。 .

14、3 只读存储器（）只读存储器（） 一、只读存储器存储信息的原理和组成一、只读存储器存储信息的原理和组成 的存储元件如的存储元件如 图：它可以看作是一图：它可以看作是一 个单向导通的开关电个单向导通的开关电 路。当字线上加有选路。当字线上加有选 中信号时，如果中信号时，如果电子电子 开关开关是断开的，位是断开的，位 线上将输出信息；线上将输出信息； 如果是接通的，则如果是接通的，则 位线经接地，位线经接地， 将输出信息将输出信息0。 ROM基本组成基本组成 二、只读存储器的分类、只读存储器的分类 v（一）不可编程（一）不可编程掩模式掩模式ROM 固定存储器。由器件制造厂家根据用户事先编好的机器码

15、程固定存储器。由器件制造厂家根据用户事先编好的机器码程 序，把序，把0、1信息存储在掩模图形中而制成的信息存储在掩模图形中而制成的ROM芯片。专业用芯片。专业用 途，只适用于途，只适用于大批量生产大批量生产，不适用于科学研究。，不适用于科学研究。 v（二）可编程存储器（二）可编程存储器PROM(Programmable ROM） ROM元件原理图中元件原理图中电子开关电子开关S改为一段熔丝改为一段熔丝。制造时，每一。制造时，每一 单元都由熔丝接通，则存储的都是信息。如果用户在使用前根单元都由熔丝接通，则存储的都是信息。如果用户在使用前根 据程序的需要，利用编程写入器对选中的基本存储电路通以据程

16、序的需要，利用编程写入器对选中的基本存储电路通以 mAmA的电流，的电流，将熔丝烧断将熔丝烧断，则该单元将存储信息。，则该单元将存储信息。 这样，便完成了程序修改。由于熔丝烧断后，无法再接通，所以，这样，便完成了程序修改。由于熔丝烧断后，无法再接通，所以， PROM只能一次编程只能一次编程.编程后，不能再修改。编程后，不能再修改。 v （三）可擦除、可再编程的只读存储器（三）可擦除、可再编程的只读存储器EPROM （Erasable PROM） 特点：芯片的上方有一个特点：芯片的上方有一个石英玻璃的窗口石英玻璃的窗口，通过紫外线照射，芯，通过紫外线照射，芯 片电路中的浮空晶栅上的电荷会形成光电

17、流泄漏走，使电路恢复片电路中的浮空晶栅上的电荷会形成光电流泄漏走，使电路恢复 起始状态，从而将写入的信号擦去起始状态，从而将写入的信号擦去. 出厂时处于未编程状态出厂时处于未编程状态 使用使用紫外线擦除紫外线擦除已写入信息已写入信息 一次性全部擦除，速度较慢一次性全部擦除，速度较慢 典型有典型有 2716 2716 、27322732、27642764、 2712827128、27256 27256 等等EPROMEPROM芯片芯片 v（四）（四）电电可可擦除擦除可编程序的可编程序的ROM( Electronic Erasable Programmable ROM ，EEPROM ) 擦除可以

18、按字节分别进行擦除可以按字节分别进行 电擦除、字节的编程和擦除都只需要电擦除、字节的编程和擦除都只需要10ms，可在线编程，可在线编程 典型有：典型有：2816、2864等等 v(五五)闪速存储器（闪速存储器（Flash Memory） 借用了借用了EPROM结构简单，又吸收了结构简单，又吸收了EEPROM电擦除电擦除 的特点；不但具备的特点；不但具备RAM的高速性，而且还兼有的高速性，而且还兼有ROM的非的非 性。同时它还具有可以整块芯片电擦除、耗电低、集性。同时它还具有可以整块芯片电擦除、耗电低、集 成度高、体积小、可靠性高、无需后备电池支持、可重新成度高、体积小、可靠性高、无需后备电池支

19、持、可重新 改写、重复使用性好（至少可反复使用改写、重复使用性好（至少可反复使用10万次以上）等优万次以上）等优 点。平均写入速度低于点。平均写入速度低于0.1秒。使用它不仅能有效解决外秒。使用它不仅能有效解决外 部存储器和内存之间速度上存在的瓶颈问题，而且能保证部存储器和内存之间速度上存在的瓶颈问题，而且能保证 有极高的读出速度。有极高的读出速度。Flash Memory芯片抗干扰能力很强。芯片抗干扰能力很强。 5.4 存储器容量的扩充技术存储器容量的扩充技术 v问题：问题： 如何用容量较小、字长较短的芯片，如何用容量较小、字长较短的芯片， 组成微机系统所需的存储器？组成微机系统所需的存储器？ 解决办法：解决办法： 位扩充位扩充 当实际存储芯片每个单元的位数和系统需要当实际存储芯片每个单元的位数和系统需要 内存单元字长不等时采用的方法。内存单元字长不等时采用的方法。 字扩充字扩充 当存储芯片上每个存储单元的字长已满足要当存储芯片上每个存储单元的字长已满足要 求，但存储单元的个数不够，需要增加的是