第7章微型计算机存储器

1、第第7 7章章 微型计算存储器微型计算存储器 7.1 7.1 概述概述7.2 7.2 随机存取存储器随机存取存储器RAMRAM7.3 7.3 只读存储器只读存储器ROMROM7.4 7.4 微机内存区域划分微机内存区域划分7.5 7.5 存储器芯片与存储器芯片与CPUCPU的连接的连接7.1 7.1 概述概述一、定义一、定义 是计算机的重要组成部分，是是计算机的重要组成部分，是CUPCUP重要的系统资源之一重要的系统资源之一。 CPUCPU与存储器的关系如下图所示。与存储器的关系如下图所示。 存储器是计算机系统的记忆设备。存储器由一些能存储器是计算机系统的记忆设备。存储器由一些能够表示二进制够

2、表示二进制“0”0”和和“1”1”的状态的物理器件组成，这的状态的物理器件组成，这些具有记忆功能的物理器件构成了一个个些具有记忆功能的物理器件构成了一个个记忆单元记忆单元，每，每个记忆单元可以保存一位二进制信息。个记忆单元可以保存一位二进制信息。8 8个记忆单元构成个记忆单元构成一个一个存储单元存储单元，可存放，可存放8 8位二进制信息即一个位二进制信息即一个字节字节（ByteByte）。许多存储单元组织在一起就构成了存储器。）。许多存储单元组织在一起就构成了存储器。DSESSSCSIPPSW标志标志寄存器寄存器执行部件控制电路执行部件控制电路指令译码器指令译码器4321数据暂存器数据暂存器A

3、XBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器组寄存器组指指令令队队列列地址总线地址总线AB数据总线数据总线DB总线总线接口接口控制控制电路电路控制总线控制总线CB运运算算器器地地址址加加法法器器地地址址译译码码器器、指令指令1指令指令2指令指令3指令指令4、数据数据1数据数据29AH、指令指令MOV AL, BXMOV AL, BX包含一个从存储器读操作包含一个从存储器读操作存储器存储器CPUCPU7.1.1 7.1.1 存储器的分类存储器的分类按构成存储器的器件和存储介质分类：按构成存储器的器件和存储介质分类：磁芯存储器、半导体存储器、光电存储器、磁膜、磁泡和其它磁表

4、面存储器以磁芯存储器、半导体存储器、光电存储器、磁膜、磁泡和其它磁表面存储器以及光盘存储器等。及光盘存储器等。半导体存储器的特点半导体存储器的特点 速度快，存取时间可到速度快，存取时间可到nsns级；级； 集成度高，不仅存储单元所占的空间小，而且译码电路和缓冲寄存集成度高，不仅存储单元所占的空间小，而且译码电路和缓冲寄存器、读出写入电路等都制作在同一芯片中。目前已达到单片器、读出写入电路等都制作在同一芯片中。目前已达到单片1024Mb1024Mb（相（相当于当于128M128M字节）。字节）。 非破坏性读出非破坏性读出，即信息读出后存储单元中的信息还在，特别是静态，即信息读出后存储单元中的信息

5、还在，特别是静态RAMRAM，读出后不需要再生。，读出后不需要再生。 信息的信息的易失性易失性（对（对RAMRAM），即断电后信息丢失。），即断电后信息丢失。 信息的信息的挥发性挥发性（对（对DRAMDRAM），即存储的信息过一定时间要丢失，所以），即存储的信息过一定时间要丢失，所以要周期地再生（刷新）。要周期地再生（刷新）。 功耗低，特别是功耗低，特别是CMOSCMOS存储器。存储器。 体积小，价格在不断地下降。体积小，价格在不断地下降。按在微机系统中的位置分类：按在微机系统中的位置分类：主存储器（内存，主存储器（内存，Main MemoryMain Memory） 辅助存储器（外存，辅助存

6、储器（外存，External MemoryExternal Memory） 用来存放计算机正在执行的或经常使用的程序和数据。用来存放计算机正在执行的或经常使用的程序和数据。CPUCPU可以直接可以直接对它进行访问。一般是由对它进行访问。一般是由半导体存储器半导体存储器构成，通常装在主板上。存取构成，通常装在主板上。存取速度快，但容量有限，其大小受地址总线位数的限制。速度快，但容量有限，其大小受地址总线位数的限制。缓冲存储器（缓存，缓冲存储器（缓存，Cache MemoryCache Memory） 用来存放不经常使用的程序和数据，用来存放不经常使用的程序和数据， CPUCPU不能直接访问它。属

7、计算机不能直接访问它。属计算机的外部设备的外部设备, ,是为弥补内存容量的不足而配置的，容量大，成本低，是为弥补内存容量的不足而配置的，容量大，成本低，所存储信息既可以修改也可以长期保存，但存取速度慢。需要配置专所存储信息既可以修改也可以长期保存，但存取速度慢。需要配置专门的驱动设备才能完成对它的访问，如硬盘、软盘驱动器等。门的驱动设备才能完成对它的访问，如硬盘、软盘驱动器等。位于主存与位于主存与CPUCPU之间，其存取速度非常快，但存储容量更小，可用来之间，其存取速度非常快，但存储容量更小，可用来解决存取速度与存储容量之间的矛盾，提高整个系统的运行速度。解决存取速度与存储容量之间的矛盾，提高

8、整个系统的运行速度。 按制造工艺按制造工艺不同不同半导体存储器分类：半导体存储器分类：随机存取存储器随机存取存储器RAMRAM(Random Access Memory) (Random Access Memory) 只读存储器只读存储器ROM ROM (Read-Only Memory) (Read-Only Memory) 又称读写存储器，指能够通过指令随机地、个别地对其中各个单元进行读又称读写存储器，指能够通过指令随机地、个别地对其中各个单元进行读/ /写操作写操作的一类存储器。的一类存储器。 在微机系统的在线运行过程中，只能对其进行读操作，而不能进行写操作的在微机系统的在线运行过程中，

9、只能对其进行读操作，而不能进行写操作的一类存储器。一类存储器。 静态静态RAMRAM动态动态RAMRAM掩膜掩膜ROMROM（MROMMROM）可编程可编程ROMROM（PROMPROM）可擦除编程可擦除编程ROMROM（EPROMEPROM）电擦除可编程电擦除可编程ROMROM（EEPROMEEPROM）闪速存储器闪速存储器按工艺不同按工艺不同双极型双极型MOSMOS型型按信息存放按信息存放方式不同方式不同7.1.2 7.1.2 半导体存储器的结构半导体存储器的结构 半导体存储器一般由以下部分组成：半导体存储器一般由以下部分组成： 地址译码电路、存储体、三态数据缓冲器、控制逻辑地址译码电路、

10、存储体、三态数据缓冲器、控制逻辑 存储体：存储体：矩阵形式保存数据。矩阵形式保存数据。地址译码电路：地址译码电路：接受接受CPUCPU送来的地址信号并对它进行译码，送来的地址信号并对它进行译码，选择与此地址码相对应的存储单元，以便对该单元进行读选择与此地址码相对应的存储单元，以便对该单元进行读写操作。写操作。（1 1）单译码）单译码适用于小容量存储器适用于小容量存储器 单译码方式只用一个译码电路对所有地址信息进行译码，单译码方式只用一个译码电路对所有地址信息进行译码，译码输出的选择线直接选中对应的存储单元。译码输出的选择线直接选中对应的存储单元。如图所示如图所示（2 2）双译码）双译码分为行译

11、码与列译码分为行译码与列译码 双译码方式把双译码方式把n n根地址线分成两部分，分别进行译码，根地址线分成两部分，分别进行译码，产生一组行选择线产生一组行选择线X X和一组列选择线和一组列选择线Y Y，每一根，每一根X X线选中存储线选中存储矩阵中位于同一行的所有单元，每一根矩阵中位于同一行的所有单元，每一根Y Y线选中存储矩阵中线选中存储矩阵中位于同一列的所有单元，当某一单元的位于同一列的所有单元，当某一单元的X X线和线和Y Y线同时有效时，线同时有效时，相应的存储单元被选中。相应的存储单元被选中。 如图所示如图所示单译码方式单译码方式双译码方式双译码方式 三态数据缓冲器三态数据缓冲器：是

12、数据输入是数据输入/ /输出的通道，数据传输的输出的通道，数据传输的方向取决于控制逻辑对三态门的控制。方向取决于控制逻辑对三态门的控制。读写读写控制控制电电路：路：接收接收CPUCPU发来的相关控制信号，以控制数发来的相关控制信号，以控制数据的输入据的输入/ /输出。输出。CPUCPU发往存储芯片的控制信号主要有读信发往存储芯片的控制信号主要有读信号、写信号和片选信号等。值得注意的是，不同性质的半号、写信号和片选信号等。值得注意的是，不同性质的半导体存储芯片其外围电路部分也各有不同，如在动态导体存储芯片其外围电路部分也各有不同，如在动态RAMRAM中中还要有预充、刷新等方面的控制电路，而对于还

13、要有预充、刷新等方面的控制电路，而对于ROMROM芯片，在芯片，在正常工作状态下只有输出控制逻辑等。正常工作状态下只有输出控制逻辑等。7.1.3 7.1.3 半导体存储器的主要性能指标半导体存储器的主要性能指标 存储器性能指标主要有三项：存储器性能指标主要有三项：存储容量、存取速度、带宽存储容量、存取速度、带宽存储容量：存储容量：反映存储器可存储信息量的指标。以反映存储器可存储信息量的指标。以单元个数单元个数数数 据位数据位数表示表示 如如: :某存储器存储容量为某存储器存储容量为64K64K8 8位，即位，即64K64K字节。字节。 设微机的地址线和数据线位数分别是设微机的地址线和数据线位数

14、分别是p p和和q q，则该存储器芯，则该存储器芯片的地址单元总数为片的地址单元总数为2 2p p，该存储器芯片的位容量为，该存储器芯片的位容量为2 2p p q q。 例如：例如：存储器芯片存储器芯片61166116，地址线有，地址线有1111根，数据线有根，数据线有8 8根则该根则该芯片的位容量是位容量芯片的位容量是位容量=2=211 11 8 = 2048 8 = 2048 8 = 163848 = 16384位位存储容量常用单位存储容量常用单位: :B B、KBKB、MBMB、GBGB、TBTB1KB=1024B 1MB=1024K 1GB=1024MB 1TB=1024GB1KB=1

15、024B 1MB=1024K 1GB=1024MB 1TB=1024GB存取速度存取速度：完成一次访问（读：完成一次访问（读/ /写）存储器的时间。写）存储器的时间。 带宽带宽：每秒传输数据的总量：每秒传输数据的总量, ,通常以通常以B/SB/S表示表示. . 带宽带宽= =存储器总线频率存储器总线频率数据数据宽度宽度/8/8 例如：一存储器的总线频率为例如：一存储器的总线频率为100MHZ100MHZ，存储宽度为，存储宽度为6464位，则位，则 带宽带宽= =10010064/864/8=800MB/S=800MB/S存取时间：存取时间：表示启动一次存储操作到完成该操作所经历时间；表示启动一

16、次存储操作到完成该操作所经历时间；一般为几一般为几nsns到几百到几百nsns 存取时间越短，则存取速度越快。存取时间越短，则存取速度越快。存储器的存取时间主要与其存储器的存取时间主要与其制造工艺制造工艺有关，有关，双极型半导体存双极型半导体存储器储器的存取速度高于的存取速度高于MOSMOS型型的存取速度的存取速度 7.1.4 7.1.4 存储器的分级结构存储器的分级结构微机存储系统的层次结构微机存储系统的层次结构静态随机存取存储器静态随机存取存储器SRAMSRAM动态随机存取存储器动态随机存取存储器DRAMDRAM7.2 7.2 随机存取存储器随机存取存储器RAMRAMRAM(Random

17、Access Memory)RAM(Random Access Memory)意指随机存取存储器。意指随机存取存储器。 其工作特点是：在微机系统的工作过程中，可以其工作特点是：在微机系统的工作过程中，可以随机随机地对地对其中的各个存储单元进行其中的各个存储单元进行读写操作读写操作。存取速度快、功耗较大、。存取速度快、功耗较大、容量较小。它一般适用于构成高速缓冲存储器（容量较小。它一般适用于构成高速缓冲存储器（CacheCache）. . SRAM SRAM其存储电路是以双稳态触发器为基础，只要不掉电，其存储电路是以双稳态触发器为基础，只要不掉电，信息永不会丢失，不需要刷新电路。信息永不会丢失，

18、不需要刷新电路。7.2.1 7.2.1 静态随机存取存储器静态随机存取存储器SRAMSRAM 基本存储单元基本存储单元基本工作原理基本工作原理VCC(+5V)T3T2T1T4VCCT3T1T4T2X地址译码线ABD0D0T5T6T7T8(I/O)I/O接Y地址译码器AB(b) (b) 六管基本存储电路六管基本存储电路(a) (a) 六管静态存储单元六管静态存储单元的原理示意图的原理示意图T T1 1截止截止AA“1”T1”T2 2导通导通 BB“0”T0”T1 1截止（稳定）截止（稳定）T T1 1导通导通AA“0”T0”T2 2截止截止 BB“1”T1”T1 1导通（稳定）导通（稳定）读出操

19、作读出操作写入操作写入操作X X译码与译码与Y Y译码信号消失后，译码信号消失后，T T5 5T T8 8都截止。由于存储单元都截止。由于存储单元有电源及负载管，可以不断地有电源及负载管，可以不断地向栅极补充电荷，依靠两个反向栅极补充电荷，依靠两个反相器的交叉控制，只要不掉电，相器的交叉控制，只要不掉电，就能保持写入的信息就能保持写入的信息“1”1”，而不用刷新。而不用刷新。 X X译码高电平译码高电平TT5 5、T T6 6导通导通Y Y译码高电平译码高电平TT7 7、T T8 8导通导通 这种存储电路的读出过这种存储电路的读出过程程是非破坏性是非破坏性的，即信息在的，即信息在读出之后，原存

20、储电路的状读出之后，原存储电路的状态不变。态不变。 典型静态典型静态RAMRAM存储器芯片存储器芯片6116 6116 外部结构外部结构 A0-A10 A0-A10：1111根地址信号输入引脚。根地址信号输入引脚。 ： 写控制信号输入引脚，当为低电平写控制信号输入引脚，当为低电平时，使输入三态门导通，信息由数据总线通时，使输入三态门导通，信息由数据总线通过输入数据控制电路写入被选中的存储单元；过输入数据控制电路写入被选中的存储单元；OE:OE:读控制信号输入引脚，当为低电平时，读控制信号输入引脚，当为低电平时，使输入三态门导通，从所选中的存储单元读使输入三态门导通，从所选中的存储单元读出信息送

21、到数据总线。出信息送到数据总线。 D0-D7 D0-D7 ：8 8根数据输入输出信号引脚根数据输入输出信号引脚 ： 低电平有效，通常接地址译码器的低电平有效，通常接地址译码器的输出端。输出端。 VCC VCC： 电源。电源。 GND GND：地。：地。WECS常用的静态存储器常用的静态存储器SRAMSRAM有：有：61166116（2K2K8 8）、）、62646264（8K8K8 8）、）、6225662256（32K32K8 8）6251262512（64K64K8 8）以及更大容量的）以及更大容量的1281288 8位（位（1M1M）的）的HM628128HM628128等。等。Inte

22、l 6116Intel 6116工作方式与控制信号之间的关系工作方式与控制信号之间的关系A10A0D7D0工作状态1高阻态低功耗维持001稳定输出读00稳定输入写CSWEOE7.2.2 7.2.2 动态随机存取存储器动态随机存取存储器DRAMDRAM一、一、DRAMDRAM基本存储电路基本存储电路 单管动态存储电路单管动态存储电路 基本工作原理：基本工作原理：依靠依靠T T管栅极管栅极电容的充放电原理来保存信息电容的充放电原理来保存信息. . 当栅极电容上充有电荷时，当栅极电容上充有电荷时，表示该单元保存信息表示该单元保存信息“1”1”。当。当栅极电容上没有电荷时，表示该栅极电容上没有电荷时，

23、表示该单元保存信息单元保存信息“0”0”。 由于电容上的电荷会逐渐泄由于电容上的电荷会逐渐泄漏漏 ，因此对，因此对DRAMDRAM必须定时进行必须定时进行刷新刷新，使泄漏的电荷得到补充。，使泄漏的电荷得到补充。常用常用DRAMDRAM的基本存储电路有的基本存储电路有4 4管管型和单管型型和单管型两种两种 。 写入操作写入操作 行选择线为高电平，行选择线为高电平，T T管导通，管导通，写信号通过位线存入电容写信号通过位线存入电容C C中；中； 读操作读操作 行选择线仍为高电平，存储在行选择线仍为高电平，存储在电容电容C C上的电荷，通过上的电荷，通过T T输出到数输出到数据线上，通过读出放大器，

24、即可据线上，通过读出放大器，即可得到所保存的信息。得到所保存的信息。刷新操作刷新操作 在动态在动态RAMRAM的使用过程中，必须及时地向保存的使用过程中，必须及时地向保存“1”1”的那的那些存储单元补充电荷，以维持信息的存在。些存储单元补充电荷，以维持信息的存在。 刷新时间间隔一般要求在刷新时间间隔一般要求在1 1100 ms100 ms。工作温度为。工作温度为7070时，典型的刷新时间间隔为时，典型的刷新时间间隔为2 ms2 ms，也就是，也就是2 ms2 ms内必须对存储内必须对存储的信息刷新一遍。的信息刷新一遍。 四管动态四管动态RAMRAM存储电路存储电路 二、典型动态二、典型动态RA

25、MRAM存储器芯片存储器芯片2164 2164 内部结构图内部结构图集成随机存取存储器（集成随机存取存储器（IRAMIRAM） IRAMIRAM是一种新型的动态存储器，它克服了是一种新型的动态存储器，它克服了DRAMDRAM需要外需要外加刷新电路的缺点，将刷新电路集成到加刷新电路的缺点，将刷新电路集成到RAMRAM的芯片内部，兼的芯片内部，兼具两种具两种RAMRAM的优点。目前主要有的优点。目前主要有Intel2186/2187Intel2186/2187（8K8K8 8位）位） 视频随机存取存储器（视频随机存取存储器（VRAMVRAM） 专为视频图像处理设计，专为视频图像处理设计，VRAMV

26、RAM采用双端口设计，允许采用双端口设计，允许同时从处理器向视频存储器和随机存取内存数字模拟转同时从处理器向视频存储器和随机存取内存数字模拟转换器换器 传输数据传输数据 。高速高速RAMRAM 通过增加少量的额外逻辑电路，提高单位时间内的数据流通过增加少量的额外逻辑电路，提高单位时间内的数据流量，即所谓的增加带宽。量，即所谓的增加带宽。例如：例如：EDO DRAM SDRAM RDRAMEDO DRAM SDRAM RDRAM DDR DRAM DDR2 DRAM DDR DRAM DDR2 DRAM DDR3 DRAMDDR3 DRAM掩模式掩模式ROMMROMROMMROM（Mask RO

27、MMask ROM）可编程可编程ROMROMPROMPROM（Programmable ROMProgrammable ROM）可擦除可编程可擦除可编程ROMEPROMROMEPROM（Erasable Programmable ROMErasable Programmable ROM）电可擦除可编程电可擦除可编程ROMEEPROMROMEEPROM（Electrically Erasable Programmable ROMElectrically Erasable Programmable ROM）快擦型存储器快擦型存储器(F1ash Memory) (F1ash Memory) 7.3

28、7.3 只读存储器只读存储器ROMROMROM (Read Only Memory)ROM (Read Only Memory) 意指只读存储器。意指只读存储器。 其工作特点是：在微机系统的在线运行过程中，只能对其其工作特点是：在微机系统的在线运行过程中，只能对其进行读操作，而不能进行写操作；电源关断，信息不会丢失，进行读操作，而不能进行写操作；电源关断，信息不会丢失，属于属于非易失性存储器件非易失性存储器件；常用来存放不需要改变的信息。；常用来存放不需要改变的信息。ROMROM存储信息的原理和组成存储信息的原理和组成 ROMROM存储位存储位T1和电子开关和电子开关S构成一个存储位。构成一个

29、存储位。X X选择线端加上选中信号选择线端加上选中信号S S断开断开DD“1”1”X X选择线端加上选中信号选择线端加上选中信号S S闭合闭合DD“0”0” ROMROM的组成的组成16161 1位位ROMROM结构结构信息信息“1”1”信息信息“0”0”7.3.1 7.3.1 掩模式掩模式ROMMROMROMMROM MROMMROM是厂家根据用户事先编写好的机器码程序，把是厂家根据用户事先编写好的机器码程序，把0 0、1 1信息存储在掩模图形中而制成的芯片。信息存储在掩模图形中而制成的芯片。芯片制成后，芯片制成后，存储位的状态即存储位的状态即0 0、1 1信息就被固定了信息就被固定了。7.

30、3.2 7.3.2 可编程可编程ROMPROMROMPROM PROMPROM一种可由用户通过简易设备写入信息的一种可由用户通过简易设备写入信息的ROMROM器件器件 。PROMPROM的类型的类型： （1 1）熔丝式）熔丝式PROMPROM（2 2）二极管破坏型）二极管破坏型PROMPROM 熔丝式熔丝式PROMPROM的基本存储单元的基本存储单元是一只是一只晶体管晶体管或或MOSMOS管管。 用户编程时，靠专用写入电用户编程时，靠专用写入电路产生脉冲电流，来路产生脉冲电流，来烧断指定的烧断指定的熔丝熔丝，以达到写入，以达到写入“0”0”的目的。的目的。熔丝式熔丝式PROMPROM的基本存储

31、单元的基本存储单元 （2 2）二极管破坏型）二极管破坏型PROMPROM PROM PROM存储器在出厂时，存储体中每条字线和位线的交叉存储器在出厂时，存储体中每条字线和位线的交叉处都是两个反向串联的二极管的处都是两个反向串联的二极管的PNPN结，字线与位线之间不结，字线与位线之间不导通（即所有存储内容均为导通（即所有存储内容均为“1”1”）。如果用户需要写入程）。如果用户需要写入程序，则通过专门的序，则通过专门的PROMPROM写入电路，产生足够大的电流把要写入电路，产生足够大的电流把要写入写入“0”0”的那个存储位上的的那个存储位上的二极管击穿二极管击穿，造成这个，造成这个PNPN结短结短

32、路，只剩下顺向的二极管跨连字线和位线，这时，此位就路，只剩下顺向的二极管跨连字线和位线，这时，此位就意味着写入了意味着写入了“0”0”。出厂时出厂时PROMPROM中的信息全部为中的信息全部为1 1。PROMPROM器件只能固化一次程序，数据写入后，就不能再器件只能固化一次程序，数据写入后，就不能再改变了！改变了！一次性！一次性！7.3.3 7.3.3 可擦除可编程可擦除可编程ROMEPROMROMEPROM 基本存储单元基本存储单元初始态：初始态：每个单元的浮动栅每个单元的浮动栅极上都没有电荷，源极与漏极极上都没有电荷，源极与漏极之间不导电，此时表示该存储之间不导电，此时表示该存储单元保存的

33、信息为单元保存的信息为“1 1”。 写入信息写入信息“0”0”：在漏极和在漏极和源极（即源极（即S S）之间加上十）之间加上十25v25v的的电压，同时加上编程脉冲信号电压，同时加上编程脉冲信号(50ns)(50ns)，漏极与源极间被瞬时，漏极与源极间被瞬时击穿，电子注入到浮动栅。在击穿，电子注入到浮动栅。在高压电源去除之后，浮动栅为高压电源去除之后，浮动栅为负，就形成了导电沟道，从而负，就形成了导电沟道，从而使相应单元导通，即将使相应单元导通，即将0 0写入写入该单元。该单元。清除信息：清除信息：用一定波长的用一定波长的紫外光紫外光照射照射浮动栅，使负电荷获取足够的浮动栅，使负电荷获取足够的

34、能量，摆脱能量，摆脱SiO2SiO2的包围，以光电流的包围，以光电流的形式释放掉，即原来存储的信息的形式释放掉，即原来存储的信息也就不存在了。也就不存在了。 对于抗干扰要求较高的场合，普遍采用对于抗干扰要求较高的场合，普遍采用EPROMEPROM作为存储信作为存储信息的存储器器件。息的存储器器件。EPROMEPROM以以27XXX27XXX命名，其中命名，其中XXXXXX表示容量，以表示容量，以K K为单位。为单位。主要型号主要型号有：有：27162716（16K=2K16K=2K* *8 8位）位） 27322732、27642764、2712827128、2725627256、275122

35、7512 27010 27010（128K128K* *8 8位位=1M=1M） 2708027080（1024K1024K* *8 8位位=8M=8M）7.3.4 7.3.4 电子可擦除可编程电子可擦除可编程ROMEROME2 2PROMPROM工作原理：工作原理： 与与EPROMEPROM类似，当浮动栅上类似，当浮动栅上没有电荷时，管子的漏极和源极之没有电荷时，管子的漏极和源极之间不导电，若设法使浮动栅带上电间不导电，若设法使浮动栅带上电荷，则管子就导通。荷，则管子就导通。 擦除可以按字节分别进行；擦除可以按字节分别进行；可以进行在线的编程写入（字节的可以进行在线的编程写入（字节的编程和擦

36、除都只需要编程和擦除都只需要10ms10ms，并且不，并且不需特殊装置）需特殊装置）E E2 2PROMPROM结构示意图结构示意图编程：编程： 在在E2PROME2PROM中，漏极上面增加了中，漏极上面增加了一个隧道二极管，它在第二栅与漏一个隧道二极管，它在第二栅与漏极之间的电压极之间的电压VGVG的作用下，可使电的作用下，可使电荷通过它流向浮动栅；荷通过它流向浮动栅； 擦除：擦除： VGVG的极性相反可以使电荷从的极性相反可以使电荷从浮动栅流向漏极。浮动栅流向漏极。EEPROMEEPROM的特点：的特点：1 1、采用、采用+5V+5V电擦写，是在写入过程中自动进行的。电擦写，是在写入过程中

37、自动进行的。2 2、对硬件电路要求简单，无需专用电路，只要按一定的时、对硬件电路要求简单，无需专用电路，只要按一定的时序要求，即可进行在线编程。序要求，即可进行在线编程。3 3、EEPROMEEPROM除了有并行的总线传输的芯片外，还有串行传送除了有并行的总线传输的芯片外，还有串行传送的芯片。的芯片。 并行结构的并行结构的EEPROMEEPROM以以28XXX28XXX命名，其中命名，其中XXXXXX表示容量，以表示容量，以K K为单位。为单位。 主要型号主要型号有：有：2851228512 28010 28010（128K128K* *8 8位位=1M=1M） 2804028040（512K

38、512K* *8 8位位=4M=4M）7.3.5 7.3.5 闪速存储器闪速存储器(F1ash Memory) (F1ash Memory) Flash MemoryFlash Memory快擦型存储器快擦型存储器： 是不用电池供电的、高速耐用的非易失性半导体存储器。结构与是不用电池供电的、高速耐用的非易失性半导体存储器。结构与EPROM EPROM 相同。相同。其特点是：其特点是：可以整体电擦除（时间可以整体电擦除（时间1S1S）和按字节重新高速编程。）和按字节重新高速编程。是完全非易失性的，可以完全代替是完全非易失性的，可以完全代替EERPOMEERPOM。能进行高速编程。能进行高速编程。

39、如如: 28F256: 28F256芯片，每个字节编程需芯片，每个字节编程需100s100s， 整个芯片整个芯片0.5s0.5s； 最少可以擦写一万次，通常可达到最少可以擦写一万次，通常可达到1010万次；万次；CMOS CMOS 低功耗，最大工作电流低功耗，最大工作电流30mA30mA。与与EEPROMEEPROM进行比较具有容量大、价格低、可靠性高等明显优势。进行比较具有容量大、价格低、可靠性高等明显优势。快擦型存储器还可应用于激光打印机、条形码阅读器、各种仪器快擦型存储器还可应用于激光打印机、条形码阅读器、各种仪器设备以及计算机的外部设备中。设备以及计算机的外部设备中。典型的芯片有典型的

40、芯片有27F256/28F016/28F02027F256/28F016/28F020等。等。 掩膜掩膜ROMROM内容只能读出，不能改变内容只能读出，不能改变. .半导体厂家用掩膜技术写入程序半导体厂家用掩膜技术写入程序成本低，成本低，适用于批量生产适用于批量生产不适用研究工作不适用研究工作 PROM PROM可编程可编程ROMROM内容只能读出，不能改变内容只能读出，不能改变. .用户使用特殊方法进行编程，只用户使用特殊方法进行编程，只能写一次，一次编程不能修改。能写一次，一次编程不能修改。适用于批量生产适用于批量生产不适用研究工作不适用研究工作EPROMEPROM光可擦除光可擦除PROM

41、PROM固化程序用紫外线光照固化程序用紫外线光照5 51515分钟擦除，分钟擦除，擦除后可以重新固化新的程擦除后可以重新固化新的程序和数据。序和数据。用户可以对芯片进行多次编程用户可以对芯片进行多次编程和擦除。和擦除。适用于研究工作适用于研究工作不适用于批量生不适用于批量生产。产。E E2 2PROMPROM电可擦除电可擦除PROMPROM实现全片和字节擦写改写，实现全片和字节擦写改写，作为非易失性作为非易失性RAMRAM使用。使用。集成度和速度不及集成度和速度不及EPROMEPROM，价格高，价格高，擦写在原系统中在线进行。擦写在原系统中在线进行。Flash MemoryFlash Memo

42、ry快速电擦写存储器快速电擦写存储器可以整体电擦除（时间可以整体电擦除（时间1S1S）和按字节重新高速编程。和按字节重新高速编程。CMOS CMOS 低功耗；低功耗；编程快编程快（每个字节编程（每个字节编程100s100s 整个芯片整个芯片0. 5s0. 5s）；）；擦写次数多擦写次数多（通常可达到（通常可达到1010万）万）与与E E2 2PROMPROM比较：容量大、价格比较：容量大、价格低、可靠性高等优势。低、可靠性高等优势。用于用于PCPC机内装操作机内装操作系统和系统不能丢系统和系统不能丢失初始功能的专门失初始功能的专门领域。需要周期性领域。需要周期性地修改被存储的数地修改被存储的数

43、据表的场合。据表的场合。分类分类信息存取方式信息存取方式特点特点用途用途只读存储器只读存储器ROMROM分类分类7.4 7.4 微机内存区域划分微机内存区域划分 微型计算机内存从微型计算机内存从0 0开始编址，它与开始编址，它与I/OI/O分别独立编址，分别独立编址，末地址与处理器寻址能力有关。微型计算机内存的整个物理末地址与处理器寻址能力有关。微型计算机内存的整个物理地址空间划分若干区域：地址空间划分若干区域：常规内存、保留内存和扩展内存常规内存、保留内存和扩展内存等。等。 7.5 7.5 存储器与存储器与CPUCPU的连接的连接7.5.1 7.5.1 存储器与存储器与CPUCPU连接时应注

44、意的问题连接时应注意的问题 7.5.2 7.5.2 存储器地址译码方法存储器地址译码方法 7.5.3 7.5.3 存储芯片的扩展存储芯片的扩展 如何用容量较小、字长较短的芯片组成微机系统所如何用容量较小、字长较短的芯片组成微机系统所需容量和字长的存储器？需容量和字长的存储器？7.5.1 7.5.1 存储器与存储器与CPUCPU连接时应注意的问题连接时应注意的问题 CPUCPU对存储器进行读写操作过程：对存储器进行读写操作过程：首先要由地址总线给出地址首先要由地址总线给出地址信号，选择要进行读信号，选择要进行读/ /写操作的存储单元，然后通过控制总线写操作的存储单元，然后通过控制总线发出相应的读

45、发出相应的读/ /写控制信号，最后才能在数据总线上进行数据写控制信号，最后才能在数据总线上进行数据交换。交换。存储器芯片与存储器芯片与CPUCPU之间的连接，实质上就是其与系统总线的之间的连接，实质上就是其与系统总线的连接连接。包括：。包括： 地址线的连接；地址线的连接； 数据线的连接；数据线的连接； 控制线的连接。控制线的连接。在连接中要考虑以下问题：在连接中要考虑以下问题： 一、存储器与一、存储器与CPUCPU之间的时序配合之间的时序配合 CPUCPU对存储器进行读操作时，对存储器进行读操作时，CPUCPU发出地址和读命令后，存发出地址和读命令后，存储器必须在规定时间内给出有效数据。而当储

46、器必须在规定时间内给出有效数据。而当CPUCPU对存储器进行写对存储器进行写操作时，存储器必须在写脉冲规定的时间内将数据写入指定存操作时，存储器必须在写脉冲规定的时间内将数据写入指定存储单元储单元 二、二、CPUCPU总线负载能力总线负载能力 地址线、控制线是单向的，故采用单向驱动器地址线、控制线是单向的，故采用单向驱动器 数据线是双向传送的，故采用双向驱动器数据线是双向传送的，故采用双向驱动器 三、存储器芯片的选用三、存储器芯片的选用 应根据存储器的存放对象、总体性能、芯片的类型和特征应根据存储器的存放对象、总体性能、芯片的类型和特征等方面综合考虑。等方面综合考虑。 1 1、对芯片类型的选用

47、、对芯片类型的选用 2 2、对芯片型号的选用、对芯片型号的选用 如何用如何用CPUCPU的存储器读写信号同存储器芯片的控制信号线的存储器读写信号同存储器芯片的控制信号线连接，以实现对存储器的读写操作。连接，以实现对存储器的读写操作。 简单系统：简单系统：CPUCPU读写信号与存储器芯片的读写信号直接相连。读写信号与存储器芯片的读写信号直接相连。复杂系统：复杂系统：CPUCPU读写信号和其它信号组合后与存储器芯片的读读写信号和其它信号组合后与存储器芯片的读写信号直接相连。写信号直接相连。 CPUCPU读信号最终和存储器的读信号相连，读信号最终和存储器的读信号相连，CPUCPU写信号最终和存写信号

48、最终和存储器的写信号相连。储器的写信号相连。四、存储器与控制总线的连接（片选、读、写）四、存储器与控制总线的连接（片选、读、写） 若一个芯片内的存储单元是若一个芯片内的存储单元是8 8位，则它自身就作为一组，位，则它自身就作为一组，其引脚其引脚D D0 0D D7 7可以和系统数据总线可以和系统数据总线D D0 0D D7 7或或D D8 8D D1515直接相连。直接相连。若一组芯片若一组芯片(4(4个或个或8 8个个) )才能组成才能组成8 8位存储单元的结构，则组位存储单元的结构，则组内不同芯片应与不同的数据总线相连。内不同芯片应与不同的数据总线相连。 61168086D7D0I/O8I

49、/O12164(0)8086D7D0DIN(DOUT)2164(6)DIN(DOUT)2164(7)DIN(DOUT)D6五、存储器与数据总线的连接五、存储器与数据总线的连接 数据线是数据线是CPUCPU与存储器交换信息的通路，连接要考虑与存储器交换信息的通路，连接要考虑驱动驱动问题及字长问题及字长。 将用以将用以“字选字选”的低位地址总线直接与存贮芯片的地址的低位地址总线直接与存贮芯片的地址引脚相连，将用以引脚相连，将用以“片选片选”的高位地址总线送入译码器。的高位地址总线送入译码器。 可以根据所选用的半导体存储器芯片地址线的多少，把可以根据所选用的半导体存储器芯片地址线的多少，把CPUCP

50、U的地址的地址线分为芯片外线分为芯片外( (指存储器芯片指存储器芯片) )地址和芯片内的地址，地址和芯片内的地址，片外地址经地址译片外地址经地址译码器译码后输出码器译码后输出。作为存储器芯片的片选信号，用来选中。作为存储器芯片的片选信号，用来选中CPUCPU所要访问的所要访问的存储器芯片。存储器芯片。片内地址线直接接到所要访问的存储器芯片的地址引脚片内地址线直接接到所要访问的存储器芯片的地址引脚，用来直接选中该芯片中的一个存储单元。对用来直接选中该芯片中的一个存储单元。对4K4K8b8b的的27322732而言，片外地而言，片外地址线为址线为A A1919A A1212，片内地址线为，片内地址

51、线为A A1111A A0 0；对；对2K2K8b8b的的61166116而言，片外地址而言，片外地址线为线为A A1919A A1111，片内地址线为，片内地址线为A A1010A A0 0。27328086译码器A19A12A11A0A11A061168086译码器A19A11A10A0A10A0六、存储器与地址总线的连接六、存储器与地址总线的连接 4 4读写线读写线OEOE、 WE(R/W) WE(R/W) 连接读写控制线连接读写控制线 RDRD、WRWR。存储器与微型机三总线的连接：存储器与微型机三总线的连接： DBDB0 0n n ADAD0 0N ND D0 0n nA A0 0N

52、 N ADADN+1N+1CSCSR/ WR/ WR/ WR/ W微型机微型机存储器存储器1 1数据线数据线D D0 0n n连接数据总线连接数据总线DBDB0 0n n 2 2地址线地址线A A0 0N N连接地址总线低位连接地址总线低位ADAD0 0N N。3.3.片选线片选线CSCS* *连接地址总线高位连接地址总线高位ABABN+1N+1。7.5.2 7.5.2 存储器地址译码方法存储器地址译码方法 在微型计算机系统中，每当访问外部存储器或在微型计算机系统中，每当访问外部存储器或I/OI/O时就进入时就进入总线周期，这需要指示具体要访问的单元或端口即地址，系统是总线周期，这需要指示具体

53、要访问的单元或端口即地址，系统是通过地址总线来寻找存储器的，因此需要地址译码，通过译码逻通过地址总线来寻找存储器的，因此需要地址译码，通过译码逻辑输出有效的片选信号以选中某存储器单元或端口。辑输出有效的片选信号以选中某存储器单元或端口。 存储器扩展就是用多个存储器芯片构成一定容量的存储器模存储器扩展就是用多个存储器芯片构成一定容量的存储器模块，需要地址线的参与，这就涉及块，需要地址线的参与，这就涉及地址译码及译码方式地址译码及译码方式问题。问题。 所谓地址译码就是将某个特定地址编码输入翻译成唯一有效所谓地址译码就是将某个特定地址编码输入翻译成唯一有效输出的过程。而译码的结果就是输出有效的逻辑，

54、输出的逻辑通输出的过程。而译码的结果就是输出有效的逻辑，输出的逻辑通常接存储器的片选信号。常接存储器的片选信号。 常用的片选控制译码方法常用的片选控制译码方法有线选法、译码法（部分译码法、有线选法、译码法（部分译码法、全译码全译码法）等。法）等。（1）8KBCS（2）8KBCS（3）8KBCS（3）8KBCS1111A13A14A16A15A0A12线选结构示意图线选结构示意图线选法线选法 当存储器容量不大，所使用的存储芯片数量不多，而当存储器容量不大，所使用的存储芯片数量不多，而CPUCPU寻寻址空间远远大于存储器容量时，可用高位地址线直接作为存储址空间远远大于存储器容量时，可用高位地址线直

55、接作为存储芯片的片选信号，芯片的片选信号，每一根地址线选通一块芯片，这种方法称为每一根地址线选通一块芯片，这种方法称为线选法。线选法。4个片选信号必须使用个片选信号必须使用4根地址线，电路结构简单，缺点是：根地址线，电路结构简单，缺点是：u 系统必须保证系统必须保证A16A13不能同时为有效低电平；不能同时为有效低电平；u 同部分译码法一样，因为最高段地址信号（同部分译码法一样，因为最高段地址信号（ A19 A15 ） 不参与译码，也存在地址重叠问题；不参与译码，也存在地址重叠问题；A13 A16A14 A15思考：试写出各芯片占用的地址空间。思考：试写出各芯片占用的地址空间。R/WD0 D7

56、A0 A128K*8D078K*8D078K*8D07CS1 8K*8D07部分译码法部分译码法 用高位地址中的一部分地址进行译码产生片选信号。用高位地址中的一部分地址进行译码产生片选信号。 8KB(2)CS 8KB(1)CS 8KB(8)CS 2-4译码器A0A12A13A14Y0Y1Y3芯片A19 A15 A14A13A12 A0地址空间（顺序方式）0011111111111110000000000000011011系统最高段地址信号（系统最高段地址信号（ A A1919A A1515 ）不参与片选译码，即这几位）不参与片选译码，即这几位地址信号可以为任何值。地址信号可以为任何值。共占用共

57、占用25组地组地址址000001100011111110001100011000001FFFH 000000H0C1FFFH0C0000H0F9FFFH 0F8000H造成造成地址地址空间空间的重的重叠叠0C3FFFH0C2000H0C5FFFH0C4000H0C7FFFH0C6000H全译码法全译码法 用全部的高位地址进行译码产生片选信号。用全部的高位地址进行译码产生片选信号。 8KB(2)CS 8KB(1)CS 8KB(8)CS译码器A0A12A13A19Y0Y1Y3全译码示例A15 A14A13A16CBAE3138 2764A19A18A17A12A0CEY6E2E1IO/M1C000

58、H1DFFFH全0全10 0 0 1 1 1 00 0 0 1 1 1 0地址范围A12A0A19A18A17A16A15A14 A13 译码电路可以使用译码电路可以使用门电路组合逻辑；门电路组合逻辑；A1A0F0 F1 F2 F3A19A18A17A16A15（b）（a）A0Y0Y1Y译码电路更多的是采用译码电路更多的是采用集成译码器：集成译码器：常用的常用的2:42:4译码器：译码器：74LS13974LS139常用的常用的3:83:8译码器：译码器：74LS13874LS138常用的常用的4:164:16译码器：译码器：74LS15474LS15474LS13874LS138功能表功能表

59、片选输入片选输入编码输入编码输入输出输出G G1 1 G G2A2A* * G G2B2B* *C B AC B AY7Y7* * Y0 Y0* *1 0 01 0 00 0 00 0 01111111011111110（仅（仅Y0Y0* *有效）有效）0 0 10 0 11111110111111101（仅（仅Y1Y1* *有效）有效）0 1 00 1 01111101111111011（仅（仅Y2Y2* *有效）有效）0 1 10 1 11111011111110111（仅（仅Y3Y3* *有效）有效）1 0 01 0 01110111111101111（仅（仅Y4Y4* *有效）有效）1

60、 0 11 0 11101111111011111（仅（仅Y5Y5* *有效）有效）1 1 01 1 01011111110111111（仅（仅Y6Y6* *有效）有效）1 1 11 1 10111111101111111（仅（仅Y7Y7* *有效）有效）非上述情况非上述情况1111111111111111（全无效）（全无效） 下图为全译码的下图为全译码的2 2个例子。前一例采用个例子。前一例采用门电路译码门电路译码，后例，后例采用采用3 38 8译码器译码译码器译码。单片。单片27642764（8K8K8 8位，位，EPROMEPROM）在高位地）在高位地址址A19A19A13=000011