半导体存储器 计算机原理

半导体存储器第五章半导体存储器存储器基本知识第4.1节存储器基本知识存储器是存储信息的部件，正因为有了存储器，计算机才有信息记忆功能一.存储器按位置分类1.内部存储器——通常与系统总线相连，CPU可直接访问，简称内存1）内部CACHE：在CPU内作为一个高速的指令或数据缓冲区2）外部CACHE：通常在主板上，介于内部CACHE和主存之间的缓冲区3）主存储器：内部存储器主要使用的空间内存速度快，通常由半导体存储器组成，工艺采用双极性TTL或MOS技术内存包括RAM和ROM两部分，RAM占主要，通常说内存主要指RAM，而ROM主要用于存放BIOS2.外部存储器——通常是通过专用驱动设备才能访问，简称外存

速度比内存慢，容量大、掉电信息不丢，如磁盘（软盘、硬盘）、光盘存储器基本知识二.内存的行列结构为区分不同存储单元，每个单元都对应一个地址，读写访问时，应给出相应地址，经过译码后，选中具体存储单元。为简化译码电路，内存中存储单元按照多行多列的矩阵形式来排列。

例：组成1KB的内存

1）若不按矩阵形式排列，而是一字排开，则需要1024根译码线

2）若按32×32的矩阵形式排列，则只需要5根行选择线和5根列选择线0-031-3131-00-31…………行译码列译码和I/O控制X0X31…Y0Y31A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9…R/W/CE数据输入数据输出A4~A0行地址信号用RAS表示(RowAddressSignal)A9~A5列地址信号用CAS表示(ColumnAddressSignal)X31~X0行选择信号Y31~Y0列选择信号存储器基本知识三.随机读写存储器——RAM(RandomAccessMemory)RAM既可读又可写，掉电信息丢失，按结构又可分为SRAM和DRAM1.静态RAM——SRAM（staticRAM）

使用双稳态触发器存储信息，速度快，不需要刷新，但容量低、功耗大

计算机中CACHE常使用SDRAM如：62648k*86225664K*8D0D0YiXiVccT3T4T5T6T1T2T7T8T1,T2为开关管，T3,T4为负载管，导通电阻r3,r4>>r1,r2。T1T3和T2T4构成两个反向器按正反馈连接，构成触发器Xi高电平，T5,T6及其他与Xi相联的开关管导通，每一单元与数据线相连。Yi为高电平，T7,T8导通，此时仅有XiYi单元与外部数据线连通，可对该单元进行读写存储器基本知识2.动态RAM——DRAM（dynamicRAM）

使用电容存储信息，充电状态和放电状态分别表示1和0，因电容有漏电，因此需要对动态RAM进行定时刷新。计算机中的主存条多以DRAM为主。

DRAM的刷新

DRAM的一次刷新过程就是对存储器进行一次读取、放大和再写入，通常按行进行刷新，具体执行时，让行地址信号/RAS有效，将该行所有存储单元分别读出，与放大电路接通，再写回。然后再给出下一行的/RAS信号，重复操作。通常每一行的刷新时间间隔不应超过2ms，实际应用时，由专用的DRAM控制器（Intel8203、8207、8209）或DRAM本身自带的的片内刷新电路完成动态RAM的刷新。存储器基本知识四.只读存储器——ROM

(ReadOnlyMemory)ROM结构简单，位密度比RAM高，掉电信息不丢失，可分为：1.固定ROM(掩膜ROM)——由制造厂家固化内容，不可修改2.可编程ROM(PROM)——由用户固化内容，但不可修改3.可擦除、可编程ROM(EPROM)——可多次擦除和重写（紫外线擦除）

27**系列271627322764…270404.可电擦除、可编程ROM(EEPROM)——可多次擦除和重写（电擦除）

281728C6428C2564种工作方式：读方式、写方式、字节擦除方式和整体擦除方式5.闪烁存储器(FLASHROM)——属于EEPROM类型，性能优于EEPROM29F010、29F020，不加电时，信息可保存10年以上，可反复擦写几十万次，且擦除速度较快；分为整体型、块结构型、带自举块型

使用时，往FlashROM中的命令寄存器写入不同命令，即可实现不同操作

如：读命令、擦除命令、编程命令、复位命令等存储器基本知识五.半导体存储器的容量存储器位容量=存储单元数×位数存储单元数：存储器所含存储单元个数，每个存储单元对应一个地址，是一个独立的信息单元位数：每个存储单元所含二进制数长度，通常为1位、4位、8位

例：一片62256为RAM存储器，位容量=32K×8

说明该存储器芯片具有15根地址线，8根数据线，除此之外，RAM还应具有/CE、/OE、/WE三根控制线（片选、读控制、写控制）

注：有时也以字节(Byte)为单位表示存储器容量

1KB=1024B，1MB=1024KB，1GB=1024MB，1TB=1024GB=2^10B=2^20B=2^30B=2^40B存储器基本知识六.典型存储器芯片和译码芯片1.62256

－

32K*8的CMOS静态RAM12345678910111213141516171819202122232425262728A14A12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GNDD3D4D5D6D7/CSA10/OEA11A9A8A13/WEVCC62256引脚图输入LLL高阻HHL输入HLL输出LHL高阻××HD7~D0OEWECS62256工作表A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0OECSWED7D6D5D4D3D2D1D062256逻辑图存储器基本知识2.27256

－

32K*8EPROM12345678910111213141516171819202122232425262728VppA12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GNDD3D4D5D6D7/CEA10/OEA11A9A8A13A14VCC27256引脚图A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0CEOED7D6D5D4D3D2D1D027256逻辑图3.74LS138－

3-8译码器12345678910111213141516ABC/G2A/G2BG1/Y7GND/Y0VCC74LS138引脚图/Y1/Y2/Y3/Y4/Y5/Y6/Y0G1/G2A/G2BCBA74LS138原理图/Y1/Y2/Y3/Y4/Y5/Y6/Y7引脚功能：

片选信号：G1•/G2A•/G2BC、B、A译码/Y0到/Y7有效存储器与CPU的连接第4.2节存储器与CPU的连接存储器与CPU通过地址线、数据线、控制线进行连接，应考虑三个问题：1.高速CPU与低速存储器之间的速度匹配——CPU插入Tw等待状态2.CPU的总线负载能力——8282和8286增强了AB和DB的驱动能力3.片选信号、行地址、列地址的产生机制多个存储器芯片组成大容量存储器，先通过片选信号/CS选择具体芯片，再通过行列地址选择该芯片内的具体存储单元

行地址、列地址由AB的低位地址线与存储器连接来提供，然后由片内译码电路自动译码选择具体存储单元

例：访问4K存储芯片，需要12根地址线连接到芯片，A11~A0

片选信号/CS由高位地址线译码得到，有三种方法：

全译码、部分译码、线译码存储器与CPU的连接全译码：用所有高位地址通过译码器得到多个/CS部分译码：用部分高位地址通过译码器得到多个/CS线译码：无需译码器，将高位地址中的1根作为/CS例1由1片6116(2K*8RAM)和1片2716(2K*8ROM)组成8088存储系统，RAM起始地址为C0000H，ROM地址范围紧随RAM之后，试利用全译码方法将8088与存储器进行连接，画出连接图分析片内存储单元选择低位地址线2K容量需11根ABA10~A0

芯片选择全部高位地址译码产生/CSA19~A11芯片地址范围A19A18A17A16A15A14A13A12A11A10…A06116C0000H~C07FFH1100

00000x…x1100

000002716C0800H~C0FFFH1100

00001x…x1100

00001808820根AB8根DB控制信号组合产生/MEMR/MEMW全译码/Y0G1/G2A/G2BCBA74LS138/Y1/Y2/Y3/Y4/Y5/Y6/Y7A19A18A16A17A15A14A13A12A11A10~A0D7~D02116/CSA10~A0D7~D0/RD6116/CSA10~A0D7~D0/RD/WE/MEMR/MEMW部分译码/Y0G1/G2A/G2BCBA74LS138/Y1/Y2/Y3/Y4/Y5/Y6/Y7A18A16A17A15A14A13A12A11A10~A0D7~D02116/CSA11~A0D7~D0/RD6116/CSA10~A0D7~D0/RD/WE/MEMR/MEMW地址范围：A19=1A19=06116C0000H~C07FFH和40000H~407FFH2716C0800H~C0FFFH和40800H~40FFFH线译码A11=0访问6116；A11=1访问2116地址范围：6116与2116随A19~A12的组合不同，共有256个地址范围A11A10~A0D7~D02116/CSA11~A0D7~D0/RD6116/CSA10~A0D7~D0/RD/WE/MEMR/MEMW存储器与CPU的连接例2由1片62256(IC132K*8RAM)和1片27256(IC232K*8ROM)组成8088存储系统，RAM起始地址为00000H，ROM地址范围紧随RAM之后，试利用全译码方法将8088与存储器进行连接，画出连接图分析808820根AB8根DB控制信号组合产生/MEMR/MEMW

片内存储单元选择低位地址线32K容量需15根ABA14~A0

芯片选择全部高位地址译码产生/CSA19~A15芯片地址范围A19A18A17A16A15A14A13……A0IC100000H~07FFFH0000

0xx……x0000

0低位地址用于片内译码IC208000H~0FFFFH0000

1xx……x0000

1全译码/Y0G1/G2A/G2BCBA74LS138/Y1/Y2/Y3/Y4/Y5/Y6/Y7A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0/OE/CS/WED7D6D5D4D3D2D1D062256A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0/OED7D6D5D4D3D2D1D027256/CSA14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0+5VA19A18A17A16A15D7D6D5D4D3D2D1D0/MEMR/MEMW8086存储器系统第4.3节8086存储器系统8086系统内存组织8086系统有20根地址线，16根数据线，寻址空间为1MB512KB空间分配给偶地址存储器A0=0512KB空间分配给奇地址存储器A0=1偶地址存储器与数据线低8位相连，即由D7~D0传送数据奇地址存储器与数据线高8位相连，即由D15~D8传送数据奇存储器偶存储器地址锁存器A19~A1A0/BHEA0/BHEA19~A1地址总线D15~D0D15~D8D7~D0数据总线CPU8086

A19~A1与奇、偶存储器相连，用于译码和/CS的产生，A0和/BHE则用于对二者访问的控制，分两种情况：

1）按字节访问存储器/BHEA0操作10按字节访问偶存储器，数据在D7~D0上传输MOV[1000H],AL01按字节访问奇存储器，数据在D15~D8上传输MOV[1001H],AL8086存储器系统按字访问存储器

对准状态——1个字的低8位在偶存储器，高8位在奇存储器

/BHE=0A0=0，用一个总线周期通过D15~D0完成16位数据传送

如：MOVAX,[1000H];AL(1000H)，AH(1001H)

非对准状态——1个字的低8位在奇存储器，高8位在偶存储器

此时需要两个总线周期

第一个总线周期/BHE=0A0=1读取奇存储器，得到低8位数据

第二个总线周期/BHE=1A0=0读取偶存储器，得到高8位数据

如：MOVAX,[1003H] ;AL(1003H)，AH(1004H)8086存储器系统8086存储系统应用举例例1由2片62256（32K*8RAM）组成64K*8RAM,地址范围为0000H~FFFFH，试用全译码方式将8086与存储器进行连接分析：A15~A1与存储器的A14~A0相连，选择片内32K个存储单元A19~A16用于译码产生2个芯片的片选信号/CS，根据地址范围，A19~A16应总为0A0与/BHE只控制对存储器的写访问对存储器读访问时，两个芯片均输出数据，由CPU根据所执行操作决定读取D15~D8还是D7~D0，或者D15~D0均读取

/Y0/Y1/Y2/Y3/Y4/Y5/Y6/Y7G1/G2A/G2BCBAA14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0/CS/OE/WED7D6D5D4D3D2D1D0+5VA19A18A17A16A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1/MEMRA0/MEMW/BHED15D14D13D12D11D10D9D8D7D6D5D4D3D2D1D0D7~D0A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0/CS/OE/WED7D6D5D4D3D2D1D074LS1386225662256IC0IC1DBABD15~D8奇存储偶存储全译码例2用2片62256（32K*8RAM）和2片27256（32K*8EPROM）组成8086存储器系统。要求EPROM的起始地址为F0000H，RAM的起始地址为00000H，使用全地址译码方式，试画出计算机的存储器连接图，并写出地址范围分析：A15~A1与芯片的A14~A0相连，用于32K个存储单元的片内译码

A19~A16用于产生片选信号/CSRAM与ROM之间通过不同/CS信号分别访问

RAM内部2芯片，ROM内部2芯片通过数据线高8位、低8位分别访问芯片A19A18A17A16A15…A1地址范围62256IC0(偶)0000

x…x00000H~0FFFFHIC1(奇)

0000

x…x00000H~0FFFFH27256IC2(偶)

1111

x…xF0000H~FFFFFHIC3(奇)

1111

x…xF0000H~FFFFFHA15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1MEMRA0MEMWBHED15D14D13D12D11D10D9D8D7D6D5D4D3D2D1D0A19A18A17A16A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0CSOEWED7D6D5D4D3D2D1D0A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0