《微机原理与接口技术》第6章存储器

第6章

内存储器与存储体系1本章主要内容微型机的存储系统、分类及其特点〔了解〕半导体存储芯片的外部特性及其与系统的连接存储器扩展技术26.1概述内容：微型机的存储系统半导体存储器的根本概念存储器的分类及其特点两类半导体存储器的主要区别3微型机的存储系统将两个或两个以上速度、容量和价格各不相同的存储器用硬件、软件或软硬件相结合的方法组织起来这样就构成了计算机的存储系统。系统的存储速度接近最快的存储器，容量接近最大的存储器。4微型机的存储系统Cache存储系统解决速度问题虚拟存储系统解决容量问题高速缓冲存储器主存储器主存储器磁盘存储器5存储器的层次结构由上至下容量越来越大，速度越来越慢通用存放器堆及指令、数据缓冲栈

高速缓存

主存储器

联机外存储器

脱机外存储器6两大类——内存、外存内存——存放当前运行的程序和数据。特点：快，容量小，随机存取，CPU可直接访问。通常由半导体存储器构成RAM、ROM外存——存放非当前使用的程序和数据。特点：慢，容量大，顺序存取/块存取。需调入内存后CPU才能访问。通常由磁、光存储器构成，也可以由半导体存储器构成磁盘、磁带、CD-ROM、DVD-ROM、u盘7半导体存储器存储器是计算机中用来记录信息的设备。由能够表示二进制数“0”和“1”的、具有记忆功能的一些物理器件组成。能存放一位二进制数的物理器件称为一个存储元。假设干存储元构成一个存储单元。8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〕9随机存取存储器〔RAM〕RAM静态存储器〔SRAM〕动态存储器〔DRAM〕10只读存储器〔ROM〕只读存储器掩模ROM一次性可写ROMEPROMEEPROM11主要技术指标存储容量存取时间和存取周期平均故障间隔时间〔MTBF〕〔可靠性〕功耗CPU读写存储器的时间必须大于存储芯片的额定存取时间12§6.2随机存取存储器要求掌握：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存储器扩展技术13一、静态存储器SRAM特点：存储元由双稳电路构成，存储信息稳定14典型SRAM芯片CMOSRAM芯片6264〔8KB〕：

主要引脚功能工作时序与系统的连接使用15SRAM6264芯片

6264外部引线图166264芯片的主要引线地址线：A0------A12；数据线：D0------D7；输出允许信号：OE；写允许信号：WE；选片信号：CS1，CS2。176264芯片与系统的连接D0~D7A0A12•••WEOECS1CS2•••A0A12WRRD译码电路高位地址13-19D0~D7••••••18译码电路将输入的一组二进制编码变换为一个特定的控制信号，即：将输入的一组高位地址信号通过变换，产生一个有效的控制信号，用于选中某一个存储器芯片，从而确定该存储器芯片在内存中的地址范围。19全地址译码用全部的高位地址信号作为译码信号，使得存储器芯片的每一个单元都占据一个唯一的内存地址。存储器芯片译码器低位地址高位地址全部地址片选信号20全地址译码例6264芯片的地址范围：F0000H~F1FFFH111100000……00~111100011……11A19A18A17A16A15A14A13&≥1#CS1A12～A0D7～D0高位地址线全部参加译码6264A12-A0D7-D0#OE#WE21局部地址译码用局部高位地址信号〔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。22局部地址译码例同一物理存储器占用两组地址：

F0000H~F1FFFHB0000H~B1FFFH101100000……00~101100011……11

A18不参与译码A19A17A16A15A14A13&≥1到6264CS123应用举例将SRAM6264芯片与系统连接，使其地址范围为：38000H~39FFFH和78000H~79FFFH。选择使用74LS138译码器构成译码电路

Y0#G1Y1#G2AY2#G2BY3#Y4#AY5#BY6#CY7#片选信号输出译码允许信号地址信号〔接到不同的存储体上〕74LS138逻辑图：2474LS138的真值表：〔注意：输出低电平有效〕可以看出，当译码允许信号有效时，Yi是输入A、B、C的函数，即Y=f(A,B,C)11111111XXX其他值0111111111110010111111110100110111111011001110111110010011110111011100111110110101001111110100110011111110000100Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0CBAG1G2AG2B25应用举例(续):D0~D7A0A12•••WEOECS1CS2•••A0A12WRDRD0~D7G1G2AG2BCBA&&A19A14A13A17A16A15+5VY0以下图中A18不参与译码，故6264的地址范围为：38000H~39FFFH78000H~79FFFH626426二、动态随机存储器DRAM特点：DRAM是靠MOS电路中的栅极电容来存储信息的，由于电容上的电荷会逐渐泄漏，需要定时充电以维持存储内容不丧失〔称为动态刷新〕，所以动态RAM需要设置刷新电路，相应外围电路就较为复杂。刷新定时间隔一般为几微秒～几毫秒DRAM的特点是集成度高〔存储容量大，可达1Gbit/片以上〕，功耗低，但速度慢〔10ns左右〕，需要刷新。DRAM在微机中应用非常广泛，如微机中的内存条〔主存〕、显卡上的显示存储器几乎都是用DRAM制造的。27常见DRAM的种类：SDRAM〔SynchronousDRAM〕——它在1个CPU时钟周期内可完成数据的访问和刷新，即可与CPU的时钟同步工作。SDRAM的工作频率目前最大可达150MHz，存取时间约为5～10ns，最大数据率为150MB/s，是当前微机中流行的标准内存类型。RDRAM〔RambusDRAM〕——是由Rambus公司所开发的高速DRAM。其最大数据率可达1.6GB/s。DDRDRAM〔DoubleDataRateDRAM〕——是对SDRAM的改进，它在时钟的上升沿和下降沿都可以传送数据，其数据率可达200-800MB/s。主要应用在主板和高速显示卡上。RAM的3个特性：1〕可读可写，非破坏性读出，写入时覆盖原内容。2〕随机存取，存取任一单元所需的时间相同。3〕易失性〔或挥发性〕。当断电后，存储器中的内容立即消失。28典型DRAM芯片4164A4164A：64K×1采用行地址和列地址来确定一个单元；行列地址分时传送，共用一组地址线；地址线的数量仅为同等容量SRAM芯片的一半。具体可参照课本p164自学行地址10001000列地址29三、存储器扩展技术位扩展——扩展每个存储单元的位数字扩展——扩展存储单元的个数字位扩展——二者的综合用多片存储芯片构成一个需要的内存空间，它们在整个内存中占据不同的地址范围，任一时刻仅有一片〔或一组〕被选中。30位扩展存储器的存储容量等于：

单元数×每单元的位数当构成内存的存储器芯片的字长小于内存单元的字长时，就要进行位扩展，使每个单元的字长满足要求。字节数字长31位扩展例用8片4164A芯片构成64KB存储器。4164A:64Kx1，需8片构成64Kx8〔64KB〕LS138A8~A194164A4164A4164ADBABD0D1D7A0~A7…译码输出读写信号A0~A19D0~D7A0~A7A0~A732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。33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。扩展原那么：每个芯片的地址线、数据线、控制线并联，仅片选端分别引出，以实现每个芯片占据不同的地址范围。34字扩展例用两片64K×8位的SRAM芯片构成容量为128KB的存储器芯片引脚图连接示意图3536字位扩展根据内存容量及芯片容量确定所需存储芯片数；进行位扩展以满足字长要求；进行字扩展以满足容量要求。假设已有存储芯片的容量为L×K，要构成容量为M×N的存储器，需要的芯片数为：〔M/L〕×〔N/K〕378086系统中存储器的连接使用方法存储器与8086系统总线的连接的要点是：存储器的地址范围？根据要求的地址范围可确定用哪几根地址线进行片选，哪几根地址线做片内寻址以及如何进行片选译码。系统总线上与存储器有关的信号线有哪些？熟悉与存储器有关的总线信号和存储芯片引脚的功能。译码电路的构成〔译码器的连接方法〕系统地址空间一般比存储芯片的容量大〔即总线中的地址线数多于存储芯片的地址线数〕，物理内存实际只占用系统地址空间的一小块区域。把物理内存分配到系统地址空间的哪一块区域，取决于如何进行地址译码。388086系统中存储器连接涉及到的总线信号包括：地址线A19-A0数据线D7-D0存储器读信号RD#存储器写信号WR#需要考虑的存储芯片引脚地址线An-1-A0：接地址总线的An-1-A0数据线D7-D0：接数据总线的D7-D0片选信号CS#(CE#)

(可能有多根)：接地址译码器的片选输出输出允许OE#(有时也称为读出允许)：接RD#写入允许WE#：接WR#396.3只读存储器〔ROM〕掩模ROM一次性可写ROM可读写ROM分类EPROM〔紫外线擦除〕EEPROM〔电擦除〕40一、EPROM特点：可屡次