第06章存儲器

1、存儲器 第第6 6章章 存儲器存儲器 本章重點：本章重點： 掌握各種存儲器的工作原理及其CPU的存儲器的擴展。本章難點：本章難點： 理解存儲器的工作原理及其地址空間的確定。 存儲器（Memory）是計算機的重要組成部件，用來存放數(shù)據(jù)和程序的。半導(dǎo)體存儲器由于其體積小、速度快、耗電少、價格低等優(yōu)點而在微機系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。6.1 6.1 概述概述6.1.1 6.1.1 存儲器的分類存儲器的分類 根據(jù)存取方式的不同，半導(dǎo)體存儲器可以分為隨機存取存儲器RAM(Random Access Memory)和只讀存儲器ROM(Read Only Memory)兩大類。如圖所示。 6.1.1 6.1.1

2、 存儲器的分類存儲器的分類 1.存儲容量 2.存取速度 3.功耗 4.可靠性 5.性能價格比6.1.2 6.1.2 半導(dǎo)體存儲器主要性能指標(biāo)半導(dǎo)體存儲器主要性能指標(biāo) 1.存儲體 2.地址譯碼器3.控制邏輯電路 4.數(shù)據(jù)緩沖器6.1.3 6.1.3 存儲器芯片的一般結(jié)構(gòu)存儲器芯片的一般結(jié)構(gòu) 地址譯碼器存儲體數(shù)據(jù)緩沖器.控制邏輯電路n位地址012n-101m.m位數(shù)據(jù)R/WCS1 1靜態(tài)靜態(tài)RAMRAM基本存儲電路基本存儲電路 靜態(tài)靜態(tài)RAMRAM基本存儲電路基本存儲電路用來存儲用來存儲1 1位二進制信息位二進制信息（0 0或或1 1），是組成存儲器），是組成存儲器的基礎(chǔ)。靜態(tài)的基礎(chǔ)。靜態(tài)MOSM

3、OS六管基本六管基本存儲電路如圖所示。存儲電路如圖所示。特點：不需要刷新，外圍特點：不需要刷新，外圍電路簡化；集成度較低、電路簡化；集成度較低、功耗較大等。功耗較大等。 1EN1EN1EN&CSI/OR/WVVVVVVVV78125634G1G2G3列線Y行線X+5VAB6.2 6.2 隨機存儲器隨機存儲器(RAM)(RAM)6.2.1 6.2.1 靜態(tài)隨機存儲器靜態(tài)隨機存儲器(SRAM)(SRAM)2 2靜態(tài)靜態(tài)RAMRAM芯片芯片常用的典型常用的典型SRAMSRAM芯片有芯片有21142114、61166116、62646264、6225662256等等 21142114芯片芯片

4、21142114芯片是芯片是1K1K4 4的靜態(tài)的靜態(tài) RAMRAM芯片，其引腳圖如圖芯片，其引腳圖如圖6-46-4所示。所示。地址輸入端地址輸入端1010個個(A9(A9A0)A0)；數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入/ /輸出端輸出端4 4位位(I/O1(I/O1I/O4)I/O4)；片選端片選端 ；寫允許控制端寫允許控制端 。CSWE(2)6116(2)6116芯片芯片 6116 6116芯片的容量為芯片的容量為2K2K8bit8bit，有有20482048個存儲單元。工作過程個存儲單元。工作過程如下：如下： 讀出時：讀出時：A A1010A A0 0送地址信送地址信號到行、列地址譯碼器，經(jīng)譯號到行、列地

5、址譯碼器，經(jīng)譯碼后選中一個存儲單元；由碼后選中一個存儲單元；由CSCS0 0，OEOE0 0，WEWE1 1構(gòu)成讀出邏構(gòu)成讀出邏輯；被選中單元的輯；被選中單元的8 8位數(shù)據(jù)經(jīng)位數(shù)據(jù)經(jīng)I/OI/O電路和三態(tài)門送到電路和三態(tài)門送到D D7 7D D0 0輸輸出。出。 寫入時：寫入時：A A1010A A0 0送地址信號到行、列地址譯送地址信號到行、列地址譯碼器，經(jīng)譯碼后選中一個存儲單元；由碼器，經(jīng)譯碼后選中一個存儲單元；由CSCS0 0，OEOE1 1，WEWE0 0構(gòu)成寫入邏輯；從構(gòu)成寫入邏輯；從D D7 7D D0 0端輸入端輸入的數(shù)據(jù)經(jīng)三態(tài)門到的數(shù)據(jù)經(jīng)三態(tài)門到I/OI/O電路，寫到存儲單元中

6、。電路，寫到存儲單元中。無操作：無操作：CSCS1 1，I/OI/O三態(tài)門呈高阻狀態(tài)，存三態(tài)門呈高阻狀態(tài)，存儲器芯片與系統(tǒng)總線儲器芯片與系統(tǒng)總線“脫離脫離”。（1 1）存儲器基本電路）存儲器基本電路單管動態(tài)電路（單管動態(tài)電路（MOSMOS管柵極與襯底之間分布電容）管柵極與襯底之間分布電容）（2 2）特點：定時刷新。）特點：定時刷新。（3 3）刷新要求：在幾毫秒時間內(nèi)每隔一段時間）刷新要求：在幾毫秒時間內(nèi)每隔一段時間刷新一次；進行刷新操作的時間內(nèi)存儲器不能刷新一次；進行刷新操作的時間內(nèi)存儲器不能進行讀寫（死時間）；在每一個指令周期中利進行讀寫（死時間）；在每一個指令周期中利用用CPUCPU不進行

7、訪內(nèi)操作的時間進行刷新。不進行訪內(nèi)操作的時間進行刷新。 6.2.2 6.2.2 動態(tài)動態(tài)RAM(DRAM)RAM(DRAM)特點：信息在使用時不能被改變（只能讀出，特點：信息在使用時不能被改變（只能讀出， 不能寫入）；用于存放固定的程序和常量不能寫入）；用于存放固定的程序和常量優(yōu)點：非易失性的。優(yōu)點：非易失性的。 6. 3 6. 3 只讀存儲器（只讀存儲器（ROMROM） 掩膜式掩膜式ROMROM制成后，用戶不能修改。制成后，用戶不能修改?？删幊讨蛔x存儲器（可編程只讀存儲器（PROMPROM）可以由用戶自可以由用戶自己編程（只可寫入一次）。己編程（只可寫入一次）。可擦寫只讀存儲器（可擦寫只讀存

8、儲器（EPROMEPROM）寫入：利用編寫入：利用編程器。擦除：利用紫外線光照射。程器。擦除：利用紫外線光照射。電擦寫可編程只讀存儲器電擦寫可編程只讀存儲器(E(E2 2PROM)PROM)特點：特點：對硬件電路沒有特殊要求，操作簡單；在線讀對硬件電路沒有特殊要求，操作簡單；在線讀寫，在斷電情況下保存的數(shù)據(jù)信息不會丟失；寫，在斷電情況下保存的數(shù)據(jù)信息不會丟失；可在寫入過程中自動進行擦寫?？稍趯懭脒^程中自動進行擦寫。常用的典型常用的典型EPROMEPROM芯片有芯片有 27082708（1K1K8 8）、）、2716(2K2716(2K8)8)、 2732 (4K2732 (4K8) 8) 、2

9、764(8K2764(8K8)8)、 27128(16K27128(16K8)8)、27256(32K27256(32K8)8)、 27512(64K27512(64K8)8)等，等， 1234567891 01 11 21 31 42 82 72 62 52 42 32 22 12 01 91 81 71 61 52 7 6 4 AVP P A1 2 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0D0D1 D2 G N DVC CP G MNc A8 A9 A1 1O E A1 0C ED7D6D5D4D3方式方式 引腳引腳A A9 9A A0 0VppVppVccVcc數(shù)據(jù)端功能數(shù)據(jù)端功能

10、讀讀低低低低高高VccVcc5V5V數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)輸出輸出禁止輸出禁止低低高高高高VccVcc5V5V高阻高阻備用備用高高VccVcc5V5V高阻高阻編程編程低低高高低低12.5V12.5VVccVcc數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入校驗校驗低低低低高高12.5V12.5VVccVcc數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)輸出編程禁止編程禁止高高12.5V12.5VVccVcc高阻高阻標(biāo)識符標(biāo)識符低低低低高高高高低低高高VccVccVccVcc5V5V5V5V制造商編碼制造商編碼器件編碼器件編碼(1) 2764A(1) 2764A芯片芯片 EPROM2764AEPROM2764A芯片為雙列直插式芯片為雙列直插式2828引腳的標(biāo)準(zhǔn)芯片，引

11、腳的標(biāo)準(zhǔn)芯片，有有1313條地址線，條地址線，8 8條數(shù)據(jù)線，條數(shù)據(jù)線，2 2個電壓輸入端個電壓輸入端VccVcc和和V VPPPP，一個片選端一個片選端CSCS，此外還有輸出允許，此外還有輸出允許OEOE和編程控制端和編程控制端PGM PGM ，容量為，容量為8K8K8 8位，其引腳如圖所示。七種工作位，其引腳如圖所示。七種工作方式如表所示。方式如表所示。 CE CPU CPU要實現(xiàn)對存儲單元的訪問，首先要選擇存儲要實現(xiàn)對存儲單元的訪問，首先要選擇存儲芯片，即進行片選；然后再從選中的芯片中依地址芯片，即進行片選；然后再從選中的芯片中依地址碼選擇出相應(yīng)的存儲單元，以進行數(shù)據(jù)的存取，這碼選擇出相

12、應(yīng)的存儲單元，以進行數(shù)據(jù)的存取，這稱為稱為字選字選。片內(nèi)的字選是由。片內(nèi)的字選是由CPUCPU送出的送出的N N條低位地條低位地址線完成的，地址線直接接到所有存儲芯片的地址址線完成的，地址線直接接到所有存儲芯片的地址輸入端，而片選信號則是通過高位地址得到的。實輸入端，而片選信號則是通過高位地址得到的。實現(xiàn)片選的方法可分為三種：現(xiàn)片選的方法可分為三種：線選法線選法、全譯碼法全譯碼法和和部部分譯碼法分譯碼法。6.4 6.4 存儲器地址選擇存儲器地址選擇 線選法線選法就是用除片內(nèi)尋址外的高位地址就是用除片內(nèi)尋址外的高位地址線直接分別接至各個存儲芯片的片選端，當(dāng)線直接分別接至各個存儲芯片的片選端，當(dāng)某

13、地址線信號為某地址線信號為“0”0”時，就選中與之對應(yīng)的時，就選中與之對應(yīng)的存儲芯片。存儲芯片。 特點：不需要地址譯碼器，線路簡單，特點：不需要地址譯碼器，線路簡單，適用于連接存儲芯片較少的場合。適用于連接存儲芯片較少的場合。 6.4 6.4 存儲器地址選擇存儲器地址選擇6.4.1 6.4.1 線選法線選法 全譯碼法全譯碼法將片內(nèi)尋址外的全部高位地址將片內(nèi)尋址外的全部高位地址線作為地址譯碼器的輸入，把經(jīng)譯碼器譯碼線作為地址譯碼器的輸入，把經(jīng)譯碼器譯碼后的輸出作為各芯片的片選信號，將它們分后的輸出作為各芯片的片選信號，將它們分別接到存儲芯片的片選端，以實現(xiàn)對存儲芯別接到存儲芯片的片選端，以實現(xiàn)對

14、存儲芯片的選擇。片的選擇。 譯碼法的優(yōu)點是每片譯碼法的優(yōu)點是每片( (或組或組) )芯片的地址芯片的地址范圍是唯范圍是唯確定的，而且是連續(xù)的，也便于確定的，而且是連續(xù)的，也便于擴展，不會產(chǎn)生地址重疊的存儲區(qū)，但全譯擴展，不會產(chǎn)生地址重疊的存儲區(qū)，但全譯碼法對譯碼電路要求較高。碼法對譯碼電路要求較高。6.4.2 6.4.2 全譯碼法全譯碼法 部分譯碼法部分譯碼法是對高位地址線中的一部分是對高位地址線中的一部分( (而不是全部而不是全部) )進行譯碼，以產(chǎn)生各存儲器芯進行譯碼，以產(chǎn)生各存儲器芯片的片選控制信號。當(dāng)采用線選法地址線不片的片選控制信號。當(dāng)采用線選法地址線不夠用，而又不需要全部存儲器空間

15、的尋址能夠用，而又不需要全部存儲器空間的尋址能力時，可采用這種方法。力時，可采用這種方法。 6.4.3 6.4.3 部分譯碼法部分譯碼法1 1芯片選擇芯片選擇2 2CPUCPU與存儲芯片的時序驗算與存儲芯片的時序驗算3 3地址分配與連接地址分配與連接4 4數(shù)據(jù)線的連接數(shù)據(jù)線的連接 5 5控制信號的連接控制信號的連接6 6負載能力的驗算負載能力的驗算6.5 CPU6.5 CPU與存儲器的連接與存儲器的連接6.5.1 CPU6.5.1 CPU與存儲體連接時需解決的問題與存儲體連接時需解決的問題 8 8位位CPUCPU有有1616根地址線根地址線A15A15A0A0，8 8根數(shù)據(jù)根數(shù)據(jù)線線D7D7D

16、0D0。CPUCPU可接訪問的空間為可接訪問的空間為64K64K，地址，地址范圍為范圍為0000H0000HFFFFHFFFFH，容量擴展存儲器的類，容量擴展存儲器的類型可以是型可以是ROMROM和和RAMRAM。6.5 CPU6.5 CPU與存儲器的連接與存儲器的連接6.5.2 86.5.2 8位位CPUCPU與存儲器的連接與存儲器的連接 1 1ROMROM與與8 8位位CPUCPU的連接的連接 設(shè)某系統(tǒng)需擴展設(shè)某系統(tǒng)需擴展6KB6KB的的ROMROM，地址范圍安排在，地址范圍安排在0000H0000H17FFH17FFH，選用，選用3 3片片EPROM 2716EPROM 2716構(gòu)成。構(gòu)

17、成。 27162716的容量的容量2K2K8 8位，位，8 8根數(shù)據(jù)線，根數(shù)據(jù)線，1111根地址根地址線，線，CPUCPU地址總線地址總線A A1010A A0 0與芯片的地址線直接接與芯片的地址線直接接連，高位地址線連，高位地址線A A1515A A1111通過譯碼器通過譯碼器74LS13874LS138產(chǎn)生，產(chǎn)生，且且3 3片片27162716的高位地址分別為的高位地址分別為0000000000，0000100001，0001000010。選擇。選擇A A1313A A1212A A1111作為作為3 3位輸入端，并保證位輸入端，并保證A A1515A A1414分別低電平，為低電平有效，

18、分別低電平，為低電平有效，27162716與與8 8位位CPUCPU的連接線路示意圖如圖所示。的連接線路示意圖如圖所示。6.5.2 86.5.2 8位位CPUCPU與存儲器的連接與存儲器的連接 A15 M/I0A14A13A12A11174LS138ABCG2BG2AG1Y0Y1Y2Y7ROM27162#CEROM2716ROM27163#1#CECEA10 - A0D7 - D0CPUOEOEOERD3 3ROMROM、RAMRAM與與8 8位位CPUCPU連接連接 某某8 8位微處理器有地址線位微處理器有地址線1616根，數(shù)據(jù)線根，數(shù)據(jù)線8 8根，存儲器請求控制信號為根，存儲器請求控制信號

19、為 ，讀控制，讀控制信號信號 ，寫控制信號，寫控制信號 ，試為該，試為該CPUCPU設(shè)計一存儲器，要求擴展設(shè)計一存儲器，要求擴展ROM 6KBROM 6KB，地址從，地址從0000H0000H開始（連續(xù)），開始（連續(xù)），RAM 16KBRAM 16KB，地址從，地址從4000H 4000H 開始（連續(xù)）開始（連續(xù)）MREQRDWR(1) (1) 芯片選擇芯片選擇 系統(tǒng)擴展系統(tǒng)擴展ROM6KBROM6KB，可選，可選4 K4 K8 8 EPROM(2732EPROM(2732）與）與2K2K8 EPROM8 EPROM（27162716）各）各1 1片。片。 擴展擴展RAMRAM可選可選8 K8

20、 K8 SRAM8 SRAM（62646264）2 2片。片。ROMROM、RAMRAM與與8 8位位CPUCPU的連接示意圖的連接示意圖如圖所示如圖所示。 (2) (2) 地址分配與連接地址分配與連接 低位地址線直接與芯片地址線相連，高位地低位地址線直接與芯片地址線相連，高位地址址A15A14A15A14A13A13產(chǎn)生片選信號。地址分配產(chǎn)生片選信號。地址分配如表所示如表所示。 (3) (3) 數(shù)據(jù)線的連接數(shù)據(jù)線的連接 芯片芯片8 8位數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)總線直接接連。位數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)總線直接接連。(4) (4) 控制信號連接控制信號連接 控制信號連接控制信號連接如圖所示如圖所示。A A15 15 A

21、 A!4 !4 A A!3 !3 A A12 12 A A11 11 A A10 10 A A 9 9 A A 8 8 A A 7 7 A A 6 6 A A 5 5 A A 4 4 A A 3 3 A A 2 2 A A 1 1 A A0 0地址范地址范圍圍273227320 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10000H0000H0FFFH0FFFH271627160 0 0 1 0

22、0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11000H1000H17FFH17FFH626462640 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 14000H4000H5FFFH5FFFH626462640 1 1

23、0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 16000H6000H7FFFH7FFFHROMROM、RAMRAM與與8 8位位CPUCPU連接地址分配表連接地址分配表 A14A13ABCG2BG2AG1WRA15RDA12-A0MREQ+5VA12A11CE2732OEY0Y1Y2Y3Y7A12A11-A0CE2716OEA10-A0CE16264OEA12-A0WE6264OEA12-A0WED7-D0CE2+5VCPUCE2+5VCE1 8086CPU 8086CPU有有2020位地址線，無論在最小方式下，位地址線，無論在最小方式下，還是在最大方式下，都可尋址還是在最大方式下，都可尋址1 MB1 MB的存儲空間，的存儲空間，存儲器通常按字節(jié)組織排列成一個個單元，每個存儲器通常按字節(jié)組織排列成一個個單元，每個單元用一個地址碼表示，這稱為存儲器的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)單元用一個地址碼表示，這稱為存儲器的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。若存放的數(shù)據(jù)為構(gòu)。若存放的數(shù)據(jù)為8 8位，則將它們按