第7章微型計算機存儲器

1、第第7 7章章 微型計算存儲器微型計算存儲器 7.1 7.1 概述概述7.2 7.2 隨機存取存儲器隨機存取存儲器RAMRAM7.3 7.3 只讀存儲器只讀存儲器ROMROM7.4 7.4 微機內存區(qū)域劃分微機內存區(qū)域劃分7.5 7.5 存儲器芯片與存儲器芯片與CPUCPU的連接的連接7.1 7.1 概述概述一、定義一、定義 是計算機的重要組成部分，是是計算機的重要組成部分，是CUPCUP重要的系統(tǒng)資源之一重要的系統(tǒng)資源之一。 CPUCPU與存儲器的關系如下圖所示。與存儲器的關系如下圖所示。 存儲器是計算機系統(tǒng)的記憶設備。存儲器由一些能存儲器是計算機系統(tǒng)的記憶設備。存儲器由一些能夠表示二進制夠

2、表示二進制“0”0”和和“1”1”的狀態(tài)的物理器件組成，這的狀態(tài)的物理器件組成，這些具有記憶功能的物理器件構成了一個個些具有記憶功能的物理器件構成了一個個記憶單元記憶單元，每，每個記憶單元可以保存一位二進制信息。個記憶單元可以保存一位二進制信息。8 8個記憶單元構成個記憶單元構成一個一個存儲單元存儲單元，可存放，可存放8 8位二進制信息即一個位二進制信息即一個字節(jié)字節(jié)（ByteByte）。許多存儲單元組織在一起就構成了存儲器。）。許多存儲單元組織在一起就構成了存儲器。DSESSSCSIPPSW標志標志寄存器寄存器執(zhí)行部件控制電路執(zhí)行部件控制電路指令譯碼器指令譯碼器4321數據暫存器數據暫存器A

3、XBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器組寄存器組指指令令隊隊列列地址總線地址總線AB數據總線數據總線DB總線總線接口接口控制控制電路電路控制總線控制總線CB運運算算器器地地址址加加法法器器地地址址譯譯碼碼器器、指令指令1指令指令2指令指令3指令指令4、數據數據1數據數據29AH、指令指令MOV AL, BXMOV AL, BX包含一個從存儲器讀操作包含一個從存儲器讀操作存儲器存儲器CPUCPU7.1.1 7.1.1 存儲器的分類存儲器的分類按構成存儲器的器件和存儲介質分類：按構成存儲器的器件和存儲介質分類：磁芯存儲器、半導體存儲器、光電存儲器、磁膜、磁泡和其它磁表

4、面存儲器以磁芯存儲器、半導體存儲器、光電存儲器、磁膜、磁泡和其它磁表面存儲器以及光盤存儲器等。及光盤存儲器等。半導體存儲器的特點半導體存儲器的特點 速度快，存取時間可到速度快，存取時間可到nsns級；級； 集成度高，不僅存儲單元所占的空間小，而且譯碼電路和緩沖寄存集成度高，不僅存儲單元所占的空間小，而且譯碼電路和緩沖寄存器、讀出寫入電路等都制作在同一芯片中。目前已達到單片器、讀出寫入電路等都制作在同一芯片中。目前已達到單片1024Mb1024Mb（相（相當于當于128M128M字節(jié)）。字節(jié)）。 非破壞性讀出非破壞性讀出，即信息讀出后存儲單元中的信息還在，特別是靜態(tài)，即信息讀出后存儲單元中的信息

5、還在，特別是靜態(tài)RAMRAM，讀出后不需要再生。，讀出后不需要再生。 信息的信息的易失性易失性（對（對RAMRAM），即斷電后信息丟失。），即斷電后信息丟失。 信息的信息的揮發(fā)性揮發(fā)性（對（對DRAMDRAM），即存儲的信息過一定時間要丟失，所以），即存儲的信息過一定時間要丟失，所以要周期地再生（刷新）。要周期地再生（刷新）。 功耗低，特別是功耗低，特別是CMOSCMOS存儲器。存儲器。 體積小，價格在不斷地下降。體積小，價格在不斷地下降。按在微機系統(tǒng)中的位置分類：按在微機系統(tǒng)中的位置分類：主存儲器（內存，主存儲器（內存，Main MemoryMain Memory） 輔助存儲器（外存，輔助存

6、儲器（外存，External MemoryExternal Memory） 用來存放計算機正在執(zhí)行的或經常使用的程序和數據。用來存放計算機正在執(zhí)行的或經常使用的程序和數據。CPUCPU可以直接可以直接對它進行訪問。一般是由對它進行訪問。一般是由半導體存儲器半導體存儲器構成，通常裝在主板上。存取構成，通常裝在主板上。存取速度快，但容量有限，其大小受地址總線位數的限制。速度快，但容量有限，其大小受地址總線位數的限制。緩沖存儲器（緩存，緩沖存儲器（緩存，Cache MemoryCache Memory） 用來存放不經常使用的程序和數據，用來存放不經常使用的程序和數據， CPUCPU不能直接訪問它。屬

7、計算機不能直接訪問它。屬計算機的外部設備的外部設備, ,是為彌補內存容量的不足而配置的，容量大，成本低，是為彌補內存容量的不足而配置的，容量大，成本低，所存儲信息既可以修改也可以長期保存，但存取速度慢。需要配置專所存儲信息既可以修改也可以長期保存，但存取速度慢。需要配置專門的驅動設備才能完成對它的訪問，如硬盤、軟盤驅動器等。門的驅動設備才能完成對它的訪問，如硬盤、軟盤驅動器等。位于主存與位于主存與CPUCPU之間，其存取速度非常快，但存儲容量更小，可用來之間，其存取速度非?？?，但存儲容量更小，可用來解決存取速度與存儲容量之間的矛盾，提高整個系統(tǒng)的運行速度。解決存取速度與存儲容量之間的矛盾，提高

8、整個系統(tǒng)的運行速度。 按制造工藝按制造工藝不同不同半導體存儲器分類：半導體存儲器分類：隨機存取存儲器隨機存取存儲器RAMRAM(Random Access Memory) (Random Access Memory) 只讀存儲器只讀存儲器ROM ROM (Read-Only Memory) (Read-Only Memory) 又稱讀寫存儲器，指能夠通過指令隨機地、個別地對其中各個單元進行讀又稱讀寫存儲器，指能夠通過指令隨機地、個別地對其中各個單元進行讀/ /寫操作寫操作的一類存儲器。的一類存儲器。 在微機系統(tǒng)的在線運行過程中，只能對其進行讀操作，而不能進行寫操作的在微機系統(tǒng)的在線運行過程中，

9、只能對其進行讀操作，而不能進行寫操作的一類存儲器。一類存儲器。 靜態(tài)靜態(tài)RAMRAM動態(tài)動態(tài)RAMRAM掩膜掩膜ROMROM（MROMMROM）可編程可編程ROMROM（PROMPROM）可擦除編程可擦除編程ROMROM（EPROMEPROM）電擦除可編程電擦除可編程ROMROM（EEPROMEEPROM）閃速存儲器閃速存儲器按工藝不同按工藝不同雙極型雙極型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 半導體存儲器的結構半導體存儲器的結構 半導體存儲器一般由以下部分組成：半導體存儲器一般由以下部分組成： 地址譯碼電路、存儲體、三態(tài)數據緩沖器、控制邏輯地址譯碼電路、

10、存儲體、三態(tài)數據緩沖器、控制邏輯 存儲體：存儲體：矩陣形式保存數據。矩陣形式保存數據。地址譯碼電路：地址譯碼電路：接受接受CPUCPU送來的地址信號并對它進行譯碼，送來的地址信號并對它進行譯碼，選擇與此地址碼相對應的存儲單元，以便對該單元進行讀選擇與此地址碼相對應的存儲單元，以便對該單元進行讀寫操作。寫操作。（1 1）單譯碼）單譯碼適用于小容量存儲器適用于小容量存儲器 單譯碼方式只用一個譯碼電路對所有地址信息進行譯碼，單譯碼方式只用一個譯碼電路對所有地址信息進行譯碼，譯碼輸出的選擇線直接選中對應的存儲單元。譯碼輸出的選擇線直接選中對應的存儲單元。如圖所示如圖所示（2 2）雙譯碼）雙譯碼分為行譯

11、碼與列譯碼分為行譯碼與列譯碼 雙譯碼方式把雙譯碼方式把n n根地址線分成兩部分，分別進行譯碼，根地址線分成兩部分，分別進行譯碼，產生一組行選擇線產生一組行選擇線X X和一組列選擇線和一組列選擇線Y Y，每一根，每一根X X線選中存儲線選中存儲矩陣中位于同一行的所有單元，每一根矩陣中位于同一行的所有單元，每一根Y Y線選中存儲矩陣中線選中存儲矩陣中位于同一列的所有單元，當某一單元的位于同一列的所有單元，當某一單元的X X線和線和Y Y線同時有效時，線同時有效時，相應的存儲單元被選中。相應的存儲單元被選中。 如圖所示如圖所示單譯碼方式單譯碼方式雙譯碼方式雙譯碼方式 三態(tài)數據緩沖器三態(tài)數據緩沖器：是

12、數據輸入是數據輸入/ /輸出的通道，數據傳輸的輸出的通道，數據傳輸的方向取決于控制邏輯對三態(tài)門的控制。方向取決于控制邏輯對三態(tài)門的控制。讀寫讀寫控制控制電電路：路：接收接收CPUCPU發(fā)來的相關控制信號，以控制數發(fā)來的相關控制信號，以控制數據的輸入據的輸入/ /輸出。輸出。CPUCPU發(fā)往存儲芯片的控制信號主要有讀信發(fā)往存儲芯片的控制信號主要有讀信號、寫信號和片選信號等。值得注意的是，不同性質的半號、寫信號和片選信號等。值得注意的是，不同性質的半導體存儲芯片其外圍電路部分也各有不同，如在動態(tài)導體存儲芯片其外圍電路部分也各有不同，如在動態(tài)RAMRAM中中還要有預充、刷新等方面的控制電路，而對于還

13、要有預充、刷新等方面的控制電路，而對于ROMROM芯片，在芯片，在正常工作狀態(tài)下只有輸出控制邏輯等。正常工作狀態(tài)下只有輸出控制邏輯等。7.1.3 7.1.3 半導體存儲器的主要性能指標半導體存儲器的主要性能指標 存儲器性能指標主要有三項：存儲器性能指標主要有三項：存儲容量、存取速度、帶寬存儲容量、存取速度、帶寬存儲容量：存儲容量：反映存儲器可存儲信息量的指標。以反映存儲器可存儲信息量的指標。以單元個數單元個數數數 據位數據位數表示表示 如如: :某存儲器存儲容量為某存儲器存儲容量為64K64K8 8位，即位，即64K64K字節(jié)。字節(jié)。 設微機的地址線和數據線位數分別是設微機的地址線和數據線位數

14、分別是p p和和q q，則該存儲器芯，則該存儲器芯片的地址單元總數為片的地址單元總數為2 2p p，該存儲器芯片的位容量為，該存儲器芯片的位容量為2 2p p q q。 例如：例如：存儲器芯片存儲器芯片61166116，地址線有，地址線有1111根，數據線有根，數據線有8 8根則該根則該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位位存儲容量常用單位存儲容量常用單位: :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：完成一次訪問（讀：完成一次訪問（讀/ /寫）存儲器的時間。寫）存儲器的時間。 帶寬帶寬：每秒傳輸數據的總量：每秒傳輸數據的總量, ,通常以通常以B/SB/S表示表示. . 帶寬帶寬= =存儲器總線頻率存儲器總線頻率數據數據寬度寬度/8/8 例如：一存儲器的總線頻率為例如：一存儲器的總線頻率為100MHZ100MHZ，存儲寬度為，存儲寬度為6464位，則位，則 帶寬帶寬= =10010064/864/8=800MB/S=800MB/S存取時間：存取時間：表示啟動一次存儲操作到完成該操作所經歷時間；表示啟動一

16、次存儲操作到完成該操作所經歷時間；一般為幾一般為幾nsns到幾百到幾百nsns 存取時間越短，則存取速度越快。存取時間越短，則存取速度越快。存儲器的存取時間主要與其存儲器的存取時間主要與其制造工藝制造工藝有關，有關，雙極型半導體存雙極型半導體存儲器儲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 存儲器的分級結構存儲器的分級結構微機存儲系統(tǒng)的層次結構微機存儲系統(tǒng)的層次結構靜態(tài)隨機存取存儲器靜態(tài)隨機存取存儲器SRAMSRAM動態(tài)隨機存取存儲器動態(tài)隨機存取存儲器DRAMDRAM7.2 7.2 隨機存取存儲器隨機存取存儲器RAMRAMRAM(Random

17、Access Memory)RAM(Random Access Memory)意指隨機存取存儲器。意指隨機存取存儲器。 其工作特點是：在微機系統(tǒng)的工作過程中，可以其工作特點是：在微機系統(tǒng)的工作過程中，可以隨機隨機地對地對其中的各個存儲單元進行其中的各個存儲單元進行讀寫操作讀寫操作。存取速度快、功耗較大、。存取速度快、功耗較大、容量較小。它一般適用于構成高速緩沖存儲器（容量較小。它一般適用于構成高速緩沖存儲器（CacheCache）. . SRAM SRAM其存儲電路是以雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為基礎，只要不掉電，其存儲電路是以雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為基礎，只要不掉電，信息永不會丟失，不需要刷新電路。信息永不會丟失，

18、不需要刷新電路。7.2.1 7.2.1 靜態(tài)隨機存取存儲器靜態(tài)隨機存取存儲器SRAMSRAM 基本存儲單元基本存儲單元基本工作原理基本工作原理VCC(+5V)T3T2T1T4VCCT3T1T4T2X地址譯碼線ABD0D0T5T6T7T8(I/O)I/O接Y地址譯碼器AB(b) (b) 六管基本存儲電路六管基本存儲電路(a) (a) 六管靜態(tài)存儲單元六管靜態(tài)存儲單元的原理示意圖的原理示意圖T T1 1截止截止AA“1”T1”T2 2導通導通 BB“0”T0”T1 1截止（穩(wěn)定）截止（穩(wěn)定）T T1 1導通導通AA“0”T0”T2 2截止截止 BB“1”T1”T1 1導通（穩(wěn)定）導通（穩(wěn)定）讀出操

19、作讀出操作寫入操作寫入操作X X譯碼與譯碼與Y Y譯碼信號消失后，譯碼信號消失后，T T5 5T T8 8都截止。由于存儲單元都截止。由于存儲單元有電源及負載管，可以不斷地有電源及負載管，可以不斷地向柵極補充電荷，依靠兩個反向柵極補充電荷，依靠兩個反相器的交叉控制，只要不掉電，相器的交叉控制，只要不掉電，就能保持寫入的信息就能保持寫入的信息“1”1”，而不用刷新。而不用刷新。 X X譯碼高電平譯碼高電平TT5 5、T T6 6導通導通Y Y譯碼高電平譯碼高電平TT7 7、T T8 8導通導通 這種存儲電路的讀出過這種存儲電路的讀出過程程是非破壞性是非破壞性的，即信息在的，即信息在讀出之后，原存

20、儲電路的狀讀出之后，原存儲電路的狀態(tài)不變。態(tài)不變。 典型靜態(tài)典型靜態(tài)RAMRAM存儲器芯片存儲器芯片6116 6116 外部結構外部結構 A0-A10 A0-A10：1111根地址信號輸入引腳。根地址信號輸入引腳。 ： 寫控制信號輸入引腳，當為低電平寫控制信號輸入引腳，當為低電平時，使輸入三態(tài)門導通，信息由數據總線通時，使輸入三態(tài)門導通，信息由數據總線通過輸入數據控制電路寫入被選中的存儲單元；過輸入數據控制電路寫入被選中的存儲單元；OE:OE:讀控制信號輸入引腳，當為低電平時，讀控制信號輸入引腳，當為低電平時，使輸入三態(tài)門導通，從所選中的存儲單元讀使輸入三態(tài)門導通，從所選中的存儲單元讀出信息送

21、到數據總線。出信息送到數據總線。 D0-D7 D0-D7 ：8 8根數據輸入輸出信號引腳根數據輸入輸出信號引腳 ： 低電平有效，通常接地址譯碼器的低電平有效，通常接地址譯碼器的輸出端。輸出端。 VCC VCC： 電源。電源。 GND GND：地。：地。WECS常用的靜態(tài)存儲器常用的靜態(tài)存儲器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工作方式與控制信號之間的關系工作方式與控制信號之間的關系A10A0D7D0工作狀態(tài)1高阻態(tài)低功耗維持001穩(wěn)定輸出讀00穩(wěn)定輸入寫CSWEOE7.2.2 7.2.2 動態(tài)隨機存取存儲器動態(tài)隨機存取存儲器DRAMDRAM一、一、DRAMDRAM基本存儲電路基本存儲電路 單管動態(tài)存儲電路單管動態(tài)存儲電路 基本工作原理：基本工作原理：依靠依靠T T管柵極管柵極電容的充放電原理來保存信息電容的充放電原理來保存信息. . 當柵極電容上充有電荷時，當柵極電容上充有電荷時，表示該單元保存信息表示該單元保存信息“1”1”。當。當柵極電容上沒有電荷時，表示該柵極電容上沒有電荷時，

23、表示該單元保存信息單元保存信息“0”0”。 由于電容上的電荷會逐漸泄由于電容上的電荷會逐漸泄漏漏 ，因此對，因此對DRAMDRAM必須定時進行必須定時進行刷新刷新，使泄漏的電荷得到補充。，使泄漏的電荷得到補充。常用常用DRAMDRAM的基本存儲電路有的基本存儲電路有4 4管管型和單管型型和單管型兩種兩種 。 寫入操作寫入操作 行選擇線為高電平，行選擇線為高電平，T T管導通，管導通，寫信號通過位線存入電容寫信號通過位線存入電容C C中；中； 讀操作讀操作 行選擇線仍為高電平，存儲在行選擇線仍為高電平，存儲在電容電容C C上的電荷，通過上的電荷，通過T T輸出到數輸出到數據線上，通過讀出放大器，

24、即可據線上，通過讀出放大器，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 在動態(tài)在動態(tài)RAMRAM的使用過程中，必須及時地向保存的使用過程中，必須及時地向保存“1”1”的那的那些存儲單元補充電荷，以維持信息的存在。些存儲單元補充電荷，以維持信息的存在。 刷新時間間隔一般要求在刷新時間間隔一般要求在1 1100 ms100 ms。工作溫度為。工作溫度為7070時，典型的刷新時間間隔為時，典型的刷新時間間隔為2 ms2 ms，也就是，也就是2 ms2 ms內必須對存儲內必須對存儲的信息刷新一遍。的信息刷新一遍。 四管動態(tài)四管動態(tài)RAMRAM存儲電路存儲電路 二、典型動態(tài)二、典型動態(tài)RA

25、MRAM存儲器芯片存儲器芯片2164 2164 內部結構圖內部結構圖集成隨機存取存儲器（集成隨機存取存儲器（IRAMIRAM） IRAMIRAM是一種新型的動態(tài)存儲器，它克服了是一種新型的動態(tài)存儲器，它克服了DRAMDRAM需要外需要外加刷新電路的缺點，將刷新電路集成到加刷新電路的缺點，將刷新電路集成到RAMRAM的芯片內部，兼的芯片內部，兼具兩種具兩種RAMRAM的優(yōu)點。目前主要有的優(yōu)點。目前主要有Intel2186/2187Intel2186/2187（8K8K8 8位）位） 視頻隨機存取存儲器（視頻隨機存取存儲器（VRAMVRAM） 專為視頻圖像處理設計，專為視頻圖像處理設計，VRAMV

26、RAM采用雙端口設計，允許采用雙端口設計，允許同時從處理器向視頻存儲器和隨機存取內存數字模擬轉同時從處理器向視頻存儲器和隨機存取內存數字模擬轉換器換器 傳輸數據傳輸數據 。高速高速RAMRAM 通過增加少量的額外邏輯電路，提高單位時間內的數據流通過增加少量的額外邏輯電路，提高單位時間內的數據流量，即所謂的增加帶寬。量，即所謂的增加帶寬。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）可編程可編程ROMROMPROMPROM（Programmable ROMProgrammable ROM）可擦除可編程可擦除可編程ROMEPROMROMEPROM（Erasable Programmable ROMErasable Programmable ROM）電可擦除可編程電可擦除可編程ROMEEPROMROMEEPROM（Electrically Erasable Programmable ROMElectrically Erasable Programmable ROM）快擦型存儲器快擦型存儲器(F1ash Memory) (F1ash Memory) 7.3

28、7.3 只讀存儲器只讀存儲器ROMROMROM (Read Only Memory)ROM (Read Only Memory) 意指只讀存儲器。意指只讀存儲器。 其工作特點是：在微機系統(tǒng)的在線運行過程中，只能對其其工作特點是：在微機系統(tǒng)的在線運行過程中，只能對其進行讀操作，而不能進行寫操作；電源關斷，信息不會丟失，進行讀操作，而不能進行寫操作；電源關斷，信息不會丟失，屬于屬于非易失性存儲器件非易失性存儲器件；常用來存放不需要改變的信息。；常用來存放不需要改變的信息。ROMROM存儲信息的原理和組成存儲信息的原理和組成 ROMROM存儲位存儲位T1和電子開關和電子開關S構成一個存儲位。構成一個

29、存儲位。X X選擇線端加上選中信號選擇線端加上選中信號S S斷開斷開DD“1”1”X X選擇線端加上選中信號選擇線端加上選中信號S S閉合閉合DD“0”0” ROMROM的組成的組成16161 1位位ROMROM結構結構信息信息“1”1”信息信息“0”0”7.3.1 7.3.1 掩模式掩模式ROMMROMROMMROM MROMMROM是廠家根據用戶事先編寫好的機器碼程序，把是廠家根據用戶事先編寫好的機器碼程序，把0 0、1 1信息存儲在掩模圖形中而制成的芯片。信息存儲在掩模圖形中而制成的芯片。芯片制成后，芯片制成后，存儲位的狀態(tài)即存儲位的狀態(tài)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 可編程可編程ROMPROMROMPROM PROMPROM一種可由用戶通過簡易設備寫入信息的一種可由用戶通過簡易設備寫入信息的ROMROM器件器件 。PROMPROM的類型的類型： （1 1）熔絲式）熔絲式PROMPROM（2 2）二極管破壞型）二極管破壞型PROMPROM 熔絲式熔絲式PROMPROM的基本存儲單元的基本存儲單元是一只是一只晶體管晶體管或或MOSMOS管管。 用戶編程時，靠專用寫入電用戶編程時，靠專用寫入電路產生脈沖電流，來路產生脈沖電流，來燒斷指定的燒斷指定的熔絲熔絲，以達到寫入，以達到寫入“0”0”的目的。的目的。熔絲式熔絲式PROMPROM的基本存儲

31、單元的基本存儲單元 （2 2）二極管破壞型）二極管破壞型PROMPROM PROM PROM存儲器在出廠時，存儲體中每條字線和位線的交叉存儲器在出廠時，存儲體中每條字線和位線的交叉處都是兩個反向串聯(lián)的二極管的處都是兩個反向串聯(lián)的二極管的PNPN結，字線與位線之間不結，字線與位線之間不導通（即所有存儲內容均為導通（即所有存儲內容均為“1”1”）。如果用戶需要寫入程）。如果用戶需要寫入程序，則通過專門的序，則通過專門的PROMPROM寫入電路，產生足夠大的電流把要寫入電路，產生足夠大的電流把要寫入寫入“0”0”的那個存儲位上的的那個存儲位上的二極管擊穿二極管擊穿，造成這個，造成這個PNPN結短結短

32、路，只剩下順向的二極管跨連字線和位線，這時，此位就路，只剩下順向的二極管跨連字線和位線，這時，此位就意味著寫入了意味著寫入了“0”0”。出廠時出廠時PROMPROM中的信息全部為中的信息全部為1 1。PROMPROM器件只能固化一次程序，數據寫入后，就不能再器件只能固化一次程序，數據寫入后，就不能再改變了！改變了！一次性！一次性！7.3.3 7.3.3 可擦除可編程可擦除可編程ROMEPROMROMEPROM 基本存儲單元基本存儲單元初始態(tài)：初始態(tài)：每個單元的浮動柵每個單元的浮動柵極上都沒有電荷，源極與漏極極上都沒有電荷，源極與漏極之間不導電，此時表示該存儲之間不導電，此時表示該存儲單元保存的

33、信息為單元保存的信息為“1 1”。 寫入信息寫入信息“0”0”：在漏極和在漏極和源極（即源極（即S S）之間加上十）之間加上十25v25v的的電壓，同時加上編程脈沖信號電壓，同時加上編程脈沖信號(50ns)(50ns)，漏極與源極間被瞬時，漏極與源極間被瞬時擊穿，電子注入到浮動柵。在擊穿，電子注入到浮動柵。在高壓電源去除之后，浮動柵為高壓電源去除之后，浮動柵為負，就形成了導電溝道，從而負，就形成了導電溝道，從而使相應單元導通，即將使相應單元導通，即將0 0寫入寫入該單元。該單元。清除信息：清除信息：用一定波長的用一定波長的紫外光紫外光照射照射浮動柵，使負電荷獲取足夠的浮動柵，使負電荷獲取足夠的

34、能量，擺脫能量，擺脫SiO2SiO2的包圍，以光電流的包圍，以光電流的形式釋放掉，即原來存儲的信息的形式釋放掉，即原來存儲的信息也就不存在了。也就不存在了。 對于抗干擾要求較高的場合，普遍采用對于抗干擾要求較高的場合，普遍采用EPROMEPROM作為存儲信作為存儲信息的存儲器器件。息的存儲器器件。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為單位。為單位。主要型號主要型號有：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 電子可擦除可編程電子可擦除可編程ROMEROME2 2PROMPROM工作原理：工作原理： 與與EPROMEPROM類似，當浮動柵上類似，當浮動柵上沒有電荷時，管子的漏極和源極之沒有電荷時，管子的漏極和源極之間不導電，若設法使浮動柵帶上電間不導電，若設法使浮動柵帶上電荷，則管子就導通。荷，則管子就導通。 擦除可以按字節(jié)分別進行；擦除可以按字節(jié)分別進行；可以進行在線的編程寫入（字節(jié)的可以進行在線的編程寫入（字節(jié)的編程和擦

36、除都只需要編程和擦除都只需要10ms10ms，并且不，并且不需特殊裝置）需特殊裝置）E E2 2PROMPROM結構示意圖結構示意圖編程：編程： 在在E2PROME2PROM中，漏極上面增加了中，漏極上面增加了一個隧道二極管，它在第二柵與漏一個隧道二極管，它在第二柵與漏極之間的電壓極之間的電壓VGVG的作用下，可使電的作用下，可使電荷通過它流向浮動柵；荷通過它流向浮動柵； 擦除：擦除： VGVG的極性相反可以使電荷從的極性相反可以使電荷從浮動柵流向漏極。浮動柵流向漏極。EEPROMEEPROM的特點：的特點：1 1、采用、采用+5V+5V電擦寫，是在寫入過程中自動進行的。電擦寫，是在寫入過程中

37、自動進行的。2 2、對硬件電路要求簡單，無需專用電路，只要按一定的時、對硬件電路要求簡單，無需專用電路，只要按一定的時序要求，即可進行在線編程。序要求，即可進行在線編程。3 3、EEPROMEEPROM除了有并行的總線傳輸的芯片外，還有串行傳送除了有并行的總線傳輸的芯片外，還有串行傳送的芯片。的芯片。 并行結構的并行結構的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為單位。為單位。 主要型號主要型號有：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 閃速存儲器閃速存儲器(F1ash Memory) (F1ash Memory) Flash MemoryFlash Memory快擦型存儲器快擦型存儲器： 是不用電池供電的、高速耐用的非易失性半導體存儲器。結構與是不用電池供電的、高速耐用的非易失性半導體存儲器。結構與EPROM EPROM 相同。相同。其特點是：其特點是：可以整體電擦除（時間可以整體電擦除（時間1S1S）和按字節(jié)重新高速編程。）和按字節(jié)重新高速編程。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。能進行高速編程。能進行高速編程。

39、如如: 28F256: 28F256芯片，每個字節(jié)編程需芯片，每個字節(jié)編程需100s100s， 整個芯片整個芯片0.5s0.5s； 最少可以擦寫一萬次，通常可達到最少可以擦寫一萬次，通常可達到1010萬次；萬次；CMOS CMOS 低功耗，最大工作電流低功耗，最大工作電流30mA30mA。與與EEPROMEEPROM進行比較具有容量大、價格低、可靠性高等明顯優(yōu)勢。進行比較具有容量大、價格低、可靠性高等明顯優(yōu)勢?？觳列痛鎯ζ鬟€可應用于激光打印機、條形碼閱讀器、各種儀器快擦型存儲器還可應用于激光打印機、條形碼閱讀器、各種儀器設備以及計算機的外部設備中。設備以及計算機的外部設備中。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內容只能讀出，不能改變內容只能讀出，不能改變. .半導體廠家用掩膜技術寫入程序半導體廠家用掩膜技術寫入程序成本低，成本低，適用于批量生產適用于批量生產不適用研究工作不適用研究工作 PROM PROM可編程可編程ROMROM內容只能讀出，不能改變內容只能讀出，不能改變. .用戶使用特殊方法進行編程，只用戶使用特殊方法進行編程，只能寫一次，一次編程不能修改。能寫一次，一次編程不能修改。適用于批量生產適用于批量生產不適用研究工作不適用研究工作EPROMEPROM光可擦除光可擦除PROM

41、PROM固化程序用紫外線光照固化程序用紫外線光照5 51515分鐘擦除，分鐘擦除，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數據。序和數據。用戶可以對芯片進行多次編程用戶可以對芯片進行多次編程和擦除。和擦除。適用于研究工作適用于研究工作不適用于批量生不適用于批量生產。產。E E2 2PROMPROM電可擦除電可擦除PROMPROM實現(xiàn)全片和字節(jié)擦寫改寫，實現(xiàn)全片和字節(jié)擦寫改寫，作為非易失性作為非易失性RAMRAM使用。使用。集成度和速度不及集成度和速度不及EPROMEPROM，價格高，價格高，擦寫在原系統(tǒng)中在線進行。擦寫在原系統(tǒng)中在線進行。Flash MemoryFlash Memo

42、ry快速電擦寫存儲器快速電擦寫存儲器可以整體電擦除（時間可以整體電擦除（時間1S1S）和按字節(jié)重新高速編程。和按字節(jié)重新高速編程。CMOS CMOS 低功耗；低功耗；編程快編程快（每個字節(jié)編程（每個字節(jié)編程100s100s 整個芯片整個芯片0. 5s0. 5s）；）；擦寫次數多擦寫次數多（通?？蛇_到（通?？蛇_到1010萬）萬）與與E E2 2PROMPROM比較：容量大、價格比較：容量大、價格低、可靠性高等優(yōu)勢。低、可靠性高等優(yōu)勢。用于用于PCPC機內裝操作機內裝操作系統(tǒng)和系統(tǒng)不能丟系統(tǒng)和系統(tǒng)不能丟失初始功能的專門失初始功能的專門領域。需要周期性領域。需要周期性地修改被存儲的數地修改被存儲的數

43、據表的場合。據表的場合。分類分類信息存取方式信息存取方式特點特點用途用途只讀存儲器只讀存儲器ROMROM分類分類7.4 7.4 微機內存區(qū)域劃分微機內存區(qū)域劃分 微型計算機內存從微型計算機內存從0 0開始編址，它與開始編址，它與I/OI/O分別獨立編址，分別獨立編址，末地址與處理器尋址能力有關。微型計算機內存的整個物理末地址與處理器尋址能力有關。微型計算機內存的整個物理地址空間劃分若干區(qū)域：地址空間劃分若干區(qū)域：常規(guī)內存、保留內存和擴展內存常規(guī)內存、保留內存和擴展內存等。等。 7.5 7.5 存儲器與存儲器與CPUCPU的連接的連接7.5.1 7.5.1 存儲器與存儲器與CPUCPU連接時應注

44、意的問題連接時應注意的問題 7.5.2 7.5.2 存儲器地址譯碼方法存儲器地址譯碼方法 7.5.3 7.5.3 存儲芯片的擴展存儲芯片的擴展 如何用容量較小、字長較短的芯片組成微機系統(tǒng)所如何用容量較小、字長較短的芯片組成微機系統(tǒng)所需容量和字長的存儲器？需容量和字長的存儲器？7.5.1 7.5.1 存儲器與存儲器與CPUCPU連接時應注意的問題連接時應注意的問題 CPUCPU對存儲器進行讀寫操作過程：對存儲器進行讀寫操作過程：首先要由地址總線給出地址首先要由地址總線給出地址信號，選擇要進行讀信號，選擇要進行讀/ /寫操作的存儲單元，然后通過控制總線寫操作的存儲單元，然后通過控制總線發(fā)出相應的讀

45、發(fā)出相應的讀/ /寫控制信號，最后才能在數據總線上進行數據寫控制信號，最后才能在數據總線上進行數據交換。交換。存儲器芯片與存儲器芯片與CPUCPU之間的連接，實質上就是其與系統(tǒng)總線的之間的連接，實質上就是其與系統(tǒng)總線的連接連接。包括：。包括： 地址線的連接；地址線的連接； 數據線的連接；數據線的連接； 控制線的連接?？刂凭€的連接。在連接中要考慮以下問題：在連接中要考慮以下問題： 一、存儲器與一、存儲器與CPUCPU之間的時序配合之間的時序配合 CPUCPU對存儲器進行讀操作時，對存儲器進行讀操作時，CPUCPU發(fā)出地址和讀命令后，存發(fā)出地址和讀命令后，存儲器必須在規(guī)定時間內給出有效數據。而當儲

46、器必須在規(guī)定時間內給出有效數據。而當CPUCPU對存儲器進行寫對存儲器進行寫操作時，存儲器必須在寫脈沖規(guī)定的時間內將數據寫入指定存操作時，存儲器必須在寫脈沖規(guī)定的時間內將數據寫入指定存儲單元儲單元 二、二、CPUCPU總線負載能力總線負載能力 地址線、控制線是單向的，故采用單向驅動器地址線、控制線是單向的，故采用單向驅動器 數據線是雙向傳送的，故采用雙向驅動器數據線是雙向傳送的，故采用雙向驅動器 三、存儲器芯片的選用三、存儲器芯片的選用 應根據存儲器的存放對象、總體性能、芯片的類型和特征應根據存儲器的存放對象、總體性能、芯片的類型和特征等方面綜合考慮。等方面綜合考慮。 1 1、對芯片類型的選用

47、、對芯片類型的選用 2 2、對芯片型號的選用、對芯片型號的選用 如何用如何用CPUCPU的存儲器讀寫信號同存儲器芯片的控制信號線的存儲器讀寫信號同存儲器芯片的控制信號線連接，以實現(xiàn)對存儲器的讀寫操作。連接，以實現(xiàn)對存儲器的讀寫操作。 簡單系統(tǒng)：簡單系統(tǒng)：CPUCPU讀寫信號與存儲器芯片的讀寫信號直接相連。讀寫信號與存儲器芯片的讀寫信號直接相連。復雜系統(tǒng)：復雜系統(tǒng)：CPUCPU讀寫信號和其它信號組合后與存儲器芯片的讀讀寫信號和其它信號組合后與存儲器芯片的讀寫信號直接相連。寫信號直接相連。 CPUCPU讀信號最終和存儲器的讀信號相連，讀信號最終和存儲器的讀信號相連，CPUCPU寫信號最終和存寫信號

48、最終和存儲器的寫信號相連。儲器的寫信號相連。四、存儲器與控制總線的連接（片選、讀、寫）四、存儲器與控制總線的連接（片選、讀、寫） 若一個芯片內的存儲單元是若一個芯片內的存儲單元是8 8位，則它自身就作為一組，位，則它自身就作為一組，其引腳其引腳D D0 0D D7 7可以和系統(tǒng)數據總線可以和系統(tǒng)數據總線D D0 0D D7 7或或D D8 8D D1515直接相連。直接相連。若一組芯片若一組芯片(4(4個或個或8 8個個) )才能組成才能組成8 8位存儲單元的結構，則組位存儲單元的結構，則組內不同芯片應與不同的數據總線相連。內不同芯片應與不同的數據總線相連。 61168086D7D0I/O8I

49、/O12164(0)8086D7D0DIN(DOUT)2164(6)DIN(DOUT)2164(7)DIN(DOUT)D6五、存儲器與數據總線的連接五、存儲器與數據總線的連接 數據線是數據線是CPUCPU與存儲器交換信息的通路，連接要考慮與存儲器交換信息的通路，連接要考慮驅動驅動問題及字長問題及字長。 將用以將用以“字選字選”的低位地址總線直接與存貯芯片的地址的低位地址總線直接與存貯芯片的地址引腳相連，將用以引腳相連，將用以“片選片選”的高位地址總線送入譯碼器。的高位地址總線送入譯碼器。 可以根據所選用的半導體存儲器芯片地址線的多少，把可以根據所選用的半導體存儲器芯片地址線的多少，把CPUCP

50、U的地址的地址線分為芯片外線分為芯片外( (指存儲器芯片指存儲器芯片) )地址和芯片內的地址，地址和芯片內的地址，片外地址經地址譯片外地址經地址譯碼器譯碼后輸出碼器譯碼后輸出。作為存儲器芯片的片選信號，用來選中。作為存儲器芯片的片選信號，用來選中CPUCPU所要訪問的所要訪問的存儲器芯片。存儲器芯片。片內地址線直接接到所要訪問的存儲器芯片的地址引腳片內地址線直接接到所要訪問的存儲器芯片的地址引腳，用來直接選中該芯片中的一個存儲單元。對用來直接選中該芯片中的一個存儲單元。對4K4K8b8b的的27322732而言，片外地而言，片外地址線為址線為A A1919A A1212，片內地址線為，片內地址

51、線為A A1111A A0 0；對；對2K2K8b8b的的61166116而言，片外地址而言，片外地址線為線為A A1919A A1111，片內地址線為，片內地址線為A A1010A A0 0。27328086譯碼器A19A12A11A0A11A061168086譯碼器A19A11A10A0A10A0六、存儲器與地址總線的連接六、存儲器與地址總線的連接 4 4讀寫線讀寫線OEOE、 WE(R/W) WE(R/W) 連接讀寫控制線連接讀寫控制線 RDRD、WRWR。存儲器與微型機三總線的連接：存儲器與微型機三總線的連接： DBDB0 0n n ADAD0 0N ND D0 0n nA A0 0N

52、 N ADADN+1N+1CSCSR/ WR/ WR/ WR/ W微型機微型機存儲器存儲器1 1數據線數據線D D0 0n n連接數據總線連接數據總線DBDB0 0n n 2 2地址線地址線A A0 0N N連接地址總線低位連接地址總線低位ADAD0 0N N。3.3.片選線片選線CSCS* *連接地址總線高位連接地址總線高位ABABN+1N+1。7.5.2 7.5.2 存儲器地址譯碼方法存儲器地址譯碼方法 在微型計算機系統(tǒng)中，每當訪問外部存儲器或在微型計算機系統(tǒng)中，每當訪問外部存儲器或I/OI/O時就進入時就進入總線周期，這需要指示具體要訪問的單元或端口即地址，系統(tǒng)是總線周期，這需要指示具體

53、要訪問的單元或端口即地址，系統(tǒng)是通過地址總線來尋找存儲器的，因此需要地址譯碼，通過譯碼邏通過地址總線來尋找存儲器的，因此需要地址譯碼，通過譯碼邏輯輸出有效的片選信號以選中某存儲器單元或端口。輯輸出有效的片選信號以選中某存儲器單元或端口。 存儲器擴展就是用多個存儲器芯片構成一定容量的存儲器模存儲器擴展就是用多個存儲器芯片構成一定容量的存儲器模塊，需要地址線的參與，這就涉及塊，需要地址線的參與，這就涉及地址譯碼及譯碼方式地址譯碼及譯碼方式問題。問題。 所謂地址譯碼就是將某個特定地址編碼輸入翻譯成唯一有效所謂地址譯碼就是將某個特定地址編碼輸入翻譯成唯一有效輸出的過程。而譯碼的結果就是輸出有效的邏輯，

54、輸出的邏輯通輸出的過程。而譯碼的結果就是輸出有效的邏輯，輸出的邏輯通常接存儲器的片選信號。常接存儲器的片選信號。 常用的片選控制譯碼方法常用的片選控制譯碼方法有線選法、譯碼法（部分譯碼法、有線選法、譯碼法（部分譯碼法、全譯碼全譯碼法）等。法）等。（1）8KBCS（2）8KBCS（3）8KBCS（3）8KBCS1111A13A14A16A15A0A12線選結構示意圖線選結構示意圖線選法線選法 當存儲器容量不大，所使用的存儲芯片數量不多，而當存儲器容量不大，所使用的存儲芯片數量不多，而CPUCPU尋尋址空間遠遠大于存儲器容量時，可用高位地址線直接作為存儲址空間遠遠大于存儲器容量時，可用高位地址線直

55、接作為存儲芯片的片選信號，芯片的片選信號，每一根地址線選通一塊芯片，這種方法稱為每一根地址線選通一塊芯片，這種方法稱為線選法。線選法。4個片選信號必須使用個片選信號必須使用4根地址線，電路結構簡單，缺點是：根地址線，電路結構簡單，缺點是：u 系統(tǒng)必須保證系統(tǒng)必須保證A16A13不能同時為有效低電平；不能同時為有效低電平；u 同部分譯碼法一樣，因為最高段地址信號（同部分譯碼法一樣，因為最高段地址信號（ A19 A15 ） 不參與譯碼，也存在地址重疊問題；不參與譯碼，也存在地址重疊問題；A13 A16A14 A15思考：試寫出各芯片占用的地址空間。思考：試寫出各芯片占用的地址空間。R/WD0 D7

56、A0 A128K*8D078K*8D078K*8D07CS1 8K*8D07部分譯碼法部分譯碼法 用高位地址中的一部分地址進行譯碼產生片選信號。用高位地址中的一部分地址進行譯碼產生片選信號。 8KB(2)CS 8KB(1)CS 8KB(8)CS 2-4譯碼器A0A12A13A14Y0Y1Y3芯片A19 A15 A14A13A12 A0地址空間（順序方式）0011111111111110000000000000011011系統(tǒng)最高段地址信號（系統(tǒng)最高段地址信號（ A A1919A A1515 ）不參與片選譯碼，即這幾位）不參與片選譯碼，即這幾位地址信號可以為任何值。地址信號可以為任何值。共占用共

57、占用25組地組地址址000001100011111110001100011000001FFFH 000000H0C1FFFH0C0000H0F9FFFH 0F8000H造成造成地址地址空間空間的重的重疊疊0C3FFFH0C2000H0C5FFFH0C4000H0C7FFFH0C6000H全譯碼法全譯碼法 用全部的高位地址進行譯碼產生片選信號。用全部的高位地址進行譯碼產生片選信號。 8KB(2)CS 8KB(1)CS 8KB(8)CS譯碼器A0A12A13A19Y0Y1Y3全譯碼示例A15 A14A13A16CBAE3138 2764A19A18A17A12A0CEY6E2E1IO/M1C000

58、H1DFFFH全0全10 0 0 1 1 1 00 0 0 1 1 1 0地址范圍A12A0A19A18A17A16A15A14 A13 譯碼電路可以使用譯碼電路可以使用門電路組合邏輯；門電路組合邏輯；A1A0F0 F1 F2 F3A19A18A17A16A15（b）（a）A0Y0Y1Y譯碼電路更多的是采用譯碼電路更多的是采用集成譯碼器：集成譯碼器：常用的常用的2:42:4譯碼器：譯碼器：74LS13974LS139常用的常用的3:83:8譯碼器：譯碼器：74LS13874LS138常用的常用的4:164:16譯碼器：譯碼器：74LS15474LS15474LS13874LS138功能表功能表

59、片選輸入片選輸入編碼輸入編碼輸入輸出輸出G G1 1 G G2A2A* * G G2B2B* *C B AC B AY7Y7* * Y0 Y0* *1 0 01 0 00 0 00 0 01111111011111110（僅（僅Y0Y0* *有效）有效）0 0 10 0 11111110111111101（僅（僅Y1Y1* *有效）有效）0 1 00 1 01111101111111011（僅（僅Y2Y2* *有效）有效）0 1 10 1 11111011111110111（僅（僅Y3Y3* *有效）有效）1 0 01 0 01110111111101111（僅（僅Y4Y4* *有效）有效）1

60、 0 11 0 11101111111011111（僅（僅Y5Y5* *有效）有效）1 1 01 1 01011111110111111（僅（僅Y6Y6* *有效）有效）1 1 11 1 10111111101111111（僅（僅Y7Y7* *有效）有效）非上述情況非上述情況1111111111111111（全無效）（全無效） 下圖為全譯碼的下圖為全譯碼的2 2個例子。前一例采用個例子。前一例采用門電路譯碼門電路譯碼，后例，后例采用采用3 38 8譯碼器譯碼譯碼器譯碼。單片。單片27642764（8K8K8 8位，位，EPROMEPROM）在高位地）在高位地址址A19A19A13=000011