第五章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器

1、5.1 存儲(chǔ)器概述 一、存儲(chǔ)器的分類 存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中用來存儲(chǔ)信息的部存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中用來存儲(chǔ)信息的部件，它是計(jì)算機(jī)中的重要硬件資源。件，它是計(jì)算機(jī)中的重要硬件資源。 從存儲(chǔ)程序式的馮從存儲(chǔ)程序式的馮.諾依曼經(jīng)典結(jié)構(gòu)而言，諾依曼經(jīng)典結(jié)構(gòu)而言，沒有存儲(chǔ)器，就無法構(gòu)成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)。沒有存儲(chǔ)器，就無法構(gòu)成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)。 1、按存取速度和在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位分類 兩大類：內(nèi)存（主存）和外存（輔存）兩大類：內(nèi)存（主存）和外存（輔存）內(nèi)存：CPU可以通過系統(tǒng)總線直接訪問的存儲(chǔ)可以通過系統(tǒng)總線直接訪問的存儲(chǔ)器，用以存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)當(dāng)前正在使用的程序或器，用以存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)當(dāng)前正在使用的程序或數(shù)據(jù)。內(nèi)存要有與數(shù)據(jù)。

2、內(nèi)存要有與CPU盡量匹配的工作速度，盡量匹配的工作速度，容量較小，價(jià)格較高。內(nèi)存由順序編址的存容量較小，價(jià)格較高。內(nèi)存由順序編址的存儲(chǔ)單元構(gòu)成，開始的地址為儲(chǔ)單元構(gòu)成，開始的地址為0；內(nèi)存一般又；內(nèi)存一般又由由ROM和和RAM兩部分組成。兩部分組成。ROM常駐軟件（如常駐軟件（如BIOS）內(nèi)存區(qū)；）內(nèi)存區(qū)；RAM其余的內(nèi)存區(qū)。其余的內(nèi)存區(qū)。 外存：用來存放相對(duì)來說不經(jīng)常使用的程序或者用來存放相對(duì)來說不經(jīng)常使用的程序或者 數(shù)據(jù)或者需要長期保存的信息。數(shù)據(jù)或者需要長期保存的信息。CPU需要使用這需要使用這些信息時(shí)，必須要通過專門的設(shè)備（如磁盤，磁些信息時(shí)，必須要通過專門的設(shè)備（如磁盤，磁帶控制器等

3、）把信息成批的傳送至內(nèi)存來（或相帶控制器等）把信息成批的傳送至內(nèi)存來（或相反）反）外存只與內(nèi)存交換信息，而不能被外存只與內(nèi)存交換信息，而不能被CPU直接訪問。外存由順序編址的直接訪問。外存由順序編址的 “塊塊”所組成。所組成。 外存的容量大（海量存儲(chǔ)器），但由于它多外存的容量大（海量存儲(chǔ)器），但由于它多數(shù)是機(jī)電裝置所構(gòu)成，所以工作速度較慢。數(shù)是機(jī)電裝置所構(gòu)成，所以工作速度較慢。 2、按存儲(chǔ)介質(zhì)分類： 磁芯存儲(chǔ)器；磁芯存儲(chǔ)器； 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器；半導(dǎo)體存儲(chǔ)器； 磁表面存儲(chǔ)器磁表面存儲(chǔ)器 （如磁帶，磁盤，磁鼓，磁卡等）；（如磁帶，磁盤，磁鼓，磁卡等）； 光盤存儲(chǔ)器（光盤存儲(chǔ)器（CDROM）；）； 磁光

4、式存儲(chǔ)器（用磁光材料）；磁光式存儲(chǔ)器（用磁光材料）； 3、 按存取方式分類： 隨機(jī)存儲(chǔ)器（隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM） 只讀存儲(chǔ)器（只讀存儲(chǔ)器（ROM） 順序存取存儲(chǔ)器（順序存取存儲(chǔ)器（SAMSequential Access Memory），如磁帶。），如磁帶。 直接存取存儲(chǔ)器（直接存取存儲(chǔ)器（DAMDirect Access Memory），如光盤，磁盤。），如光盤，磁盤。 二、存儲(chǔ)器的性能指標(biāo) 1、存儲(chǔ)容量：設(shè)地址線位數(shù)為p，數(shù)據(jù)線位 數(shù)為q，則： 編址單元總數(shù)為編址單元總數(shù)為 位容量總數(shù)為位容量總數(shù)為 *q 2、存取速度： 存取時(shí)間（存取時(shí)間（Access Time） 存取周期（存取周期（Me

5、mory Cycle） 通常，存儲(chǔ)周期通常，存儲(chǔ)周期存取時(shí)間存取時(shí)間2p2p *存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)： 應(yīng)用需要：存取速度快、存儲(chǔ)容量大、存取速度快、存儲(chǔ)容量大、價(jià)格價(jià)格/位低。但由于技術(shù)的或經(jīng)濟(jì)的方面原因，位低。但由于技術(shù)的或經(jīng)濟(jì)的方面原因，存儲(chǔ)器的這些特性往往是相互矛盾、相互制存儲(chǔ)器的這些特性往往是相互矛盾、相互制約的。用一種存儲(chǔ)器很難同時(shí)滿足這些要求。約的。用一種存儲(chǔ)器很難同時(shí)滿足這些要求。 為了發(fā)揮各種不同類型存儲(chǔ)器的長處，避為了發(fā)揮各種不同類型存儲(chǔ)器的長處，避開其弱點(diǎn)，應(yīng)該把他們合理地組織起來，這開其弱點(diǎn)，應(yīng)該把他們合理地組織起來，這就出現(xiàn)了存儲(chǔ)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)的概念。就出現(xiàn)了存儲(chǔ)系統(tǒng)層次

6、結(jié)構(gòu)的概念。 n 金字塔結(jié)構(gòu)：可將整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)看成三級(jí)： 高速緩存高速緩存 主存（內(nèi)存）主存（內(nèi)存） 外存（輔存）外存（輔存） 也可看成兩個(gè)二級(jí)系統(tǒng)： 高速緩存主存（一級(jí)）高速緩存主存（一級(jí)） 主存外存（一級(jí)）主存外存（一級(jí)） 請(qǐng)注意： 這兩個(gè)二級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)各自的基本功能是不相同的；這兩個(gè)二級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)各自的基本功能是不相同的； 前者：提高前者：提高CPUCPU訪問存儲(chǔ)器的速度；訪問存儲(chǔ)器的速度； 后者：彌補(bǔ)主存容量的不足。后者：彌補(bǔ)主存容量的不足。 另外，這兩級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通路和控制方式也不相同： 高速緩存主存的通路是：高速緩存主存的通路是： 主存外存的通路是：主存外存的通路是： 5.2 常用

7、存儲(chǔ)器芯片n除采用磁、光原除采用磁、光原理的輔存外，其理的輔存外，其它存儲(chǔ)器主要都它存儲(chǔ)器主要都是采用半導(dǎo)體存是采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器儲(chǔ)器n本章介紹采用半本章介紹采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器及其導(dǎo)體存儲(chǔ)器及其組成主存的方法組成主存的方法CPUCACHE主存（內(nèi)存）主存（內(nèi)存）輔存（外存）輔存（外存）5.2.1 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類n按制造工藝按制造工藝n雙極型：雙極型：速度快速度快、集成度低、功耗大、集成度低、功耗大nMOS型：速度慢、集成度高、型：速度慢、集成度高、功耗低功耗低n按使用屬性按使用屬性n隨機(jī)存取存儲(chǔ)器隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM：可讀可寫可讀可寫、斷電丟失、斷電丟失n只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器ROM：正常只讀、

8、：正常只讀、斷電不丟失斷電不丟失詳細(xì)分類，請(qǐng)看圖示半導(dǎo)體半導(dǎo)體存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器 （ROM）隨機(jī)存取存儲(chǔ)器隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）靜態(tài)靜態(tài)RAM（SRAM）動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)RAM（DRAM） 非易失非易失RAM（NVRAM）掩膜式掩膜式ROM一次性可編程一次性可編程ROM（PROM） 紫外線擦除可編程紫外線擦除可編程ROM（EPROM）電擦除可編程電擦除可編程ROM（EEPROM）詳細(xì)展開，注意對(duì)比讀寫存儲(chǔ)器RAM組成單元組成單元速度速度集成度集成度應(yīng)用應(yīng)用SRAM觸發(fā)器觸發(fā)器快快低低小容量系統(tǒng)小容量系統(tǒng)DRAM極間電容極間電容慢慢高高大容量系統(tǒng)大容量系統(tǒng)NVRAM帶微型電池帶微型電池慢

9、慢低低小容量非易失小容量非易失只讀存儲(chǔ)器ROMn掩膜掩膜ROM：信息制作在芯片中，不可更改信息制作在芯片中，不可更改nPROM：允許一次編程，此后不可更改允許一次編程，此后不可更改nEPROM：用紫外光擦除，擦除后可編程；用紫外光擦除，擦除后可編程；并允許用戶多次擦除和編程并允許用戶多次擦除和編程nEEPROM（E2PROM）：）：采用加電方法在采用加電方法在線進(jìn)行擦除和編程，也可多次擦寫線進(jìn)行擦除和編程，也可多次擦寫nFlash Memory（閃存）：能夠快速擦寫的（閃存）：能夠快速擦寫的EEPROM，但只能按塊（，但只能按塊（Block）擦除）擦除5.2.2 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片的結(jié)構(gòu)地地址址

10、寄寄存存地地址址譯譯碼碼存儲(chǔ)體存儲(chǔ)體控制電路控制電路AB數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)寄寄存存讀讀寫寫電電路路DBOE WE CS 存儲(chǔ)體存儲(chǔ)體n存儲(chǔ)器芯片的主要部分，用來存儲(chǔ)信息存儲(chǔ)器芯片的主要部分，用來存儲(chǔ)信息 地址譯碼電路地址譯碼電路n根據(jù)輸入的地址編碼來選中芯片內(nèi)某個(gè)特根據(jù)輸入的地址編碼來選中芯片內(nèi)某個(gè)特定的存儲(chǔ)單元定的存儲(chǔ)單元 片選和讀寫控制邏輯片選和讀寫控制邏輯n選中存儲(chǔ)芯片，控制讀寫操作選中存儲(chǔ)芯片，控制讀寫操作 存儲(chǔ)體n每個(gè)存儲(chǔ)單元具有一個(gè)唯一的地址，每個(gè)存儲(chǔ)單元具有一個(gè)唯一的地址，可存儲(chǔ)可存儲(chǔ)1位（位片結(jié)構(gòu)）或多位（字位（位片結(jié)構(gòu)）或多位（字片結(jié)構(gòu)）二進(jìn)制數(shù)據(jù)片結(jié)構(gòu)）二進(jìn)制數(shù)據(jù)n存儲(chǔ)容量與地址、數(shù)

11、據(jù)線個(gè)數(shù)有關(guān)：存儲(chǔ)容量與地址、數(shù)據(jù)線個(gè)數(shù)有關(guān)：芯片的存儲(chǔ)容量芯片的存儲(chǔ)容量2MN存儲(chǔ)單元數(shù)存儲(chǔ)單元數(shù)存儲(chǔ)單元的位數(shù)存儲(chǔ)單元的位數(shù) M：芯片的：芯片的地址線根數(shù)地址線根數(shù) N：芯片的：芯片的數(shù)據(jù)線根數(shù)數(shù)據(jù)線根數(shù) 地址譯碼電路譯譯碼碼器器A5A4A3A2A1A06301存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)單元64個(gè)單元個(gè)單元行行譯譯碼碼A2A1A0710列譯碼列譯碼A3A4A501764個(gè)單元個(gè)單元單譯碼雙譯碼n單譯碼結(jié)構(gòu)單譯碼結(jié)構(gòu)n雙譯碼結(jié)構(gòu)雙譯碼結(jié)構(gòu)n雙譯碼可簡(jiǎn)化芯片設(shè)計(jì)雙譯碼可簡(jiǎn)化芯片設(shè)計(jì)n主要采用的譯碼結(jié)構(gòu)主要采用的譯碼結(jié)構(gòu) 片選和讀寫控制邏輯n片選端片選端CS*或或CE*n有效時(shí)，可以對(duì)該芯片進(jìn)行讀寫操作有效時(shí)

12、，可以對(duì)該芯片進(jìn)行讀寫操作n輸出輸出OE*n控制讀操作。有效時(shí)，芯片內(nèi)數(shù)據(jù)輸出控制讀操作。有效時(shí)，芯片內(nèi)數(shù)據(jù)輸出n該控制端對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的讀控制線該控制端對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的讀控制線n寫寫WE*n控制寫操作。有效時(shí)，數(shù)據(jù)進(jìn)入芯片中控制寫操作。有效時(shí)，數(shù)據(jù)進(jìn)入芯片中n該控制端對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的寫控制線該控制端對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的寫控制線5.2.3 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器靜態(tài)靜態(tài)RAMSRAM 2114SRAM 6264動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)RAMDRAM 4116DRAM 21641 靜態(tài)RAMnSRAM的基本存儲(chǔ)單元是觸發(fā)器電路的基本存儲(chǔ)單元是觸發(fā)器電路n每個(gè)基本存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)一位每個(gè)基本存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)一位n許多個(gè)基本存儲(chǔ)單元形成行列存

13、儲(chǔ)矩陣許多個(gè)基本存儲(chǔ)單元形成行列存儲(chǔ)矩陣nSRAM一般采用一般采用“字結(jié)構(gòu)字結(jié)構(gòu)”存儲(chǔ)矩陣：存儲(chǔ)矩陣：n每個(gè)存儲(chǔ)單元存放多位（每個(gè)存儲(chǔ)單元存放多位（4、8、16等）等）n每個(gè)存儲(chǔ)單元具有一個(gè)地址每個(gè)存儲(chǔ)單元具有一個(gè)地址SRAM芯片6264n存儲(chǔ)容量為存儲(chǔ)容量為8K8n28個(gè)個(gè)引腳：引腳：n13根地址線根地址線A12A0n8根數(shù)據(jù)線根數(shù)據(jù)線D7D0n片選片選CS1*、CS2n讀寫讀寫WE*、OE*+5VWE*CS2A8A9A11OE*A10CS1*D7D6D5D4D3NCA12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GND12345678910111213142827262524232221

14、2019181716152 動(dòng)態(tài)RAMnDRAM的基本存儲(chǔ)單元是單個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管的基本存儲(chǔ)單元是單個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管及其極間電容及其極間電容n必須配備必須配備“讀出再生放大電路讀出再生放大電路”進(jìn)行刷新進(jìn)行刷新n每次同時(shí)對(duì)一行的存儲(chǔ)單元進(jìn)行刷新每次同時(shí)對(duì)一行的存儲(chǔ)單元進(jìn)行刷新n每個(gè)基本存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)一位每個(gè)基本存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)一位n許多個(gè)基本存儲(chǔ)單元形成行列存儲(chǔ)矩陣許多個(gè)基本存儲(chǔ)單元形成行列存儲(chǔ)矩陣nDRAM一般采用一般采用“位結(jié)構(gòu)位結(jié)構(gòu)”存儲(chǔ)體：存儲(chǔ)體：n每個(gè)存儲(chǔ)單元存放一位每個(gè)存儲(chǔ)單元存放一位n需要需要8個(gè)存儲(chǔ)芯片構(gòu)成一個(gè)字節(jié)單元個(gè)存儲(chǔ)芯片構(gòu)成一個(gè)字節(jié)單元n每個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)單元具有一個(gè)地址每個(gè)字

15、節(jié)存儲(chǔ)單元具有一個(gè)地址5.2.4 只讀存儲(chǔ)器EPROMEPROM 2716EPROM 2764EEPROMEEPROM 2717AEEPROM 2864A1 EPROMn頂部開有一個(gè)圓形的石英窗口，用頂部開有一個(gè)圓形的石英窗口，用于紫外線透過擦除原有信息于紫外線透過擦除原有信息n一般使用專門的編程器（燒寫器）一般使用專門的編程器（燒寫器）進(jìn)行編程進(jìn)行編程n編程后，應(yīng)該貼上不透光封條編程后，應(yīng)該貼上不透光封條n出廠未編程前，每個(gè)基本存儲(chǔ)單元出廠未編程前，每個(gè)基本存儲(chǔ)單元都是信息都是信息1n編程就是將某些單元寫入信息編程就是將某些單元寫入信息0EPROM芯片2716n存儲(chǔ)容量為存儲(chǔ)容量為2K8n2

16、4個(gè)個(gè)引腳：引腳：n11根地址線根地址線A10A0n8根數(shù)據(jù)線根數(shù)據(jù)線DO7DO0n片選片選/編程編程CE*/PGMn讀寫讀寫OE*n編程電壓編程電壓VPPVDDA8A9VPPOE*A10CE*/PGMDO7DO6DO5DO4DO3123456789101112242322212019181716151413A7A6A5A4A3A2A1A0DO0DO1DO2VssEPROM芯片2764n存儲(chǔ)容量為存儲(chǔ)容量為8K8n28個(gè)個(gè)引腳：引腳：n13根地址線根地址線A12A0n8根數(shù)據(jù)線根數(shù)據(jù)線D7D0n片選片選CE*n編程編程PGM*n讀寫讀寫OE*n編程電壓編程電壓VPPVppA12A7A6A5A4

17、A3A2A1A0D0D1D2GNDVccPGM*NCA8A9A11OE*A10CE*D7D6D5D4D312345678910111213142827262524232221201918171615EPROM芯片272561 12 23 34 45 56 67 78 89 91010111112121313141415151616171718181919202021212222232324242525262627272828VppVppA12A12A7A7A6A6A5A5A4A4A3A3A2A2A1A1A0A0D0D0D1D1D2D2GNDGNDD3D3D4D4D5D5D6D6D7D7CECE

18、A10A10OEOEA11A11A9A9A8A8A13A13A14A14VccVcc2725627256引腳圖引腳圖A14A14A13A13A12A12A11A11A10A10A9A9A8A8A7A7A6A6A5A5A4A4A3A3A2A2A1A1A0A0CECEOEOED7D7D6D6D5D5D4D4D3D3D2D2D1D1D0D02725627256邏輯圖邏輯圖2 EEPROMn用加電方法，進(jìn)行在線（無需拔下，用加電方法，進(jìn)行在線（無需拔下，直接在電路中）擦寫（擦除和編程一直接在電路中）擦寫（擦除和編程一次完成）次完成）n有字節(jié)擦寫、塊擦寫和整片擦寫方法有字節(jié)擦寫、塊擦寫和整片擦寫方法n并

19、行并行EEPROM：多位同時(shí)進(jìn)行：多位同時(shí)進(jìn)行n串行串行EEPROM：只有一位數(shù)據(jù)線：只有一位數(shù)據(jù)線EEPROM芯片2817An存儲(chǔ)容量為存儲(chǔ)容量為2K8n28個(gè)個(gè)引腳：引腳：n11根地址線根地址線A10A0n8根數(shù)據(jù)線根數(shù)據(jù)線I/O7I/O0n片選片選CE*n讀寫讀寫OE*、WE*n狀態(tài)輸出狀態(tài)輸出RDY/BUSY*NCA12A7A6A5A4A3A2A1A0I/O0I/O1I/O2GNDVccWE*NCA8A9NCOE*A10CE*I/O7I/O6I/O5I/O4I/O312345678910111213142827262524232221201918171615EEPROM芯片2864An

20、存儲(chǔ)容量為存儲(chǔ)容量為8K8n28個(gè)個(gè)引腳：引腳：n13根地址線根地址線A12A0n8根數(shù)據(jù)線根數(shù)據(jù)線I/O7I/O0n片選片選CE*n讀寫讀寫OE*、WE*VccWE*NCA8A9A11OE*A10CE*I/O7I/O6I/O5I/O4I/O3NCA12A7A6A5A4A3A2A1A0I/O0I/O1I/O2GND123456789101112131428272625242322212019181716155.3 存儲(chǔ)器與CPU的接口n這是本章的重點(diǎn)內(nèi)容這是本章的重點(diǎn)內(nèi)容nSRAM、EPROM與與CPU的連接的連接n譯碼方法同樣適合譯碼方法同樣適合I/O端口端口5.3.1 存儲(chǔ)芯片與CPU的連

21、接存儲(chǔ)芯片的數(shù)據(jù)線存儲(chǔ)芯片的數(shù)據(jù)線 存儲(chǔ)芯片的地址線存儲(chǔ)芯片的地址線 存儲(chǔ)芯片的片選端存儲(chǔ)芯片的片選端 存儲(chǔ)芯片的讀寫控制線存儲(chǔ)芯片的讀寫控制線1. 存儲(chǔ)芯片數(shù)據(jù)線的處理n若芯片的數(shù)據(jù)線正好若芯片的數(shù)據(jù)線正好8根：根：n一次可從芯片中訪問到一次可從芯片中訪問到8位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)n全部數(shù)據(jù)線與系統(tǒng)的全部數(shù)據(jù)線與系統(tǒng)的8位數(shù)據(jù)總線相連位數(shù)據(jù)總線相連n若芯片的數(shù)據(jù)線不足若芯片的數(shù)據(jù)線不足8根：根：n一次不能從一個(gè)芯片中訪問到一次不能從一個(gè)芯片中訪問到8位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)n利用多個(gè)芯片擴(kuò)充數(shù)據(jù)位利用多個(gè)芯片擴(kuò)充數(shù)據(jù)位n這個(gè)擴(kuò)充方式簡(jiǎn)稱這個(gè)擴(kuò)充方式簡(jiǎn)稱“位擴(kuò)充位擴(kuò)充”位擴(kuò)充2114（1）A9A0I/O4I/O1片

22、選片選D3D0D7D4A9A02114（2）A9A0I/O4I/O1CECEn多個(gè)位擴(kuò)充的存儲(chǔ)芯片的數(shù)據(jù)線多個(gè)位擴(kuò)充的存儲(chǔ)芯片的數(shù)據(jù)線連接于系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的不同位數(shù)連接于系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的不同位數(shù)n其它連接都一樣其它連接都一樣n這些芯片應(yīng)被看作是一個(gè)整體這些芯片應(yīng)被看作是一個(gè)整體n常被稱為常被稱為“芯片組芯片組”2. 存儲(chǔ)芯片地址線的連接n芯片的地址線通常應(yīng)全部與系統(tǒng)芯片的地址線通常應(yīng)全部與系統(tǒng)的低位地址總線相連的低位地址總線相連n尋址時(shí)，這部分地址的譯碼是在尋址時(shí)，這部分地址的譯碼是在存儲(chǔ)芯片內(nèi)完成的，我們稱為存儲(chǔ)芯片內(nèi)完成的，我們稱為“片內(nèi)譯碼片內(nèi)譯碼”片內(nèi)譯碼A9A0存儲(chǔ)芯片存儲(chǔ)芯片000H0

23、01H002H3FDH3FEH3FFH全全0全全1000000010010110111101111范圍（范圍（16進(jìn)制）進(jìn)制）A9A03. 存儲(chǔ)芯片片選端的譯碼n存儲(chǔ)系統(tǒng)常需利用多個(gè)存儲(chǔ)芯片擴(kuò)充容量存儲(chǔ)系統(tǒng)常需利用多個(gè)存儲(chǔ)芯片擴(kuò)充容量n也就是擴(kuò)充了存儲(chǔ)器地址范圍也就是擴(kuò)充了存儲(chǔ)器地址范圍n進(jìn)行進(jìn)行“地址擴(kuò)充地址擴(kuò)充”，需要利用存儲(chǔ)芯片的，需要利用存儲(chǔ)芯片的片選端對(duì)多個(gè)存儲(chǔ)芯片（組）進(jìn)行尋址片選端對(duì)多個(gè)存儲(chǔ)芯片（組）進(jìn)行尋址n這個(gè)尋址方法，主要通過將存儲(chǔ)芯片的片這個(gè)尋址方法，主要通過將存儲(chǔ)芯片的片選端與系統(tǒng)的高位地址線相關(guān)聯(lián)來實(shí)現(xiàn)選端與系統(tǒng)的高位地址線相關(guān)聯(lián)來實(shí)現(xiàn)n這種擴(kuò)充簡(jiǎn)稱為這種擴(kuò)充簡(jiǎn)稱為“

24、地址擴(kuò)充地址擴(kuò)充”或或“字?jǐn)U充字?jǐn)U充”地址擴(kuò)充（字?jǐn)U充）片選端片選端D7D0A19A10A9A0（2）A9A0D7D0CE（1）A9A0D7D0CE譯碼器00000000010000000000片選端常有效A19A15A14A0 全全0全全1D7D027256EPROMA14A0CEn令芯片（組）的片選端常有效令芯片（組）的片選端常有效n不與系統(tǒng)的高位地址線發(fā)生聯(lián)系不與系統(tǒng)的高位地址線發(fā)生聯(lián)系n芯片（組）總處在被選中的狀態(tài)芯片（組）總處在被選中的狀態(tài)n雖簡(jiǎn)單易行、但無法再進(jìn)行地址雖簡(jiǎn)單易行、但無法再進(jìn)行地址擴(kuò)充，會(huì)出現(xiàn)擴(kuò)充，會(huì)出現(xiàn)“地址重復(fù)地址重復(fù)”地址重復(fù)n一個(gè)存儲(chǔ)單元具有多個(gè)存儲(chǔ)地址的現(xiàn)象

25、一個(gè)存儲(chǔ)單元具有多個(gè)存儲(chǔ)地址的現(xiàn)象n原因：有些高位地址線沒有用、可任意原因：有些高位地址線沒有用、可任意n使用地址：出現(xiàn)地址重復(fù)時(shí)，常選取其使用地址：出現(xiàn)地址重復(fù)時(shí)，常選取其中既好用、又不沖突的一個(gè)中既好用、又不沖突的一個(gè)“可用地址可用地址”n例如：例如：00000H07FFFHn選取的原則：高位地址全為選取的原則：高位地址全為0的地址的地址高位地址譯碼才更好 譯碼和譯碼器n譯碼：將某個(gè)特定的譯碼：將某個(gè)特定的“編碼輸入編碼輸入”翻譯為唯一翻譯為唯一“有效輸出有效輸出”的過程的過程n譯碼電路可以使用門電路組合邏輯譯碼電路可以使用門電路組合邏輯n譯碼電路更多的是采用集成譯碼器譯碼電路更多的是采用

26、集成譯碼器n常用的常用的2:4譯碼器譯碼器74LS139n常用的常用的3:8譯碼器譯碼器74LS138n常用的常用的4:16譯碼器譯碼器74LS154 全譯碼n所有的系統(tǒng)地址線均參與對(duì)存儲(chǔ)單元的所有的系統(tǒng)地址線均參與對(duì)存儲(chǔ)單元的譯碼尋址譯碼尋址n包括低位地址線對(duì)芯片內(nèi)各存儲(chǔ)單元的包括低位地址線對(duì)芯片內(nèi)各存儲(chǔ)單元的譯碼尋址（片內(nèi)譯碼），高位地址線對(duì)譯碼尋址（片內(nèi)譯碼），高位地址線對(duì)存儲(chǔ)芯片的譯碼尋址（片選譯碼）存儲(chǔ)芯片的譯碼尋址（片選譯碼）n采用全譯碼，采用全譯碼，每個(gè)存儲(chǔ)單元的地址都是每個(gè)存儲(chǔ)單元的地址都是唯一的，唯一的，不存在地址重復(fù)不存在地址重復(fù)n譯碼電路可能比較復(fù)雜、連線也較多譯碼電路可

27、能比較復(fù)雜、連線也較多全譯碼示例A15 A14A13A16CBAE3138 2764A19A18A17A12A0CEY6E2E1IO/M1C000H1DFFFH全全0全全10 0 0 1 1 1 00 0 0 1 1 1 0地址范圍地址范圍A12A0A19A18A17A16A15A14 A13 部分譯碼n只有部分（高位）地址線參與對(duì)存只有部分（高位）地址線參與對(duì)存儲(chǔ)芯片的譯碼儲(chǔ)芯片的譯碼n每個(gè)存儲(chǔ)單元將對(duì)應(yīng)多個(gè)地址每個(gè)存儲(chǔ)單元將對(duì)應(yīng)多個(gè)地址（地（地址重復(fù)），需要選取一個(gè)可用地址址重復(fù)），需要選取一個(gè)可用地址n可簡(jiǎn)化譯碼電路的設(shè)計(jì)可簡(jiǎn)化譯碼電路的設(shè)計(jì)n但系統(tǒng)的部分地址空間將被浪費(fèi)但系統(tǒng)的部分地址

28、空間將被浪費(fèi)部分譯碼示例138A17 A16A11A0A14 A13A12(4)(3)(2)(1)2732273227322732CBAE3E2E1IO/MCECECECEY0Y1Y2Y3A19 A15A14 A12A11A0一個(gè)可用地址一個(gè)可用地址123410101010000001010011全全0全全1全全0全全1全全0全全1全全0全全120000H20FFFH21000H21FFFH22000H22FFFH23000H23FFFH 線選譯碼n只用少數(shù)幾根高位地址線進(jìn)行芯片的譯只用少數(shù)幾根高位地址線進(jìn)行芯片的譯碼，且每根負(fù)責(zé)選中一個(gè)芯片（組）碼，且每根負(fù)責(zé)選中一個(gè)芯片（組）n雖構(gòu)成簡(jiǎn)單，

29、但地址空間嚴(yán)重浪費(fèi)雖構(gòu)成簡(jiǎn)單，但地址空間嚴(yán)重浪費(fèi)n必然會(huì)出現(xiàn)地址重復(fù)必然會(huì)出現(xiàn)地址重復(fù)n一個(gè)存儲(chǔ)地址會(huì)對(duì)應(yīng)多個(gè)存儲(chǔ)單元一個(gè)存儲(chǔ)地址會(huì)對(duì)應(yīng)多個(gè)存儲(chǔ)單元n多個(gè)存儲(chǔ)單元共用的存儲(chǔ)地址不應(yīng)使用多個(gè)存儲(chǔ)單元共用的存儲(chǔ)地址不應(yīng)使用線選譯碼示例A14A12A0A13(1)2764(2)2764 CECEA19 A15A14 A13A12A0一個(gè)可用地址一個(gè)可用地址121 00 1全全0全全1全全0全全104000H05FFFH02000H03FFFH切記： A14 A1300的情況不能出現(xiàn)00000H01FFFH的地址不可使用片選端譯碼小結(jié)n存儲(chǔ)芯片的片選控制端可以被看作是一根存儲(chǔ)芯片的片選控制端可以被看作

30、是一根最高位地址線最高位地址線n在系統(tǒng)中，主要與地址發(fā)生聯(lián)系：包括在系統(tǒng)中，主要與地址發(fā)生聯(lián)系：包括地地址空間的選擇址空間的選擇（接系統(tǒng)的（接系統(tǒng)的IO/M*信號(hào)）信號(hào)）和和高位地址的譯碼選擇高位地址的譯碼選擇（與系統(tǒng)的高位地（與系統(tǒng)的高位地址線相關(guān)聯(lián)）址線相關(guān)聯(lián)）n對(duì)一些存儲(chǔ)芯片通過片選無效可關(guān)閉內(nèi)部對(duì)一些存儲(chǔ)芯片通過片選無效可關(guān)閉內(nèi)部的輸出驅(qū)動(dòng)機(jī)制，起到降低功耗的作用的輸出驅(qū)動(dòng)機(jī)制，起到降低功耗的作用4. 存儲(chǔ)芯片的讀寫控制n芯片芯片OE*與系統(tǒng)的讀命令線相連與系統(tǒng)的讀命令線相連n當(dāng)芯片被選中、且讀命令有效時(shí)，當(dāng)芯片被選中、且讀命令有效時(shí)，存儲(chǔ)芯片將開放并驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)到總線存儲(chǔ)芯片將開放并驅(qū)動(dòng)

31、數(shù)據(jù)到總線n芯片芯片WE*與系統(tǒng)的寫命令線相連與系統(tǒng)的寫命令線相連n當(dāng)芯片被選中、且寫命令有效時(shí)，當(dāng)芯片被選中、且寫命令有效時(shí)，允許總線數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)芯片允許總線數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)芯片5.3.2 舉例n例例1. 用譯碼法連接容量為用譯碼法連接容量為64K*8的存儲(chǔ)器，的存儲(chǔ)器，若用若用8K*8的存儲(chǔ)器芯片，共需多少片的存儲(chǔ)器芯片，共需多少片?共需共需多少根地址線多少根地址線?其中幾根作字選線其中幾根作字選線?幾根作片幾根作片選線選線?試用試用74LSl38畫出譯碼電路，并標(biāo)出其畫出譯碼電路，并標(biāo)出其輸出線的選址范圍。若改用線選法能夠組成輸出線的選址范圍。若改用線選法能夠組成多大容量的存儲(chǔ)器多大容量的存

32、儲(chǔ)器?試寫出各線選線的選址范試寫出各線選線的選址范圍。圍。 A15A13其其3根地址線各選一片根地址線各選一片8K*8的存儲(chǔ)器芯片，故的存儲(chǔ)器芯片，故僅能組成容量為僅能組成容量為24K*8的存儲(chǔ)器，的存儲(chǔ)器，A15、A14和和A13所所選芯片的地址范圍分別為：選芯片的地址范圍分別為：6000H7FFFH、A000HBFFFH和和C000HDFFFH。 A15A14A13A12A11 A10A9A8A7A6 A5A4A3 A2 A1A01010000000000000 1 01. 1 011111111111111地址范圍：地址范圍：A000HBFFFH 5.3.2 舉例（續(xù)）n例例2. 8K的

33、的EPROM和和4K靜態(tài)靜態(tài)RAM的連接。的連接。方法方法1：譯碼器按大容量芯片連結(jié)：譯碼器按大容量芯片連結(jié) 地址范圍是：地址范圍是：EPROM2732為為8000H8FFFH和和9000H9FFFH。靜。靜態(tài)態(tài)RAM 6116為為A000HA7FFH和和A800HAFFFH。 方法2：譯碼器按小容量芯片連結(jié)方法3：線選法地址范圍是：地址范圍是：EPROM2732為為F000HFFFFH和和C000HCFFFH。靜態(tài)靜態(tài)RAM 6116為為A000HA7FFH或或A800AFFFH和和6000H67FFH或或68006FFFH。方法3：線選法（續(xù)）地址范圍是：地址范圍是：2732為為0000H

34、0FFFH和和3000H3FFFH； 6116為為5000H57FFH或或5800H5FFFH和和9000H97FFH或或9800H9FPFH。 5.3.3 存儲(chǔ)芯片與CPU的配合n存儲(chǔ)芯片與存儲(chǔ)芯片與CPU總線的連接，還有兩總線的連接，還有兩個(gè)很重要的問題：個(gè)很重要的問題：nCPU的總線負(fù)載能力的總線負(fù)載能力nCPU能否帶動(dòng)總線上包括存儲(chǔ)器在內(nèi)的能否帶動(dòng)總線上包括存儲(chǔ)器在內(nèi)的連接器件連接器件n存儲(chǔ)芯片與存儲(chǔ)芯片與CPU總線時(shí)序的配合總線時(shí)序的配合nCPU能否與存儲(chǔ)器的存取速度相配合能否與存儲(chǔ)器的存取速度相配合1. 總線驅(qū)動(dòng)nCPU的總線驅(qū)動(dòng)能力有限的總線驅(qū)動(dòng)能力有限n單向傳送的地址和控制總線

35、，可采單向傳送的地址和控制總線，可采用三態(tài)鎖存器和三態(tài)單向驅(qū)動(dòng)器等用三態(tài)鎖存器和三態(tài)單向驅(qū)動(dòng)器等來加以鎖存和驅(qū)動(dòng)來加以鎖存和驅(qū)動(dòng)n雙向傳送的數(shù)據(jù)總線，可以采用三雙向傳送的數(shù)據(jù)總線，可以采用三態(tài)雙向驅(qū)動(dòng)器來加以驅(qū)動(dòng)態(tài)雙向驅(qū)動(dòng)器來加以驅(qū)動(dòng)2. 時(shí)序配合n分析存儲(chǔ)器的存取速度是否滿足分析存儲(chǔ)器的存取速度是否滿足CPU總線時(shí)序的要求總線時(shí)序的要求n如果不能滿足：如果不能滿足：n考慮更換芯片考慮更換芯片n總線周期中插入等待狀態(tài)總線周期中插入等待狀態(tài)TW切記：時(shí)序配合是連接中的難點(diǎn)第第5 5章教學(xué)要求章教學(xué)要求1. 了解各類半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的應(yīng)用特點(diǎn)；了解各類半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的應(yīng)用特點(diǎn)；2. 熟悉半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片

36、的結(jié)構(gòu)；熟悉半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片的結(jié)構(gòu)；3. 掌握掌握SRAM 、EPROM 的引腳功能；的引腳功能；4. 理解理解SRAM讀寫原理、讀寫原理、EPROM和和EEPROM工作方式工作方式第第5 5章教學(xué)要求章教學(xué)要求（續(xù)）（續(xù)）5. 掌握存儲(chǔ)芯片與掌握存儲(chǔ)芯片與CPU連接的方法，連接的方法，特別是片選端的處理；特別是片選端的處理；6. 了解存儲(chǔ)芯片與了解存儲(chǔ)芯片與CPU連接的總線連接的總線驅(qū)動(dòng)和時(shí)序配合問題。驅(qū)動(dòng)和時(shí)序配合問題。習(xí)題（第習(xí)題（第198頁）頁） 1、3、532K8的SRAM芯片622561 12 23 34 45 56 67 78 89 91010111112121313141415151616171718181919202021212222232324242525262627272828A14A14A12A12