微機原理與接口技術(shù)存儲系統(tǒng)

1、第第5 5章章 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)v存儲器概述存儲器概述 v半導體隨機存儲器半導體隨機存儲器 靜態(tài)隨機靜態(tài)隨機存儲器存儲器SRAMSRAM 動態(tài)隨機動態(tài)隨機存儲器存儲器DRAMDRAMv半導體只讀存儲器半導體只讀存儲器v存儲器系統(tǒng)設(shè)計存儲器系統(tǒng)設(shè)計 存儲器片選控制存儲器片選控制 存儲器容量擴展存儲器容量擴展本章重點本章重點5.1 概述概述 存儲器（存儲器（Memory）是計算機系統(tǒng)中的記憶設(shè)）是計算機系統(tǒng)中的記憶設(shè)備，用來存放程序和數(shù)據(jù)。計算機中的全部信息，備，用來存放程序和數(shù)據(jù)。計算機中的全部信息，包括輸入的原始數(shù)據(jù)、計算機程序、中間運行結(jié)果包括輸入的原始數(shù)據(jù)、計算機程序、中間運行結(jié)果和最終運

2、行結(jié)果都保存在存儲器中。和最終運行結(jié)果都保存在存儲器中。 構(gòu)成存儲器的存儲介質(zhì)，目前主要采用半導體構(gòu)成存儲器的存儲介質(zhì)，目前主要采用半導體器件和磁性材料。存儲器中最小的存儲單位就是一器件和磁性材料。存儲器中最小的存儲單位就是一個雙穩(wěn)態(tài)半導體電路或一個個雙穩(wěn)態(tài)半導體電路或一個CMOSCMOS晶體管或磁性材料晶體管或磁性材料的一個磁化元，它們可以存儲一位二進制數(shù)據(jù)，稱的一個磁化元，它們可以存儲一位二進制數(shù)據(jù)，稱為為存儲元存儲元。由若干個存儲元組成一個。由若干個存儲元組成一個存儲單元存儲單元，然，然后再由許多存儲單元組成一個后再由許多存儲單元組成一個存儲體存儲體。v存儲器的分類存儲器的分類按存儲介質(zhì)

3、分按存儲介質(zhì)分 半導體存儲器：用半導體器件組成的存儲器。半導體存儲器：用半導體器件組成的存儲器。磁表面存儲器：用磁性材料做成的存儲器。磁表面存儲器：用磁性材料做成的存儲器。按存儲方式分按存儲方式分隨機存儲器：存取時間和存儲單元的物理位置無關(guān)。隨機存儲器：存取時間和存儲單元的物理位置無關(guān)。順序存儲器：存取時間和存儲單元的物理位置有關(guān)。順序存儲器：存取時間和存儲單元的物理位置有關(guān)。 按存儲器的讀寫功能分按存儲器的讀寫功能分只讀存儲器只讀存儲器(ROM)(ROM)：只能讀出而不能寫入的半導體存儲器。：只能讀出而不能寫入的半導體存儲器。隨機讀寫存儲器隨機讀寫存儲器(RAM)(RAM)：既能讀出又能寫入

4、的半導體存儲器。既能讀出又能寫入的半導體存儲器。 按信息的可保存性分按信息的可保存性分非永久記憶的存儲器：斷電后信息即消失的存儲器。非永久記憶的存儲器：斷電后信息即消失的存儲器。永久記憶性存儲器：斷電后仍能保存信息的存儲器。永久記憶性存儲器：斷電后仍能保存信息的存儲器。按在計算機系統(tǒng)中的作用分按在計算機系統(tǒng)中的作用分主存儲器、輔助存儲器、高速緩沖存儲器、控制存儲器等。主存儲器、輔助存儲器、高速緩沖存儲器、控制存儲器等。v主存儲器的技術(shù)指標主存儲器的技術(shù)指標：1)1)存儲容量存儲容量：指主存能存放二進制代碼的總數(shù)。：指主存能存放二進制代碼的總數(shù)。 現(xiàn)代計算機中用半導體觸發(fā)器的兩個狀態(tài)表示現(xiàn)代計算

5、機中用半導體觸發(fā)器的兩個狀態(tài)表示1 1和和0 0，一個半導體觸發(fā)，一個半導體觸發(fā)器可以保存一個二進制數(shù)，稱為一個器可以保存一個二進制數(shù)，稱為一個bit(bit(位位) )，8 8個觸發(fā)器可以保存八個二個觸發(fā)器可以保存八個二進制數(shù)，稱為一個進制數(shù)，稱為一個BYTEBYTE（字節(jié)）（字節(jié)）。2 2）存儲速度）存儲速度a.a.存取時間存取時間( (訪問時間訪問時間) ) ：指從一次讀（寫）操作命令發(fā)出到該操作完成將：指從一次讀（寫）操作命令發(fā)出到該操作完成將數(shù)據(jù)讀到數(shù)據(jù)緩沖寄存器為止所經(jīng)歷的時間。以數(shù)據(jù)讀到數(shù)據(jù)緩沖寄存器為止所經(jīng)歷的時間。以nsns為單位，存取時間又分為單位，存取時間又分讀出時間、寫

6、入時間兩種。讀出時間、寫入時間兩種。b.b.存取周期存取周期 ：指存儲器連續(xù)啟動兩次獨立的操作所需間隔的最小時間，以：指存儲器連續(xù)啟動兩次獨立的操作所需間隔的最小時間，以nsns為單位，存取周期為單位，存取周期= =存取時間存取時間+ +等待時間。等待時間。c.c.存儲器帶寬：存儲器帶寬：每秒從存儲器進出信息的最大數(shù)量每秒從存儲器進出信息的最大數(shù)量, ,單位為位單位為位/ /秒或者字節(jié)秒或者字節(jié)/ /秒。如存取周期為秒。如存取周期為500ns500ns，每個存取周期可訪問，每個存取周期可訪問1616位，則存儲器帶寬為：位，則存儲器帶寬為： 1616位位/(500 /(500 1010-9-9)

7、 )秒秒=3.2 =3.2 10 107 7 位位/ /秒秒 = 32 = 32 10 106 6 位位/ /秒秒 =32M=32M位位/ /秒秒v存儲器的分級結(jié)構(gòu)存儲器的分級結(jié)構(gòu)高高低低小小大大快快慢慢輔存輔存寄存器寄存器緩存緩存主存主存磁盤磁盤光盤光盤磁帶磁帶光盤光盤磁帶磁帶速度速度容容量量價格價格 位位CPUCPU主主機機v存儲器與存儲器與CPUCPU的聯(lián)系的聯(lián)系 CPUCPU與存儲器的信息交換主要依靠系統(tǒng)總線來完成，根據(jù)與存儲器的信息交換主要依靠系統(tǒng)總線來完成，根據(jù)總線傳遞信息的不同，系統(tǒng)總線被分為總線傳遞信息的不同，系統(tǒng)總線被分為數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線，地址總線地址總線和和控制總線控制總線

8、三大類。三大類。數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線DB(data bus)DB(data bus)：傳輸：傳輸CPUCPU與存儲器之間的二進制數(shù)與存儲器之間的二進制數(shù)據(jù)，雙向線。數(shù)據(jù)總線的位數(shù)決定了據(jù)，雙向線。數(shù)據(jù)總線的位數(shù)決定了CPUCPU一次可以和存儲器交一次可以和存儲器交換數(shù)據(jù)的位數(shù)，是微型機的重要指標。換數(shù)據(jù)的位數(shù)，是微型機的重要指標。地址總線地址總線AB(address bus)AB(address bus): :傳輸傳輸CPUCPU送出的地址信息，用來送出的地址信息，用來確定和確定和CPUCPU交換數(shù)據(jù)的存儲單元，單向線。地址總線的位數(shù)決交換數(shù)據(jù)的存儲單元，單向線。地址總線的位數(shù)決定了定了CPUCP

9、U可以直接尋址的內(nèi)存空間。可以直接尋址的內(nèi)存空間。 可尋址空間可尋址空間2 2n n （n n為地址總線的位數(shù)）為地址總線的位數(shù)）控制總線控制總線CB(control bus)CB(control bus)：傳輸：傳輸CPUCPU發(fā)出的控制信號，包括發(fā)出的控制信號，包括片選信號、讀片選信號、讀/ /寫信號，訪存允許信號，雙向線。寫信號，訪存允許信號，雙向線。地址譯碼驅(qū)動方式：根據(jù)地址總線的信息選中存儲地址譯碼驅(qū)動方式：根據(jù)地址總線的信息選中存儲元的過程。元的過程。譯碼電路譯碼電路0123A1A00010譯碼電路譯碼電路01023A9A0 線選法：譯碼器只有一個，譯碼器的輸出稱為字選擇線，被選單

10、元由字選線選法：譯碼器只有一個，譯碼器的輸出稱為字選擇線，被選單元由字選擇線直接選定，地址輸入線有擇線直接選定，地址輸入線有N N根，則能夠確定根，則能夠確定2 2n n個字地址，該方式下譯個字地址，該方式下譯碼輸出線過多，只適用于容量較小的存儲芯片碼輸出線過多，只適用于容量較小的存儲芯片。重合法：譯碼器有兩個，重合法：譯碼器有兩個，X X譯碼器稱為譯碼器稱為行譯碼器行譯碼器，決定選中某行，決定選中某行，Y Y譯譯碼器稱為碼器稱為列譯碼器列譯碼器，決定選中某列，被選單元由，決定選中某列，被選單元由X X、Y Y兩個方向的譯碼兩個方向的譯碼輸出決定。該方式可以極大的節(jié)省譯碼輸出線。輸出決定。該方

11、式可以極大的節(jié)省譯碼輸出線。D數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線A0A0A3A3A1A1A2A2地址總線地址總線控制總線控制總線WEWEM/IOM/IO1 11 11 10 00 01 1處理器處理器v半導體存儲器的結(jié)構(gòu)半導體存儲器的結(jié)構(gòu)行地址譯碼器行地址譯碼器 存儲器存儲器 列地址譯碼器列地址譯碼器 地址寄存器地址寄存器 讀寫放大器讀寫放大器數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器 控制電路控制電路 A19A0讀讀寫寫 D15D0 片選片選芯片容量芯片容量譯譯碼碼驅(qū)驅(qū)動動存存儲儲矩矩陣陣讀讀寫寫電電路路1K8位位64K16位位片選線片選線讀讀/寫控制線寫控制線地地址址線線數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)線線地址線地址線 （單向）（單向） 數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線（

12、雙向）（雙向）1081616字長字長字字決定字長決定字長決定字決定字譯譯碼碼驅(qū)驅(qū)動動存存儲儲矩矩陣陣讀讀寫寫電電路路片選線片選線讀讀/寫控制線寫控制線地地址址線線數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)線線片選線片選線讀讀/寫控制線寫控制線（低電平寫（低電平寫 ）CSCEWEOEWRRD（寫（寫/輸入使能，低電平寫輸入使能，低電平寫 高電平讀）高電平讀）（低電平讀（低電平讀 ）（低電平芯片選中工作）（低電平芯片選中工作）（讀（讀/輸出使能，低電平讀輸出使能，低電平讀 高電平寫）高電平寫）R/W （讀（讀/寫使能，低電平寫寫使能，低電平寫 高電平讀）高電平讀）信息保持：信息保持： T1T1和和T2T2管為工作管管為工作管 若若

13、T1T1管截止，則管截止，則A A點為高電點為高電平，使平，使T2T2管導通，此時管導通，此時B B點處于點處于低電平，而低電平，而B B點的低電平會使點的低電平會使A A點更加截止，這是穩(wěn)定狀態(tài)。點更加截止，這是穩(wěn)定狀態(tài)。 若若T1T1管導通，則管導通，則A A點為低電點為低電平，使平，使T2T2管截止，此時管截止，此時B B點處于點處于高電平，而高電平，而B B點的高電平會使點的高電平會使A A點更加導通，這是穩(wěn)定狀態(tài)。點更加導通，這是穩(wěn)定狀態(tài)。 電路有兩種穩(wěn)定狀態(tài)，而且電路有兩種穩(wěn)定狀態(tài)，而且A A和和B B點的電位總相反，假設(shè)以點的電位總相反，假設(shè)以B B點的高電平表示點的高電平表示1

14、 1，低電平表示，低電平表示0 0，那么這個觸發(fā)器電路就能穩(wěn)，那么這個觸發(fā)器電路就能穩(wěn)定的表示一個二進制數(shù)。定的表示一個二進制數(shù)。10015.2 半導體隨機存儲器半導體隨機存儲器 SRAMSRAM存儲元電路存儲元電路vSRAMSRAM：靜態(tài)存儲器：靜態(tài)存儲器RAMRAM T5T5T8T8管為控制管，當存管為控制管，當存儲元組成存儲器時，必須能按儲元組成存儲器時，必須能按照地址選擇存儲元對其進行操照地址選擇存儲元對其進行操作，如果一個存儲元被選中，作，如果一個存儲元被選中，則其則其X X地址譯碼線和地址譯碼線和Y Y譯碼線均譯碼線均處于高電平。處于高電平。 X X地址譯碼線為高電平時，地址譯碼線

15、為高電平時，就會使就會使T5T5和和T6T6管導通，管導通， Y Y地址地址譯碼線為高電平時，就會使譯碼線為高電平時，就會使T7T7和和T8T8管導通，這樣輸入輸出的管導通，這樣輸入輸出的I/OI/O與與I/OI/O就會與就會與A A和和B B點相連，點相連，從而使從而使A A和和B B的信息的信息0 0和和1 1輸出到輸出到I/OI/O與與I/OI/O上，反之上，反之I/OI/O與與I/OI/O上上的信息的信息0 0和和1 1輸入到輸入到A A和和B B上。上。1111SRAMSRAM存儲元電路存儲元電路寫入寫入：若某個存儲元被選中，若某個存儲元被選中，則該存儲元的則該存儲元的T5T5，T6

16、T6，T7T7，T8T8管均導通，寫管均導通，寫0 0時，在時，在I/OI/O線上線上輸入高電位，在輸入高電位，在I/OI/O線上輸入線上輸入低電位，把高、低電位分別加低電位，把高、低電位分別加在在A A，B B點，使點，使T1T1管截止，使管截止，使T2T2管導通，將管導通，將0 0寫入存儲元。寫寫入存儲元。寫入入1 1過程類似。過程類似。讀出讀出：若某個存儲元被選中，：若某個存儲元被選中，則該存儲元的則該存儲元的T5T5，T6T6，T7T7，T8T8管均導通，管均導通，A A，B B兩點與位線兩點與位線D D與與D D相連存儲元的信息被送到相連存儲元的信息被送到I/OI/O與與I/OI/O

17、線上。線上。I/OI/O或或I/OI/O線接線接著一個差動讀出放大器，可以著一個差動讀出放大器，可以判知所存信息是判知所存信息是1 1還是還是0 0。 0101SRAMSRAM存儲元電路存儲元電路AT1 T4T5T6T7T8B寫放大器寫放大器寫放大器寫放大器DIN寫選擇寫選擇讀選擇讀選擇讀放讀放位線位線B位線位線A列地址選擇列地址選擇行地址選擇行地址選擇DOUT 行選行選 T5、T6 開開T7、T8 開開列選列選DOUTSRAMSRAM基本電路的基本電路的讀讀操作操作T1 T4T5T6T7T8ABDIN位線位線B位線位線A 列地址選擇列地址選擇行地址選擇行地址選擇寫放寫放寫放寫放讀放讀放DOU

18、T寫選擇寫選擇讀選擇讀選擇行選行選T5、T6 開開 兩個寫放兩個寫放 DIN列選列選T7、T8 開開（左）（左） 反相反相T5A（右）（右） T8T6BDINDINT7SRAMSRAM基本電路的基本電路的寫寫操作操作v靜態(tài)靜態(tài) RAM 芯片舉例芯片舉例Intel 2114 外特性外特性存儲容量存儲容量1K4 位位I/O1I/O2I/O3I/O4A0A8A9WECSVCCGNDIntel 2114A3A4A5A6A7A8A0A1A2A9150311647326348150311647326348讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路0163015行行地地址址譯譯碼碼列列

19、地地址址譯譯碼碼I/O1I/O2I/O3I/O4WECS00000000001503116473263480163248CSWE讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路I/O1I/O2I/O3I/O4Intel2114Intel2114讀過程讀過程第一組第一組第二組第二組第三組第三組第四組第四組0000000000A3A4A5A6A7A8A0A1A2A9Intel2114Intel2114寫過程寫過程150311647326348150311647326348讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路0163015行行地地址址譯譯碼碼列列地地址址譯

20、譯碼碼I/O1I/O2I/O3I/O4WECS第一組第一組第二組第二組第三組第三組第四組第四組150311647326348I/O1I/O2I/O3I/O4讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路0163248CSWEIntel2114Intel2114：1K1K4 4位，片上有位，片上有40964096個六管存儲元電路，排成個六管存儲元電路，排成64646464方陣，地址線方陣，地址線1010位位(A0(A0A9)A9)，其中，其中A3A3A8(6A8(6根根) )用于行譯碼用于行譯碼6464行行， A0A0A2,A9(4A2,A9(4根根) )用于列譯用于列譯碼碼1

21、616條列選線，每條條列選線，每條列選線列選線同時連接同時連接4 4列列( (共共16164=644=64列列) )存儲陣列存儲陣列6464行行1616列列4 4位位寫入：行選擇線為寫入：行選擇線為“1”1”， T T管導通，如果位管導通，如果位線為高電平線為高電平1 1則向電容則向電容C C中充電；否則電容中充電；否則電容C C不不會充電；寫入完畢后電容會充電；寫入完畢后電容C C是否含有電荷表征是否含有電荷表征存儲的數(shù)據(jù)。存儲的數(shù)據(jù)。讀出：行選擇線為讀出：行選擇線為“1”1”，如果電容，如果電容C C上有電上有電荷則通過荷則通過T T輸出到位線上，形成電流；否則位輸出到位線上，形成電流；否

22、則位線上沒有電流，通過讀出放大器判斷電流即可線上沒有電流，通過讀出放大器判斷電流即可得到存儲信息。得到存儲信息。破壞性讀出破壞性讀出：在讀出：在讀出“1 1”的過程中，電容的過程中，電容C C上上的電荷會向位線輸出形成電流，信息讀出的同的電荷會向位線輸出形成電流，信息讀出的同時存儲的信息也遭到破壞。時存儲的信息也遭到破壞。刷新刷新：電容：電容C C上存儲的信息電荷有泄漏，隨著上存儲的信息電荷有泄漏，隨著時間增長會丟失信息，必須由外界按一定的規(guī)時間增長會丟失信息，必須由外界按一定的規(guī)律給它充電，補充信息電荷，這一過程我們稱律給它充電，補充信息電荷，這一過程我們稱為為“刷新刷新”。優(yōu)點：單管電路的

23、優(yōu)點是管子少，集成度高，芯片面積小優(yōu)點：單管電路的優(yōu)點是管子少，集成度高，芯片面積小缺點：缺點：刷新麻煩，讀出刷新麻煩，讀出1 1時具有破壞性，需要讀出放大器配合。時具有破壞性，需要讀出放大器配合。1位線位線Cs行線行線列線列線vDRAMDRAM：動態(tài)存儲器：動態(tài)存儲器RAMRAMv動態(tài)動態(tài) RAM 芯片舉例芯片舉例Intel 2164A 外特性外特性存儲容量存儲容量16K1 位位DOUTDINA0A5A6WECSVCCGNDIntel 2114RASCAS讀出放大器讀出放大器讀出放大器讀出放大器讀出放大器讀出放大器06364127128 根行線根行線CS01271128根根列列線線讀讀/寫線

24、寫線數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入I/O緩沖緩沖輸出驅(qū)動輸出驅(qū)動DOUTDINCS位線位線位線位線位線位線讀出放大器讀出放大器讀出放大器讀出放大器讀出放大器讀出放大器630 0 0I/O緩沖緩沖輸出驅(qū)動輸出驅(qū)動OUTDDRAM(16KDRAM(16K* *1)1)讀讀過程過程讀出放大器讀出放大器讀出放大器讀出放大器讀出放大器讀出放大器06364127128 根行線根行線CS01271128根根列列線線讀讀/寫線寫線數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入I/O緩沖緩沖輸出驅(qū)動輸出驅(qū)動DOUTDINCS位線位線位線位線位線位線數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入I/O緩沖緩沖I/O緩沖緩沖DIN讀出放大器讀出放大器讀出放大器讀出放大器630DRAM(1

25、6KDRAM(16K* *1)1)寫寫過程過程動態(tài)動態(tài) RAM 和靜態(tài)和靜態(tài) RAM 的比較的比較DRAMSRAM存儲原理存儲原理集成度集成度芯片引腳芯片引腳功耗功耗價格價格速度速度刷新刷新電容電容觸發(fā)器觸發(fā)器高高低低少少多多小小大大低低高高慢慢快快有有無無主存主存緩存緩存v只讀存儲器分類（只讀存儲器分類（ROMROM） 它的特點是可以隨機的它的特點是可以隨機的讀出讀出其中的內(nèi)容，但不能其中的內(nèi)容，但不能寫入寫入，是，是一種一種非易失性存儲器非易失性存儲器，掉電后存儲在其中的信息不會丟失。一，掉電后存儲在其中的信息不會丟失。一般用來存放監(jiān)控程序、管理軟件。般用來存放監(jiān)控程序、管理軟件。制作集成

26、電路時掩模固化程序制作集成電路時掩模固化程序利用紫外線或者利用紫外線或者X X射線擦除射線擦除 只讀存儲器只讀存儲器ROMROM掩模式掩模式MROMMROM光可擦光可擦EPROMEPROM可編程可編程PROMPROM電可擦電可擦E E2 2PROMPROM允許用戶編程寫入一次允許用戶編程寫入一次利用特定電壓的電信號擦除利用特定電壓的電信號擦除5.3 半導體只讀存儲器半導體只讀存儲器v掩模掩模 ROM( (MROM) ) v可編程可編程ROM( (PROM) ) VCC行線行線位線位線熔絲熔絲熔絲斷熔絲斷為為 “0”為為 “1”熔絲未斷熔絲未斷行線行線位線位線VCC1行線行線位線位線VCC0v光

27、擦可編程只讀存儲器光擦可編程只讀存儲器(EPROM)(EPROM)1 1）基本存儲元電路）基本存儲元電路 P P溝道溝道EPROMEPROM基本電路結(jié)構(gòu)如右基本電路結(jié)構(gòu)如右上圖所示，在上圖所示，在N N型基片上生長了兩型基片上生長了兩個高濃度的個高濃度的P P型區(qū)，分別引出源極型區(qū)，分別引出源極(S)(S)和漏極和漏極(D)(D)，在，在2 2極之間有一個極之間有一個硅硅柵柵，被絕緣體，被絕緣體SiOSiO2 2包圍。包圍。管子制管子制作好后作好后，硅柵硅柵內(nèi)沒有電荷，所以管內(nèi)沒有電荷，所以管子內(nèi)沒有導電溝道，子內(nèi)沒有導電溝道，S S極和極和D D極之間極之間不導電不導電。 P P溝道溝道EP

28、ROMEPROM組成的基本存儲元組成的基本存儲元如右下圖所示，當把如右下圖所示，當把EPROMEPROM用于存用于存儲矩陣時，這種存儲矩陣的輸出為儲矩陣時，這種存儲矩陣的輸出為全全“1 1”。不導通不導通112 2）EPROMEPROM的寫入和擦除的寫入和擦除 由于由于EPROMEPROM的默認輸出為的默認輸出為1 1，所以只，所以只要考慮寫入要考慮寫入0 0和讀出和讀出0 0的過程以及擦除的的過程以及擦除的過程。過程。 寫入寫入0 0時，在時，在D D極和極和S S極之間加上極之間加上25V25V高壓，所選中的單元在電壓的作用下被高壓，所選中的單元在電壓的作用下被擊穿，電子通過絕緣層注入到硅

29、柵，高擊穿，電子通過絕緣層注入到硅柵，高電壓去除后，電壓去除后，硅柵硅柵被絕緣層包圍電子無被絕緣層包圍電子無處泄漏，形成處泄漏，形成導電溝道導電溝道。 讀出時，字選線為高電平，讀出時，字選線為高電平，EPROMEPROM內(nèi)內(nèi)有導電溝道，從而有導電溝道，從而EPROMEPROM存儲元導通，位存儲元導通，位線輸出為線輸出為0 0。 EPROMEPROM芯片封裝的上方有一個石英玻芯片封裝的上方有一個石英玻璃窗口，用紫外線照射這個窗口，硅柵璃窗口，用紫外線照射這個窗口，硅柵上的電子形成光電流泄漏走，把寫入的上的電子形成光電流泄漏走，把寫入的0 0抹去，存儲單元恢復初始狀態(tài)。抹去，存儲單元恢復初始狀態(tài)。

30、導通導通103 3）EPROMEPROM實例（實例（27162716） 27162716為為16K16K位（位（2K2K* *8 8）的）的EPROMEPROM芯片，芯片，1111條地址線，條地址線，7 7條用于行譯碼，條用于行譯碼，4 4條用于列譯碼，具有條用于列譯碼，具有8 8位輸出緩沖，正常工作電壓位輸出緩沖，正常工作電壓VCCVCC為為5V5V，脫機編程時的，脫機編程時的寫入電壓寫入電壓VPPVPP為為2525伏。伏?？刂七壿嬁刂七壿媃 譯碼譯碼X 譯譯碼碼數(shù)據(jù)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)Y 控制控制128 128存儲矩陣存儲矩陣 VCC/VPP VCC/VPPCSA10A7A6A0DO0DO7v

31、 電擦可編程只讀存儲器電擦可編程只讀存儲器 ( EEPROM ) 電可擦寫電可擦寫局部擦寫局部擦寫全部擦寫全部擦寫v閃速型存儲器閃速型存儲器 (Flash Memory ) EPROM價格便宜價格便宜 集成度高集成度高 速度快速度快EEPROM電可擦洗重寫電可擦洗重寫具備具備 RAM 功能功能5.4 存儲器系統(tǒng)設(shè)計存儲器系統(tǒng)設(shè)計(1) 地址線的連接地址線的連接(2) 數(shù)據(jù)線的連接數(shù)據(jù)線的連接(3) 讀讀/寫命令線的連接寫命令線的連接(4) 片選線的連接片選線的連接(5) 合理選擇存儲芯片合理選擇存儲芯片(6) 其他其他 時序、負載時序、負載v存儲器接口應該考慮的問題存儲器接口應該考慮的問題v存

32、儲器片選控制方法存儲器片選控制方法- - 線選法線選法 高位地址線直接做存儲芯片的片選信號，高位地址線直接做存儲芯片的片選信號，1 1位地址選通位地址選通1 1片片 2K 8位位 CE 2K 8位位 CE 2K 8位位 CE 2K 8位位 CEA10 A01A111A121A131A14芯片芯片1： 0000 1000 0000 0000 0000 1111 1111 1111 0800H0FFFH芯片芯片2： 0001 0000 0000 0000 0001 0111 1111 1111 1000H17FFH芯片芯片3： 0010 0000 0000 0000 0010 0111 1111

33、1111 2000H27FFH芯片芯片4： 0100 0000 0000 0000 0100 0111 1111 1111 4000H47FFH- - 全譯碼法全譯碼法 高位全部地址經(jīng)過譯碼器做存儲芯片的片選信號高位全部地址經(jīng)過譯碼器做存儲芯片的片選信號16K 8位位 CE16K 8位位 CE16K 8位位 CE16K 8位位 CEA13 A0芯片芯片1： 0000 0000 0000 0000 0011 1111 1111 1111 0000H3FFFH芯片芯片2： 0100 0000 0000 0000 0111 1111 1111 1111 4000H7FFFH芯片芯片3： 1000 0

34、000 0000 0000 1011 1111 1111 1111 8000HBFFFH芯片芯片4： 1100 0000 0000 0000 1111 1111 1111 1111 C000HFFFFHA14A152-42-4譯碼器譯碼器Y0Y1Y2Y3- - 部分譯碼法部分譯碼法 高位部分地址經(jīng)過譯碼器做存儲芯片的片選信號高位部分地址經(jīng)過譯碼器做存儲芯片的片選信號 2K 8位位 CE 2K 8位位 CE 2K 8位位 CE 2K 8位位 CEA10 A0芯片芯片1： 0000 0000 0000 0000 0000 0111 1111 1111 0000H07FFH芯片芯片2： 0000 1

35、000 0000 0000 0000 1111 1111 1111 0800H0FFFH芯片芯片3： 0001 0000 0000 0000 0001 0111 1111 1111 1000H17FFH芯片芯片4： 0001 1000 0000 0000 0001 1111 1111 1111 1800H1FFFHA11A122-42-4譯碼器譯碼器Y0Y1Y2Y3A13A14A15不參加不參加例：例：CPUCPU的地址總線的地址總線1616根根(A(A1515AA0 0，A A0 0為低位為低位) )，雙向數(shù)據(jù)總線，雙向數(shù)據(jù)總線8 8根根(D(D7 7DD0 0) )，控制總線中與主存有關(guān)的

36、信號有，控制總線中與主存有關(guān)的信號有MREQ(MREQ(允許訪存，允許訪存， 低電平有效低電平有效) )，R/W(R/W(高電平為讀命令，低電平為寫命令高電平為讀命令，低電平為寫命令) )。 主存地址空間分配如下：主存地址空間分配如下：08K08K為系統(tǒng)程序區(qū)，由只讀存為系統(tǒng)程序區(qū)，由只讀存儲芯片組成；儲芯片組成；8K24K8K24K為用戶程序區(qū)；最后為用戶程序區(qū)；最后( (最大地址最大地址)4K)4K地址地址空間為系統(tǒng)程序工作區(qū)。上述地址為十進制，按字節(jié)編址?，F(xiàn)空間為系統(tǒng)程序工作區(qū)。上述地址為十進制，按字節(jié)編址?，F(xiàn)有如下存儲器芯片：有如下存儲器芯片： RAMRAM：1K1K4 4位，位，4K

37、4K8 8位，位，8K8K8 8位位 ROMROM：2K2K8 8位，位，4K4K8 8位，位，8K8K8 8位位 上述芯片中選擇適當芯片設(shè)計該計算機主存儲器，畫出主上述芯片中選擇適當芯片設(shè)計該計算機主存儲器，畫出主存儲器邏輯框圖，注意畫出選片邏輯存儲器邏輯框圖，注意畫出選片邏輯( (可選用門電路及可選用門電路及3838譯譯碼器碼器74LS138)74LS138)與與CPUCPU的連接，說明選哪些存儲器芯片，選多少的連接，說明選哪些存儲器芯片，選多少片。片。分析：分析：CPUCPU有有1616根地址線，可尋址根地址線，可尋址64K64K空間?？臻g。 系統(tǒng)程序區(qū)：系統(tǒng)程序區(qū)：0 08KB8KB（

38、8K8K8 8），用），用1 1片片ROMROM。 用戶程序區(qū)：用戶程序區(qū)：8KB-24KB8KB-24KB（2 2* *8K8K* *8 8），用），用2 2片片8K8K8RAM8RAM。 系統(tǒng)程序工作區(qū)：最后系統(tǒng)程序工作區(qū)：最后4K4K，用一片，用一片4K4K8RAM8RAM。 主存地址空間分布如右圖：主存地址空間分布如右圖：8K(ROM)16K(SRAM)36K（空）4K（SRAM）0K8K24k64K0000 0000 0000 0000 000 1 1111 1111 11110010 0000 0000 0000 001 1 1111 1111 11110100 0000 0000

39、 0000 010 1 1111 1111 11111111 0000 0000 0000 111 1 1111 1111 1111A15A13片選，片選， A12A0片內(nèi)存儲單元選擇片內(nèi)存儲單元選擇A15A13片選，片選，A12必須為高電平，低必須為高電平，低12位片內(nèi)位片內(nèi)存儲單元選擇存儲單元選擇 8K 8位位 ROM8K 8位位 RAM4K 8位位 RAMY7Y0G1CBAG2BG2A5VMREQA15A14A13A12A11A0D7D0WR&8K 8位位 RAM1Y2Y1例：例：CPUCPU的地址總線的地址總線1616根根(A(A1515AA0 0，A A0 0為低位為低位)

40、)，雙向數(shù)據(jù)總線，雙向數(shù)據(jù)總線8 8根根(D(D7 7DD0 0) )，控制總線中與主存有關(guān)的信號有，控制總線中與主存有關(guān)的信號有MREQ(MREQ(允許訪存，允許訪存， 低電平有效低電平有效) )，R/W(R/W(高電平為讀命令，低電平為寫命令高電平為讀命令，低電平為寫命令) )?，F(xiàn)有。現(xiàn)有如下存儲器芯片：如下存儲器芯片： RAMRAM：1K1K8 8位，位，4K4K8 8位，位，8K8K8 8位位 ROMROM：2K2K8 8位，位，4K4K8 8位，位，8K8K8 8位位 主存地址空間分配如下：主存地址空間分配如下： 6000H6000H67FFH67FFH為系統(tǒng)程序區(qū)為系統(tǒng)程序區(qū) 68

41、00H6800H6BFFH6BFFH為用戶程序區(qū)為用戶程序區(qū) 上述芯片中選擇適當芯片設(shè)計該計算機主存儲器，畫出主上述芯片中選擇適當芯片設(shè)計該計算機主存儲器，畫出主存儲器邏輯框圖，注意畫出選片邏輯存儲器邏輯框圖，注意畫出選片邏輯( (可選用門電路及可選用門電路及3838譯譯碼器碼器74LS138)74LS138)與與CPUCPU的連接，說明選哪些存儲器芯片，選多少的連接，說明選哪些存儲器芯片，選多少片。片。(1) (1) 寫出對應的二進制地址碼寫出對應的二進制地址碼(2) (2) 確定芯片的數(shù)量及類型確定芯片的數(shù)量及類型0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0A15A14A

42、13 A11 A10 A7 A4 A3 A00 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 12K8位位1K8位位RAM1片片1K8位位ROM1片片 2K8位位(3) (3) 分配地址線分配地址線A10 A0 接接 2K 8位位 ROM 的地址線的地址線A9 A0 接接 1K 8位位 RAM 的地址線的地址線(4) 確定片選信號確定片選信號C B A0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0A15 A13 A11 A10 A7 A4 A3

43、A00 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 12K 8位位1片片 ROM1K 8位位1片片RAMMREQA14A15A13A12A11A10A9A0D7D4D3D0WR 2K 8位位 ROM 1K 8位位 RAM&Y5Y4G1CBAG2BG2Av存儲器擴展存儲器擴展 CPUCPU對存儲器進行讀對存儲器進行讀/ /寫操作，首先由地址總線給出地址信寫操作，首先由地址總線給出地址信號，然后要發(fā)出讀操作或?qū)懖僮鞯目刂菩盘枺詈笤跀?shù)據(jù)總線號，然后要發(fā)出讀

44、操作或?qū)懖僮鞯目刂菩盘枺詈笤跀?shù)據(jù)總線上進行信息交流，要完成地址線的連接、數(shù)據(jù)線的連接和控制上進行信息交流，要完成地址線的連接、數(shù)據(jù)線的連接和控制線的連接。線的連接。 存儲器芯片的容量是有限的存儲器芯片的容量是有限的, ,為了滿足實際存儲器的容量為了滿足實際存儲器的容量要求，需要對存儲器進行擴展。主要方法有：要求，需要對存儲器進行擴展。主要方法有：- -位擴展：存儲器的存儲單元數(shù)不變，每個單元的位數(shù)（字長）增加。位擴展：存儲器的存儲單元數(shù)不變，每個單元的位數(shù)（字長）增加。例：由例：由1K1K4 4位的芯片構(gòu)成位的芯片構(gòu)成1K1K8 8位的存儲器位的存儲器分析：可用芯片分析：可用芯片1K1K4

45、4：1K1K個單元，每單元為個單元，每單元為4 4位。位。 存儲器存儲器1K1K8 8：1K1K個單元，每單元為個單元，每單元為8 8位。要位。要1010根地址線，根地址線，8 8根數(shù)據(jù)線根數(shù)據(jù)線方法：共需方法：共需2 2片芯片，片芯片， 地址總線地址總線(10(10根根) )：將所有地址線并聯(lián)入所有芯片；：將所有地址線并聯(lián)入所有芯片； 數(shù)據(jù)總線（數(shù)據(jù)總線（8 8根）：每根）：每1 1個芯片個芯片4 4位位I/OI/O線連接數(shù)據(jù)總線的線連接數(shù)據(jù)總線的4 4位位 控制線：控制線：CSCS并聯(lián)并聯(lián)( (全選全選) )，WEWE并聯(lián)。并聯(lián)。 用用 2片片 1K 4位位 存儲芯片組成存儲芯片組成 1K

46、 8位位 的存儲器的存儲器10根地址線根地址線8根數(shù)據(jù)線根數(shù)據(jù)線DDD0479AA021142114CSWE 用用 8片片 8K 1位位 存儲芯片組成存儲芯片組成 8K 8位位 的存儲器的存儲器字擴展：每單元位數(shù)不變，增加單元個數(shù)。字擴展：每單元位數(shù)不變，增加單元個數(shù)。例：用例：用16K16K8 8的芯片構(gòu)成的芯片構(gòu)成64K64K8 8的存儲器的存儲器分析：可用芯片分析：可用芯片16K16K8 8：16K16K個單元，每單元為個單元，每單元為8 8位。位。 存儲器存儲器64K64K8 8：64K64K個單元，每單元為個單元，每單元為8 8位。要位。要1616根地址線，根地址線，8 8根數(shù)據(jù)線根數(shù)據(jù)線方法：共需方法：共需4 4片芯片，片芯片， 數(shù)據(jù)總線：每片芯片的數(shù)據(jù)線分別與數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線：每片芯片的數(shù)據(jù)線分別與數(shù)據(jù)總線D0D0D7D7相連相連 地址總線：每片芯片的是地址總線：每片芯片的是16K16K，需要，需要1414位地址線，將地址總線的低位地位地址線，將地址總線的低位地 址址A0A0A13A13