第5章 存儲(chǔ)器系統(tǒng)20140217

第5章

存儲(chǔ)器系統(tǒng)2/1/20231教學(xué)重點(diǎn)

存儲(chǔ)器分類、特點(diǎn)

SRAM、EPROM與CPU的連接存儲(chǔ)器的擴(kuò)充2/1/202325.1存儲(chǔ)器概述存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)的基本組成部分，用來(lái)存放計(jì)算機(jī)工作所必須的程序和數(shù)據(jù)。5.1.1存儲(chǔ)器的分類1.按存儲(chǔ)介質(zhì)分類存儲(chǔ)介質(zhì)－－存儲(chǔ)二進(jìn)制信息的物理載體。目前常用：半導(dǎo)體器件、磁性材料和光學(xué)材料。(1)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器：雙極型、CMOS型、HMOS型等。(2)磁表面存儲(chǔ)器：如磁盤和磁帶等。(3)光表面存儲(chǔ)器：如光盤。2/1/202335.1.1存儲(chǔ)器的分類2.按存取方式分類只讀存儲(chǔ)器、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、順序存取存儲(chǔ)器和直接存取存儲(chǔ)器等。(1)只讀存儲(chǔ)器ROM(ReadOnlyMemory)。所存儲(chǔ)的內(nèi)容是固定不變的，即只能讀出不能寫(xiě)入。ROM一般用來(lái)存放微機(jī)的系統(tǒng)管理程序、監(jiān)控程序等。(2)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM(RandomAccessMemory)。存儲(chǔ)單元可隨機(jī)讀寫(xiě)，且存取時(shí)間與存儲(chǔ)單元的物理位置無(wú)關(guān)，讀寫(xiě)速度較快。RAM主要用來(lái)存放輸入、輸出數(shù)據(jù)及中間結(jié)果并與外存儲(chǔ)器交換信息。2/1/202345.1.1存儲(chǔ)器的分類2.按存取方式分類(3)順序存取存儲(chǔ)器(簡(jiǎn)稱SAM)。只能按照某種次序存取，即存取時(shí)間與存儲(chǔ)單元的物理位置有關(guān)。由于按順序讀寫(xiě)的特點(diǎn)以及工作速度較慢，常用作外存存儲(chǔ)器，例如磁帶。(4)直接存取存儲(chǔ)器(簡(jiǎn)稱DAM)。不必對(duì)存儲(chǔ)介質(zhì)做完整的順序搜索而可以直接存取。例如磁盤和光盤。3.按信息的可保存性分類易失性存儲(chǔ)器：RAM

非易失性存儲(chǔ)器：ROM、磁盤、光盤存儲(chǔ)器2/1/202354.按在微機(jī)系統(tǒng)中的作用分類主存儲(chǔ)器(內(nèi)存)、輔助存儲(chǔ)器(外存)和高速緩沖存儲(chǔ)器(Cache)等。(1)主存儲(chǔ)器：用來(lái)存放當(dāng)前正在運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)，CPU可以直接訪問(wèn)。存取速度要求和CPU的處理速度相匹配，但存儲(chǔ)容量小一些?，F(xiàn)代微機(jī)大多采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。(2)輔助存儲(chǔ)器：用來(lái)存儲(chǔ)CPU當(dāng)前操作暫時(shí)用不到的程序或數(shù)據(jù)，CPU不能直接進(jìn)行讀寫(xiě)操作。速度要求可以低一些，但存儲(chǔ)容量要大得多，也稱為“海量存儲(chǔ)器”。輔助存儲(chǔ)器主要有磁帶、磁盤和光盤等。(3)高速緩沖存儲(chǔ)器(Cache)：是一個(gè)高速小容量的存儲(chǔ)器，位于CPU和內(nèi)存之間。為了加快信息傳遞速度和提高計(jì)算機(jī)的處理速度，常利用高速緩存來(lái)暫存CPU正在使用的指令和數(shù)據(jù)。2/1/20236

對(duì)存儲(chǔ)器的要求：容量大、速度快、成本低但這三方面在一個(gè)存儲(chǔ)器中很難同時(shí)兼顧

采用分級(jí)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

2/1/202375.1.2現(xiàn)代微機(jī)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器體系結(jié)構(gòu)現(xiàn)代高檔微機(jī)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器體系結(jié)構(gòu)

1.分級(jí)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)

2.虛擬存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)CPU內(nèi)部寄存器CACHE主存（內(nèi)存）輔存（外存）圖5.1分級(jí)存儲(chǔ)器系統(tǒng)示意圖容量增速度減2/1/202385.1.2現(xiàn)代微機(jī)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器體系結(jié)構(gòu)1.分級(jí)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)內(nèi)部寄存器組－－最高一級(jí)存儲(chǔ)器，內(nèi)含在CPU中存放：待用數(shù)據(jù)、中間結(jié)果，讀寫(xiě)速度快，數(shù)量有限高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）－－速度與CPU匹配，256K字節(jié)

存放：當(dāng)前用的最多的程序或數(shù)據(jù)，兩級(jí)Cache結(jié)構(gòu)內(nèi)存－－存放：運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)外存－－磁帶、軟盤、硬盤、光盤等（海量存儲(chǔ)器）2.虛擬存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)（在OS管理下）

內(nèi)存和外存之間建立一個(gè)虛擬存儲(chǔ)器容量－－外存速度－－內(nèi)存物理上不存在邏輯上確實(shí)可用2/1/202395.2半導(dǎo)體存儲(chǔ)器5.2.1半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類按制造工藝雙極型：速度快、集成度低、功耗大，高速緩存MOS型：速度慢、集成度高、功耗低，內(nèi)存按存取方式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM：可讀可寫(xiě)、斷電丟失只讀存儲(chǔ)器ROM：正常只讀、斷電不丟失詳細(xì)分類，請(qǐng)看圖示2/1/2023105.2.1半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類半導(dǎo)體存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器（ROM）隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）靜態(tài)RAM（SRAM）動(dòng)態(tài)RAM（DRAM）非易失性RAM（NVRAM)掩膜式ROM一次性可編程ROM（PROM）紫外線擦除可編程ROM（EPROM）電擦除可編程ROM（EEPROM）FlashMemory（閃存）詳細(xì)展開(kāi)，注意對(duì)比2/1/202311

1.

讀寫(xiě)存儲(chǔ)器RAM組成單元速度集成度應(yīng)用SRAM觸發(fā)器快低小容量系統(tǒng)DRAM極間電容慢高大容量系統(tǒng)NVRAM帶微型電池慢低小容量非易失2/1/2023122.只讀存儲(chǔ)器ROM掩膜ROM：信息制作在芯片中，不可更改PROM：允許一次編程，此后不可更改EPROM：用紫外光擦除，擦除后可編程；并允許用戶多次擦除和編程EEPROM（E2PROM）：采用加電方法在線進(jìn)行擦除和編程，也可多次擦寫(xiě)FlashMemory（閃存）：能夠快速擦寫(xiě)的EEPROM，但只能按塊（Block）擦除2/1/2023135.2.2半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的主要性能指標(biāo)

1.

存儲(chǔ)容量一個(gè)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片所能存儲(chǔ)的二進(jìn)制信息量。容量＝存儲(chǔ)單元數(shù)×每單元的數(shù)據(jù)位數(shù)常用單位：位bit

字節(jié)Byte

最大容量＝2M×N位M－－地址總線N－－數(shù)據(jù)總線2.存取速度－－存取時(shí)間，又稱為訪問(wèn)時(shí)間或讀/寫(xiě)時(shí)間，是指從啟動(dòng)一次存儲(chǔ)器操作到完成該操作所經(jīng)歷的時(shí)間。

3.其他

.可靠性

.價(jià)格等2/1/2023145.2.3半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片的結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)體：主體，由若干個(gè)存儲(chǔ)單元組成，每個(gè)存儲(chǔ)單元又由若干個(gè)基本存儲(chǔ)電路(或稱存儲(chǔ)元)組成，每個(gè)基本存儲(chǔ)電路可存放一位二進(jìn)制信息。通常，一個(gè)存儲(chǔ)單元為一個(gè)字節(jié)，存放8位二進(jìn)制信息，即以字節(jié)來(lái)組織。每個(gè)存儲(chǔ)單元都有一個(gè)地址(稱為存儲(chǔ)單元地址)，CPU訪問(wèn)時(shí)按地址訪問(wèn)。2.地址譯碼器接收來(lái)自CPU的N位地址，經(jīng)譯碼后產(chǎn)生2n個(gè)地址選擇信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)片內(nèi)存儲(chǔ)單元的選址。3.控制邏輯電路接收片選信號(hào)及來(lái)自CPU的讀/寫(xiě)信號(hào)，形成芯片內(nèi)部控制信號(hào)。4.數(shù)據(jù)緩沖器用于暫時(shí)存放來(lái)自CPU的寫(xiě)入數(shù)據(jù)或從存儲(chǔ)體內(nèi)讀出的數(shù)據(jù)。2/1/2023155.3隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）

5.3.1靜態(tài)RAM（SRAM）一、RAM原理SRAM的基本存儲(chǔ)單元是R-S觸發(fā)器電路

（雙穩(wěn)態(tài)）故·隨機(jī)存取

·有電—信息保持，讀不改變

·掉電—信息丟失

特點(diǎn)：易失性(掉電：信息丟失)2/1/2023165.3.1靜態(tài)RAM（SRAM）SRAM主要有存儲(chǔ)體和外圍電路構(gòu)成：

①存儲(chǔ)體存儲(chǔ)器芯片的主要部分，用來(lái)存儲(chǔ)信息②地址譯碼電路根據(jù)輸入的地址編碼來(lái)選中芯片內(nèi)某個(gè)特定的存儲(chǔ)單元③片選和讀寫(xiě)控制邏輯選中存儲(chǔ)芯片，控制讀寫(xiě)操作2/1/202317

5.3.1靜態(tài)RAM（SRAM）1.存儲(chǔ)體每個(gè)基本存儲(chǔ)單元－－存儲(chǔ)1位二進(jìn)制數(shù)（圖5.4）許多個(gè)基本存儲(chǔ)單元形成行列存儲(chǔ)矩陣SRAM一般采用“字結(jié)構(gòu)”存儲(chǔ)矩陣：每個(gè)存儲(chǔ)單元存放多位（4、8、16等）每個(gè)存儲(chǔ)單元具有一個(gè)唯一的地址存儲(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 ＝存儲(chǔ)單元數(shù)×存儲(chǔ)單元的位數(shù)＝2M×N

M：芯片的地址線根數(shù)

N：芯片的數(shù)據(jù)線根數(shù)SRAM2114SRAM62642/1/202318

5.3.1靜態(tài)RAM（SRAM）2.外圍電路 ⑴

地址譯碼器－地址行、列譯碼結(jié)構(gòu)（雙譯碼）

X譯碼－－k/2個(gè)輸入，輸出2k/2Y譯碼－－k/2個(gè)輸入，輸出2k/2

共有：2k/2

×2k/2＝2k

輸出狀態(tài) ⑵I/O電路2/1/202319譯碼器A5A4A3A2A1A06301存儲(chǔ)單元64個(gè)單元行譯碼A2A1A0710列譯碼A3A4A501764個(gè)單元單譯碼雙譯碼(1)地址譯碼電路單譯碼結(jié)構(gòu)雙譯碼結(jié)構(gòu)雙譯碼可簡(jiǎn)化芯片設(shè)計(jì)主要采用的譯碼結(jié)構(gòu)2/1/202320(3)片選和讀寫(xiě)控制邏輯片選端CS*或CE*有效時(shí)，可以對(duì)該芯片進(jìn)行讀寫(xiě)操作輸出OE*控制讀操作。有效時(shí)，芯片內(nèi)數(shù)據(jù)輸出該控制端對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的讀控制線寫(xiě)WE*控制寫(xiě)操作。有效時(shí)，數(shù)據(jù)進(jìn)入芯片中該控制端對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的寫(xiě)控制線2/1/2023213.SRAM的讀/寫(xiě)過(guò)程1)讀出過(guò)程地址碼→地址輸入端，經(jīng)X與Y地址譯碼器譯碼，產(chǎn)生行選通、列選通信號(hào)，選中某一單元。(2)被選中單元的信息→I/O電路的輸入端。信號(hào)放大、整形后送到雙向三態(tài)緩沖器→DB上。(3)在送上地址碼的同時(shí)，輸出允許信號(hào)和片選信號(hào)。2)寫(xiě)入過(guò)程(1)地址碼→地址輸入端，選中相應(yīng)的存儲(chǔ)單元，使其可以進(jìn)行寫(xiě)操作。(2)將要寫(xiě)入的數(shù)據(jù)放在DB線上。(3)有效的片選信號(hào)和寫(xiě)信號(hào)，這時(shí)三態(tài)門打開(kāi)，DB線上的數(shù)據(jù)進(jìn)入輸入電路，送到存儲(chǔ)單元的位線上，從而寫(xiě)入該存儲(chǔ)單元。2/1/2023224.典型SRAM芯片存儲(chǔ)容量為1K×418個(gè)引腳：10根地址線A9～A04根數(shù)據(jù)線I/O4～I(xiàn)/O1片選CS*讀寫(xiě)WE*123456789181716151413121110VccA7A8A9I/O1I/O2I/O3I/O4WE*A6A5A4A3A0A1A2CS*GND功能Intel2114芯片2/1/2023232）Intel6264存儲(chǔ)容量為8K×828個(gè)引腳：13根地址線A12～A08根數(shù)據(jù)線D7～D0

（I/O8

～I(xiàn)/O1）片選CS1(CE)*、CS2讀寫(xiě)WE*、OE*功能+5VWE*CS2A8A9A11OE*A10CS1*D7D6D5D4D3NCA12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GND12345678910111213142827262524232221201918171615（1）

Intel6264引腳2/1/202324

①

高速度—最大存取時(shí)間為70ns~120ns

②低功耗—運(yùn)行時(shí)為150mw，空載時(shí)為100mw

③

與TTL兼容

④完全靜態(tài)—無(wú)需時(shí)鐘脈沖或定時(shí)選通脈沖工作方式：表5.3

(2)Intel6264基本特性2/1/2023253.HM6264BL讀周期2/1/2023263.HM6264BL讀周期讀取時(shí)間（tAA）—由給出地址到數(shù)據(jù)出現(xiàn)在DB上的

時(shí)間讀取時(shí)間是存儲(chǔ)器的一個(gè)重要指標(biāo)讀周期（tRC）—兩次連續(xù)讀操作間隔時(shí)間

∴tRC≥tAA

2/1/2023273.HM6264BL讀周期參數(shù)符號(hào)時(shí)間（ns）最小最大讀周期時(shí)間tRC70讀出時(shí)間tAA70片選到輸出穩(wěn)定tco（tco1，tco2）70輸出允許到輸出穩(wěn)定tOE10輸出禁止到輸出線高阻tOHZ10片選無(wú)效到數(shù)據(jù)線高阻tHZ030地址改變后數(shù)據(jù)保持tOH102/1/2023284.HM6264BL寫(xiě)周期2/1/202329

參數(shù)符號(hào)時(shí)間（ns）最大最小寫(xiě)周期時(shí)間twC70片選寬度tCW（tCW1，tCW2）60地址有效到寫(xiě)結(jié)束tAW60寫(xiě)脈沖寬度tWP40數(shù)據(jù)保持到寫(xiě)有效tDW30注意：地址改變期間，WE必須為高，使地址信號(hào)足夠穩(wěn)定。4.HM6264BL寫(xiě)周期2/1/2023305.3.2動(dòng)態(tài)RAM(DRAM)1.存儲(chǔ)電路基本存儲(chǔ)電路—單管動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)電路

核心：電容

P221圖5.8利用MOS管柵極和源極之間的電容C來(lái)存儲(chǔ)信息。 電容上“有”電荷狀態(tài)為“1”“無(wú)”電荷狀態(tài)為“0”特點(diǎn):⑴電荷泄漏—信息丟失—刷新(2ms~8ms)

（充電） ⑵電路簡(jiǎn)單,功耗低,集成度高,速度比靜態(tài)慢。2/1/202331

容量64K×116個(gè)地址信號(hào)

二、典型芯片Intel2164A圖5.92164A引腳信號(hào)圖5.10DRAM芯片2164內(nèi)部結(jié)構(gòu)2/1/202332

·

地址：A0~A7

·

數(shù)據(jù)輸入線：DIN

·

數(shù)據(jù)輸出線：DOUT

·

控制信號(hào)：WE,RAS,CAS,

二、典型芯片Intel2164A2/1/202333地址：行/列復(fù)用優(yōu)點(diǎn)：①引腳↓→體積↓②刷新時(shí)只用行地址容量:64K×1,片內(nèi)尋址64K,需16個(gè)地址信號(hào)。行/列地址選通（RAS/CAS）：（行選通/列選通）

∴芯片外部地址線只有8條;行、列地址分時(shí)送入，利用內(nèi)部開(kāi)關(guān)。外地址8條，內(nèi)地址8×2條，單元數(shù)=28×2特點(diǎn)：2/1/202334

2164A數(shù)據(jù)的讀出和寫(xiě)入是分開(kāi)的，由信號(hào)控制。當(dāng)WE為高電平時(shí)，讀出數(shù)據(jù)，選中單元內(nèi)容→DOUT；當(dāng)WE信號(hào)為低電平時(shí)，寫(xiě)入數(shù)據(jù)，DIN信號(hào)→選中單元。若要構(gòu)成64KB(64K×8b)的DRAM存儲(chǔ)器，需要8片2164A。特點(diǎn)：2/1/202335

386以上的微機(jī)系統(tǒng)中，將多片DRAM芯片塑封在一個(gè)長(zhǎng)條形小電路插件板上，以DRAM存儲(chǔ)條的形式構(gòu)成32位、64位數(shù)據(jù)總線寬度的內(nèi)存。按容量分：256KB、512KB、1MB、4MB、8MB、16MB、32MB、64MB、128MB、256MB、512MB、1GB、2GB按電路板的引腳數(shù)分：30線、72線、100線、168線、184線，廣泛使用的：72線、168線、184線5.3.3DRAM存儲(chǔ)條2/1/202336目前Pentium4微機(jī)：184線，最新式的RIMM(RambusIn－lineMemoryModule）接插結(jié)構(gòu)，64位有效數(shù)據(jù)，8位奇偶校驗(yàn)位使用的存儲(chǔ)器兩種：

1.DDRSDRAM(DoubleDataRateSDRAM，雙倍數(shù)據(jù)速率同步DRAM)或DDR2SDRAM(4倍速率同步DRAM)。

2.RDRAM(RambusDRAM)，芯片對(duì)芯片直接接口，傳輸速率：3.2GB/s，多用于服務(wù)器和工作站。三、DRAM存儲(chǔ)條2/1/2023375.4只讀存儲(chǔ)器ROM

用戶在程序中只能讀不能寫(xiě)

----存放固定程序，如監(jiān)控程序、啟動(dòng)程序、BIOS程序等

特點(diǎn)：

①

非易失性

②

只讀性

③

可靠性高

2/1/202338

5.4.1掩膜ROM

信息由廠家完成，用戶不能修改。基本存儲(chǔ)電路：P226圖5.11

掩膜ROM有管子，D0上“0”

無(wú)管子，D0上“1”

特點(diǎn)：掉電信息不丟，信息一次性寫(xiě)入（廠家）

2/1/202339

5.4.2可編程ROM(PROM)

基本存儲(chǔ)電路：P227圖5.12

熔絲

熔斷“0”

保留“1”

出廠時(shí)，熔絲保留（全1）

特點(diǎn)：信息，用戶可寫(xiě)入一次

2/1/2023405.4.3EPROM(可擦除的PROM)

·寫(xiě)入后，信息可長(zhǎng)久保存

·當(dāng)內(nèi)容需要變更時(shí)，利用擦除器將其擦除，各單元復(fù)原（FFH）

·再利用編程器編程寫(xiě)入 根據(jù)擦除方式的不同，可擦除的EPROM又分為兩類：紫外線可擦除EPROM

電可擦除EEPROM2/1/2023415.4.3EPROM(可擦除的PROM)頂部開(kāi)有一個(gè)圓形的石英窗口，用于紫外線透過(guò)擦除原有信息一般使用專門的編程器（燒寫(xiě)器）編程編程后，應(yīng)該貼上不透光封條出廠未編程前，每個(gè)基本存儲(chǔ)單元都是信息“1”編程就是將某些單元寫(xiě)入信息0EPROM2716EPROM27642/1/202342

1.基本存儲(chǔ)電路P227圖5.13

特點(diǎn)：信息可寫(xiě)入(高壓≥12.5V,大電流)

可擦除(紫外線)、整片擦除3.典型芯片—Intel2764

5.4.3EPROM(可擦除的PROM)2/1/202343EPROM芯片2764存儲(chǔ)容量為8K×828個(gè)引腳：13根地址線A12～A08根數(shù)據(jù)線D7～D0片選CE*編程PGM*讀寫(xiě)OE*編程電壓VPP功能VppA12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GNDVccPGM*NCA8A9A11OE*A10CE*D7D6D5D4D3123456789101112131428272625242322212019181716152/1/202344EPROM芯片2716存儲(chǔ)容量為2K×824個(gè)引腳：11根地址線A10～A08根數(shù)據(jù)線DO7～DO0片選/編程CE*/PGM讀寫(xiě)OE*編程電壓VPP功能VDDA8A9VPPOE*A10CE*/PGMDO7DO6DO5DO4DO3123456789101112242322212019181716151413A7A6A5A4A3A2A1A0DO0DO1DO2Vss2/1/202345

注意：

①擦除：照射15~20分鐘

②編程電源從12.5V開(kāi)始，＜20V③引腳具有兼容性5.4.3EPROM(可擦除的PROM)2/1/202346

EEPROM-----電信號(hào)擦除

E2PROM 1.特點(diǎn)：信息可寫(xiě)入/擦除(高壓或低壓慢速)(20V)(+5V10ms)

(1)可以字節(jié)為單位在線改寫(xiě)；

(2)采用+5V電擦寫(xiě)，在寫(xiě)入過(guò)程中自動(dòng)進(jìn)行擦寫(xiě)。約需10ms(讀取時(shí)間為200～250ns)，其擦寫(xiě)次數(shù)可達(dá)1萬(wàn)次以上，數(shù)據(jù)可保存l0年以上；

(3)既能像RAM隨機(jī)改寫(xiě)，又能像ROM那樣在掉電的情況下非易失地保存數(shù)據(jù)，使用比EPROM方便；

(4)對(duì)硬件電路要求簡(jiǎn)單，無(wú)需專用電路。5.4.4EEPROM(電可擦除的PROM)2/1/202347

2.典型芯片2817A ·容量2K×8位

·+5V電源，寫(xiě)入時(shí)自動(dòng)擦除原內(nèi)容

·

最大讀取時(shí)間250ns,擦/寫(xiě)時(shí)間約10ms

·

可擦寫(xiě)10,000次,數(shù)據(jù)可保持10年 5.4.4EEPROM(電可擦除的PROM)2/1/202348

·EPROM—擦除、改寫(xiě)全部?jī)?nèi)容寫(xiě)入/擦除需專用設(shè)備

·EEPROM—擦除:全片以字節(jié)為單元EEPROM和EEPROM的區(qū)別2/1/202349

閃速存儲(chǔ)器－－快速擦寫(xiě)存儲(chǔ)器或快閃存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱閃存。在不加電的情況下，信息可以保持10年，又能在線擦除和重寫(xiě)。閃速存儲(chǔ)器的編程方法與E2PROM相同。閃速存儲(chǔ)器既具有ROM非易失性的優(yōu)點(diǎn)，又有很高的存取速度，既可讀又可寫(xiě)，具有集成度高、價(jià)格低、耗電省等優(yōu)點(diǎn)。5.4.5閃速存儲(chǔ)器(FlashMemory)2/1/202350

1.特點(diǎn)：(1)非易失性(2)可進(jìn)行整片、字節(jié)、區(qū)塊或頁(yè)面的擦除和編程操作，從而提高了應(yīng)用的靈活性。(3)可進(jìn)行快速頁(yè)面寫(xiě)入(一般為幾十到200ns)。(4)信息存儲(chǔ)密度高。5.4.5閃速存儲(chǔ)器(FlashMemory)2/1/2023512.Flash的應(yīng)用存儲(chǔ)卡來(lái)取代磁盤，大量用于便攜式計(jì)算機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、MP3播放器等設(shè)備中。替代靜態(tài)RAM和動(dòng)態(tài)RAM。5.4.5閃速存儲(chǔ)器(FlashMemory)2/1/2023525.5存儲(chǔ)器與CPU的接口這是本章的重點(diǎn)內(nèi)容SRAM、EPROM與CPU的連接譯碼方法同樣適合I/O端口2/1/2023535.5.1存儲(chǔ)器與CPU接口的一般問(wèn)題存儲(chǔ)芯片與CPU總線的連接，有兩個(gè)很重要的問(wèn)題：CPU的總線負(fù)載能力CPU能否帶動(dòng)總線上包括存儲(chǔ)器在內(nèi)的連接器件？存儲(chǔ)芯片與CPU總線時(shí)序的配合CPU能否與存儲(chǔ)器的存取速度相配合？2/1/2023541.總線驅(qū)動(dòng)能力CPU的總線驅(qū)動(dòng)能力有限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)器等來(lái)加以鎖存和驅(qū)動(dòng)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(lái)加以驅(qū)動(dòng)常用的芯片有：

74LS244－單向8位地址總線驅(qū)動(dòng)器

74LS245－雙向8位數(shù)據(jù)總線驅(qū)動(dòng)器

Intel8286/828774LS373－8位地址鎖存器等

Intel8282/82832/1/2023552.時(shí)序配合分析存儲(chǔ)器的存取速度是否滿足CPU總線時(shí)序的要求如果不能滿足：考慮更換存儲(chǔ)芯片總線周期中插入等待狀態(tài)TW時(shí)序配合是連接中的難點(diǎn)2/1/202356CPU←→MEM交換信息時(shí)：

①

CPU給出地址

②

送出讀/寫(xiě)命令

③

通過(guò)DB交換信息

CPU：送地址信號(hào)—讀數(shù)據(jù)(DB上)時(shí)序要配合MEM：地址信號(hào)有效—DATA→DB上要求：

當(dāng)CPU發(fā)出讀數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)，存儲(chǔ)器已把數(shù)據(jù)輸出并穩(wěn)定在數(shù)據(jù)總線上。2.時(shí)序配合2/1/202357存儲(chǔ)芯片與CPU總線時(shí)序的配合—CPU能否與存儲(chǔ)器的存取速度相配合。

(1)存儲(chǔ)器的“存取周期”TAC應(yīng)小于CPU的總線讀寫(xiě)周期，并留出一定余量(如30％)。

(2)在存儲(chǔ)芯片的讀周期中，當(dāng)芯片選中時(shí)，從輸出允許OE*有效到數(shù)據(jù)輸出并穩(wěn)定的時(shí)間，應(yīng)小于CPU讀命令RD*的有效維持時(shí)間。同樣，在存儲(chǔ)芯片的寫(xiě)周期中，當(dāng)芯片選中，從寫(xiě)入允許WE*有效到數(shù)據(jù)可靠寫(xiě)入的時(shí)間，應(yīng)小于CPU寫(xiě)命令WR*的有效維持時(shí)間。2.時(shí)序配合2/1/2023583.芯片的選擇

類型、容量 靜態(tài)智能儀表、小型控制系統(tǒng)

RAM—用戶程序動(dòng)態(tài)計(jì)算機(jī)產(chǎn)品（大容量）類型

EPROM產(chǎn)品研制

ROMEEPROM

PROM大批量產(chǎn)品

掩ROMFlash代替小型磁盤

容量：根據(jù)需要選擇合適容量的芯片2/1/2023595.5.2存儲(chǔ)器容量的擴(kuò)展擴(kuò)展方法：①

擴(kuò)充字長(zhǎng)(位數(shù)擴(kuò)充) ②擴(kuò)充字?jǐn)?shù)(單元數(shù)擴(kuò)充)

③擴(kuò)充字、位數(shù)1、位擴(kuò)展—增加DB數(shù)目用8K×8的靜態(tài)RAM芯片SRAM6264擴(kuò)充為8K×16

的芯片組。需2片2/1/2023601、位擴(kuò)展2/1/202361

·地址A0~A12：2片分別相連

·控制CS1,CS2,WE,OE：2片分別相連

·數(shù)據(jù)每片代表8位，2片→16位高8位D8~D15(1#)

低8位D0~D7(0#)

CPU訪問(wèn)該8K×16芯片組時(shí):

地址同時(shí)信號(hào)

2個(gè)芯片,選中每片的同一地址單元控制內(nèi)容↓↑

DB1、位擴(kuò)展2/1/2023622、字?jǐn)U展—片間尋址—增加AB數(shù)目當(dāng)位數(shù)滿足要求，字?jǐn)?shù)(單元數(shù))不夠，則需要擴(kuò)充字?jǐn)?shù)。用若干芯片（組）→新的芯片組

如：8K×8的芯片→32K×8

則需要8K×8芯片（組）4片（組）

2/1/2023632、字?jǐn)U展—片間尋址—增加AB數(shù)目2/1/2023642、字?jǐn)U展—片間尋址—增加AB數(shù)目四個(gè)8K×8芯片組：地址A0~A12

數(shù)據(jù)D0~D7分別相連

控制WE等增加兩位地址信號(hào)A13、A14

→產(chǎn)生片選信號(hào)

·A0~A12——實(shí)現(xiàn)片內(nèi)尋址

·A13~A14——實(shí)現(xiàn)片間尋址A0~A14——可選中某個(gè)單元，各片地址范圍：

P237表5.6

2/1/2023653、字位全擴(kuò)展

當(dāng)同時(shí)擴(kuò)充單元數(shù)和位數(shù)時(shí)，

如：用8K×8芯片→16K×16

存儲(chǔ)區(qū)

需要2×2個(gè)芯片先擴(kuò)充位數(shù)，2個(gè)芯片一組

再擴(kuò)充單元數(shù)，2個(gè)芯片組

→16K×162/1/2023663、字位全擴(kuò)展

2/1/2023675.5.38086/8088CPU與存儲(chǔ)器連接

CPU對(duì)存儲(chǔ)器讀/寫(xiě)操作：①CPU在AB上給出地址信號(hào)

②發(fā)出讀/寫(xiě)控制信號(hào)

③在DB上進(jìn)行信息交換

連接：地址線、數(shù)據(jù)線和控制線的連接。

注意：

①驅(qū)動(dòng)能力

②時(shí)序配合

③片選和地址分配2/1/202368信號(hào)連接1.存儲(chǔ)芯片的數(shù)據(jù)線2.存儲(chǔ)芯片的地址線3.存儲(chǔ)芯片的片選端4.存儲(chǔ)芯片的讀寫(xiě)控制線2/1/2023691.存儲(chǔ)芯片數(shù)據(jù)線的處理若芯片的數(shù)據(jù)線正好滿足（8根）：一次可從芯片中訪問(wèn)到8位數(shù)據(jù)全部數(shù)據(jù)線與系統(tǒng)的8位數(shù)據(jù)總線相連若芯片的數(shù)據(jù)線不足（8根）：一次不能從一個(gè)芯片中訪問(wèn)到8位數(shù)據(jù)利用多個(gè)芯片擴(kuò)充數(shù)據(jù)位這個(gè)擴(kuò)充方式簡(jiǎn)稱“位擴(kuò)充”2/1/2023702114（1）A9～A0I/O4～I(xiàn)/O1片選D3～D0D7～D4A9～A02114（2）A9～A0I/O4～I(xiàn)/O1CECE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)其它連接都一樣這些芯片應(yīng)被看作是一個(gè)整體常被稱為“芯片組”位擴(kuò)充2/1/2023712.存儲(chǔ)芯片的讀寫(xiě)控制芯片OE*與系統(tǒng)的讀命令線相連當(dāng)芯片被選中、且讀命令有效時(shí)，存儲(chǔ)芯片將開(kāi)放并驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)到總線芯片WE*與系統(tǒng)的寫(xiě)命令線相連當(dāng)芯片被選中、且寫(xiě)命令有效時(shí)，允許總線數(shù)據(jù)寫(xiě)入存儲(chǔ)芯片2/1/2023723.存儲(chǔ)芯片地址線的連接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“片內(nèi)譯碼”2/1/202373片內(nèi)譯碼A9～A0存儲(chǔ)芯片000H001H002H…3FDH3FEH3FFH全0全1000000000000000000010000000010…111111110111111111101111111111范圍（16進(jìn)制)A9~A02/1/2023744.存儲(chǔ)芯片片選端的譯碼存儲(chǔ)系統(tǒng)常需利用多個(gè)存儲(chǔ)芯片擴(kuò)充容量，也就是擴(kuò)充了主存儲(chǔ)器地址范圍這種擴(kuò)充簡(jiǎn)稱為“地址擴(kuò)充”或“字?jǐn)U充”進(jìn)行“地址擴(kuò)充”，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)行尋址這個(gè)尋址方法，主要通過(guò)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(lái)實(shí)現(xiàn)2/1/202375地址擴(kuò)充（字?jǐn)U充）片選端D7～D0A19～A10A9～A0A9～A0D7～D0CE1K×8（1）A9～A0D7～D0CE譯碼器000000000100000000001K×8（2）2/1/202376⑴譯碼和譯碼器譯碼：將某個(gè)特定的“編碼輸入”翻譯為唯一“有效輸出”的過(guò)程譯碼電路可以使用門電路組合邏輯譯碼電路更多的是采用集成譯碼器常用的2:4譯碼器：

74LS139常用的3:8譯碼器：74LS138常用的4:16譯碼器：74LS1542/1/202377(2)地址譯碼—片選：片間尋址

譯碼方法有三種：

·譯碼法

全譯碼部分譯碼

·線選法譯碼法—高位地址經(jīng)過(guò)譯碼后作為各芯片的

片選信號(hào)。 2/1/202378①全譯碼－－地址連續(xù)、唯一全譯碼：所有的系統(tǒng)地址線均參與對(duì)存儲(chǔ)單元的譯碼尋址，包括片內(nèi)譯碼：低位地址線對(duì)芯片內(nèi)各存儲(chǔ)單元的譯碼尋址片選譯碼：全部高位地址線對(duì)存儲(chǔ)芯片的譯碼尋址示例2/1/202379①全譯碼－－地址連續(xù)、唯一2/1/202380①全譯碼－－地址連續(xù)、唯一采用全譯碼，每個(gè)存儲(chǔ)單元的地址都是唯一確定的，連續(xù)的，不存在地址重復(fù)譯碼電路可能比較復(fù)雜、連線也較多圖5.22全譯碼電路的一種實(shí)現(xiàn)形式0Y1Y2Y3YG1BA2－4譯碼器++0#1#2#3#1CS1CS1CS1CSA14A15A16A17A18A19+5VA2GB2G2/1/202381②

部分譯碼－－地址連續(xù)、不唯一－－地址重疊部分譯碼：只有部分高位地址線參與對(duì)存儲(chǔ)芯片的譯碼

每個(gè)存儲(chǔ)單元將對(duì)應(yīng)多個(gè)地址（地址重復(fù)），需要選取一個(gè)可用地址可簡(jiǎn)化譯碼電路的設(shè)計(jì)但系統(tǒng)的部分地址空間將被浪費(fèi)示例圖5.23部分譯碼實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器擴(kuò)展2/1/202382地址重復(fù)地址重復(fù)：一個(gè)存儲(chǔ)單元具有多個(gè)存儲(chǔ)地址原因：有些高位地址線沒(méi)有用、可任意使用地址：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)“可用地址” 例如：00000H~07FFFH（基本地址）選取一個(gè)可用地址的原則：高位地址全為0高位地址譯碼才更好2/1/202383③線選譯碼－－地址不連續(xù)、不唯一－－地址重疊線選譯碼：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）圖5.24線選法實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器擴(kuò)展芯片A19～A17A16～A13A12～A0地址范圍0＃000011100…0至11…10E000H～0FFFFH1＃000101100…0至11…116000H～17FFFH2#000110100…0至11…11A000H～1BFFFH3＃000111000…0至11…11C000H～1DFFFH2/1/202384③線選譯碼－－地址不連續(xù)、不唯一－－地址重疊雖構(gòu)成簡(jiǎn)單，但地址空間嚴(yán)重浪費(fèi)必然會(huì)出現(xiàn)地址重復(fù)（一個(gè)存儲(chǔ)單元對(duì)應(yīng)多個(gè)存儲(chǔ)地址）多個(gè)存儲(chǔ)單元共用的存儲(chǔ)地址不應(yīng)使用2/1/202385（3）片選端譯碼小結(jié)存儲(chǔ)芯片的片選控制端可以被看作是一根最高位地址線在系統(tǒng)中，主要與地址發(fā)生聯(lián)系：包括地址空間的選擇（例如接系統(tǒng)的IO/M*信號(hào)）和高位地址的譯碼選擇（與系統(tǒng)的高位地址線相關(guān)聯(lián)）對(duì)一些存儲(chǔ)芯片通過(guò)片選無(wú)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2/1/2023865.5.4存儲(chǔ)器擴(kuò)展與連接設(shè)計(jì)舉例存儲(chǔ)器擴(kuò)展與連接步驟：(1)存儲(chǔ)器地址分配－－根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際裝機(jī)存儲(chǔ)容量，確定存儲(chǔ)器在整個(gè)存儲(chǔ)空間中的位置。(2)選擇合適的存儲(chǔ)器芯片，列出地址分配表。位擴(kuò)展、字?jǐn)U展(3)選用譯碼器件，畫(huà)出相應(yīng)的地址位圖，依次確定片選和片內(nèi)單元的地址線，進(jìn)而畫(huà)出片選譯碼電路。(4)畫(huà)出存儲(chǔ)器與CPU系統(tǒng)總線的連接圖。2/1/2023875.5.4存儲(chǔ)器擴(kuò)展與連接設(shè)計(jì)舉例例5.1試用2732EPROM芯片為某8位微機(jī)系統(tǒng)(地址總線寬度為20位)構(gòu)建一個(gè)32KB的程序存儲(chǔ)器，要求存儲(chǔ)器地址范圍為0F8000H～0FFFFFH。2/1/2023885.5.4存儲(chǔ)器擴(kuò)展與連接設(shè)計(jì)舉例例5.22/1/2023895.5.4存儲(chǔ)器擴(kuò)展與連接設(shè)計(jì)舉例例5.32/1/2023905.6高速緩沖存儲(chǔ)器Cache圖5.31Cache在微機(jī)系統(tǒng)中的位置命中率二級(jí)CacheL1、L22/1/202391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)2.

熟悉半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片的結(jié)構(gòu)3.熟悉SRAM和EPROM的引腳功能4.掌握存儲(chǔ)芯片與CPU連接的方法，特別是片選端的處理2/1/20239232K×8的SRAM芯片6225612345678910111213141516171819202122232425262728A14A12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GNDD3D4D5D6D7CSA10OEA11A9A