第5章-存儲器教材課件

第5章存儲器7/20/20231本章要點存儲器的基本知識RAM的基本結構、典型芯片2116、2164ROM典型芯片2764內存接口技術7/20/202325.1概述

5.1.1內存基本結構與數(shù)據(jù)組織1.內存基本結構7/20/202335.1概述

作為一個整體一次存放或取出的數(shù)據(jù)稱為“存儲字”，例如8位機的存儲字是8位字長；在現(xiàn)代計算機系統(tǒng)中，內存一般是以字節(jié)編址，即一個存儲地址對應一個8位存儲單元，這樣一個16位存儲字就占了兩個連續(xù)的8位存儲單元，一個32位存儲字就占了四個連續(xù)的8位存儲單元......。2.數(shù)據(jù)組織7/20/202345.1概述內存主要技術指標存儲容量存儲速度性價比功耗5.1.2內存主要技術指標可靠性7/20/20235存儲容量的表示方法有兩種：根據(jù)存儲的二進制位確定（如256×8b）和根據(jù)存儲的二進制字節(jié)確定(如2KB)。如果一個存儲器芯片上有N個存儲單元，每個單元可存放M位二進制數(shù)，則該芯片的容量用N×M來表示。例如,右圖所示的存儲芯片的存儲容量為256×410111100…100111101011256個存儲單元7/20/20236存儲容量的計量單位：1KB=1024B1MB=1024KB1GB=1024MB1TB=1024GB存儲單元數(shù)與地址線的關系芯片的存儲容量＝存儲單元數(shù)×存儲單元的位數(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)

某存儲芯片的地址線條數(shù)為t,則存儲單元數(shù)為2t如某芯片有12條地址線,則其存儲單元數(shù)為

212=22×210=4K7/20/20237存取時間：指向存儲器單元寫入數(shù)據(jù)及從存儲單元讀出數(shù)據(jù)所需的時間。存儲器的存取時間直接決定了整個微機系統(tǒng)的運行速度，因此，存取速度也是存儲器系統(tǒng)的重要的性能指標。存儲器的可靠性：存儲器的可靠性用平均故障間隔時間MTBF來衡量。MTBF可以理解為兩次故障之間的平均時間間隔。MTBF越長，表示可靠性越高，即保持正確工作能力越強。存儲器的成本也是存儲器系統(tǒng)的重要性能指標。7/20/202385.1概述5.1.3 存儲器層次結構及分類1.層次結構7/20/202398086存儲器體系結構CPUCACHE主存（內存）輔存（外存）速度快容量小速度慢容量大7/20/202310半導體存儲器的分類雙極型RAM

隨機存儲器(RAM)

SRAMMOS型RAMDRAM

PROM

只讀存儲器(ROM)EPROM

EEPROM主存儲器快擦型存儲器7/20/2023115.1概述5.1.3 存儲器層次結構及分類2.分類依據(jù)制作存儲器的材料半導體存儲器磁存儲器光存儲器7/20/2023125.2隨機讀寫存儲器RAM

5.2.1靜態(tài)RAM1.基本存儲電路7/20/202313譯碼器譯碼器矩陣譯碼電路行線列線地址線地址線7/20/2023147/20/202315隨機存取存儲器RAM7/20/2023165.2隨機讀寫存儲器RAM

2.典型芯片HM6116及其內部框圖7/20/202317基本存儲器芯片模型

存儲芯片型號

存儲容量

地址線數(shù)據(jù)線2101（1K×1B）1024×1BA0～A9D02114（1K×4B）1024×4BA0～A9D0～D34118（1K×8B）

1024×8BA0～A9D0～D76116（2K×8B）

2048×8BA0～A10D0～D76232（4K×8B）4×1024×8BA0～A11

D0～D76264（8K×8B）8×1024×8BA0～A12D0～D761256（32K×8B）

32×1024×8BA0～A14D0～D72732（4K×8B）4×1024×8BA0～A11D0～D77/20/2023185.2.2動態(tài)RAM

1.基本存儲電路5.2隨機讀寫存儲器RAM7/20/2023195.2隨機讀寫存儲器RAM2.典型芯片2164及內部結構圖7/20/2023207/20/2023215.3現(xiàn)代RAM

現(xiàn)代RAM擴展數(shù)據(jù)輸出動態(tài)隨機訪問存儲器EDODRAM同步動態(tài)隨機訪問存儲器SDRAM雙倍數(shù)據(jù)速率同步內存DDRSDRAM突發(fā)存取的高速動態(tài)隨機存儲器RDRAM7/20/2023225.4只讀存儲器ROM

ROM掩膜式ROM可編程ROM（PROM）電擦寫EPROM（E2PROM）閃存（FlashROM）可擦寫PROM（EPROM）1.ROM7/20/202323只讀存儲器ROM:存儲單元中的信息可一次寫入多次讀出。掩模型ROM:制造時用固定掩模進行編程，單元芯片中的信息已固定。PROM:用戶可根據(jù)需要向芯片單元寫入信息，但僅能寫入一次，不能改寫7/20/202324只讀存儲器ROM

固定掩模式ROM7/20/202325PROM7/20/202326可擦寫只讀存儲器(EPROM，Erasableprogrammableread-onlymemory)就是為了解決這個問題。EPROM芯片能被多次重寫。擦除EPROM的過程是沒有選擇余地的，它將會抹掉整個的EPROM。EPROM必須從它所在的裝置上取下來，在EPROM擦除器的紫外線下放幾分鐘。EPROM被放在紫外線下過久會造成過擦除。7/20/202327克服了EPROM的這一缺點。電可擦除可編程只讀存儲器芯片（E2PROM，Electricallyerasableprogrammableread-onlymemory）中:芯片重寫時不必被取下來。芯片不必完全擦除就可改變它的特定部分。對各單元的局部化的電場作用使各單元中的電子恢復到常態(tài)。這就擦除了E2PROM的目標單元。E2PROM一次改變一字節(jié)，這使它們很靈活，但是速度卻很慢。FlashRom:只能分塊讀寫7/20/2023285.4只讀存儲器ROM2.典型ROM芯片（2764）7/20/2023295.5內存接口技術

5.5.1內存芯片與CPU連接的基本方法7/20/2023305.5內存接口技術

連接包括數(shù)據(jù)線的連接地址線的連接控制線的連接7/20/2023315.5內存接口技術

5.5.2片選的地址譯碼電路7/20/2023325.5內存接口技術

5.5.3片選的地址譯碼方法片選的地址譯碼方法全譯碼法部分譯碼法線選法混合譯碼法7/20/2023335.6微機內存空間的形成

一般內存空間范圍遠遠大于單片芯片的容量，CPU要連多片存儲芯片形成內存空間。實際使用時，根據(jù)所需要的實際存儲器容量，對內存芯片進行位擴展、字擴展以及字位的同時擴展。7/20/202334存儲器的擴展存儲器的位擴展位擴展是指增加存儲器的字長，如1K*4的存儲器，可組成1K*8的存儲器7/20/20233521142114A0~A9D4~D7D0~D3CSWE7/20/202336存儲器的字擴展字擴展是指增加存儲器的字的數(shù)量，如2片

1K*8的存儲器，可組成2K*8的存儲器，即存儲器的容量增加了一倍7/20/202337D0~D71K*8A1K*8BWEA0~A9A10存儲器的容量為2K，即

000000000001000000000001111111111111111111111K1KCS0CS17/20/202338存儲器的字、位擴展字、位擴展是指既增加存儲器的字的數(shù)量又增加字長，如4片1K*4的存儲器，可組成2K*8的存儲器，即存儲器的容量、字長都增加了一倍。7/20/2023391K*41K*41K*41K*4D0~D7WECS0A0~A9A10CS17/20/202340例：假設8086系統(tǒng)中從0E0000H

開始的64K

存儲區(qū)無存儲器，2764EPROM

是8k*8

的只讀存儲器，如何對其進行擴充？解：第一步：將地址范圍寫成二進制代碼，并確定其總容量

A19A18A17A16A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A011100000000000000000………………1110111111111111111164K第二步：根據(jù)地址范圍的容量及該范圍在計算機中的應用，選擇存儲芯片要擴充64K的存儲容量，給定了只讀存儲器2764EPROM，共需要8片2764EPROM進行擴充。7/20/202341第四步：片選信號的形成第三步：分配地址線將CPU的低13位地址線A0~A12與2764EPROM相連，剩下的高位地址線用于產(chǎn)生片選信號。1譯碼器的輸入端A、B、C，決定了Y0~Y7那個端口有輸出，從而決定選中哪片芯片，將A15、A14、A13分別與C、B、A相連，從000~111變化，從而可以選擇8片芯片。A19A18A17A16A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A011100000000000000000………………111011111111111111112為了使譯碼器進行工作，G1位高電平，G2A、G2B位低電平，可以將A19、A18、A17連接到一個與非門上，與非門的輸出和

G2A、G2B輸入端相連。A16可以和一個非門電路相連，輸出和G1的輸入端相連。7/20/202342Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7A0~A12D0~D7A0~A12D0~D7數(shù)據(jù)線地址線RDW/RW/RA13~A15A16A17~A19ABCG1G2AG2BE0000~E1FFFE2000~E3FFFE4000~E5FFFE6000~E7FFFE8000~E9FFFEA000~EBFFFEC000~EDFFFEE000~EFFFFCECE…………………………7/20/202343A19A18A17A16A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A011100000000000000000………………11101111111111111111針對譯碼器的Y0輸出，這時CBA=000，即A15=0，A14=0，A13=0地址范圍：111000000000

0000

0000=E0000H11100001111111111111=E1FFFH針對譯碼器的Y1輸出，這時CBA=001，即A15=0，A14=0，A13=1地址范圍：1110001000000000

0000=E2000H11100011111111111111=E3FFFH7/20/202344例：假設CPU有16根地址線，8根數(shù)據(jù)線，并用MREQ作為訪存控制信號（低電平有效），用WR做讀/寫控制信號（高電平為讀，低電平為寫），現(xiàn)有下列存儲芯片：1K*4位RAM，4K*8位RAM，8K*8位RAM，2K*8位ROM，4K*8位ROM，8K*8位ROM及74LS138譯碼器和各種門電路，畫出CPU與存儲器的連接圖，要求：

1.主存地址空間分配

6000H~67FFH為系統(tǒng)程序區(qū)

6800H~6BFFH為用戶程序區(qū)

2.合理選用上述存儲芯片，說明各選幾片？

3.詳細畫出存儲器芯片的片選邏輯圖。7/20/202345解：第一步：將地址范圍寫成二進制代碼，并確定其總容量

A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A00110000000000000………………01100111111111110110100000000000………………0110101111111111系統(tǒng)程序區(qū)2K*8用戶程序區(qū)1K*87/20/202346第二步：根據(jù)地址范圍的容量及該范圍在計算機中的應用，選擇存儲芯片由6000H~67FFH為系統(tǒng)程序區(qū)，為2K*8位，應選擇一片2K*8位ROM

由6800H~6BFFH為用戶程序區(qū)，為1K*8位，應選擇兩片1K*4位RAM第三步：分配CPU的地址線將CPU的低11位地址線A10~A0與2K*8位的ROM地址線相連，將CPU的低10位地址線A9~A0與1K*4位的RAM地址線相連，剩下的高位地址與訪存控制信號共同產(chǎn)生存儲芯片的片選信號。7/20/202347第四步：由題給出的74LS138譯碼器的輸入邏輯關系可知，必須保證G1為高電平，G2A、G2B為低電平才能使譯碼器工作。

A15為低，連接到G2A上，A14為高，連接到G1上，MREQ

為低，連接到G2B上。保證了三個控制端的要求

A13、A12、A11連接到C、B、A上。輸出Y4有效時，選中一片ROM；Y5有效時，同時A10有效為低電平，選中兩片

RAM。讀出時低電平有效，RAM的讀/寫控制端與CPU的命令端WR相連*ROM的數(shù)據(jù)線是單向的7/20/2023482K*81K*41K*4MREQD7D6D5D4D3D2D1D0WRA10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0CBAA13A12A11G1G2AG2BA15A14Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y07/20/202349二、存儲器接口舉例（一）、只讀存儲器(ROM)擴展電路

7/20/2023501、ROM（EPROM27系列）信號分類：7/20/202351總線部分：

D0—D7，數(shù)據(jù)線

A0—An－1，地址線。n是地址線個數(shù)。 對于2716，n為11， 對于27256，n＝15。電源部分：

VCC，GND，電源和地

VPP，編程電壓。在CPU僅對芯片進行 讀操作時，Vpp一般直接接電源電壓。7/20/202352控制部分：

/OE讀控制線。當其有效時， 數(shù)據(jù)從EPROM內的某個單元通過 數(shù)據(jù)線傳送到CPU。

/CS片選線。該信號一般為低 電平有效。有效時表示本芯片工 作。在芯片編程時這根線常作編 程控制線。7/20/2023537/20/2023542、CPU提供的信號線 數(shù)據(jù)線D15～D0

地址線A19～A0

存儲器或I/O端口訪問信號M/IO#

讀信號/RD

寫信號/WR7/20/202355存儲器的容量擴充。位擴充：當使用的存儲器芯片單元數(shù)目符合要求，但每單元的位數(shù)較少時，需要進行這種擴充。例如，使用

(1K×1)擴充1KB存儲系統(tǒng)，就需要進行位擴充。方法：各芯片的數(shù)據(jù)線分別接到數(shù)據(jù)總線的各位上各芯片的地址線并接在一起，連到相應的地址總線各位；各芯片的控制線并接在一起，連到相應的控制線上7/20/202356位擴充：用1k*4的片子組成1k*8的存儲器地址線——10條數(shù)據(jù)線——8條控制線——WR7/20/202357練習：用2012(1k×1位)組成1K×8位RAM

2012

A0~A9D0WRCS7/20/202358

2012

A0~A9D0WRCS

2012

A0~A9D0WRCS

2012

A0~A9D0WRCSD0

2012

A0~A9D0WRCSD0

2012

A0~A9D0WRCS

2012

A0~A9D0WRCS

2012

A0~A9D0WRCS

2012

A0~A9D0WRCSD7┇

D07/20/202359字擴充：當使用的存儲器芯片位數(shù)符合要求，但單元數(shù)目較少時，需要進行這種擴充。例如，使用6264(8K*8)擴充24KB存儲系統(tǒng)，就需要進行字擴充。方法：將各存儲芯片片內地址線、數(shù)據(jù)線、讀/寫控制線并聯(lián)，接到相應的總線上；將地址線的高位送地址譯碼器產(chǎn)生片選信號，接各存儲芯片的CS端，以選擇芯片。7/20/202360選擇以下芯片，將其擴充為24KBD0～7CEA0～12R/WD0～7CEA0～12R/WD0～7CEA0～12R/WD0～7R/WA0～127/20/202361練習：利用以下芯片擴充到16KBD0～7CEA0～11R/W7/20/202362字位同時擴充的連接：上述兩種方式的結合2114A0~A9D0~D3CS2114A0~A9D0~D3CS2114A0~A9D0~D3CS2114A0~A9D0~D3CS1數(shù)D0據(jù)總線D7A0~A9A107/20/202363利用下列芯片擴充2KB的主存儲器系統(tǒng)。A0~A9D0CS7/20/202364存儲器的芯片片選端的處理線選法：直接用地址總線某一位高位線作為存儲器芯片的片選信號，簡稱線選法。全譯碼法：高位全部參加譯碼部分譯碼：高位地址線部分參加譯碼7/20/202365例:要求用1KB的RAM芯片和1KB的ROM，組成2KB的存儲系統(tǒng),CPU尋址空間64K(16條地址線)。

(1)確定芯片組數(shù)----2片

(2)片內譯碼:低位10條地址線

(3)片選信號的譯碼方式?7/20/202366線選法D0~D7CPUA0~A9A10A11D0~D71KBROM___CEA0~A9D0~D71KBRAM___CEA0~A9特點簡單地址可能重疊地址不連續(xù)7/20/202367D0~D7CPUA0~A9A11D0~D71KBROM___CEA0~A9D0~D71KBRAM___CEA0~A9部分譯碼法譯碼器7/20/202368全譯碼法D0~D