第五章-半導(dǎo)體存儲器

1、指令JMPNEXTI在程序中的偏移地址為0167H（注：這是該指令第一字所在的地址），指令的機(jī)器碼為EBE7H（其中EBH為操作碼，E7H為操作數(shù)）。執(zhí)行該指令后程序轉(zhuǎn)移去的偏移地址是什么？（P104-106)答：JMP指令機(jī)器碼的長度為2個(gè)字節(jié)，所以該指令執(zhí)行完后程序計(jì)數(shù)器PC值為（0167H+2）；JMP指令為相對尋址，操作數(shù)E7H即為跳轉(zhuǎn)距離X的補(bǔ)碼，即跳轉(zhuǎn)距離X=-19H，因此有：程序轉(zhuǎn)移去的偏移地址=0167H+2-19H=0150H。

5.1概述5.1.1存儲器的分類內(nèi)存儲器外存儲器：通過總線直接與CPU相連，具有一定容量、存取速度快的存儲器，稱為內(nèi)存：通過接口電路與系統(tǒng)相連，存儲容量大而速度慢的存儲器稱為外存5.1.2半導(dǎo)體存儲器的分類5.1.3半導(dǎo)體存儲器的主要技術(shù)指標(biāo)1、存儲容量存儲器可以存儲的二進(jìn)制信息總量稱為存儲容量（1）用字?jǐn)?shù)×位數(shù)表示，以位為單位。（2）用字節(jié)數(shù)表示容量，以字節(jié)為單位。1K×4位，表示芯片有1K個(gè)單元，每個(gè)存儲單元的長度為4位128B，表示芯片有128個(gè)單元，每個(gè)存儲單元的長度為8位1KB＝210B＝1024B；1MB＝220B＝1024KB；1GB＝230B＝l024MB；1TB＝240B＝1024GB（2）存取時(shí)間：啟動一次存儲器操作到完成該操作所經(jīng)歷的時(shí)間（3）存儲周期：連續(xù)啟動兩次獨(dú)立的存儲器操作(如連續(xù)兩次讀操作)所需要的最短間隔時(shí)間稱為存儲周期。它是衡量主存儲器工作速度的重要指標(biāo)。一般情況下，存儲周期略大于存取時(shí)間。（4）功耗（5）可靠性：用平均故障時(shí)間來衡量（兩次故障之間的平均時(shí)間間隔）（6）集成度：一塊存儲芯片內(nèi)能集成多少個(gè)基本存儲電路，每個(gè)基本存儲電路存放一位二進(jìn)制信息，集成度常用位/片表示。（7）性價(jià)比5.1.4半導(dǎo)體存儲器芯片的基本結(jié)構(gòu)1、存儲體2、外圍電路三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器、地址譯碼電路、讀/寫控制電路存儲矩陣2n×N位控制邏輯A0A1AN-1……三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器……D0D1DN-1W/RCS地址譯碼器3.地址譯碼方式單譯碼方式：適用于小容量的存儲芯片雙譯碼方式：適用于容量較大的存儲器芯片（1）單譯碼方式：

只用一個(gè)譯碼電路對所有地址信息進(jìn)行譯碼，譯碼輸出的選擇線(字選擇線）直接選中對應(yīng)的單元16×4位芯片排成16行×4列，每一行對應(yīng)一個(gè)字（由4位組成，共用字選擇線），每一列對應(yīng)其中的一位，每一行的選擇線和每一列的數(shù)據(jù)線是公共的。當(dāng)A3A2A1A0=0000，而片選信號為CS=0，WR=1時(shí)，將0號單元中的信息寫出2）雙譯碼方式三態(tài)雙向緩沖器32×32=1024存儲矩陣1024×1控制電路Y向譯碼器CSWRRDA5A6A7A8A9Y0Y1Y31…X0X1X2X31…X向譯碼器A0A1A2A3A4I/O(1位)當(dāng)A4A3A2A1A0=00000，A9A8A7A6A5=00000時(shí)，第0號單元被選中，通過數(shù)據(jù)線I/O實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入或輸出若采用單譯碼方式將有1024根譯碼輸出線雙譯碼方式把n位地址線分成X和Y兩組，分別進(jìn)行譯碼，產(chǎn)生一組行選擇線（X）和一組列選擇線（Y），每一根行線選中存儲矩陣中位于同一行的所有單元，每一根列線選中存儲矩陣中位于同一列的所有單元，行和列的交叉單元就是被選中的存儲單元。

5.2隨機(jī)讀寫存儲器（RAM）主要介紹采用MOS工藝制成的靜態(tài)存儲器和動態(tài)存儲器一、靜態(tài)RAM特點(diǎn)：由MOS管組成，基本存儲電路中管子數(shù)目較多，集成度低，功耗大；但不需要刷新電路，故外圍電路簡化！Intel2114SRAM芯片的容量為1K

4位，18腳封裝，+5V電源當(dāng)片選信號CS＝0且WE＝0時(shí)，數(shù)據(jù)輸入三態(tài)門打開，I/O電路對被選中單元的4位進(jìn)行寫入；當(dāng)CS＝0且WE＝1時(shí)，數(shù)據(jù)輸入三態(tài)門關(guān)閉，而數(shù)據(jù)輸出三態(tài)門打開，I/O電路將被選中單元的4位信息讀出送數(shù)據(jù)線；當(dāng)CS＝1即CS無效時(shí)，不論WE為何種狀態(tài)，各三態(tài)門均為高阻狀態(tài)，芯片不工作。二、動態(tài)RAM利用電容存儲電荷的原理保存信息，由于電容上電荷會逐漸泄漏，因而需要對動態(tài)RAM定時(shí)刷新！動態(tài)RAMIntel2164A的存儲容量為64K×1位。12345678910111213141516NCDINVSSA0A2A1VDDDOUTA6A3A4A5A7WECASRASDINA7A0…CASRASDOUTWEA7～A0CASRASWEVSSVDD地址輸入列地址選通行地址選通寫允許＋5地(a)(b)分時(shí)復(fù)用共同組成4個(gè)128×128矩陣5.3只讀存儲器（ROM）集成度高，斷電后信息不丟失，可靠性高一、掩膜式只讀存儲器（MROM）內(nèi)容由生產(chǎn)廠家按用戶要求在芯片的生產(chǎn)過程中寫入，寫入后不能修改二、可編程只讀存儲器（PROM）PROM出廠時(shí)各個(gè)單元內(nèi)容全為0，用戶可用專門的PROM寫入器將信息寫入。即某個(gè)存儲位一旦寫入1，就不能在變?yōu)榱?，只能進(jìn)行一次編程?。?！三、可擦除、可再編程的只讀存儲器紫外線擦除PROM（簡稱EPROM）電擦除PROM（簡稱EEPROM或E2PROM）需要一個(gè)能通過紫外線的石英窗口，擦除時(shí)用紫外線照射20分鐘，讀出單元均為FFH，則擦除成功！對整個(gè)芯片進(jìn)行擦除擦除時(shí)只需加高壓對指定單元產(chǎn)生電流，形成“電子隧道”，將該單元內(nèi)容擦除！5.4存儲器的擴(kuò)展用容量較小，字長較短的存儲器芯片存儲器與CPU的連接（P186）一、存儲芯片的擴(kuò)展字?jǐn)U展位擴(kuò)展字位擴(kuò)展1、位擴(kuò)展存儲芯片的字（單元）數(shù)滿足要求而位數(shù)不夠的擴(kuò)展。I/O8I/O7I/O6I/O5I/O4I/O3I/O28K×1I/O1CSWR…D7…D0數(shù)據(jù)總線CSWR控制總線…A0A12地址總線使用8片8K

1的RAM芯片通過位擴(kuò)展構(gòu)成8K

8的存儲器系統(tǒng)8K個(gè)單元尋址8位信息所有芯片被同時(shí)選中！六管靜態(tài)基本存儲電路P176

2、字?jǐn)U展適用于芯片的位數(shù)滿足要求而字?jǐn)?shù)不夠，對存儲單元的數(shù)量進(jìn)行擴(kuò)展。用4個(gè)16K

8芯片經(jīng)字?jǐn)U展構(gòu)成一個(gè)64K

8的存儲器系統(tǒng)2-4譯碼器0123A15A1416K×8(1)CEWE…16K×8(2)CEWE…16K×8(3)CEWE…16K×8(4)CEWE…A0A13…WED7～D0地址片號A15A14A13A12A11…A1A0說明10000000……00111……11最低地址（0000H）最高地址（3FFFH）20101000……00111……11最低地址（4000H）最高地址（7FFFH）31010000……00111……11最低地址（8000H）最高地址（BFFFH）41111000……00111……11最低地址（C000H）最高地址（FFFFH）3、字位同時(shí)擴(kuò)展方法：若使用l

k位存儲器芯片構(gòu)成一個(gè)容量為M

N位(M>l，N>k)的存儲器，那么這個(gè)存儲器共需要(M/l)

(N/k)個(gè)存儲器芯片。連接時(shí)可將這些芯片分成(M/l)個(gè)組，每組有(N/k)個(gè)芯片，組內(nèi)采用位擴(kuò)展法，組間采用字?jǐn)U展法。用2114(1?K

4)RAM芯片構(gòu)成4?K

8存儲器系統(tǒng)I/O1～I(xiàn)/O4RAM12114A9～A02-4譯碼器A11A10D3～D0A9～A0RAM12114I/O1～I(xiàn)/O4WECSWECSI/O1～I(xiàn)/O4RAM22114A9～A0A9～A0RAM22114I/O1～I(xiàn)/O4WECSWECSI/O1～I(xiàn)/O4RAM32114A9～A0A9～A0RAM32114I/O1～I(xiàn)/O4WECSWECSI/O1～I(xiàn)/O4RAM42114A9～A0A9～A0RAM42114I/O1～I(xiàn)/O4WECSWECSD7～D4WRA9～A01K=2104K=2124片4位8位2片4、典型的靜態(tài)RAM芯片典型的靜態(tài)RAM芯片如HM6116（2K），6264（8K×8位），62128（16K×8位）和62256（32K×8位）等。SRAM6116的引腳如下圖所示。（1）SRAM6116的工作方式

由片選信號、寫允許信號和輸出允許信號的組合控制SRAM6116芯片的工作方式。（2）SRAM6116的內(nèi)部功能框圖5.4.2存儲器與CPU的連接CPU要在地址總線上發(fā)地址信號，選擇要訪問的存儲單元；向存儲器發(fā)出讀/寫控制信號；最后在總線上交換信息！??！1、存儲器與控制總線的連接最小方式下： M/IO存儲器I/O端口控制信號

RD和WR最大方式下： MRDCMemoryreadcommand MWTCMemorywritecommand IORCI/Oreadcommand IOWCI/Owritecommand2、存儲器與數(shù)據(jù)總線的連接8086CPU的數(shù)據(jù)總線有16根，其中高8位數(shù)據(jù)線D15

D8接存儲器的高位庫(奇地址庫)，低8位數(shù)據(jù)線D7

D0接存儲器的低位庫(偶地址庫)，根據(jù)BHE(選擇奇地址庫)和A0(選擇偶地址庫)的不同狀態(tài)組合決定對存儲器做字操作還是字節(jié)操作。8088CPU的數(shù)據(jù)總線有8根，存儲器為單一存儲體組織6116A10～A0OEWECED7～D06116A10～A0OEWECED15～D8A11～A1RDWRA0BHE由兩片6116(2K

8)構(gòu)成的2K字(4K字節(jié))的存儲器與8086CPU的連接3、存儲器與地址總線的連接片內(nèi)地址譯碼片間地址譯碼各芯片內(nèi)某存儲單元的選擇用于產(chǎn)生片選信號，決定每一個(gè)存儲芯片在整個(gè)存儲單元中的地址范圍P184將相應(yīng)數(shù)目的低位地址總線與芯片的地址線相連片選信號通常由高位地址總線經(jīng)譯碼電路生成線選法部分譯碼全譯碼將某高位地址線接某存儲芯片片選，為1時(shí)選中所連芯片，再由低位地址進(jìn)行片內(nèi)尋址。適用于小型微機(jī)系統(tǒng)或芯片較少場合低位地址線全部參與片內(nèi)尋址，高位地址線全部參與片間地址譯碼。不會發(fā)生地址重疊高位地址線產(chǎn)生片選信號時(shí)，未完全參加譯碼?；旌献g碼法：將部分譯碼法和線選法結(jié)合起來產(chǎn)生片選信號。I/O1～I(xiàn)/O4RAM12114A9～A0A11A10D3～D0A9～A0RAM12114I/O1～I(xiàn)/O4WECSWECSI/O1～I(xiàn)/O4RAM22114A9～A0A9～A0RAM22114I/O1～I(xiàn)/O4WECSWECSI/O1～I(xiàn)/O4RAM32114A9～A0A9～A0RAM32114I/O1～I(xiàn)/O4WECSWECSI/O1～I(xiàn)/O4RAM42114A9～A0A9～A0RAM42114I/O1～I(xiàn)/O4WECSWECSD7～D4WRA9～A0A12A13BCY0Y1Y2Y3Y2BG2AG11A15A14G1IO/M字位同時(shí)擴(kuò)展連接圖芯片A15

A10A9

A0地址范圍RAM1000000000000000011111111110000H03FFHRAM2000001000000000011111111110400H07FFHRAM30000100000000000111111111110800H0BFFHRAM4000011000000000011111111110C00H0FFFH

1、已知某8088微機(jī)系統(tǒng)中有兩個(gè)3-8譯碼器74LS138，如圖所示，分別用于儲存器和I/O端口的地址選擇。試按圖中連線把兩個(gè)譯碼器各個(gè)輸出線CS0～CS7，PS0～PS7尋址范圍列表寫出。

2、存儲系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)。已知RAM芯片和地址譯碼器的引腳如圖所示，回答如下問題：（1）若要求構(gòu)成一個(gè)8K×8的RAM陣列，需幾片這樣的芯片？設(shè)RAM陣列組占用起始地址為E1000H的連續(xù)地址空間，試寫出每塊RAM芯片的地址空間。（2）若采用全地址譯碼方式譯碼，試畫出存儲器系統(tǒng)電路連接圖。（3）試編程：將55H寫滿每個(gè)芯片，而后再逐個(gè)單元讀出做比較，若有錯(cuò)則CL=FFH，正確則CL=77H。

2題存儲系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)解答：

（1）圖中所示RAM芯片有12根地址線和4根數(shù)據(jù)線，因此一片這樣的RAM芯片其存儲容量為212*4bit=4K*4bit,若需構(gòu)成8K*8的RAM陣列，共需（8K*8）/（4K*4）=4片。這4片RAM芯片應(yīng)分成2個(gè)芯片組，每個(gè)芯片組中RAM芯片的地址線A11∽A0、讀寫控制線和片選控制線都連在一起，因此每組中的RAM芯片占用的地址空間完全一樣，只是分別提供4位和低4位的數(shù)據(jù)，這兩個(gè)芯片組的地址空間分別為：①組E1000H～E1FFFH和②組E2000H～E2FFFH。（2）全譯碼系統(tǒng)的電路連接可以如圖所示。圖中4個(gè)芯片的控制線和A11∽A0地址線是連接在一起的。（3）一種可能的填寫內(nèi)存的程序代碼如下：MOVAX,0E100H