第六章存儲器講義

1、存 儲 器,半導體存儲器的分類及特點 隨機存取存儲器 RAM 只讀存儲器 ROM 主存儲器的設計,存儲器的分類及特點,存儲器的分類,按記憶材料分類 磁、光存儲器 半導體存儲器 按 CPU 與存儲器的耦合程序 內存儲器 半導體存儲器 外存儲器 磁、光存儲器 按存儲器的讀寫功能 讀寫存儲器 RWM（Read / Write Memory） 只讀存儲器 ROM（Read Only Memory）,存儲器的分類及特點,存儲器的分類,按照數(shù)據(jù)存取方式 直接存取存儲器 DAM （Direct Access Memory） 順序存取存儲器 SAM （Sequential Access Memory） 隨機存

2、取存儲器 RAM （Random Acess Memory）,存儲器的分類及特點,存儲器的分類,按器件原理分類 雙極性 TTL 器件存儲器 相對速度快、功耗大、集成度低 單極性 MOS 器件存儲器 相對速度低、功耗小、集成度高 按存儲原理分類 隨機存取存儲器 RAM（Random Acess Memory） 易失性存儲器，掉電丟失數(shù)據(jù) 僅讀存儲器 ROM （Read Only Memory） 非易失性存儲器，掉電保持數(shù)據(jù),存儲器的分類及特點,存儲器的存儲量,bit 用二進制位定義存儲量 Byte 用二進制字節(jié)定義存儲量 常用單位 字 節(jié) B （Byte） 千字節(jié) KB （Kilo Byte）

3、兆字節(jié) MB （Mega Byte） 吉字節(jié) GB （Giga Byte） 單位換算 1KB = 1024B 1MB = 1024KB 1GB = 1024MB,存儲器的分類及特點,半導體存儲器的性能指標,存儲器存取時間 CPU與存儲器單元間讀寫數(shù)據(jù)所需時間 存儲器工作功耗 存儲器單元工作功耗 存儲器芯片工作功耗 存儲器工作電源 TTL器件時，工作電源為 +5V MOS器件時，工作電源為 +3V +18V,RAM 隨機存取存儲器,RAM的類型,RAM 具有讀寫功能，在計算機中大量使用 靜態(tài) SRAM（Static RAM） 相對集成度低 外圍控制電路簡單 多用于單板機的數(shù)據(jù)存儲 動態(tài) DRAM

4、 （Dynamic RAM） 相對集成度高 外圍控制電路復雜 多用于系統(tǒng)機中的程序、數(shù)據(jù)存儲,SRAM 隨機存取存儲器,靜態(tài) SRAM 存儲位結構圖,存儲單元由 6 個 MOS 場效應管組成觸發(fā)器鎖存方式,SRAM 隨機存取存儲器,SRAM芯片內部原理圖,SRAM 隨機存取存儲器,SRAM常用芯片及存儲量,SRAM 2147 存儲量 = 4096 * 1 = 4096bit = 0.5KB SRAM 2114 存儲量 = 1024 * 4 = 4096bit = 0.5KB SRAM 6116 存儲量 = 2048 * 8 = 18Kbit = 2KB SRAM 6264 存儲量 = 8K *

5、 8 = 64Kbit = 8KB,SRAM 隨機存取存儲器,SRAM 芯片的引腳特點,字線 An 接地址總線AB 位線 Dn 接數(shù)據(jù)總線DB 片選線 /CS由AB線譯碼產(chǎn)生 讀寫線 /OE、/WE由控制線 /RD、/WR控制,AB,DB,VCC,GND,/RD,/WR,/OE,/WE,/CS,A0 An,D0 Dn,譯碼電路,SRAM 隨機存取存儲器,SRAM芯片6264 介紹,存儲量 字線 = 13條、 213 = 8K A0 A12 位線 = 8條、 D0 D7 存儲量 = 8K * 8 = 64Kbit = 8KB 片選線 /CE1 = L 且 CE2 = H 讀寫線 讀有效 / WE

6、 = H 且 /OE = L 寫有效 / WE = L 且 /OE = H OR L,SRAM 隨機存取存儲器,6264中片選線 /CE1、CE2 的應用,提供兩條片選線是為了應用時控制方式多樣,/CE1 CE2,/CE1 CE2,GND,VCC,/CE1接低、CE2控制,CE1接高、/CE1控制,6264,6264,SRAM 隨機存取存儲器,6264中讀寫線 / WE、/OE 的應用,讀寫線為兩條是為不同型號 CPU 服務 MOTOROLA 的68系列CPU的讀寫線為一條 R/W 6805CPU 與6264SRAM的接線圖如下,R/W,/WE /OE,GND,6805CPU,6264SRAM

7、,讀：R/ /W = H / WE = H、/OE = L 寫：R/ /W = L / WE = L、/OE = L,6805,6264,SRAM 隨機存取存儲器,6264中讀寫線 / WE、/OE 的應用,讀寫線為兩條是為不同CPU服務 IENTEL的80系列CPU的讀寫線為二條 /RD、/WR 8086CPU與6264SRAM的接線圖如下,/WE /OE,8086CPU,6264SRAM,讀：/RD = L、/WR = H / WE = H、/OE = L 寫：/RD = H、/WR = L / WE = L、 /OE = L,8086,6264,/WR,/RD,DRAM 隨機存取存儲器,

8、動態(tài) DRAM 存儲位結構圖,存儲單元由 1 個 MOS 場效應管加電容組成電荷方式,DRAM 隨機存取存儲器,DRAM存儲器的特殊性,在讀取數(shù)據(jù)時，電容電荷量減少 由于電容漏電，電容電荷量減少 為保持電容電荷量，應定時充電 DRAM 需要外圍刷新控制器 注：DRAM刷新控制器一般由專用刷新控制器 芯片或者 DMA 可編程芯片構成,DRAM 隨機存取存儲器,DRAM芯片2164 介紹,存儲量 64K * 1 字線 = 8 A0 A7 采用地址線復用技術解決 尋址所需16條地址線 位線 = 2 Din Dout 讀寫數(shù)據(jù)使用不同的數(shù)據(jù)口 控制線 列地址選通控制線 CAS 行地址選通控制線 RAS

9、 寫數(shù)據(jù)控制線 / WE 讀數(shù)據(jù)控制由外圍芯片產(chǎn)生,A0 A7 /RAS /CAS /WE Din Dout,存儲器的組織,存儲空間的概念,CPU可尋址存儲器空間 由 CPU 提供的地址線確定 例：8086CPU尋址空間為1MB 存儲器系統(tǒng)存儲空間 由計算機系統(tǒng)需求確定 例：選用內存條為256MB 存儲器芯片存儲空間 由存儲器芯片型號確定 例：6264芯片的存儲量為8KB,存儲器的組織,系統(tǒng)存儲空間與存儲芯片,芯片存儲容量（N 字線、M 位線） NM （單位bit） NM /8 （單位Byte） 系統(tǒng)存儲空間與芯片數(shù) （T 芯片數(shù)） T = 總容量（Byte）/（ NM ）/ 8（bit ）

10、例: 用2114 SRAM 組成 4KB 系統(tǒng) RAM 單片容量 = NM = 1024 * 4= 4K = 0.5KB 所需片數(shù) = 4KB / 0.5KB = 8 片 注：地址線與字線的關系，字線 = 2地址線,存儲器的組織,存儲器組織中的芯片串聯(lián),定義：串聯(lián)即擴展存儲器芯片的位線 例用2114構成1KB內存儲器空間,DB CPU AB,D0D3 2114 /CE,D4D7 2114 /CE,A0 A9,D0 D7,D4 D7,D0 D3,存儲器的組織串聯(lián),2114 字線 = A0 A9 共10條 2114 位線 = I/O0 I/O3 共4條 2114 有N = 210 = 1K、M =

11、 4 注：構成1KB的存儲器，字線夠、位線不夠 僅需擴展位線，用 2片2114 2片2114的片內地址線A0 A9 與CPU的地址線A0 A9相連 2片2114的片選線 /CE 相連后 接 CPU 的譯碼電路 2114（1）的片內數(shù)據(jù)線 I/O0 I/O3 接 CPU的數(shù)據(jù)線 D0 D3 2114（2）的片內數(shù)據(jù)線 I/O0 I/O3 接 CPU的數(shù)據(jù)線 D4 D7,存儲器的組織,存儲器組織中的芯片并聯(lián),定義：并聯(lián)即擴展存儲器芯片的字線 例用6264構成16KB內存儲器空間,DB CPU A13 AB,譯 碼 器,6264 /CE,6264 /CE,A0 A12,D0 AD7,D0 AD7,D

12、0 AD7,存儲器的組織并聯(lián),6264 字線 = A0 A12 共13條 6264 位線 = I/O0 I/O7 共8條 6264 有 N = 213 = 8K、M = 8 注：構成16KB存儲器，字線不夠、位線夠 僅需擴展字線，用 2片6264 2片6264的片內地址線A0 A12 與CPU的地址線A0 A12相連 2片6264的片內數(shù)據(jù)線I/O0 I/O7 與CPU的數(shù)據(jù)線D0 D7相連 16KB存儲器需要14條地址線，用A13接譯碼器輸入， 輸出接6264（1）的/CE 及6264（2）的/CE,存儲器的組織,RAM 和 ROM 的應用特點,在 PC 機中 ROM 存儲監(jiān)控程序（BIOS

13、） RAM 存儲應用程序及數(shù)據(jù) 在單片機中 ROM 存儲控制程序 RAM 存放數(shù)據(jù) 在計算機系統(tǒng)中 若無 ROM 根本不能工作，必要條件 若有 RAM 能工作得更好，充分條件,ROM 只讀存儲器,ROM的類型,固定掩膜 ROM 生產(chǎn)廠家編程，不能修改， 用于大批量定型產(chǎn)品 一次編程 ROM 僅能寫入一次編程，不能修改， 用于小批量產(chǎn)品 多次編程 ROM 能多次編程寫入，可以修改 用于產(chǎn)品開發(fā),ROM 只讀存儲器,多次編程 ROM 的類型,光擦除只讀存儲器 EPROM 先用紫外線照射擦除，再用電編程寫入 電擦寫只讀存儲器 EEPROM 先用電先擦除，再用電編程寫入 閃爍存儲器 Flash EEP

14、ROM 其基本原理同EEPROM，擦寫速度快， 有 RAM 的寫入速度和 ROM 的功能,ROM 只讀存儲器,EPROM應用過程,將源程匯編為機器碼文件 將機器碼文件數(shù)據(jù)寫入EPROM芯片 將EPROM芯片裝入系統(tǒng)運行調試 若程序有問題 從系統(tǒng)中取出EPROM芯片 用紫外線擦除器清EPROM芯片數(shù)據(jù) 修改源程序功能 重復上述過程，完成程序功能,ROM 只讀存儲器,EEPROM應用過程,將EEPROM芯片裝入系統(tǒng) 將源程匯編為機器碼文件 將機器碼文件數(shù)據(jù)寫入EEPROM芯片 若程序有問題 修改源程序功能 從新下載機器碼數(shù)據(jù)到EEPROM芯片 重復上述過程，完成程序功能,ROM 只讀存儲器,EPR

15、OM 2732 芯片介紹,引腳特性 地址線 A0 A11共12條，尋址 4K個存儲單元 數(shù)據(jù)線 D0 D7共 8條，每單元數(shù)據(jù)為 8 bit 片內存儲量 = NM = 4KB 控制線 片選控制線 /CE，L有效 讀取控制線 /OE，L有效 編程控制線 Vpp，H有效,主存儲器的設計,存儲器芯片的選擇,芯片容量選擇 根據(jù)計算機系統(tǒng)存儲容量選擇芯片型號 根據(jù)系統(tǒng)存儲需求選擇 ROM、RAM容量 根據(jù)系統(tǒng)存儲特點選擇 EPROM、EEPROM、SRAM、DROM 芯片速度選擇 根據(jù) CPU 讀寫速度選擇合理的存儲芯片 存儲芯片的讀寫速度和價格有關 芯片功耗選擇 根據(jù)計算機系統(tǒng)對功耗的要求選擇存儲芯片

16、 存儲芯片的功耗和價格有關,主存儲器的設計,存儲器芯片與CPU 的連接,連接線 地址總線AB、數(shù)據(jù)總線DB、控制總線CB 注意點 CPU 的地址/數(shù)據(jù)復用線與 存儲器的地址、數(shù)據(jù)線的連接 CPU 的地址線、控制線與 存儲器的片選線的連接 CPU 的R/W控制線與 存儲器的R/W線的連接,主存儲器的設計,存儲器芯片片選控制方式,線選法 CPU的某條地址線直接接存儲器芯片的片選端 缺點：各存儲器芯片地址范圍不連續(xù) 部分譯碼法 CPU的部分地址線參加譯碼 特點：一個存儲器單元有多個地址值 全譯碼法 CPU的全部地址線參加譯碼 特點：一個存儲器單元僅有一個地址值,主存儲器的設計,線選法的應用,主存儲器

17、的設計,部分譯碼法的應用,例（271頁）由 Z80CPU 與1KBROM、1KBRAM 構成的計算機系統(tǒng)方框圖如下，用部分譯碼法， 求出ROM、RAM內存儲器中的地址范圍,DB /MREQ A10 Z80CPU AB,譯 碼 器,1KB ROM /CS,1KB RAM /CS,主存儲器的設計,部分譯碼法的應用,芯片存儲量與片內地址、數(shù)據(jù)線 ROM 存儲量1KB 地址線A0 A9、數(shù)據(jù)線D0 D7 RAM 存儲量1KB 地址線A0 A9、數(shù)據(jù)線D0 D7 內存儲器容量與CPU地址、數(shù)據(jù)線 存儲量2KB 需要11條CPU地址線 地址線A0 A9 及 A10 A15中的一條 CPU數(shù)據(jù)線D0 D7直

18、接存儲器數(shù)據(jù)線D0 D7 注：此例中CPU地址線用A10,主存儲器的設計,部分譯碼法的應用,片選控制 /MREQ = L、A10 = L 時，ROM片選 /CS 有效 /MREQ = L、A10 = H 時，RAM片選 /CS有效 真值表,譯碼電路（271頁）,主存儲器的設計,部分譯碼法的應用,1KBROM芯片存儲范圍圖,當A15、A14、A13、A12、A11 = 00000時 IKBRAM存儲范圍為0000H 03FFH 當A15、A14、A13、A12、A11 = 11111時 IKBRAM存儲范圍為F800H FBFFH 由于A11 A15共5條地址線未參加譯碼, 每個存儲單元的地址重

19、碼25 = 32個,主存儲器的設計,部分譯碼法的應用,1KBRAM芯片存儲范圍圖,當A15、A14、A13、A12、A11 = 00000時 IKBRAM存儲范圍為0400H 07FFH 當A15、A14、A13、A12、A11 = 11111時 IKBRAM存儲范圍為FC00H FFFFH 由于A11 A15共5條地址線未參加譯碼, 每個存儲單元的地址重碼25 = 32個,問：若選擇A11作譯碼輸入,1KBROM芯片存儲范圍圖,1KBRAM芯片存儲范圍圖,范圍為0000H 04FFH,范圍為0800H 0BFFH,主存儲器的設計,全譯碼法的應用,例（273頁） 由Z80CPU與8KBROM、

20、4KBRAM 構成的計算機系統(tǒng)方框如圖，用全譯碼方式， 求出ROM、RAM在內存儲器中的地址范圍,主存儲器的設計,全譯碼法的應用,芯片存儲量片內地址、數(shù)據(jù)線 ROM 2732 存儲量 4KB 地址線A0 A11、數(shù)據(jù)線D0 D7 RAM 6116 存儲量 2KB 地址線A0 A10、數(shù)據(jù)線D0 D7 內存儲器容量與CPU地址、數(shù)據(jù)線 存儲量12KB 需要14條CPU地址線 其中ROM 2732為 8KB，用2片2732 RAM 6116 為 4KB，用2片6116 CPU地址線A0 A15 全用,主存儲器的設計,全譯碼法的應用,片選控制 ROM2732的片內地址線為 A0 A11， 片選地址線 A12 A15 參加片選譯碼 RAM6116的片內地址線為 A0 A10， 片選地址線 A11 A15 參加片選譯碼 A12、A13、A14 經(jīng)三八譯碼器產(chǎn)生片選控制 /Y0 控制 2732（1）、 /Y1控制2732（2） /Y2 = L且A11 = L時，控制 6116（1） /Y2 = L且A11 = H時，控制 6116（2） A15