第五章存儲器

1、第四章半導(dǎo)體存儲器第四章半導(dǎo)體存儲器天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)電子工程學(xué)院電子工程學(xué)院一、存儲器系統(tǒng)概述二、微型計(jì)算機(jī)存儲器系統(tǒng)二、微型計(jì)算機(jī)存儲器系統(tǒng)三、存儲器的主要技術(shù)指標(biāo)三、存儲器的主要技術(shù)指標(biāo) 1存儲容量存儲容量存儲容量是存儲器所容納的二進(jìn)制位的總?cè)荽鎯θ萘渴谴鎯ζ魉菁{的二進(jìn)制位的總?cè)萘浚虼鎯ζ魉拇鎯卧目偽粩?shù)。量，或存儲器所包含的存儲單元的總位數(shù)。 存儲單元數(shù)=2n 存儲容量存儲容量=存儲單元數(shù)存儲單元數(shù)*存儲單元的位數(shù)存儲單元的位數(shù)2存儲周期存儲周期3存儲器的可靠性存儲器的可靠性4性能價格比性能價格比5.2 半導(dǎo)體存儲器半導(dǎo)體存儲器 半導(dǎo)體存儲器根據(jù)其基本

2、功半導(dǎo)體存儲器根據(jù)其基本功能的不同分為只讀存儲器（能的不同分為只讀存儲器（ROM）和隨機(jī)存取存儲器（和隨機(jī)存取存儲器（RAM）。）。 RAM又依存儲單元電路的構(gòu)又依存儲單元電路的構(gòu)成原理及是否需要刷新分為靜態(tài)成原理及是否需要刷新分為靜態(tài)RAM(SRAM)和動態(tài)和動態(tài)RAM(DRAM)。5.2.1 隨機(jī)存儲器隨機(jī)存儲器RAM RAM是一種既能寫入又能讀出的存儲器。是一種既能寫入又能讀出的存儲器。RAM只能在電源電壓正常時工作，一旦斷電，只能在電源電壓正常時工作，一旦斷電，RAM內(nèi)的信息便完全丟失。內(nèi)的信息便完全丟失。1、SRAM（靜態(tài)（靜態(tài)RAM） SRAM的基本存儲電路是利用雙穩(wěn)態(tài)電路的的基本

3、存儲電路是利用雙穩(wěn)態(tài)電路的某一種穩(wěn)定狀態(tài)表示二進(jìn)制信息的。雙穩(wěn)態(tài)電路某一種穩(wěn)定狀態(tài)表示二進(jìn)制信息的。雙穩(wěn)態(tài)電路是一種平衡的電路結(jié)構(gòu)，不管處于什么狀態(tài)，只是一種平衡的電路結(jié)構(gòu)，不管處于什么狀態(tài)，只要不給它加入新的觸發(fā)，不斷電，它的這個穩(wěn)定要不給它加入新的觸發(fā)，不斷電，它的這個穩(wěn)定狀態(tài)就將保持下去。狀態(tài)就將保持下去。 SRAM在結(jié)構(gòu)上比較復(fù)雜，集成在結(jié)構(gòu)上比較復(fù)雜，集成度低。由于度低。由于RAM的基本存儲單元是的基本存儲單元是雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，每一個單元存放雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，每一個單元存放1位位二進(jìn)制信息，故所存信息不需要進(jìn)二進(jìn)制信息，故所存信息不需要進(jìn)行刷新。但行刷新。但SRAM的存取速度很快，的存取速

4、度很快，多用于要求高速存取的場合，例如多用于要求高速存取的場合，例如高速緩沖存儲器。高速緩沖存儲器。常用的靜態(tài)常用的靜態(tài)RAM （1）靜態(tài)）靜態(tài) RAM6116A0A1011位地址線，可尋址位地址線，可尋址2k字節(jié)；字節(jié)； D0D78位雙向數(shù)據(jù)線；位雙向數(shù)據(jù)線； 片選信號；片選信號； -輸出允許信號；輸出允許信號； -寫允許信號；寫允許信號； VCC電源（電源（5V）；）； GND 地。地。（2）靜態(tài)）靜態(tài)RAM6264 A12A013位地址線，可尋址位地址線，可尋址8k字節(jié)；字節(jié)； D7D08位雙向數(shù)據(jù)線；位雙向數(shù)據(jù)線； 片選信號；片選信號； CE2片選信號；片選信號； -數(shù)據(jù)輸出允許信號；

5、數(shù)據(jù)輸出允許信號； 寫允許信號；寫允許信號； VCC電源（電源（5V）；）；2164A動態(tài)動態(tài)RAM芯片芯片12345678161514131211109NCDINWERASA0A2A1VDDVSSCASDOUTA6A3A4A5A7A7A0DINDOUTRASCASRASCASWEWEVDDVSS地址輸入A7A0列地址選通行地址選通寫允許+5V地 圖 Intel 2164A 結(jié)構(gòu)框圖128128存儲矩陣128讀出放大器1/2(1/128列譯碼器)128讀出放大器128128存儲矩陣1/128行譯碼器1/128行譯碼器128128存儲矩陣128讀出放大器1/2(1/128列譯碼器)128讀出放大

6、器128128存儲矩陣A0A1A2A3A4A5A6A78位地址鎖存器1/4 I/O門輸出緩沖器VDDVSS行時鐘緩沖器列時鐘緩沖器寫允許時 鐘緩沖器數(shù)據(jù)輸入緩沖器RASCASWEDINDOUTDRAM的使用方法如下圖所示。當(dāng)?shù)氖褂梅椒ㄈ缦聢D所示。當(dāng)CPU對存儲器進(jìn)行讀對存儲器進(jìn)行讀寫時，首先在地址總線上給出地址信號，然后發(fā)出相應(yīng)的寫時，首先在地址總線上給出地址信號，然后發(fā)出相應(yīng)的讀寫控制信號，最后在數(shù)據(jù)總線上進(jìn)行數(shù)據(jù)操作。讀寫控制信號，最后在數(shù)據(jù)總線上進(jìn)行數(shù)據(jù)操作。5.2.2 只讀存儲器只讀存儲器ROM ROM是一種只能讀出而不能寫入的存是一種只能讀出而不能寫入的存儲器，通常用來存放那些固定不

7、變、不需儲器，通常用來存放那些固定不變、不需要修改的程序。要修改的程序。 例如例如IBM PC中的中的BIOS（基本輸入輸（基本輸入輸出系統(tǒng)），出系統(tǒng)），Basic解釋程序等。解釋程序等。ROM必須必須在電源電壓正常時才能工作，但斷電之后，在電源電壓正常時才能工作，但斷電之后，其中存放的信息并不丟失，一旦通電，它其中存放的信息并不丟失，一旦通電，它又能正常工作，提供信息。又能正常工作，提供信息。 1、掩膜、掩膜ROM（MROM） 固定掩膜固定掩膜ROM的芯片在制做掩的芯片在制做掩膜板的同時，將所存的信息編排在膜板的同時，將所存的信息編排在內(nèi)；一旦掩膜做好，其存儲的信息內(nèi)；一旦掩膜做好，其存儲的

8、信息就固定了就固定了。 2、可編程的只讀存儲器（、可編程的只讀存儲器（PROM） PROM是一種可編程只讀存儲是一種可編程只讀存儲器，便于用戶根據(jù)自己的需要來寫器，便于用戶根據(jù)自己的需要來寫入信息，內(nèi)容一旦寫入，就不能修入信息，內(nèi)容一旦寫入，就不能修改。改。三、三、EPROM 這種存儲器在特殊條件下寫這種存儲器在特殊條件下寫入的信息可以長久保存，程序需入的信息可以長久保存，程序需要更改時，又可以采用特殊的方要更改時，又可以采用特殊的方法將其全部擦除。如此可以多次法將其全部擦除。如此可以多次反復(fù)使用。反復(fù)使用。 常用的常用的EPROM程序存儲器程序存儲器 常用的有常用的有Intel公司的公司的2

9、7XXX系列系列 EPROM芯片：芯片：2716（2kX8）、）、2732A（4kX8）、）、2764（8kX8）、）、27128（16Kx8）27256（32kX8）和）和27512（64kX8）等。）等。（1）2716EPROM A10A011位地址線，可尋址位地址線，可尋址2k字節(jié)；字節(jié)；D0D78位數(shù)據(jù)線；位數(shù)據(jù)線； -片選信號編程控制信號；片選信號編程控制信號； -輸出允許信號；輸出允許信號； VPP 編程電源；編程電源； VCC 電源（電源（5V）；）； GND -地。地。 （2）2732 EPROMA0A1112位地址線位地址線,可尋址可尋址4k字節(jié)；字節(jié)； D0D78位數(shù)據(jù)線；

10、位數(shù)據(jù)線； -片選信號；片選信號； -輸出允許信號；輸出允許信號； VPP 編程電源；編程電源； VCC 電源（電源（5V）；）； GND -地。地。（3）2764 EPROMA0A1213位地址線，可尋址位地址線，可尋址8k字節(jié)；字節(jié)；D0D78位數(shù)據(jù)線；位數(shù)據(jù)線； -片選信號；片選信號； -輸出允許信號輸出允許信號 PGM-編程脈沖輸入端；編程脈沖輸入端； VPP編程電源；編程電源； VCC電源（電源（5V）；）； GND-地。地。（4）27128 EPROM（6）27512 EPROM常用的常用的E2PROM （1）E2PROM 28642864A管腳與管腳與SRAM6264A完全兼容。

11、完全兼容。AOA1213位地址線，可尋址位地址線，可尋址8k字節(jié)；字節(jié)； I/O0IO78位雙向數(shù)據(jù)線；位雙向數(shù)據(jù)線； -片選信號；片選信號； -輸出允許信號；輸出允許信號； -寫允許信號；寫允許信號； NC-空腳；空腳； VCC電源（電源（5V）；）； GND-地。地。5.3 存儲芯片的擴(kuò)展存儲芯片的擴(kuò)展 存儲器接口也和其它接口一存儲器接口也和其它接口一樣，主要完成三大總線的連接任樣，主要完成三大總線的連接任務(wù)，即實(shí)現(xiàn)與務(wù)，即實(shí)現(xiàn)與地址總線、控制總地址總線、控制總線和數(shù)據(jù)總線線和數(shù)據(jù)總線的連接。的連接。 1位擴(kuò)展 8片8 K1位的RAM芯片通過位擴(kuò)展構(gòu)成8K8位的存儲器 2字?jǐn)U展 用4個16

12、 K8芯片經(jīng)字?jǐn)U展構(gòu)成一個64K8位 3字和位同時擴(kuò)展 用2114(1K4位)RAM芯片構(gòu)成4K8位存儲器 一、存儲器接口中應(yīng)考慮的幾個問題一、存儲器接口中應(yīng)考慮的幾個問題 1.存儲器與存儲器與CPU之間的時序配合之間的時序配合 主要解決主要解決快速快速CPU與慢速存儲器之間速與慢速存儲器之間速度匹配的問題度匹配的問題。 解決的方法使用解決的方法使用“等待申請等待申請”信號。信號。 例如，例如，8086CPU中的中的READY（準(zhǔn)備就（準(zhǔn)備就緒）輸入線就是為協(xié)調(diào)緒）輸入線就是為協(xié)調(diào)CPU與存儲器或與存儲器或I/O端口之間的速度而設(shè)計(jì)的一條等待狀態(tài)請求端口之間的速度而設(shè)計(jì)的一條等待狀態(tài)請求線。線

13、。 8086的系統(tǒng)總線周期由的系統(tǒng)總線周期由4個時個時鐘周期鐘周期T1-T4（又稱為（又稱為T狀態(tài)）組狀態(tài)）組成。成。T1周期周期發(fā)送地址發(fā)送地址T2周期周期發(fā)送讀發(fā)送讀/寫命令寫命令T3周期周期將數(shù)據(jù)送數(shù)據(jù)總線將數(shù)據(jù)送數(shù)據(jù)總線T4周期周期結(jié)束讀結(jié)束讀/寫操作。寫操作。通過等待通過等待信號信號READYREADY插插入一個或入一個或多個等待多個等待周期周期TWTW 2.CPU總線負(fù)載能力總線負(fù)載能力 通常考慮到地址線、控制線是通?？紤]到地址線、控制線是單向的，故采用單向驅(qū)動器，如單向的，故采用單向驅(qū)動器，如74LS244、Intel公司生產(chǎn)的公司生產(chǎn)的8282等；等； 數(shù)據(jù)線是雙向傳送的，故采

14、用數(shù)據(jù)線是雙向傳送的，故采用雙向驅(qū)動器，如雙向驅(qū)動器，如74LS245、Intel公公司生產(chǎn)的司生產(chǎn)的82868287等。等。 3.存儲芯片的選用存儲芯片的選用 （l）對芯片類型的選用）對芯片類型的選用 通常由通常由ROM和和RAM兩類芯片構(gòu)成。兩類芯片構(gòu)成。（2）對芯片型號的選用）對芯片型號的選用 芯片類型確定之后，在進(jìn)行具體芯片類型確定之后，在進(jìn)行具體芯片型號選擇時，一般應(yīng)考慮存取芯片型號選擇時，一般應(yīng)考慮存取速度、存儲容量、結(jié)構(gòu)和價格等因速度、存儲容量、結(jié)構(gòu)和價格等因素。素。5.4存儲器片選信號的產(chǎn)生方法 1. 線選法 P172線選法是指用存儲器芯片片內(nèi)尋址線以外的系統(tǒng)高位地址線，作為存

15、儲器芯片的片選控制信號，圖5.15所示。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：連線簡單。連線簡單。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：一是當(dāng)存在空閑地址線時，由于一是當(dāng)存在空閑地址線時，由于空閑地址線可隨意取值空閑地址線可隨意取值0或或1，放，放將導(dǎo)致將導(dǎo)致地址重疊地址重疊。二是整個存儲器地址二是整個存儲器地址分布不連續(xù)分布不連續(xù)，使可尋址范圍減小。使可尋址范圍減小。2譯碼法譯碼法 全譯碼全譯碼是除了地址總線中參與片內(nèi)尋址的是除了地址總線中參與片內(nèi)尋址的低位地址線外，其余所有高位地址線全部低位地址線外，其余所有高位地址線全部參與片間地址譯碼。參與片間地址譯碼。 特點(diǎn)：所有總線參與尋址特點(diǎn)：所有總線參與尋址 部分譯碼部分譯碼是線選法和全譯碼相

16、結(jié)合的方法，是線選法和全譯碼相結(jié)合的方法，即利用高位地址線譯碼產(chǎn)生片選信號時，即利用高位地址線譯碼產(chǎn)生片選信號時，有的地址線未參加譯碼。這些空閑地址線有的地址線未參加譯碼。這些空閑地址線在需要時還可以對其他芯片進(jìn)行線選。在需要時還可以對其他芯片進(jìn)行線選。 圖圖5.16 74LS138的引腳圖的引腳圖G1 G2A G2BC B A譯碼器輸出譯碼器輸出1 0 00 0 0Y0=0，其余為，其余為11 0 00 0 1Y1=0，其余為，其余為11 0 00 1 0Y2=0, 其余為其余為11 0 00 1 1Y3=0，其余為，其余為11 0 01 0 0Y4=0, 其余為其余為11 0 01 0 1

17、Y5=0，其余為，其余為11 0 01 1 0Y6=0，其余為，其余為11 0 01 1 1Y7=0，其余為，其余為1不是上述情況不是上述情況Y0Y7，全為，全為1 表表5-13. 74LS138譯碼器真值表譯碼器真值表表表5-14 各組芯片的地址范圍各組芯片的地址范圍芯片芯片A15A10A9A0地址范圍地址范圍RAM1000000000000000011111111110000H03FFHRAM2000001000000000011111111110400H07FFHRAM3000010000000000011111111110800H0BFFHRAM4000011000000000011111111110C00H0FFFH5.6 8086/8088CPU的存儲器系統(tǒng) 2、8086CPU系統(tǒng)的存儲器接口圖- 奇偶尋址 字節(jié)訪問圖- 偶地址字傳送圖- 奇地址 字傳送 表：表：AD0、BHE的代碼組合和對應(yīng)的操作的代碼組合和對應(yīng)的操作 A D0BHE對應(yīng)的操作所用的管腳oo從偶地址開始讀/寫一個字AD15AD0o1從奇地址單元讀/寫一個字節(jié)AD15AD810從偶地址單元讀/寫一個字節(jié)AD7AD00110從奇地址開始讀/寫一個字（在第一個總線周期，傳送低8位數(shù)據(jù)到AD15AD8；第二個總線周期傳送高8位數(shù)據(jù)到AD7AD0）AD15AD