存儲(chǔ)器和高速緩存技術(shù)

1、存儲(chǔ)器和高速緩存技術(shù)存儲(chǔ)器和高速緩存技術(shù)教學(xué)重點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn) 存儲(chǔ)器的分類存儲(chǔ)器的分類 內(nèi)部存儲(chǔ)器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)內(nèi)部存儲(chǔ)器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 動(dòng)、靜態(tài)讀寫存儲(chǔ)器動(dòng)、靜態(tài)讀寫存儲(chǔ)器RAM的基本存儲(chǔ)單元的基本存儲(chǔ)單元與芯片與芯片 4.1 4.1 存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)器件存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)器件4.1.1 4.1.1 存儲(chǔ)器的分類存儲(chǔ)器的分類4.1.2 4.1.2 存儲(chǔ)器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4.1.3 4.1.3 選擇存儲(chǔ)器器件的考慮因素選擇存儲(chǔ)器器件的考慮因素4.1.4 4.1.4 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAMRAM4.1.5 4.1.5 只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器ROMROM4.1.6 4.1.6 存儲(chǔ)器在系統(tǒng)中的連接考

2、慮和使用舉例存儲(chǔ)器在系統(tǒng)中的連接考慮和使用舉例存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)是計(jì)算機(jī)( (包括微機(jī)包括微機(jī)) )硬件系統(tǒng)的重要組成部分，有了存儲(chǔ)器，計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的重要組成部分，有了存儲(chǔ)器，計(jì)算機(jī)才具有才具有“記憶記憶”功能，才能把程序及數(shù)據(jù)的代碼保存起來，才能使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)功能，才能把程序及數(shù)據(jù)的代碼保存起來，才能使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)脫離人的干預(yù)，而自動(dòng)完成信息處理的功能。脫離人的干預(yù)，而自動(dòng)完成信息處理的功能。存儲(chǔ)器系統(tǒng)的三項(xiàng)主要性能是指標(biāo)容量、速度和成本。存儲(chǔ)器系統(tǒng)的三項(xiàng)主要性能是指標(biāo)容量、速度和成本。存儲(chǔ)容量是存儲(chǔ)器系統(tǒng)的首要性能指標(biāo)，因?yàn)榇鎯?chǔ)容量越大，則系統(tǒng)能夠保存儲(chǔ)容量是存儲(chǔ)器系統(tǒng)的首要性能指標(biāo)，因?yàn)?/p>

3、存儲(chǔ)容量越大，則系統(tǒng)能夠保存的信息量就越多，相應(yīng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功能就越強(qiáng)；存的信息量就越多，相應(yīng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功能就越強(qiáng)；存儲(chǔ)器的存取速度直接決定了整個(gè)微機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行速度，因此，存取速度也存儲(chǔ)器的存取速度直接決定了整個(gè)微機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行速度，因此，存取速度也是存儲(chǔ)器系統(tǒng)的重要的性能指標(biāo)；是存儲(chǔ)器系統(tǒng)的重要的性能指標(biāo)；存儲(chǔ)器的成本也是存儲(chǔ)器系統(tǒng)的重要性能指標(biāo)。存儲(chǔ)器的成本也是存儲(chǔ)器系統(tǒng)的重要性能指標(biāo)。為了在存儲(chǔ)器系統(tǒng)中兼顧以上三個(gè)方面的指標(biāo)，目前在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中通常采為了在存儲(chǔ)器系統(tǒng)中兼顧以上三個(gè)方面的指標(biāo)，目前在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中通常采用三級(jí)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，即使用高速緩沖存儲(chǔ)器、主存儲(chǔ)器和輔助存儲(chǔ)器，由這三用三級(jí)

4、存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，即使用高速緩沖存儲(chǔ)器、主存儲(chǔ)器和輔助存儲(chǔ)器，由這三者構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的存儲(chǔ)系統(tǒng)。從整體看，其速度接近高速緩存的速度，其容量者構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的存儲(chǔ)系統(tǒng)。從整體看，其速度接近高速緩存的速度，其容量接近輔存的容量，而其成本則接近廉價(jià)慢速的輔存平均價(jià)格。接近輔存的容量，而其成本則接近廉價(jià)慢速的輔存平均價(jià)格。 1. 1. 存儲(chǔ)器的概述存儲(chǔ)器的概述4.1.1 4.1.1 存儲(chǔ)器的分類存儲(chǔ)器的分類（1）按構(gòu)成存儲(chǔ)器的器件和存儲(chǔ)介質(zhì)分類）按構(gòu)成存儲(chǔ)器的器件和存儲(chǔ)介質(zhì)分類 按構(gòu)成存儲(chǔ)器的器件和存儲(chǔ)介質(zhì)主要可按構(gòu)成存儲(chǔ)器的器件和存儲(chǔ)介質(zhì)主要可分為：磁芯存儲(chǔ)器、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、光電分為：磁芯存儲(chǔ)器、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器

5、、光電存儲(chǔ)器、磁膜、磁泡和其它磁表面存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器、磁膜、磁泡和其它磁表面存儲(chǔ)器以及光盤存儲(chǔ)器等。以及光盤存儲(chǔ)器等。2. 2. 存儲(chǔ)器分類存儲(chǔ)器分類（2）按存取方式分類）按存取方式分類 可將存儲(chǔ)器分為可將存儲(chǔ)器分為隨機(jī)存取存儲(chǔ)器隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器兩種形式。兩種形式。 隨機(jī)存儲(chǔ)器隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM(Random Access Memory)RAM(Random Access Memory)又稱讀寫存儲(chǔ)器，指能夠通過指令隨機(jī)地、個(gè)別地對(duì)其中各個(gè)又稱讀寫存儲(chǔ)器，指能夠通過指令隨機(jī)地、個(gè)別地對(duì)其中各個(gè)單元進(jìn)行讀單元進(jìn)行讀/寫操作的一類存儲(chǔ)器。寫操作的一類存儲(chǔ)器。 按照存放信息原理的不同，

6、隨機(jī)存儲(chǔ)器又可按照存放信息原理的不同，隨機(jī)存儲(chǔ)器又可分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種種。靜態(tài)。靜態(tài)RAM是以雙穩(wěn)態(tài)元件作為基本的存儲(chǔ)單元來保存信息是以雙穩(wěn)態(tài)元件作為基本的存儲(chǔ)單元來保存信息的，因此，其保存的信息在不斷電的情況下，是不會(huì)被破壞的；的，因此，其保存的信息在不斷電的情況下，是不會(huì)被破壞的；而動(dòng)態(tài)而動(dòng)態(tài)RAM是靠電容的充、放電原理來存放信息的，由于保存是靠電容的充、放電原理來存放信息的，由于保存在電容上的電荷，會(huì)隨著時(shí)間而泄露，因而會(huì)使得這種器件中在電容上的電荷，會(huì)隨著時(shí)間而泄露，因而會(huì)使得這種器件中存放的信息丟失，必須定時(shí)進(jìn)行刷新。存放的信息丟失，必須定時(shí)進(jìn)行刷新。2. 2. 存儲(chǔ)

7、器分類存儲(chǔ)器分類 在微機(jī)系統(tǒng)的在線運(yùn)行過程中，只能對(duì)其進(jìn)行讀在微機(jī)系統(tǒng)的在線運(yùn)行過程中，只能對(duì)其進(jìn)行讀操作，而不能進(jìn)行寫操作的一類存儲(chǔ)器。操作，而不能進(jìn)行寫操作的一類存儲(chǔ)器。ROMROM通常用通常用來存放固定不變的程序、漢字字型庫、字符及圖形符來存放固定不變的程序、漢字字型庫、字符及圖形符號(hào)等。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，只讀存儲(chǔ)器也出現(xiàn)了號(hào)等。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，只讀存儲(chǔ)器也出現(xiàn)了不 同 的 種 類 ， 如 可 編 程 的 只 讀 存 儲(chǔ) 器不 同 的 種 類 ， 如 可 編 程 的 只 讀 存 儲(chǔ) 器PROM(Programmable ROM)PROM(Programmable ROM)，可擦

8、除的可編程的只讀存，可擦除的可編程的只讀存儲(chǔ)器儲(chǔ)器EPROM(Erasible Programmable ROM)EPROM(Erasible Programmable ROM)和和EEPROM(Electric Erasible Programmable ROM)EEPROM(Electric Erasible Programmable ROM)以及以及掩膜型只讀存儲(chǔ)器掩膜型只讀存儲(chǔ)器MROM(Masked ROM)MROM(Masked ROM)等，近年來發(fā)展等，近年來發(fā)展起來的快擦型存儲(chǔ)器起來的快擦型存儲(chǔ)器(F1ash Memory)(F1ash Memory)具有具有EEPROMEEP

9、ROM的特的特點(diǎn)。點(diǎn)。 只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器ROM (Read-Only MemoryMemory) 分為主存儲(chǔ)器分為主存儲(chǔ)器( (內(nèi)存內(nèi)存) )、輔助存儲(chǔ)器、輔助存儲(chǔ)器( (外存外存) )、緩沖、緩沖存儲(chǔ)器等，存儲(chǔ)器等，主存儲(chǔ)器又稱為系統(tǒng)的主存或者內(nèi)存，位主存儲(chǔ)器又稱為系統(tǒng)的主存或者內(nèi)存，位于系統(tǒng)主機(jī)的內(nèi)部，于系統(tǒng)主機(jī)的內(nèi)部，CPUCPU可以直接對(duì)其中的單元進(jìn)行讀可以直接對(duì)其中的單元進(jìn)行讀/ /寫操作；輔存存儲(chǔ)器又稱外存，位于系統(tǒng)主機(jī)的外部，寫操作；輔存存儲(chǔ)器又稱外存，位于系統(tǒng)主機(jī)的外部，CPUCPU對(duì)其進(jìn)行的存對(duì)其進(jìn)行的存/ /取操作，必須通過內(nèi)存才能進(jìn)行；取操作，必須通過內(nèi)存才能進(jìn)行；緩

10、沖存儲(chǔ)器位于主存與緩沖存儲(chǔ)器位于主存與CPUCPU之間，其存取速度非常快，之間，其存取速度非常快，但存儲(chǔ)容量更小，可用來解決存取速度與存儲(chǔ)容量之但存儲(chǔ)容量更小，可用來解決存取速度與存儲(chǔ)容量之間的矛盾，提高整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行速度。間的矛盾，提高整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行速度。 另外，還可根據(jù)所存信息是否容易丟失，而把存儲(chǔ)器分成易失性存儲(chǔ)器和非易失性存儲(chǔ)器。如半導(dǎo)體存儲(chǔ)器(DRAM，SRAM)，停電后信息會(huì)丟失，屬易失性；而磁帶和磁盤等磁表面存儲(chǔ)器，屬非易失性存儲(chǔ)器。(3)(3)按在微機(jī)系統(tǒng)中位置分類按在微機(jī)系統(tǒng)中位置分類存儲(chǔ)器分類表如下所示：存儲(chǔ)器分類表如下所示：存儲(chǔ)器 主存儲(chǔ)器 隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM) 只讀存儲(chǔ)

11、器(ROM) 雙極型半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 MOS存儲(chǔ)器（靜態(tài)、動(dòng)態(tài)） 可編程只讀存儲(chǔ)器PROM可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器EPROM，EEPROM掩 膜 型 只 讀 存 儲(chǔ) 器MROM輔助存儲(chǔ)器 磁盤(軟盤、硬盤、盤組)存儲(chǔ)器磁帶存儲(chǔ)器 光盤存儲(chǔ)器 緩沖存儲(chǔ)器 半導(dǎo)體半導(dǎo)體存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器 （ROM）隨機(jī)存取存儲(chǔ)器隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）靜態(tài)靜態(tài)RAM（SRAM）動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)RAM（DRAM） 非易失非易失RAM（NVRAM）掩膜式掩膜式ROM一次性可編程一次性可編程ROM（PROM） 紫外線擦除可編程紫外線擦除可編程ROM（EPROM）電擦除可編程電擦除可編程ROM（EEPROM）詳細(xì)展開，注

12、意對(duì)比一般情況下，一個(gè)存儲(chǔ)器系統(tǒng)由以下幾部分組成。一般情況下，一個(gè)存儲(chǔ)器系統(tǒng)由以下幾部分組成。1 1基本存儲(chǔ)單元基本存儲(chǔ)單元一個(gè)基本存儲(chǔ)單元可以存放一位二進(jìn)制信息，其內(nèi)部一個(gè)基本存儲(chǔ)單元可以存放一位二進(jìn)制信息，其內(nèi)部具有兩個(gè)穩(wěn)定的且相互對(duì)立的狀態(tài)，并能夠在外部對(duì)其具有兩個(gè)穩(wěn)定的且相互對(duì)立的狀態(tài)，并能夠在外部對(duì)其狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別和改變。不同類型的基本存儲(chǔ)單元，決定狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別和改變。不同類型的基本存儲(chǔ)單元，決定了由其所組成的存儲(chǔ)器件的類型不同。了由其所組成的存儲(chǔ)器件的類型不同。2 2存儲(chǔ)體存儲(chǔ)體( (以圖示講解說明以圖示講解說明) )一個(gè)基本存儲(chǔ)單元只能保存一位二進(jìn)制信息，若要存一個(gè)基本存儲(chǔ)單元只能

13、保存一位二進(jìn)制信息，若要存放放M MN N個(gè)二進(jìn)制信息，就需要用個(gè)二進(jìn)制信息，就需要用M MN N個(gè)基本存儲(chǔ)單元個(gè)基本存儲(chǔ)單元，它們按一定的規(guī)則排列起來，由這些基本存儲(chǔ)單元所，它們按一定的規(guī)則排列起來，由這些基本存儲(chǔ)單元所構(gòu)成的陣列稱為存儲(chǔ)體或存儲(chǔ)矩陣。構(gòu)成的陣列稱為存儲(chǔ)體或存儲(chǔ)矩陣。4.1.2 4.1.2 存儲(chǔ)器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由于存儲(chǔ)器系統(tǒng)是由許多存儲(chǔ)單元構(gòu)成的，每個(gè)存儲(chǔ)單元一般由于存儲(chǔ)器系統(tǒng)是由許多存儲(chǔ)單元構(gòu)成的，每個(gè)存儲(chǔ)單元一般存放存放8位二進(jìn)制信息，為了加以區(qū)分，我們必須首先為這些存儲(chǔ)單位二進(jìn)制信息，為了加以區(qū)分，我們必須首先為這些存儲(chǔ)單元編號(hào)，即分配給這些存儲(chǔ)單元不同的地

14、址。地址譯碼器的作用元編號(hào)，即分配給這些存儲(chǔ)單元不同的地址。地址譯碼器的作用就是用來接受就是用來接受CPU送來的地址信號(hào)并對(duì)它進(jìn)行譯碼，選擇與此地送來的地址信號(hào)并對(duì)它進(jìn)行譯碼，選擇與此地址碼相對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元，以便對(duì)該單元進(jìn)行讀寫操作。址碼相對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元，以便對(duì)該單元進(jìn)行讀寫操作。存儲(chǔ)器地址譯碼有兩種方式，通常稱為單譯碼與雙譯碼。存儲(chǔ)器地址譯碼有兩種方式，通常稱為單譯碼與雙譯碼。(1) 單譯碼單譯碼 單譯碼方式又稱字結(jié)構(gòu)，適用于小容量存儲(chǔ)器。單譯碼方式又稱字結(jié)構(gòu)，適用于小容量存儲(chǔ)器。(2) 雙譯碼雙譯碼 在雙譯碼結(jié)構(gòu)中，將地址譯碼器分成兩部分，即行譯碼器在雙譯碼結(jié)構(gòu)中，將地址譯碼器分成兩部分，

15、即行譯碼器(又叫又叫X譯碼器譯碼器)和列譯碼器和列譯碼器(又叫又叫Y譯碼器譯碼器)。X譯碼器輸出行地址選擇信譯碼器輸出行地址選擇信號(hào)，號(hào)，Y譯碼器輸出列地址選擇信號(hào)。行列選擇線交叉處即為所選中譯碼器輸出列地址選擇信號(hào)。行列選擇線交叉處即為所選中的內(nèi)存單元，這種方式的特點(diǎn)是譯碼輸出線較少。的內(nèi)存單元，這種方式的特點(diǎn)是譯碼輸出線較少。3地址譯碼器地址譯碼器譯譯碼碼器器A5A4A3A2A1A06301存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)單元64個(gè)單元個(gè)單元行行譯譯碼碼A2A1A0710列譯碼列譯碼A3A4A501764個(gè)單元個(gè)單元單譯碼雙譯碼 單譯碼結(jié)構(gòu)單譯碼結(jié)構(gòu) 雙譯碼結(jié)構(gòu)雙譯碼結(jié)構(gòu)u 雙譯碼可簡(jiǎn)化芯片設(shè)計(jì)雙譯碼可簡(jiǎn)化芯

16、片設(shè)計(jì)u 主要采用的譯碼結(jié)構(gòu)主要采用的譯碼結(jié)構(gòu)3地址譯碼器地址譯碼器( (續(xù)）續(xù)）4片選與讀寫控制電路片選與讀寫控制電路片選信號(hào)用以實(shí)現(xiàn)芯片的選擇。對(duì)于一個(gè)芯片片選信號(hào)用以實(shí)現(xiàn)芯片的選擇。對(duì)于一個(gè)芯片來講，只有當(dāng)片選信號(hào)有效時(shí)，才能對(duì)其進(jìn)行讀來講，只有當(dāng)片選信號(hào)有效時(shí)，才能對(duì)其進(jìn)行讀寫操作。片選信號(hào)一般由地址譯碼器的輸出及寫操作。片選信號(hào)一般由地址譯碼器的輸出及一些控制信號(hào)來形成，而讀一些控制信號(hào)來形成，而讀/寫控制電路則用來控寫控制電路則用來控制對(duì)芯片的讀制對(duì)芯片的讀/寫操作。寫操作。5I/O電路電路I/O電路位于系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線與被選中的存儲(chǔ)單元電路位于系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線與被選中的存儲(chǔ)單元之間，用來

17、控制信息的讀出與寫入，必要時(shí)，還之間，用來控制信息的讀出與寫入，必要時(shí)，還可包含對(duì)可包含對(duì)I/O信號(hào)的驅(qū)動(dòng)及放大處理功能。信號(hào)的驅(qū)動(dòng)及放大處理功能。4.1.2 4.1.2 存儲(chǔ)器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4.1.2 4.1.2 存儲(chǔ)器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)6 6集電極開路或三態(tài)輸出緩沖器集電極開路或三態(tài)輸出緩沖器為了擴(kuò)充存儲(chǔ)器系統(tǒng)的容量，常常需要將幾為了擴(kuò)充存儲(chǔ)器系統(tǒng)的容量，常常需要將幾片片RAMRAM芯片的數(shù)據(jù)線并聯(lián)使用或與雙向的數(shù)據(jù)芯片的數(shù)據(jù)線并聯(lián)使用或與雙向的數(shù)據(jù)線相連，這就要用到集電極開路或三態(tài)輸出線相連，這就要用到集電極開路或三態(tài)輸出緩沖器。緩沖器。7 7其它外圍電路其它外圍電路

18、對(duì)不同類型的存儲(chǔ)器系統(tǒng)，有時(shí)，還專門需對(duì)不同類型的存儲(chǔ)器系統(tǒng)，有時(shí)，還專門需要一些特殊的外圍電路，如動(dòng)態(tài)要一些特殊的外圍電路，如動(dòng)態(tài)RAMRAM中的預(yù)充中的預(yù)充電及刷新操作控制電路等，這也是存儲(chǔ)器系電及刷新操作控制電路等，這也是存儲(chǔ)器系統(tǒng)的重要組成部分。統(tǒng)的重要組成部分。A3A4A5A6A7A8行選擇64 64存儲(chǔ)矩陣.VCCGND輸入數(shù)據(jù)控制I / O1I / O2I / O3I / O4列 I/O 電路列選擇. . . . . .A0A2A1A9CSWE4.1.2 4.1.2 存儲(chǔ)器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4.1.3 4.1.3 選擇選擇存儲(chǔ)器器件的考慮因素存儲(chǔ)器器件的考慮因素1. 易失

19、性易失性 易失性是區(qū)分存儲(chǔ)器種類的重要外部特性之一。易失性是區(qū)分存儲(chǔ)器種類的重要外部特性之一。易失性是指電源斷開之后，存儲(chǔ)器的內(nèi)容是否丟失。易失性是指電源斷開之后，存儲(chǔ)器的內(nèi)容是否丟失。 如果某種存儲(chǔ)器在斷電之后，仍能保存其中的如果某種存儲(chǔ)器在斷電之后，仍能保存其中的內(nèi)容，則為非易失性存儲(chǔ)器（外部存儲(chǔ)器、內(nèi)容，則為非易失性存儲(chǔ)器（外部存儲(chǔ)器、ROM） ；否則，就叫易失性存儲(chǔ)器（否則，就叫易失性存儲(chǔ)器（RAM）。）。4.1.3 4.1.3 選擇選擇存儲(chǔ)器器件的考慮因素存儲(chǔ)器器件的考慮因素2. 只讀性只讀性 只讀性是區(qū)分存儲(chǔ)器種類的又一個(gè)重要特性。只讀性是區(qū)分存儲(chǔ)器種類的又一個(gè)重要特性。 如果某個(gè)

20、存儲(chǔ)器中寫入數(shù)據(jù)后，只能被讀出，但如果某個(gè)存儲(chǔ)器中寫入數(shù)據(jù)后，只能被讀出，但不能寫入，那么這種存儲(chǔ)器叫只讀存儲(chǔ)器，即不能寫入，那么這種存儲(chǔ)器叫只讀存儲(chǔ)器，即ROM（read only memory)；如果一個(gè)存儲(chǔ)器在寫入數(shù)據(jù)；如果一個(gè)存儲(chǔ)器在寫入數(shù)據(jù)后，既可對(duì)它進(jìn)行讀出，又可再對(duì)它修改，那么就叫后，既可對(duì)它進(jìn)行讀出，又可再對(duì)它修改，那么就叫可讀寫存儲(chǔ)器?？勺x寫存儲(chǔ)器。4.1.3 4.1.3 選擇選擇存儲(chǔ)器器件的考慮因素存儲(chǔ)器器件的考慮因素3. 存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量 每個(gè)芯片中的存儲(chǔ)單元的總數(shù)即存儲(chǔ)容量。存每個(gè)芯片中的存儲(chǔ)單元的總數(shù)即存儲(chǔ)容量。存儲(chǔ)容量和芯片集成度有關(guān)，也和器件基本單元的工作儲(chǔ)容量和

21、芯片集成度有關(guān)，也和器件基本單元的工作原理和類型有關(guān)。原理和類型有關(guān)。 內(nèi)存條有內(nèi)存條有8位數(shù)據(jù)寬度的位數(shù)據(jù)寬度的30引線的引線的SIMM（single inline memory module)、 32位數(shù)據(jù)寬度位數(shù)據(jù)寬度的的72引線的引線的SIMM和和64位數(shù)據(jù)寬度的位數(shù)據(jù)寬度的168引線引線DIMM （dual inline memory module)4.1.3 4.1.3 選擇選擇存儲(chǔ)器器件的考慮因素存儲(chǔ)器器件的考慮因素4. 速度速度 存儲(chǔ)器的速度是用存儲(chǔ)器訪問時(shí)間來衡量的。存儲(chǔ)器的速度是用存儲(chǔ)器訪問時(shí)間來衡量的。訪問時(shí)間就是指存儲(chǔ)器接收到穩(wěn)定的地址信號(hào)到完訪問時(shí)間就是指存儲(chǔ)器接收到

22、穩(wěn)定的地址信號(hào)到完成操作的時(shí)間。訪問時(shí)間的長(zhǎng)短決定于許多因素，成操作的時(shí)間。訪問時(shí)間的長(zhǎng)短決定于許多因素，主要與制造器件的工藝有關(guān)。主要與制造器件的工藝有關(guān)。 當(dāng)前，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器主要用兩大類工藝，一類當(dāng)前，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器主要用兩大類工藝，一類是雙極性的是雙極性的TTL技術(shù)，一類是金屬氧化物半導(dǎo)體技術(shù)，一類是金屬氧化物半導(dǎo)體MOS技術(shù)，后者又分技術(shù)，后者又分CMOS和和HMOS等技術(shù)等技術(shù)4.1.3 4.1.3 選擇選擇存儲(chǔ)器器件的考慮因素存儲(chǔ)器器件的考慮因素4. 功耗功耗 在用電池供電的系統(tǒng)中，功耗是非常重要的問在用電池供電的系統(tǒng)中，功耗是非常重要的問題。題。CMOS能夠很好地滿足低功耗要求。但

23、能夠很好地滿足低功耗要求。但CMOS能夠很好地滿足低功耗要求。但能夠很好地滿足低功耗要求。但CMOS器件容量較器件容量較小，并且速度慢。功耗和速度是成正比的。小，并且速度慢。功耗和速度是成正比的。4.1.4 4.1.4 隨機(jī)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器存取存儲(chǔ)器RAMRAM RAM RAM按其結(jié)構(gòu)和工作原理分為靜態(tài)按其結(jié)構(gòu)和工作原理分為靜態(tài)RAMRAM即即SRAMSRAM（static RAM)static RAM)和動(dòng)態(tài)和動(dòng)態(tài)RAMRAM即即DRAMDRAM（dynamic RAM)dynamic RAM)。 SRAMSRAM速度快，速度快，不需要刷新，但片容量低，功耗大。不需要刷新，但片容量低，功耗大。

24、 DRAMDRAM片容量高，但需要刷新，否則其中片容量高，但需要刷新，否則其中的信息就會(huì)丟失。的信息就會(huì)丟失。1. SRAM4.1.4 4.1.4 隨機(jī)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器存取存儲(chǔ)器RAMRAM SRAM保存信息的機(jī)制是基于雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作原理，保存信息的機(jī)制是基于雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作原理，組成雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的組成雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的A、B兩管中，兩管中，A導(dǎo)通導(dǎo)通B截止時(shí)為截止時(shí)為1，反之，反之，A截止截止B導(dǎo)通時(shí)為導(dǎo)通時(shí)為0。其內(nèi)部基本電路中，用。其內(nèi)部基本電路中，用2個(gè)個(gè)晶體管構(gòu)成雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，晶體管構(gòu)成雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，2個(gè)晶體管作為負(fù)載電路，個(gè)晶體管作為負(fù)載電路，還有還有2個(gè)晶體管用來控制雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

25、。個(gè)晶體管用來控制雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。 缺點(diǎn)缺點(diǎn)：容量小、功耗大：容量小、功耗大 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：不需要刷新，簡(jiǎn)化了外部電路：不需要刷新，簡(jiǎn)化了外部電路VCC(+5V)T3T2T1T4VCCT3T1T4T2X地址譯碼線ABD0D0T5T6T7T8(I/O)I/O接Y地址譯碼器AB(a) 六管靜態(tài)存儲(chǔ)單元的原理示意圖 (b) 六管基本存儲(chǔ)電路 2. DRAM（1） DRAM器件器件DRAMDRAM是利用電容存儲(chǔ)電荷的原理來保存信息的，它將晶體是利用電容存儲(chǔ)電荷的原理來保存信息的，它將晶體管結(jié)電容的充電狀態(tài)和放電狀態(tài)分別作為管結(jié)電容的充電狀態(tài)和放電狀態(tài)分別作為1 1和和0 0。DRAMDRAM的基本單元電路簡(jiǎn)

26、單，最簡(jiǎn)單的的基本單元電路簡(jiǎn)單，最簡(jiǎn)單的DRAMDRAM單元只需一個(gè)管單元只需一個(gè)管子構(gòu)成，這使子構(gòu)成，這使DRAMDRAM器件的芯片容量很高，而且功耗低。但器件的芯片容量很高，而且功耗低。但是由于電容會(huì)逐漸放電，所以對(duì)是由于電容會(huì)逐漸放電，所以對(duì)DRAMDRAM必須不斷進(jìn)行讀出和必須不斷進(jìn)行讀出和再寫入，以使泄放的電荷得到補(bǔ)充，也就是刷新。再寫入，以使泄放的電荷得到補(bǔ)充，也就是刷新。 一次刷新過程實(shí)際上就是對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行一次讀取、放大一次刷新過程實(shí)際上就是對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行一次讀取、放大和再寫入。和再寫入。 T 1 E S D E S C D 字選線 數(shù)據(jù)線 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)RAMRAM基本存儲(chǔ)單元基本存儲(chǔ)

27、單元 它由一個(gè)它由一個(gè)MOSMOS管管T T1 1和位和位于其柵極上的分布電容于其柵極上的分布電容c c構(gòu)構(gòu)成。當(dāng)柵極電容成。當(dāng)柵極電容C C上充有電上充有電荷時(shí)，表示該存儲(chǔ)單元保存荷時(shí)，表示該存儲(chǔ)單元保存信息信息“1”1”。反之，當(dāng)柵極。反之，當(dāng)柵極電容上沒有電荷時(shí)，表示該電容上沒有電荷時(shí)，表示該單元保存信息單元保存信息“0”0”。由于。由于柵極電容上的充電與放電是柵極電容上的充電與放電是兩個(gè)對(duì)立的狀態(tài)，因此，它兩個(gè)對(duì)立的狀態(tài)，因此，它可以作為一種基本的存儲(chǔ)單可以作為一種基本的存儲(chǔ)單元。元。 寫操作寫操作：字選擇線為高電平，：字選擇線為高電平，T T1 1管導(dǎo)通，寫信號(hào)通過位管導(dǎo)通，寫信號(hào)通

28、過位線存入電容線存入電容C C中中 讀操作：讀操作：字選擇線仍為高電平，存儲(chǔ)在電容字選擇線仍為高電平，存儲(chǔ)在電容C C上的電荷，上的電荷，通過通過T1T1輸出到數(shù)據(jù)線上，通過讀出放大器，即可得到所輸出到數(shù)據(jù)線上，通過讀出放大器，即可得到所保存的信息。保存的信息。 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)RAMRAM基本存儲(chǔ)單元基本存儲(chǔ)單元 刷新刷新：動(dòng)態(tài)：動(dòng)態(tài)RAMRAM存儲(chǔ)單元實(shí)質(zhì)上是依靠存儲(chǔ)單元實(shí)質(zhì)上是依靠T1T1管柵極電容管柵極電容的充放電原理來保存信息的。時(shí)間一長(zhǎng)，電容上所保的充放電原理來保存信息的。時(shí)間一長(zhǎng)，電容上所保存的電荷就會(huì)泄漏，造成了信息的丟失。因此，在動(dòng)存的電荷就會(huì)泄漏，造成了信息的丟失。因此，在動(dòng)態(tài)態(tài)R

29、AMRAM的使用過程中，必須及時(shí)地向保存的使用過程中，必須及時(shí)地向保存“1”1”的那些的那些存儲(chǔ)單元補(bǔ)充電荷，以維持信息的存在。這一過程，存儲(chǔ)單元補(bǔ)充電荷，以維持信息的存在。這一過程，就稱為動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的刷新操作就稱為動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的刷新操作 Intel2164A Intel2164A是一種是一種64K64K1 1的動(dòng)態(tài)的動(dòng)態(tài)RAMRAM存儲(chǔ)器芯片，它的基本存儲(chǔ)單元就是存儲(chǔ)器芯片，它的基本存儲(chǔ)單元就是采用單管存儲(chǔ)電路，其它的典型芯片有采用單管存儲(chǔ)電路，其它的典型芯片有Ietel 21256/21464Ietel 21256/21464等。等。 （2）動(dòng)態(tài)）動(dòng)態(tài)RAM存儲(chǔ)器芯片存儲(chǔ)器芯片Intel 2

30、164A8位地址鎖存器1/4I/O門 輸出緩沖器A0A1A2A3A4A5A6A7DOUTVDDVSS行時(shí)鐘緩沖器列時(shí)鐘緩沖器寫允許時(shí)鐘緩沖器數(shù)據(jù)輸入緩沖器RASCASWEDIN128128存儲(chǔ)矩陣1/128行譯碼器128128存儲(chǔ)矩陣128讀出放大器1/2(1/128列譯碼器)128讀出放大器128讀出放大器128讀出放大器1/2(1/128列譯碼器)128128存儲(chǔ)矩陣128128存儲(chǔ)矩陣1/128行譯碼器Intel 2164AIntel 2164A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 存儲(chǔ)體存儲(chǔ)體：64K64K1 1的存儲(chǔ)體由的存儲(chǔ)體由4 4個(gè)個(gè)128128128128的存儲(chǔ)陣列的存儲(chǔ)陣列構(gòu)成；構(gòu)成； 地

31、址鎖存器地址鎖存器：由于：由于Intel 2164AIntel 2164A采用雙譯碼方式，故采用雙譯碼方式，故其其1616位地址信息要分兩次送入芯片內(nèi)部。但由于封裝位地址信息要分兩次送入芯片內(nèi)部。但由于封裝的限制，這的限制，這1616位地址信息必須通過同一組引腳分兩次位地址信息必須通過同一組引腳分兩次接收，因此，在芯片內(nèi)部有一個(gè)能保存接收，因此，在芯片內(nèi)部有一個(gè)能保存8 8位地址信息的位地址信息的地址鎖存器；地址鎖存器； 數(shù)據(jù)輸入緩沖器數(shù)據(jù)輸入緩沖器： 用以暫存輸入的數(shù)據(jù)；用以暫存輸入的數(shù)據(jù)； 數(shù)據(jù)輸出緩沖器數(shù)據(jù)輸出緩沖器： 用以暫存要輸出的數(shù)據(jù)；用以暫存要輸出的數(shù)據(jù)； 1/4I/O1/4I/

32、O門電路門電路：由行、列地址信號(hào)的最高位控制，能：由行、列地址信號(hào)的最高位控制，能從相應(yīng)的從相應(yīng)的4 4個(gè)存儲(chǔ)矩陣中選擇一個(gè)進(jìn)行輸入輸出操作；個(gè)存儲(chǔ)矩陣中選擇一個(gè)進(jìn)行輸入輸出操作； 行、列時(shí)鐘緩沖器行、列時(shí)鐘緩沖器：用以協(xié)調(diào)行、列地址的選通信號(hào)；：用以協(xié)調(diào)行、列地址的選通信號(hào)； 寫允許時(shí)鐘緩沖器寫允許時(shí)鐘緩沖器：用以控制芯片的數(shù)據(jù)傳送方向；：用以控制芯片的數(shù)據(jù)傳送方向； 128128讀出放大器讀出放大器：與：與4 4個(gè)個(gè)128128128128存儲(chǔ)陣列相對(duì)應(yīng)，共存儲(chǔ)陣列相對(duì)應(yīng)，共有有4 4個(gè)個(gè)128128讀出放大器，它們能接收由行地址選通的讀出放大器，它們能接收由行地址選通的4 4128128

33、個(gè)存儲(chǔ)單元的信息，經(jīng)放大后，再寫回原存儲(chǔ)單個(gè)存儲(chǔ)單元的信息，經(jīng)放大后，再寫回原存儲(chǔ)單元，是實(shí)現(xiàn)刷新操作的重要部分；元，是實(shí)現(xiàn)刷新操作的重要部分； 1/1281/128行、列譯碼器行、列譯碼器： 分別用來接收分別用來接收7 7位的行、列地址，位的行、列地址，經(jīng)譯碼后，從經(jīng)譯碼后，從128128128128個(gè)存儲(chǔ)單元中選擇一個(gè)確定的存?zhèn)€存儲(chǔ)單元中選擇一個(gè)確定的存儲(chǔ)單元，以便對(duì)其進(jìn)行讀儲(chǔ)單元，以便對(duì)其進(jìn)行讀/ /寫操作。寫操作。Intel 2164AIntel 2164A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（續(xù)）的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（續(xù)）Intel 2164AIntel 2164A的外部結(jié)構(gòu)的外部結(jié)構(gòu)Intel 2164A是具有16個(gè)

34、引腳的雙列直插式集成電路芯片，其引腳安排如圖4-6所示。A0A7：地址信號(hào)的輸入引腳，用來分時(shí)接收CPU送來的8位行、列地址； RAS ：行地址選通信號(hào)輸入引腳，低電平有效，兼作芯片選擇信號(hào)。當(dāng)RASRAS為低電平時(shí)，表明芯片當(dāng)前接收的是行地址； CAS ：列地址選通信號(hào)輸入引腳，低電平有效，表明當(dāng)前正在接收的是列地址(此時(shí)RAS應(yīng)保持為低電平)；WE ： 寫允許控制信號(hào)輸入引腳，當(dāng)其為低電平時(shí)，執(zhí)行寫操作；否則，執(zhí)行讀操作。 DIN：數(shù)據(jù)輸入引腳； DOUT：數(shù)據(jù)輸出引腳； VDD：十5V電源引腳； Css：地； N/C：未用引腳。12345678910111213141516N/CDINW

35、ERASA0A2A1VDDVSSCASDOUTA6A5A4A3A7圖4-6 Intel 2164A引腳（3）DRAM的刷新和的刷新和DRAM控制器控制器 刷新的方法有多種，但最常用的是刷新的方法有多種，但最常用的是“只有行地只有行地址有效址有效”的方法，按照這種方法，刷新時(shí)，存儲(chǔ)體的方法，按照這種方法，刷新時(shí)，存儲(chǔ)體的列地址無效，一次選中存儲(chǔ)體中的一行進(jìn)行刷新。的列地址無效，一次選中存儲(chǔ)體中的一行進(jìn)行刷新。具體執(zhí)行時(shí)，每當(dāng)一個(gè)行地址信號(hào)具體執(zhí)行時(shí)，每當(dāng)一個(gè)行地址信號(hào)RASRAS有效選中某有效選中某一行時(shí)，該行的所有存儲(chǔ)體單元都分別和讀出放大一行時(shí)，該行的所有存儲(chǔ)體單元都分別和讀出放大電路接通，

36、在定時(shí)時(shí)鐘作用下，讀出放大電路分別電路接通，在定時(shí)時(shí)鐘作用下，讀出放大電路分別對(duì)該行存儲(chǔ)單元進(jìn)行一次讀出、放大和重寫，既進(jìn)對(duì)該行存儲(chǔ)單元進(jìn)行一次讀出、放大和重寫，既進(jìn)行刷新。只要在刷新時(shí)限行刷新。只要在刷新時(shí)限2ms2ms中對(duì)中對(duì)DRAMDRAM系統(tǒng)進(jìn)行逐系統(tǒng)進(jìn)行逐行選中，就可實(shí)現(xiàn)全面刷新。行選中，就可實(shí)現(xiàn)全面刷新。（3）DRAM的刷新和的刷新和DRAM控制器控制器(續(xù)）續(xù)）為了實(shí)現(xiàn)刷新，DRAM控制器具有如下功能： 時(shí)序功能時(shí)序功能 ： DRAM控制器需要按固定的時(shí)序提供行地址選通信號(hào)RAS，為此，用一個(gè)計(jì)數(shù)器產(chǎn)生刷新地址，同時(shí)用一個(gè)刷新定時(shí)器產(chǎn)生刷新請(qǐng)求信號(hào)，以次啟動(dòng)一個(gè)刷新周期，刷新地址

37、和刷新請(qǐng)求信號(hào)聯(lián)合產(chǎn)生行地址選通信號(hào)RAS，每刷新一行，又產(chǎn)生下一個(gè)行地址選通信號(hào)。 地址處理功能地址處理功能 ： DRAM控制器一方面要在刷新周期中順序提供行地址，以保證在2ms中使所有的DRAM單元都被刷新一次，另一方面，要用一個(gè)多路開關(guān)對(duì)地址進(jìn)行切換，因?yàn)檎Ｗx寫時(shí)，行地址和列地址來自地址總線，刷新時(shí)只有來自刷新地址計(jì)數(shù)器的行地址而沒有列地址，總線地址則被封鎖。 仲裁功能：仲裁功能： 當(dāng)來自CPU對(duì)內(nèi)存的正常讀寫請(qǐng)求和來自刷新電路的刷新請(qǐng)求同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，仲裁電路要作出仲裁，原則上，CPU的讀寫請(qǐng)求優(yōu)先于刷新請(qǐng)求。內(nèi)部的“讀寫和刷新的仲裁和切換”電路一方面會(huì)實(shí)現(xiàn)仲裁功能，另一方面完成總線地址

38、和刷新地址之間的切換。（3）DRAM的刷新和的刷新和DRAM控制器控制器(續(xù)）續(xù)）刷新定時(shí)器刷新地址計(jì)數(shù)器控制邏輯電路地址譯碼和行/列地址切換地址總線控制總線讀寫地址控制信號(hào)讀寫和刷新的仲裁和切換時(shí)序發(fā)生器RAS0 RASnCAS0 CASnWE其他信號(hào)刷新周期啟動(dòng)刷新請(qǐng)求刷新地址圖圖4.2 DRAM4.2 DRAM控制器的原理圖控制器的原理圖4.1.5 只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器ROM指在微機(jī)系統(tǒng)的在線運(yùn)行過程中，只能對(duì)其進(jìn)行讀指在微機(jī)系統(tǒng)的在線運(yùn)行過程中，只能對(duì)其進(jìn)行讀操作，而不能進(jìn)行寫操作的一類存儲(chǔ)器操作，而不能進(jìn)行寫操作的一類存儲(chǔ)器，在不斷發(fā)在不斷發(fā)展變化的過程中，也產(chǎn)生了掩模型展變化的過程

39、中，也產(chǎn)生了掩模型ROMROM、可編程只讀、可編程只讀性性PROMPROM、可擦出可編程、可擦出可編程EPROMEPROM、EEPROMEEPROM、閃爍存儲(chǔ)、閃爍存儲(chǔ)器器FLASHFLASH等各種不同類型。等各種不同類型。ROMROM器件有兩個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)：器件有兩個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所以位密度比可讀寫存儲(chǔ)器高。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所以位密度比可讀寫存儲(chǔ)器高。 具有非易失性，所以可靠性高。具有非易失性，所以可靠性高。如圖如圖4-11所示，是一個(gè)簡(jiǎn)單的所示，是一個(gè)簡(jiǎn)單的44位的位的MOS ROM存儲(chǔ)陣列，采用單譯碼方式。這時(shí)，有存儲(chǔ)陣列，采用單譯碼方式。這時(shí)，有兩位地址輸入，經(jīng)譯碼后，輸出四條字選擇

40、兩位地址輸入，經(jīng)譯碼后，輸出四條字選擇線，每條字選擇線選中一個(gè)字，此時(shí)位線的線，每條字選擇線選中一個(gè)字，此時(shí)位線的輸出即為這個(gè)字的每一位。此時(shí)，若有管子輸出即為這個(gè)字的每一位。此時(shí)，若有管子與其相連（如位線與其相連（如位線1和位線和位線4），則相應(yīng)的），則相應(yīng)的MOS管就導(dǎo)通，這些位線的輸出就是低電表管就導(dǎo)通，這些位線的輸出就是低電表平，表示邏輯平，表示邏輯“0”；而沒有管子與其相連的；而沒有管子與其相連的位線（如位線位線（如位線2和位線和位線3），則輸出就是高電），則輸出就是高電平，表示邏輯平，表示邏輯“1” 。 一、掩膜型一、掩膜型ROM 掩膜型掩膜型ROMROM中的信息是廠家根據(jù)用戶給定

41、的程序或數(shù)據(jù)對(duì)芯片掩膜進(jìn)行中的信息是廠家根據(jù)用戶給定的程序或數(shù)據(jù)對(duì)芯片掩膜進(jìn)行二次光刻而決定的。根據(jù)制造技術(shù)，掩膜型二次光刻而決定的。根據(jù)制造技術(shù)，掩膜型ROMROM又可分為又可分為MOSMOS型和雙極性兩種。型和雙極性兩種。MOSMOS型功耗小，但速度比較慢，微型機(jī)系統(tǒng)中用的型功耗小，但速度比較慢，微型機(jī)系統(tǒng)中用的ROMROM主要是這種類型。雙極主要是這種類型。雙極性速度比性速度比MOSMOS型快，但功耗大，只用在速度較高的系統(tǒng)中。型快，但功耗大，只用在速度較高的系統(tǒng)中。圖4-11 簡(jiǎn)單的44位的MOS ROM存儲(chǔ)陣列 掩膜掩膜ROMROM的存儲(chǔ)單元在生產(chǎn)完成之后，其所保存的信息的存儲(chǔ)單元在

42、生產(chǎn)完成之后，其所保存的信息就已經(jīng)固定下來了，這給使用者帶來了不便。為了解決這就已經(jīng)固定下來了，這給使用者帶來了不便。為了解決這個(gè)矛盾，設(shè)計(jì)制造了一種可由用戶通過簡(jiǎn)易設(shè)備寫入信息個(gè)矛盾，設(shè)計(jì)制造了一種可由用戶通過簡(jiǎn)易設(shè)備寫入信息的的ROMROM器件，即可編程的器件，即可編程的ROMROM，又稱為，又稱為PROMPROM。PROM PROM 的類型有多種，我們以二極管破壞型的類型有多種，我們以二極管破壞型PROMPROM為例來說為例來說明其存儲(chǔ)原理。這種明其存儲(chǔ)原理。這種PROMPROM存儲(chǔ)器在出廠時(shí)，存儲(chǔ)體中每條存儲(chǔ)器在出廠時(shí)，存儲(chǔ)體中每條字線和位線的交叉處都是兩個(gè)反向串聯(lián)的二極管的字線和位線

43、的交叉處都是兩個(gè)反向串聯(lián)的二極管的PNPN結(jié)，結(jié)，字線與位線之間不導(dǎo)通，此時(shí)，意味著該存儲(chǔ)器中所有的字線與位線之間不導(dǎo)通，此時(shí)，意味著該存儲(chǔ)器中所有的存儲(chǔ)內(nèi)容均為存儲(chǔ)內(nèi)容均為“1”1”。如果用戶需要寫入程序，則要通過專。如果用戶需要寫入程序，則要通過專門的門的PROMPROM寫入電路，產(chǎn)生足夠大的電流把要寫入寫入電路，產(chǎn)生足夠大的電流把要寫入“1”1”的那的那個(gè)存儲(chǔ)位上的二極管擊穿，造成這個(gè)個(gè)存儲(chǔ)位上的二極管擊穿，造成這個(gè)PNPN結(jié)短路，只剩下順結(jié)短路，只剩下順向的二極管跨連字線和位線，這時(shí)，此位就意味著寫入了向的二極管跨連字線和位線，這時(shí)，此位就意味著寫入了“1”1”。讀出的操作同掩模。讀出

44、的操作同掩模ROMROM。 二、可編程的二、可編程的ROM（PROM）二、可編程的二、可編程的ROM（PROM）（續(xù)）（續(xù)）除此之外，還有一種熔絲式除此之外，還有一種熔絲式PROMPROM，用戶編程時(shí)，靠，用戶編程時(shí)，靠專用寫入電路產(chǎn)生脈沖電流，來燒斷指定的熔絲，以專用寫入電路產(chǎn)生脈沖電流，來燒斷指定的熔絲，以達(dá)到寫入達(dá)到寫入“1”1”的目的。的目的。 對(duì)對(duì)PROMPROM來講，這個(gè)寫入的過程稱之為固化程序。來講，這個(gè)寫入的過程稱之為固化程序。由于擊穿的二極管不能再正常工作，燒斷后的熔絲不由于擊穿的二極管不能再正常工作，燒斷后的熔絲不能再接上，所以這種能再接上，所以這種ROMROM器件只能固化

45、一次程序，數(shù)器件只能固化一次程序，數(shù)據(jù)寫入后，就不能再改變了據(jù)寫入后，就不能再改變了。與普通的與普通的P溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOS電路電路相似，這種相似，這種EPROM電路在電路在N型的基型的基片上擴(kuò)展了兩個(gè)高濃度的片上擴(kuò)展了兩個(gè)高濃度的P型區(qū)，分型區(qū)，分別引出源極（別引出源極（S）和漏極）和漏極(D)，在源，在源極與漏極之間有一個(gè)由多晶硅做成極與漏極之間有一個(gè)由多晶硅做成的柵極，但它是浮空的，被絕緣物的柵極，但它是浮空的，被絕緣物SiO2所包圍。在芯片制作完成時(shí)，所包圍。在芯片制作完成時(shí)，每個(gè)單元的浮動(dòng)?xùn)艠O上都沒有電荷每個(gè)單元的浮動(dòng)?xùn)艠O上都沒有電荷，所以管子內(nèi)沒有導(dǎo)電溝道，源極，所以管子內(nèi)沒

46、有導(dǎo)電溝道，源極與漏極之間不導(dǎo)電，其相應(yīng)的等效與漏極之間不導(dǎo)電，其相應(yīng)的等效電路如圖電路如圖4-12(b)所示，此時(shí)表示該所示，此時(shí)表示該存儲(chǔ)單元保存的信息為存儲(chǔ)單元保存的信息為“1”。P+P+AlSiO2SD浮空多晶硅柵N基體字線EPROM(a)(b)位線可擦除可編程的可擦除可編程的ROMROM又稱為又稱為EPROMEPROM。它的基本存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)和工作原理如。它的基本存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)和工作原理如圖圖4-124-12所示。所示。三、三、 可擦除可擦除、可編程的可編程的ROM（EPROM）1基本存儲(chǔ)電路基本存儲(chǔ)電路 圖4-12 P溝道EPROM結(jié)構(gòu)示意圖向該單元寫入信息“0”：在漏極和源極（即

47、S）之間加上十25v的電壓，同時(shí)加上編程脈沖信號(hào)(寬度約為50ns)，所選中的單元在這個(gè)電壓的作用下，漏極與源極之間被瞬時(shí)擊穿，就會(huì)有電子通過SiO2絕緣層注入到浮動(dòng)?xùn)?。在高壓電源去除之后，因?yàn)楦?dòng)?xùn)疟籗iO2絕緣層包圍，所以注入的電子無泄漏通道，浮動(dòng)?xùn)艦樨?fù)，就形成了導(dǎo)電溝道，從而使相應(yīng)單元導(dǎo)通，此時(shí)說明將0寫入該單元。清除存儲(chǔ)單元中所保存的信息：必須用一定波長(zhǎng)的紫外光照射浮動(dòng)?xùn)?，使?fù)電荷獲取足夠的能量，擺脫SiO2的包圍，以光電流的形式釋放掉，這時(shí)，原來存儲(chǔ)的信息也就不存在了。 由這種存儲(chǔ)單元所構(gòu)成的ROM存儲(chǔ)器芯片，在其上方有一個(gè)石英玻璃的窗口，紫外線正是通過這個(gè)窗口來照射其內(nèi)部電路而擦除

48、信息的，一般擦除信息需用紫外線照射l520分鐘。1基本存儲(chǔ)電路（續(xù)）基本存儲(chǔ)電路（續(xù)） Intel2716是一種是一種2K8的的EPROM存儲(chǔ)器芯片，雙列直插式封裝，存儲(chǔ)器芯片，雙列直插式封裝，24個(gè)引腳，個(gè)引腳，其最基本的存儲(chǔ)單元，就是采用如上所述的帶有浮動(dòng)?xùn)诺钠渥罨镜拇鎯?chǔ)單元，就是采用如上所述的帶有浮動(dòng)?xùn)诺腗OS管，其它的典型管，其它的典型芯片有芯片有Ietel 2732/27128/27512等。等。 芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu) Intel 2716存儲(chǔ)器芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖所示，其主要組成部分包括：存儲(chǔ)器芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖所示，其主要組成部分包括：A1A2A3A4A5A6A7

49、O1O2O0A0地VCCA8A9VPPOEA10CEO7O6O5O4O3VCC地VPPOEOE輸出允許片選 和編程邏輯譯碼y x譯碼輸出緩沖. 門y16K Bit存儲(chǔ)矩陣地址輸入 數(shù)據(jù)輸出O0O7A0A101234567891011121314151617181920212223242EPROM 芯片芯片Intel 2716 (a) 引腳分配圖 (b) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 存儲(chǔ)陣列存儲(chǔ)陣列：Intel2716Intel2716存儲(chǔ)器芯片的存儲(chǔ)器芯片的存儲(chǔ)陣列由存儲(chǔ)陣列由2K2K8 8個(gè)帶有浮動(dòng)?xùn)诺膫€(gè)帶有浮動(dòng)?xùn)诺腗OSMOS管管構(gòu)成，共可保存構(gòu)成，共可保存2K2K8 8位二進(jìn)制信息；位二進(jìn)制信息； X

50、 X譯碼器譯碼器：又稱為行譯碼器，可對(duì)：又稱為行譯碼器，可對(duì)7 7位位行地址進(jìn)行譯碼；行地址進(jìn)行譯碼； Y Y譯碼器譯碼器：又稱為列譯碼器，可對(duì)：又稱為列譯碼器，可對(duì)4 4位位列地址進(jìn)行譯碼；列地址進(jìn)行譯碼； 輸出允許、片選和編程邏輯輸出允許、片選和編程邏輯：實(shí)現(xiàn)片：實(shí)現(xiàn)片選及控制信息的讀選及控制信息的讀/ /寫；寫； 數(shù)據(jù)輸出緩沖器數(shù)據(jù)輸出緩沖器：實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出數(shù)據(jù)的：實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出數(shù)據(jù)的緩沖。緩沖。圖4-13Intel2716具有24個(gè)引腳，其引腳分配如圖4-13(a)所示，各引腳的功能如下： Al0A0：地址信號(hào)輸入引腳，可尋址芯片的2K個(gè)存儲(chǔ)單元； O7O0： 雙向數(shù)據(jù)信號(hào)輸入輸出引腳； CE

51、：片選信號(hào)輸入引腳，低電平有效，只有當(dāng)該引腳轉(zhuǎn)入低電平時(shí)，才能對(duì)相應(yīng)的芯片進(jìn)行操作； OE：數(shù)據(jù)輸出允許控制信號(hào)引腳，輸入，低電平有效，用以允許數(shù)據(jù)輸出； Vcc：+5v電源，用于在線的讀操作； VPP：+25v電源，用于在專用裝置上進(jìn)行寫操作； GND：地。(2) 芯片的外部結(jié)構(gòu)：芯片的外部結(jié)構(gòu)：3EPROM 芯片芯片Intel 2764A12A0D7D0PGMCEVppVcc2764 EPROM在初始狀態(tài)下，所有的數(shù)位均為“1”，寫入時(shí)，只能將“1”改變?yōu)椤?”，用紫外線光源抹除時(shí)，才能將“0”變?yōu)椤?”。 EPROM通常有幾種工作方式，既讀方式、編程方式和校驗(yàn)方式。 讀方式就是對(duì)已經(jīng)寫入

52、數(shù)據(jù)的EPROM進(jìn)行讀取，這和一般存儲(chǔ)器的讀操作一樣，Vpp和Vcc接5V電壓，當(dāng)片選信號(hào)CE和地址信號(hào)有效時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)讀操作。 編程方式就是對(duì)EPROM進(jìn)行寫操作，此時(shí)， Vcc仍加5V電壓， Vpp引腳按廠家要求加上2125V的電壓，CE為高電平，從A12 A0端輸入要編程的單元的地址，在D7 D0端輸入數(shù)據(jù)，這時(shí)，再在PGM端加上5V編程脈沖，便可進(jìn)行編程。 校驗(yàn)方式總是與編程方式配合使用的，以便在每次寫入1個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后，緊接著將寫入的數(shù)據(jù)讀出，去檢查寫入的信息是否正確。在校驗(yàn)方式下， Vpp和 Vcc與編程方式時(shí)候的接法一樣， CE端為低電平，編程脈沖端也是低電平。四、電可擦除可編程序

53、的四、電可擦除可編程序的ROM(Electronic Erasible Programmable ROM) EPROM盡管可以擦除后重新編程，但擦除時(shí)需用紫外線光源，使用起來仍然不太方便?，F(xiàn)在常用一種可用電擦除的可編程的ROM，簡(jiǎn)稱為E2PROM。 E2PROM通常有4種工作方式，即讀方式、寫方式、字節(jié)擦除方式和整體擦除方式。 讀方式是E2PROM最常用的工作方式，如同對(duì)普通ROM的操作，用來讀取其中的信息；寫方式，對(duì)E2PROM進(jìn)行編程；字節(jié)擦除方式下，可以擦除某個(gè)指定的字節(jié)；整體擦除方式下，使整片E2PROM中的內(nèi)容全部擦除。五、五、 快擦型存儲(chǔ)器快擦型存儲(chǔ)器(F1ash Memory)

54、快擦型存儲(chǔ)器又稱閃爍存儲(chǔ)器，它是不用電池供電的、高速耐用的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，它以性能好、功耗低、體積小、重量輕等特點(diǎn)活躍于便攜機(jī)(膝上型、筆記本型等)存儲(chǔ)器市場(chǎng)，但價(jià)格較貴。 快擦型存儲(chǔ)器具有EEPROM的特點(diǎn)，又可在計(jì)算機(jī)內(nèi)進(jìn)行擦除和編程，它的讀取時(shí)間與DRAM相似，而寫時(shí)間與磁盤驅(qū)動(dòng)器相當(dāng)?？觳列痛鎯?chǔ)器有5V或12V兩種供電方式。對(duì)于便攜機(jī)來講，用5V電源更為合適?？觳列痛鎯?chǔ)器操作簡(jiǎn)便，編程、擦除、校驗(yàn)等工作均已編成程序，可由配有快擦型存儲(chǔ)器系統(tǒng)的中央處理機(jī)予以控制。 快擦型存儲(chǔ)器可替代EEPROM，在某些應(yīng)用場(chǎng)合還可取代SRAM，尤其是對(duì)于需要配備電池后援的SRAM系統(tǒng)，使用快擦型存

55、儲(chǔ)器后可省去電池?？觳列痛鎯?chǔ)器的非易失性和快速讀取的特點(diǎn)，能滿足固態(tài)盤驅(qū)動(dòng)器的要求，同時(shí)，可替代便攜機(jī)中的ROM，以便隨時(shí)寫入最新版本的操作系統(tǒng)?？觳列痛鎯?chǔ)器還可應(yīng)用于激光打印機(jī)、條形碼閱讀器、各種儀器設(shè)備以及計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備中。典型的芯片有27F256/28F016/28F020等。習(xí)題與思考：習(xí)題與思考：1試說明存儲(chǔ)器系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)。2存儲(chǔ)器的哪一部分用來存儲(chǔ)程序指令及像常數(shù)和查找表一類的固定不變的信息？哪一部分用來存儲(chǔ)經(jīng)常改變的數(shù)據(jù)？3術(shù)語“非易失性存儲(chǔ)器”是什么意思？PROM和EPROM分別代表什么意思？4微型計(jì)算機(jī)中常用的存儲(chǔ)器有哪些類型？它們各有何特點(diǎn)？分別適用于哪些場(chǎng)合？5試

56、比較靜態(tài)RAM和動(dòng)態(tài)RAM的優(yōu)缺點(diǎn)，并說明有何種方法可解決掉電時(shí)動(dòng)態(tài)RAM6計(jì)算機(jī)的電源掉電后再接電時(shí)（系統(tǒng)中無掉電保護(hù)裝置），存儲(chǔ)在各類存儲(chǔ)器中的信息是否仍能保存？試從各類存儲(chǔ)器的基本原理上來分析說明。7“ROM是只讀存儲(chǔ)器”這種說法正確嗎？正確的說法應(yīng)該怎樣？8試從ROM器件的發(fā)展過程，說明讀、寫之間的辯證關(guān)系。4.1.6 4.1.6 存儲(chǔ)器在系統(tǒng)中的連接考慮和使用舉例存儲(chǔ)器在系統(tǒng)中的連接考慮和使用舉例1. 存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)器和CPU的連接考慮的連接考慮存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)器和CPUCPU之間通過地址線、數(shù)據(jù)線和控制線實(shí)現(xiàn)連接之間通過地址線、數(shù)據(jù)線和控制線實(shí)現(xiàn)連接時(shí)，要考慮如下幾個(gè)問題。時(shí)，要考慮如下

57、幾個(gè)問題。（1 1）高速）高速CPUCPU和較低速度存儲(chǔ)器之間的速度匹配問題。和較低速度存儲(chǔ)器之間的速度匹配問題。（2 2）CPUCPU總線的負(fù)載能力問題?？偩€的負(fù)載能力問題。（3 3）片選信號(hào)和行地址、列地址的產(chǎn)生機(jī)制。）片選信號(hào)和行地址、列地址的產(chǎn)生機(jī)制。2. SRAM的使用舉例的使用舉例B A OE T芯片允許信號(hào)邏輯電路地址譯碼器B A OE T寫脈沖發(fā)生器延遲MRDCMWTCD7D0D7D0A19A14A12A13A11A0D7D0WECECE0CE1CE2CE3A11A0模塊選擇讀寫控制8286（2片）82864KX8b靜態(tài)RAM3. DRAM和和DRAM控制器的使用舉控制器的使用

58、舉例例M/IOWRA0A9D7D4CSWE2114 (1)A0A9D3D0CSWE2114 (1)A0A9D7D4CSWE2114 (2)A0A9D3D0CSWE2114 (2)2:4譯碼器A11A10A0A9D7D010A11A10譯碼器A9A9A0A0WRWEI/OI/OCS2114 (1).D0D3D4D7A9A0WEI/OI/OCS2114 (2). . . . .8088Y0M/IO4.2 微型機(jī)系統(tǒng)中存儲(chǔ)器的體系結(jié)構(gòu)微型機(jī)系統(tǒng)中存儲(chǔ)器的體系結(jié)構(gòu) 4.2 .1 4.2 .1 層次化的存儲(chǔ)器體系結(jié)構(gòu)層次化的存儲(chǔ)器體系結(jié)構(gòu) 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，整個(gè)存儲(chǔ)器體微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，整個(gè)存儲(chǔ)器體系采

59、用層次化結(jié)構(gòu)。這種層次化結(jié)構(gòu)系采用層次化結(jié)構(gòu)。這種層次化結(jié)構(gòu)不但出現(xiàn)在存儲(chǔ)器總體結(jié)構(gòu)中，也出不但出現(xiàn)在存儲(chǔ)器總體結(jié)構(gòu)中，也出現(xiàn)在內(nèi)存結(jié)構(gòu)中?，F(xiàn)在內(nèi)存結(jié)構(gòu)中。1. 1. 層次化總體結(jié)構(gòu)層次化總體結(jié)構(gòu) 層次化層次化：把各種速度不同、容量不同、存儲(chǔ)：把各種速度不同、容量不同、存儲(chǔ)技術(shù)也可能不同的存儲(chǔ)設(shè)備分為幾層，通過硬技術(shù)也可能不同的存儲(chǔ)設(shè)備分為幾層，通過硬件和管理軟件組成一個(gè)既有足夠大的空間又能件和管理軟件組成一個(gè)既有足夠大的空間又能保證滿足保證滿足CPUCPU存取速度要求而且價(jià)格適中的整體。存取速度要求而且價(jià)格適中的整體。這樣的存儲(chǔ)器具有最好的性能價(jià)格比。這樣的存儲(chǔ)器具有最好的性能價(jià)格比。1.

60、1. 層次化總體結(jié)構(gòu)層次化總體結(jié)構(gòu)分層結(jié)構(gòu)思想分層結(jié)構(gòu)思想：用：用CacheCache、內(nèi)存和輔存來構(gòu)、內(nèi)存和輔存來構(gòu)成層次式的存儲(chǔ)器，按使用頻度將數(shù)據(jù)分為成層次式的存儲(chǔ)器，按使用頻度將數(shù)據(jù)分為不同的檔次分放在不同的存儲(chǔ)器中，不同層不同的檔次分放在不同的存儲(chǔ)器中，不同層次的存儲(chǔ)器之間可以互相傳輸。次的存儲(chǔ)器之間可以互相傳輸。1. 1. 層次化總體結(jié)構(gòu)層次化總體結(jié)構(gòu) Cache Cache是速度最快的存儲(chǔ)器，是靜態(tài)是速度最快的存儲(chǔ)器，是靜態(tài)RAMRAM類類型，存取速度和型，存取速度和CPUCPU的速度相匹配，但價(jià)格也較的速度相匹配，但價(jià)格也較高，且容量較小。高，且容量較小。CPUCPU運(yùn)行過程中