第5章存儲器系統(tǒng)課件

1、1第第5 5章章 存儲器存儲器系統(tǒng)系統(tǒng)2主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：n存儲器系統(tǒng)的概念存儲器系統(tǒng)的概念n半導體存儲器的分類及其特點半導體存儲器的分類及其特點n半導體存儲芯片的外部特性及其與系統(tǒng)的連接半導體存儲芯片的外部特性及其與系統(tǒng)的連接n存儲器擴展技術存儲器擴展技術n高速緩存高速緩存35.1 概概 述述主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：n存儲器系統(tǒng)及其主要技術指標存儲器系統(tǒng)及其主要技術指標n半導體存儲器的分類及特點半導體存儲器的分類及特點n兩類半導體存儲器的主要區(qū)別兩類半導體存儲器的主要區(qū)別4一、存儲器系統(tǒng)一、存儲器系統(tǒng)51. 存儲器系統(tǒng)的一般概念存儲器系統(tǒng)的一般概念n將兩個或兩個以上速度、容量和價格各不相同將兩

2、個或兩個以上速度、容量和價格各不相同 的存儲器用硬件、軟件或軟硬件相結合的方法的存儲器用硬件、軟件或軟硬件相結合的方法 連接起來連接起來n系統(tǒng)的存儲速度接近最快的存儲器，容量接近系統(tǒng)的存儲速度接近最快的存儲器，容量接近 最大的存儲器。最大的存儲器。構成存儲系統(tǒng)。構成存儲系統(tǒng)。62. 兩種存儲系統(tǒng)兩種存儲系統(tǒng)n在一般計算機中主要有兩種存儲系統(tǒng)：在一般計算機中主要有兩種存儲系統(tǒng)：Cache存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)主存儲器主存儲器高速緩沖存儲器高速緩沖存儲器虛擬存儲系統(tǒng)虛擬存儲系統(tǒng)主存儲器主存儲器磁盤存儲器磁盤存儲器7Cache存儲器系統(tǒng)存儲器系統(tǒng)nCache（高速緩沖存儲器）（高速緩沖存儲器）n速度快，容

3、量小速度快，容量小n主內(nèi)存：主內(nèi)存：n速度慢，容量大速度慢，容量大nCache存儲系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)管理。對程序員存儲系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)管理。對程序員是透明的。是透明的。n設計目標：設計目標：n提高存取速度提高存取速度CPUCache主存主存虛擬存儲器系統(tǒng)虛擬存儲器系統(tǒng)n虛擬存儲器系統(tǒng)由主內(nèi)存和部分磁盤存儲器虛擬存儲器系統(tǒng)由主內(nèi)存和部分磁盤存儲器構成。構成。n虛擬存儲系統(tǒng)由操作系統(tǒng)管理，對應用程序虛擬存儲系統(tǒng)由操作系統(tǒng)管理，對應用程序員透明。員透明。n設計目標：設計目標：n增加存儲容量增加存儲容量8主存儲器主存儲器磁盤存儲器磁盤存儲器93. 主要性能指標主要性能指標n存儲容量存儲容量（S S）（字節(jié)、

4、千字節(jié)、兆字節(jié)等）（字節(jié)、千字節(jié)、兆字節(jié)等）n存取時間存取時間（T T）（與系統(tǒng)命中率有關）（與系統(tǒng)命中率有關）n命中率（命中率（H H）nT=HT=H* *T T1 1+ +（1-H1-H）* *T T2 2n訪問效率（訪問效率（e e）n單位容量價格（單位容量價格（C C）104. 微機中存儲器的層次結構微機中存儲器的層次結構 通用寄存器組及通用寄存器組及 指令、數(shù)據(jù)緩沖棧指令、數(shù)據(jù)緩沖棧高速緩存高速緩存主存儲器主存儲器聯(lián)機外存儲器聯(lián)機外存儲器脫機外存儲器脫機外存儲器片內(nèi)存儲部件片內(nèi)存儲部件內(nèi)存儲部件內(nèi)存儲部件外存儲部件外存儲部件n微機擁有不同類型的存儲部件微機擁有不同類型的存儲部件n由上

5、至下容量越來越大，但速度越來越慢由上至下容量越來越大，但速度越來越慢11存儲器：內(nèi)存、外存存儲器：內(nèi)存、外存n內(nèi)存內(nèi)存存放當前運行的程序和數(shù)據(jù)。存放當前運行的程序和數(shù)據(jù)。n特點：快，容量小，隨機存取，特點：快，容量小，隨機存取，CPU可直接訪問?？芍苯釉L問。n通常由半導體存儲器構成通常由半導體存儲器構成nRAM、ROMn外存外存存放非當前使用的程序和數(shù)據(jù)。存放非當前使用的程序和數(shù)據(jù)。n特點：慢，容量大，順序存取特點：慢，容量大，順序存取/塊存取。塊存取。n需調入內(nèi)存后需調入內(nèi)存后CPU才能訪問。才能訪問。n通常由磁、光存儲器構成，也可以由半導體存儲器構成通常由磁、光存儲器構成，也可以由半導體存

6、儲器構成n磁盤、磁帶、磁盤、磁帶、CD-ROM、DVD-ROM、固態(tài)盤、固態(tài)盤12二、半導體存儲器二、半導體存儲器131. 半導體存儲器半導體存儲器n半導體存儲器由能夠表示二進制數(shù)半導體存儲器由能夠表示二進制數(shù)“0”和和“1”的、具有記憶功能的半導體器件組成。的、具有記憶功能的半導體器件組成。n能存放一位二進制數(shù)的半導體器件稱為一個存能存放一位二進制數(shù)的半導體器件稱為一個存 儲元。儲元。n若干存儲元構成一個存儲單元。若干存儲元構成一個存儲單元。142.半導體存儲器的分類半導體存儲器的分類153. 主要技術指標主要技術指標n存儲容量存儲容量n存儲單元個數(shù)存儲單元個數(shù)每單元的二進制數(shù)位數(shù)每單元的二

7、進制數(shù)位數(shù)n存取時間存取時間n實現(xiàn)一次讀實現(xiàn)一次讀/ /寫所需要的時間寫所需要的時間n存取周期存取周期n連續(xù)啟動兩次獨立的存儲器操作所需間隔的最小連續(xù)啟動兩次獨立的存儲器操作所需間隔的最小時間時間n可靠性可靠性n平均故障間隔時間平均故障間隔時間MTBFn功耗功耗165.2 5.2 隨機存取存儲器隨機存取存儲器掌握：掌握：nSRAM與與DRAM的主要特點的主要特點n幾種常用存儲器芯片及其與系統(tǒng)的連接幾種常用存儲器芯片及其與系統(tǒng)的連接n存儲器擴展技術存儲器擴展技術17一、靜態(tài)存儲器一、靜態(tài)存儲器SRAM181. SRAM的基本存儲電路的基本存儲電路n存儲元由存儲元由6個個MOS管組成的雙穩(wěn)電路構成

8、，存管組成的雙穩(wěn)電路構成，存儲信息穩(wěn)定。儲信息穩(wěn)定。p1992. SRAM的特點的特點n用雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器存儲信息。用雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器存儲信息。n速度快（速度快（5ns），不需刷新，外圍電路比較簡單，），不需刷新，外圍電路比較簡單，但集成度低（存儲容量小，約但集成度低（存儲容量小，約1Mbit/片），功耗大。片），功耗大。n在在PC機中，機中，SRAM被廣泛地用作高速緩沖存儲器被廣泛地用作高速緩沖存儲器Cache。n對容量為對容量為M*N的的SRAM芯片，其地址線數(shù)芯片，其地址線數(shù)=2M；數(shù)；數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線數(shù)=N。反之，若。反之，若SRAM芯片的地址線數(shù)為芯片的地址線數(shù)為K，則，則可以推斷其單元數(shù)為可以

9、推斷其單元數(shù)為2K個。個。19203. 典型典型SRAM芯片芯片掌握：掌握： n主要引腳功能主要引腳功能n工作時序工作時序n與系統(tǒng)的連接使用與系統(tǒng)的連接使用21典型典型SRAM芯片芯片SRAM6264：n容量：容量：8K X 8bn外部引線圖外部引線圖6264外部引腳圖外部引腳圖226264芯片的主要引線芯片的主要引線n地址線：地址線：A0-A12；n數(shù)據(jù)線：數(shù)據(jù)線：D0-D7；n輸出允許信號：輸出允許信號：OE；n寫允許信號：寫允許信號：WE；n選片信號：選片信號：CS1，CS2。6264D7-D0A12-A0OEWECS1CS26264外部引線圖外部引線圖6264操作與控制信號對應關系操作

10、與控制信號對應關系23246264的工作過程的工作過程n寫操作寫操作 工作時序工作時序6264的工作過程的工作過程n讀操作讀操作 254. 半導體存儲器總線接口原理半導體存儲器總線接口原理n深入理解深入理解n8088總線信號總線信號n主存儲器的編址主存儲器的編址n半導體存儲器與總線的連接方式半導體存儲器與總線的連接方式26278 80 08 88 8總總線線A19-A0A15-A0MEMR、MEMWIOR、IOW 存儲器存儲器輸入輸入/輸出輸出RD、WRIO/M（1 1）80888088總線信號總線信號（2 2）微機中的主內(nèi)存微機中的主內(nèi)存n微機中的主內(nèi)存可能由多片存儲芯片（存儲微機中的主內(nèi)存

11、可能由多片存儲芯片（存儲體）構成；體）構成；n每片存儲器芯片（每個存儲體）上都含若干每片存儲器芯片（每個存儲體）上都含若干存儲單元，每個存儲單元在整個內(nèi)存空間中存儲單元，每個存儲單元在整個內(nèi)存空間中都必須具有惟一的地址。都必須具有惟一的地址。2829（3 3）存儲器編址存儲器編址001100001111000001011010低位地址低位地址高位地址高位地址30存儲器編址存儲器編址片選地址（高位）片選地址（高位）片內(nèi)地址（低位）片內(nèi)地址（低位）內(nèi)存地址內(nèi)存地址n微型機中的主存儲器采用高位地址交叉訪問方微型機中的主存儲器采用高位地址交叉訪問方式式n用高位地址選擇芯片，低位地址選擇芯片內(nèi)的單元用高

12、位地址選擇芯片，低位地址選擇芯片內(nèi)的單元n若芯片容量（單元數(shù)）為若芯片容量（單元數(shù)）為m，則：，則：n低位地址的位數(shù)=m2log316264芯片的編址芯片的編址片首地址片首地址A19A12A0A19A12A00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0X X X X X X XX X X X X X X 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1片尾地址片尾地址32（4 4）存儲器與系統(tǒng)總線的連接存儲器與系統(tǒng)總線的連接001100001111000001011010CS00譯譯碼碼器器1CS存儲器構建原理：存儲器構建原理：33高位交叉訪問存儲器的連接原理示意圖：高位交叉訪問存儲器

13、的連接原理示意圖：低位地址用低位地址用于選擇芯片于選擇芯片上的單元上的單元高位地址用高位地址用于選中芯片于選中芯片346264芯片與系統(tǒng)的連接芯片與系統(tǒng)的連接D0D7A0A12WEOECS1CS2A0A12MEMWMEMR譯碼譯碼電路電路高位地高位地址信號址信號D0D7SRAM 62648088總線總線+5V355. 譯碼電路譯碼電路n所謂譯碼就是將輸入的一組二進制編碼變所謂譯碼就是將輸入的一組二進制編碼變換為一個特定的輸出信號。換為一個特定的輸出信號。n將輸入的一組高位地址信號通過變換，產(chǎn)將輸入的一組高位地址信號通過變換，產(chǎn) 生一個有效的輸出信號，用于選中某一個生一個有效的輸出信號，用于選中

14、某一個 存儲器芯片，從而確定了該存儲器芯片在存儲器芯片，從而確定了該存儲器芯片在 內(nèi)存中的地址范圍。內(nèi)存中的地址范圍。n用專門的譯碼器或基本邏輯門電路實現(xiàn)用專門的譯碼器或基本邏輯門電路實現(xiàn)36譯碼方式譯碼方式n全地址譯碼全地址譯碼n部分地址譯碼部分地址譯碼37（1 1）全地址譯碼全地址譯碼n特點：特點：n用全部的高位地址信號作為譯碼信號；用全部的高位地址信號作為譯碼信號；n使存儲器芯片的每一個單元都占據(jù)一個唯一的內(nèi)使存儲器芯片的每一個單元都占據(jù)一個唯一的內(nèi)存地址。存地址。3862646264芯片全地址譯碼例芯片全地址譯碼例A19A18A17A16A15A14A13& 1CS11SRAM

15、 6264CS2+5V011110003962646264芯片全地址譯碼例芯片全地址譯碼例片首地址片首地址A19A12A0A19A12A00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 1 1 1 0 0 01 1 1 1 0 0 01 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1片尾地址片尾地址該該6264芯片的地址范圍芯片的地址范圍 = F0000HF1FFFH40全地址譯碼例全地址譯碼例n若已知某若已知某SRAM 6264芯片在內(nèi)存中的地址為：芯片在內(nèi)存中的地址為： 3E000H3FFFFHn試畫出將該芯片連接到系統(tǒng)的譯碼電路。試畫出將該芯片連接到系統(tǒng)的譯碼電路。41全地址譯碼例

16、全地址譯碼例n設計步驟：設計步驟：n寫出地址范圍的二進制表示；寫出地址范圍的二進制表示；n確定各高位地址狀態(tài)；確定各高位地址狀態(tài)；n設計譯碼器。設計譯碼器。片首地址片首地址A19A12A0A19A12A00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 1 1 1 1 10 0 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1片尾地址片尾地址（ 3E000H3FFFFH）42全地址譯碼例全地址譯碼例A19A18A17A16A15A14A13& 1CS1高位地址：高位地址：0011111SRAM 6264CS2+5V0011111043（2 2）部分地址譯碼部

17、分地址譯碼n特點：特點：n用部分高位地址信號（而不是全部）作為譯碼信號；用部分高位地址信號（而不是全部）作為譯碼信號；n使被選中存儲器芯片占有幾組不同的地址范圍。使被選中存儲器芯片占有幾組不同的地址范圍。n若全部高位地址信號的位數(shù)為若全部高位地址信號的位數(shù)為m，譯碼信號的位數(shù)，譯碼信號的位數(shù)為為i，則所選存儲器芯片占有的地址范圍數(shù)為：，則所選存儲器芯片占有的地址范圍數(shù)為：n下例使用高下例使用高6位地址作為譯碼信號，從而使被位地址作為譯碼信號，從而使被 選中芯片的每個單元都占有兩個地址，即這兩選中芯片的每個單元都占有兩個地址，即這兩 個地址都指向同一個單元。個地址都指向同一個單元。2im 44部

18、分地址譯碼例部分地址譯碼例兩組地址：兩組地址： F0000H F1FFFH B0000H B1FFFHA19A17A16A15A14A13&16264CS1111000高位地址：高位地址： 1110001011000，1111000456. 應用舉例應用舉例n將將SRAM 6264芯片與系統(tǒng)連接，使其芯片與系統(tǒng)連接，使其地址范圍為：地址范圍為：38000H39FFFH。n使用使用74LS138譯碼器構成譯碼電路。譯碼器構成譯碼電路。46存儲器芯片與系統(tǒng)連接例存儲器芯片與系統(tǒng)連接例n由題知地址范圍：由題知地址范圍： 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1高

19、位地址高位地址A19A12A047應用舉例應用舉例D0D7A0A12WEOECS1CS2A0A12MEMWMEMRD0D7A19G1G2AG2BCBA&A18A14A13A17A16A15VCCY048二、動態(tài)隨機存儲器二、動態(tài)隨機存儲器DRAM1. DRAM基本存儲電路基本存儲電路n寫入時，寫入時，使字選線上為高電平，使字選線上為高電平，T1管導通，待寫入的信息由位線管導通，待寫入的信息由位線D（數(shù)據(jù)線）存入（數(shù)據(jù)線）存入Cs。n讀出時，讀出時，同樣使字選線上為高電平，同樣使字選線上為高電平，T1管導通，則存儲在管導通，則存儲在Cs上的上的信息通過信息通過T1管送到管送到D線上，再通

20、過放大，即可得到存儲信息。線上，再通過放大，即可得到存儲信息。49注意：注意：典型的典型的刷新時間間隔為刷新時間間隔為2 2msms。50512. DRAM的特點的特點n存儲元主要由電容構成；存儲元主要由電容構成；n主要特點：主要特點：n存儲信息不穩(wěn)定，需要存儲信息不穩(wěn)定，需要定時刷新。定時刷新。n存儲容量高（集成度高），功耗低，存取速度較低，存儲容量高（集成度高），功耗低，存取速度較低，價格便宜。價格便宜。nDRAM芯片主要用作主內(nèi)存。芯片主要用作主內(nèi)存。523. 典型典型DRAM芯片芯片2164An2164A：64K1bitn采用行地址和列地址來確定一個單元；采用行地址和列地址來確定一個單

21、元；n行列地址分時傳送，行列地址分時傳送， 共用一組地址信號線；共用一組地址信號線；n地址信號線的數(shù)量僅地址信號線的數(shù)量僅 為同等容量為同等容量SRAM芯芯 片的一半。片的一半。1N/C2DIN3416151413CSSDOUTA65A06A2A1781211109A3A4A5A7WRRASV VD DD DCAS53主要引線主要引線n 行地址選通信號。用于鎖存行地址；行地址選通信號。用于鎖存行地址；n 列地址選通信號。列地址選通信號。n地址總線上先送上行地址，后送上列地址，它們地址總線上先送上行地址，后送上列地址，它們 分別在分別在#RAS和和#CAS有效期間被鎖存在鎖存器中。有效期間被鎖存

22、在鎖存器中。nDIN： 數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入nDOUT：數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)輸出WE=0WE=1n WE：寫允許信號寫允許信號RAS：CAS：數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)讀出數(shù)據(jù)讀出54工作過程工作過程n數(shù)據(jù)讀出數(shù)據(jù)讀出n數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)寫入n刷新刷新工作時序工作時序讀出讀出n行地址領先于行選通先有效，行選通后將行地行地址領先于行選通先有效，行選通后將行地址鎖存，然后列地址上地址線，列地址選通鎖址鎖存，然后列地址上地址線，列地址選通鎖存。讀寫信號為高電平，控制數(shù)據(jù)從存儲單元存。讀寫信號為高電平，控制數(shù)據(jù)從存儲單元輸出到輸出到DOUT。55寫入寫入n對行、列選通信號要求不變。寫信號先于列選對行、列選通信號要求不變。寫信

23、號先于列選通有效，通有效，寫入的數(shù)據(jù)信息必須在列選通有效前寫入的數(shù)據(jù)信息必須在列選通有效前送入送入DIN，且在列選通有效后，繼續(xù)保持一段且在列選通有效后，繼續(xù)保持一段時間，才能保證數(shù)據(jù)能正確寫入。時間，才能保證數(shù)據(jù)能正確寫入。5657刷新刷新n將存放于每位中的信息讀出再照原樣寫將存放于每位中的信息讀出再照原樣寫 入原單元的過程入原單元的過程-刷新刷新n在刷新操作中，在刷新操作中，只有行選通起作用只有行選通起作用，即芯片只，即芯片只讀取行地址，讀取行地址，由于列選通由于列選通無效，所以在刷新時，無效，所以在刷新時，數(shù)據(jù)不會送到輸出數(shù)據(jù)線上數(shù)據(jù)不會送到輸出數(shù)據(jù)線上。刷新時序刷新時序584. 216

24、4A在系統(tǒng)中的連接在系統(tǒng)中的連接與系統(tǒng)連接圖與系統(tǒng)連接圖存儲體存儲體592164A在系統(tǒng)中的連接在系統(tǒng)中的連接nDRAM 2164A與系統(tǒng)連接的幾點說明：與系統(tǒng)連接的幾點說明：n芯片上的每個單元中只存放芯片上的每個單元中只存放1位二進制碼，每字節(jié)數(shù)據(jù)分別存位二進制碼，每字節(jié)數(shù)據(jù)分別存放在放在8片芯片中；片芯片中；n系統(tǒng)的每一次訪存操作需同時訪問系統(tǒng)的每一次訪存操作需同時訪問8片片2164A芯片，該芯片，該8片芯片芯片必須具有完全相同的地址；片必須具有完全相同的地址；n芯片的地址選擇是按行、列分時傳送，由系統(tǒng)的低芯片的地址選擇是按行、列分時傳送，由系統(tǒng)的低8位送出行位送出行地址，高地址，高8位送

25、出列地址。位送出列地址。n結論：結論：n每每8片片2164A構成一個存儲體（單獨一片則無意義）；構成一個存儲體（單獨一片則無意義）；n每個存儲體內(nèi)的所有芯片具有相同的地址（片內(nèi)地址），應每個存儲體內(nèi)的所有芯片具有相同的地址（片內(nèi)地址），應同時被選中，僅有數(shù)據(jù)信號由各片分別引出。同時被選中，僅有數(shù)據(jù)信號由各片分別引出。60三、存儲器擴展技術三、存儲器擴展技術611. 存儲器擴展存儲器擴展n 用多片存儲芯片構成一個需要的內(nèi)存空間；用多片存儲芯片構成一個需要的內(nèi)存空間；n 各存儲器芯片在整個內(nèi)存中占據(jù)不同的地址范各存儲器芯片在整個內(nèi)存中占據(jù)不同的地址范 圍；圍；n 任一時刻僅有一片（或一組）被選中。

26、任一時刻僅有一片（或一組）被選中。n 存儲器芯片的存儲容量等于：存儲器芯片的存儲容量等于： 單元數(shù)單元數(shù)每單元的位數(shù)每單元的位數(shù)字節(jié)數(shù)字節(jié)數(shù)字長字長擴展擴展單元單元擴展擴展字長字長622. 存儲器擴展方法存儲器擴展方法n位擴展位擴展n字擴展字擴展n字位擴展字位擴展擴展字長擴展字長擴展單元數(shù)擴展單元數(shù)既擴展字長也擴展單元數(shù)既擴展字長也擴展單元數(shù)63位擴展位擴展n構成內(nèi)存的存儲器芯片的字長小于內(nèi)存單元構成內(nèi)存的存儲器芯片的字長小于內(nèi)存單元 的字長時的字長時需進行位擴展。需進行位擴展。n位擴展：每單元字長的擴展。位擴展：每單元字長的擴展。64位擴展例位擴展例n用用8片片2164A芯片構成芯片構成64

27、KB存儲器。存儲器。LS158A0A7A8A152164A2164A2164ADBABD0D1D70000HFFFFH.65用用8 8片片2Kx12Kx1位的芯片組成容量為位的芯片組成容量為2Kx82Kx8位的存儲器，位的存儲器，各芯片的各芯片的數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線分別接到數(shù)據(jù)總線的各位，而分別接到數(shù)據(jù)總線的各位，而地地址線址線的相應位及各的相應位及各控制線控制線，則并聯(lián)在一起。，則并聯(lián)在一起。66位擴展方法：位擴展方法：n將每片的地址線、控制線并聯(lián)，數(shù)據(jù)線分將每片的地址線、控制線并聯(lián)，數(shù)據(jù)線分 別引出。別引出。n位擴展特點：位擴展特點：n存儲器的單元數(shù)不變，位數(shù)增加。存儲器的單元數(shù)不變，位數(shù)增加。6

28、7字擴展字擴展n地址空間的擴展地址空間的擴展n芯片每個單元中的字長滿足，但單元數(shù)不滿足。芯片每個單元中的字長滿足，但單元數(shù)不滿足。n擴展原則：擴展原則：n每個芯片的地址線、數(shù)據(jù)線、控制線并聯(lián)。每個芯片的地址線、數(shù)據(jù)線、控制線并聯(lián)。n片選端片選端分別引出，以使每個芯片有不同的地址范圍。分別引出，以使每個芯片有不同的地址范圍。68A0A10DBABD0D7A0A10R/WCS2K8D0D7A0A102K8D0D7D0D7A0A10CS譯譯碼碼器器Y0Y1高高位位地地址址R/W字擴展示意圖字擴展示意圖69字擴展例字擴展例n用兩片用兩片64K8位的位的SRAM芯片構成容量為芯片構成容量為128KB的存

29、儲器的存儲器n兩芯片的地址范圍分別為：兩芯片的地址范圍分別為：n20000H2FFFFHn30000H3FFFFH 70字擴展例字擴展例G1G2AG2BCBAY2Y3&MEMRMEMWA19A18A17A1674LS138高位地址：高位地址：n 芯片芯片1： 0 0 1 0n 芯片芯片2： 0 0 1 1A19A18A17A16芯片芯片1芯片芯片271字位擴展字位擴展n設計過程：設計過程：n根據(jù)內(nèi)存容量及芯片容量確定所需存儲芯片數(shù)；根據(jù)內(nèi)存容量及芯片容量確定所需存儲芯片數(shù)；n進行位擴展以滿足字長要求；進行位擴展以滿足字長要求；n進行字擴展以滿足容量要求。進行字擴展以滿足容量要求。n若已

30、有存儲芯片的容量為若已有存儲芯片的容量為L LK K，要構成容量為要構成容量為M M N N的存的存儲器，需要的芯片數(shù)為：儲器，需要的芯片數(shù)為： （M / L） （N / K）72字位擴展例字位擴展例n用用32Kb芯片構成芯片構成256KB的內(nèi)存。的內(nèi)存。735.35.3 只讀存儲器只讀存儲器（ROMROM）掩模掩模ROM一次性可寫一次性可寫ROM可讀寫可讀寫ROM分分 類類EPROMEEPROM（紫外線擦除）紫外線擦除）（電擦除）電擦除）掩膜掩膜ROM 掩膜掩膜ROM所保存的信息取決于制造工藝，所保存的信息取決于制造工藝，一旦芯片制成后，用戶是無法變更其結構的。一旦芯片制成后，用戶是無法變更

31、其結構的。這種存儲單元中保存的信息，在電源消失后，這種存儲單元中保存的信息，在電源消失后，也不會丟失，將永遠保存下去。也不會丟失，將永遠保存下去。字字地地址址譯譯碼碼器器A0A100011011D3D2D1D0VDD字字線線1字字線線2字字線線3字字線線4若地址信號為00，則選中第一條字線，該線輸出為1，若有MOS管與其相連，該MOS管導通，對應的位線就輸出為0，若沒有管子與其相連，輸出為1，所以，選中字線00后輸出為0110。同理，字線01輸出為0101?？删幊绦虻目删幊绦虻腞OM ROM ：PROMPROM如果用戶需要寫入程序，則要通過專門的PROM寫入電路，產(chǎn)生足夠大的電流把要寫入“1”

32、的那個存儲位上的二極管擊穿，就意味著寫入了“1”。讀出的操作同掩膜ROM。字字線線位位線線地地址址這種存儲器在出廠時，存儲體中每條字線和位線的交叉處都是兩個反向串聯(lián)的二極管的PN結，字線與位線之間不導通，此時，意味著該存儲器中所有的存儲內(nèi)容均為“0”?？刹脸删幊绦虻目刹脸删幊绦虻腞OM ROM ：EPROMEPROMP+P+SiO2浮浮空空多多晶晶硅硅柵柵SDN基基體體首先，柵極浮空，沒有電荷，沒有導電通道，漏源級之間不導電，表明存儲單元保存的信息為“1”。字字線線位位線線如果在漏源級之間加上+25V的電壓，漏源極被瞬間擊穿，電子通過SiO2絕緣層注入到浮動柵，浮動柵內(nèi)有大量的負電荷。當高

33、電壓去除后，由于浮動柵周圍是SiO2絕緣層，負電荷無法泄漏，在N基體內(nèi)感應出導電溝道。P+P+SiO2浮浮空空多多晶晶硅硅柵柵SDN基基體體導電溝道字字線線位位線線表明相應的存儲單元導通，這時存儲單元所保存的信息為“0”。一般情況下，浮動柵上的電荷不會泄漏，并且在微機系統(tǒng)的正常運行過程中，其信息只能讀出而不能改寫。如果要清除存儲單元中所保存的信息，就必須將浮動柵內(nèi)的負電荷釋放掉。用一定波長的紫外光照射浮動柵，負電荷可以獲得足夠的能量擺脫SiO2的包圍，以光電流的形式釋放掉，這時，原來存儲的信息也就不存在了。由這種存儲單元所構成的由這種存儲單元所構成的ROM存儲芯片，在其上存儲芯片，在其上方有一

34、個石英玻璃的窗口，紫外線正是通過這個窗方有一個石英玻璃的窗口，紫外線正是通過這個窗口來照射其內(nèi)部電路而擦除信息的，一般擦除信息口來照射其內(nèi)部電路而擦除信息的，一般擦除信息需用紫外線照射需用紫外線照射1520分鐘。分鐘。電可擦除可編程電可擦除可編程ROM :EEPROMROM :EEPROMn+n+P基基體體第第一一級級多多晶晶硅硅柵柵第第二二級級多多晶晶硅硅柵柵+VG+VD原理與EPROM類似，當浮動柵上沒有電荷時，漏源極不導電，數(shù)據(jù)信息為“1”，當浮動柵帶上電荷，漏源極導通，數(shù)據(jù)信息為“0”。在第一級浮動柵上面增加了第二級浮動柵，當VG電壓為正，電荷流向第一級浮動柵(編程)，當VG電壓為負，

35、電荷從浮動柵流向漏極(擦除)，這個過程要求電流極小，可用普通電源(5V)供給VG。81ROMROM存儲元件可看作是一個存儲元件可看作是一個單向導通單向導通的開關電路。的開關電路。當字線上加有選中信號時當字線上加有選中信號時: :如果電子開關如果電子開關S S是是斷開斷開的，位線的，位線D D上將輸出信息上將輸出信息1 1；如果如果S S是是接通接通的，則位線的，則位線D D經(jīng)經(jīng)T T1 1接地，將輸出信息接地，將輸出信息0 0。ROMROM存儲信息原理存儲信息原理82一、一、EPROM831. 特點特點n可多次編程寫入；可多次編程寫入；n掉電后內(nèi)容不丟失；掉電后內(nèi)容不丟失；n內(nèi)容的擦除需用紫外

36、線擦除器。內(nèi)容的擦除需用紫外線擦除器。842. EPROM 2764n8K8bit芯片芯片n地址信號：地址信號：A0 A12n數(shù)據(jù)信號：數(shù)據(jù)信號：D0 D7n輸出信號：輸出信號：OEn片選信號：片選信號：CEn編程脈沖輸入：編程脈沖輸入：PGMn其引腳與其引腳與SRAM 6264完全兼容完全兼容. 853.2764的工作方式的工作方式數(shù)據(jù)讀出數(shù)據(jù)讀出編程寫入編程寫入擦除擦除標準編程方式標準編程方式快速編程方式快速編程方式編程寫入：編程寫入：每出現(xiàn)一個編程負脈沖就寫入一個字節(jié)數(shù)據(jù)每出現(xiàn)一個編程負脈沖就寫入一個字節(jié)數(shù)據(jù)86方式方式引腳狀態(tài)引腳狀態(tài)V VPPPP數(shù)據(jù)線狀態(tài)數(shù)據(jù)線狀態(tài)讀出讀出005V5

37、VDOUT（輸出）（輸出）編程編程輸入輸入01寬寬50ms5ms負脈沖負脈沖21VDIN（輸入）（輸入）校驗編校驗編程內(nèi)容程內(nèi)容005V21VDOUT（輸出）（輸出）禁止編禁止編程程01無脈沖無脈沖21V高阻抗高阻抗CEOEPGMnEPROM存儲芯片，在其上方有一個石英玻璃存儲芯片，在其上方有一個石英玻璃的窗口，紫外線正是通過這個窗口來照射其內(nèi)的窗口，紫外線正是通過這個窗口來照射其內(nèi)部電路而擦除信息的，一般擦除信息需用紫外部電路而擦除信息的，一般擦除信息需用紫外線照射線照射1520分鐘。分鐘。n擦除后，每個單元數(shù)據(jù)為擦除后，每個單元數(shù)據(jù)為FFH8788二、二、EEPROM891. 特點特點n可

38、在線編程寫入；可在線編程寫入；n掉電后內(nèi)容不丟失；掉電后內(nèi)容不丟失；n電可擦除。電可擦除。902. 典型典型EEPROM芯片芯片98C64An8K8bit芯片；芯片；n13根地址線（根地址線（A0 A12）；n8位數(shù)據(jù)線（位數(shù)據(jù)線（D0 D7）；）；n輸出允許信號（輸出允許信號（OE）；）；n寫允許信號（寫允許信號（WE）；）；n選片信號（選片信號（CE）；）；n狀態(tài)輸出端（狀態(tài)輸出端（READY / BUSY）。98C64A913. 工作方式工作方式n數(shù)據(jù)讀出數(shù)據(jù)讀出n編程寫入編程寫入n擦除擦除字節(jié)寫入：每一次字節(jié)寫入：每一次BUSY端變高寫端變高寫 入一個字節(jié)入一個字節(jié)自動頁寫入：每一次自

39、動頁寫入：每一次BUSY端變高寫端變高寫 入一頁（入一頁（1 32字節(jié)）字節(jié)）字節(jié)擦除：一次擦除一個字節(jié)字節(jié)擦除：一次擦除一個字節(jié)片擦除：一次擦除整片片擦除：一次擦除整片時序時序92934. EEPROM的應用的應用n可通過程序實現(xiàn)對芯片的讀寫；可通過程序實現(xiàn)對芯片的讀寫；n僅當僅當READY / BUSY=1時才能進行時才能進行“寫寫”操作操作n“寫寫”操作的方法：操作的方法：n根據(jù)參數(shù)定時寫入根據(jù)參數(shù)定時寫入n通過判斷通過判斷READY / BUSY端的狀態(tài)進行寫入端的狀態(tài)進行寫入n僅當該端為高電平時才可寫入下一個字節(jié)。P215例例94四、閃速四、閃速EEPROM特點：特點：n通過向內(nèi)部控

40、制寄存器寫入命令的方法通過向內(nèi)部控制寄存器寫入命令的方法來控制芯片的工作方式。來控制芯片的工作方式。95工作方式工作方式數(shù)據(jù)讀出數(shù)據(jù)讀出編程寫入：編程寫入：擦擦 除除讀單元內(nèi)容讀單元內(nèi)容讀內(nèi)部狀態(tài)寄存器內(nèi)容讀內(nèi)部狀態(tài)寄存器內(nèi)容讀芯片的廠家及器件標記讀芯片的廠家及器件標記數(shù)據(jù)寫入，寫軟件保護數(shù)據(jù)寫入，寫軟件保護字節(jié)擦除，塊擦除，片擦除字節(jié)擦除，塊擦除，片擦除擦除掛起，恢復擦除掛起，恢復965.45.4 高速緩存（高速緩存（Cache)Cache)了解：了解：nCache的基本概念；的基本概念；n基本工作原理；基本工作原理；n命中率；命中率；nCache的分級體系結構的分級體系結構97Cache的

41、基本概念的基本概念n設置設置Cache的理由：的理由：nCPU與主存之間在執(zhí)行速度上存在較大差異；與主存之間在執(zhí)行速度上存在較大差異；n高速存儲器芯片的價格較高；高速存儲器芯片的價格較高；n設置設置Cache的條件：的條件：n程序的局部性原理程序的局部性原理n時間局部性：時間局部性：n最近的訪問項可能在不久的將來再次被訪問最近的訪問項可能在不久的將來再次被訪問n空間局部性空間局部性：n一個進程所訪問的各項，其地址彼此很接近一個進程所訪問的各項，其地址彼此很接近98Cache的工作原理的工作原理CPUCache主主 存存DBDBDB命中命中存在存在不命中不命中99Cache的命中率的命中率n訪問

42、內(nèi)存時，訪問內(nèi)存時，CPU首先訪問首先訪問Cache，找到則，找到則 “命中命中”，否則為，否則為“不命中不命中”。n命中率影響系統(tǒng)的平均存取速度。命中率影響系統(tǒng)的平均存取速度。Cache存儲器系統(tǒng)的平均存取速度存儲器系統(tǒng)的平均存取速度= Cache存取速度存取速度命中率命中率+RAM存取速度存取速度不命中率不命中率例如：例如：nRAM的存取時間為的存取時間為8ns，CACHE的存取時間為的存取時間為1ns，CACHE的命中率為的命中率為90%。則存儲器整體訪問時間由。則存儲器整體訪問時間由沒有沒有CACHE的的8ns減少為：減少為：1ns90% + 8ns10% = 1.7ns 速度提高了近速度提高了近4倍。倍。n在一定的范圍內(nèi)，在一定的范圍內(nèi)，Cache越大，命中率就越高，但相越大，命中率就越高，但相應成本也相應提高應成本也相應提高nCache與內(nèi)存的空間比一般為與內(nèi)存的空間比一般為1 128100101Cache的讀寫操作的讀寫操作讀操作讀操作寫操作寫操作貫穿讀出式貫穿讀