第7章 內(nèi)存組成

1、第七章 內(nèi)存組成、原理與接口n1.微機(jī)存儲系統(tǒng)概述微機(jī)存儲系統(tǒng)概述n2.半導(dǎo)體存儲器結(jié)構(gòu)與原理半導(dǎo)體存儲器結(jié)構(gòu)與原理n3.典型半導(dǎo)體存儲器芯片典型半導(dǎo)體存儲器芯片n4.內(nèi)存組成及其與系統(tǒng)總線的連接內(nèi)存組成及其與系統(tǒng)總線的連接n5.PC系列微機(jī)的內(nèi)存組織系列微機(jī)的內(nèi)存組織7.1 微機(jī)存儲系統(tǒng)概述微機(jī)存儲系統(tǒng)概述n除采用磁、光原理的輔存外，其它存儲器主要都是采用半導(dǎo)體存儲器n本章介紹半導(dǎo)體存半導(dǎo)體存儲器及其組成主存儲器及其組成主存的方法的方法CPUCACHE主存（內(nèi)存）主存（內(nèi)存）輔存（外存）輔存（外存）2微機(jī)存儲系統(tǒng)微機(jī)存儲系統(tǒng)1、 存儲器的分類存儲器的分類n按用途分類按用途分類n內(nèi)部存儲器（內(nèi)

2、存、主存）n外部存儲器（外存、輔存）n按存儲介質(zhì)分類按存儲介質(zhì)分類n半導(dǎo)體集成電路存儲器n磁存儲器n光存儲器n按信息存取方式分類按信息存取方式分類32、 半導(dǎo)體存儲器的分類與特點(diǎn)半導(dǎo)體存儲器的分類與特點(diǎn)n按制造工藝按制造工藝n雙極型（晶體管-晶體管邏輯，TTL型）：速度快、集成度低、功耗大n單極型（ 金屬氧化物半導(dǎo)體，MOS型）：速度慢、集成度高、功耗低n按使用屬性按使用屬性n隨機(jī)存取存儲器RAM：可讀可寫、斷電丟失n只讀存儲器ROM：正常只讀、斷電不丟失43、 半導(dǎo)體存儲器的分類與特點(diǎn)半導(dǎo)體存儲器的分類與特點(diǎn)半導(dǎo)體半導(dǎo)體存儲器存儲器只讀存儲器只讀存儲器 （ROM）隨機(jī)存取存儲器隨機(jī)存取存儲器

3、（RAM）靜態(tài)靜態(tài)RAM（SRAM）動態(tài)動態(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）Flash Memory（閃存）（閃存）5讀寫存儲器RAM組成單元速度集成度應(yīng)用SRAM觸發(fā)器快低小容量系統(tǒng)DRAM極間電容慢高大容量系統(tǒng)NVRAM帶微型電池慢低小容量非易失6只讀存儲器只讀存儲器ROMn掩膜掩膜ROM：信息制作在芯片中，不可更改信息制作在芯片中，不可更改nPROM：允許一次編程，此后不可更改允許一次編程，此后不可更改nEPR

4、OM：用紫外光擦除，擦除后可編程；并允許用紫外光擦除，擦除后可編程；并允許用戶多次擦除和編程用戶多次擦除和編程nEEPROM（E2PROM）：）：采用加電方法在線進(jìn)行采用加電方法在線進(jìn)行擦除和編程，也可多次擦寫擦除和編程，也可多次擦寫nFlash Memory（閃存）：（閃存）：能夠快速擦寫的能夠快速擦寫的EEPROM，但只能按塊（，但只能按塊（Block）擦除）擦除74、 存儲器的主要性能參數(shù)存儲器的主要性能參數(shù)n存儲容量存儲容量n對于M位地址總線位地址總線、N位數(shù)據(jù)總線位數(shù)據(jù)總線的半導(dǎo)體存儲器芯片的存儲容量則為2MN位位（即存儲單元個(gè)數(shù)存儲單元個(gè)數(shù)*每個(gè)存儲單元數(shù)據(jù)位數(shù)每個(gè)存儲單元數(shù)據(jù)位數(shù)

5、）n存取速度存取速度n存取時(shí)間存取時(shí)間(Access Time)TA：啟動一次存儲器操作，到完成該操作所經(jīng)歷的時(shí)間n存儲周期存儲周期(Memory Cycle)TMC：為連續(xù)進(jìn)行兩次獨(dú)立的存儲器操作之間所需的最小時(shí)間間隔n可靠性可靠性nMTBF(Mean Time Between Failures)，即平均故障間隔時(shí)間來衡量，MTBF越長，可靠性越高n功耗、性能價(jià)格比功耗、性能價(jià)格比87.2.1 半導(dǎo)體存儲器芯片的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體存儲器芯片的結(jié)構(gòu)地地址址寄寄存存地地址址譯譯碼碼存儲體存儲體控制電路控制電路AB數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)寄寄存存讀讀寫寫電電路路DBOE WE CS107.2半導(dǎo)體存儲器結(jié)構(gòu)與原理 存儲體

6、存儲體n存儲器芯片的主要部分，用來存儲信息存儲器芯片的主要部分，用來存儲信息 地址譯碼電路地址譯碼電路n根據(jù)輸入的地址編碼來選中芯片內(nèi)某個(gè)特定的存根據(jù)輸入的地址編碼來選中芯片內(nèi)某個(gè)特定的存儲單元儲單元 n地址鎖存器為地址譯碼期間保持地址的穩(wěn)定地址鎖存器為地址譯碼期間保持地址的穩(wěn)定 數(shù)據(jù)緩存電路數(shù)據(jù)緩存電路n控制對所選中的單元進(jìn)行信息輸出與寫入操作控制對所選中的單元進(jìn)行信息輸出與寫入操作 片選和讀寫控制邏輯片選和讀寫控制邏輯n選中存儲芯片，控制讀寫操作選中存儲芯片，控制讀寫操作9存儲體存儲體n一個(gè)存儲單元提供并行操作的位數(shù)稱為存儲器的字長字長n每個(gè)存儲單元可存儲1位（位片結(jié)構(gòu)位片結(jié)構(gòu)）或多位（字

7、片結(jié)構(gòu)字片結(jié)構(gòu)）二進(jìn)制數(shù)據(jù)，且具有一個(gè)唯一的地址n存儲容量與地址、數(shù)據(jù)線個(gè)數(shù)有關(guān)存儲容量與地址、數(shù)據(jù)線個(gè)數(shù)有關(guān)： 芯片的存儲容量字?jǐn)?shù)字長 存儲單元數(shù)存儲單元的位數(shù) 2MN M：芯片的：芯片的地址線根數(shù)地址線根數(shù) N：芯片的：芯片的數(shù)據(jù)線根數(shù)數(shù)據(jù)線根數(shù) 1132K8的SRAM芯片622561 12 23 34 45 56 67 78 89 91010111112121313141415151616171718181919202021212222232324242525262627272828A14A14A12A12A7A7A6A6A5A5A4A4A3A3A2A2A1A1A0A0D0D0D1D1D

8、2D2GNDGNDD3D3D4D4D5D5D6D6D7D7CSCSA10A10OEOEA11A11A9A9A8A8A13A13WEWEVccVcc6225662256引腳圖引腳圖A14A14A13A13A12A12A11A11A10A10A9A9A8A8A7A7A6A6A5A5A4A4A3A3A2A2A1A1A0A0OEOECSCSWEWED7D7D6D6D5D5D4D4D3D3D2D2D1D1D0D06225662256邏輯圖邏輯圖譯譯碼碼器器A5A4A3A2A1A06301存儲單元存儲單元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

9、碼n單譯碼結(jié)構(gòu)n雙譯碼結(jié)構(gòu)n雙譯碼可簡化芯片設(shè)計(jì)n主要采用的譯碼結(jié)構(gòu)地址譯碼電路地址譯碼電路n數(shù)據(jù)緩存電路由讀出放大器、緩沖器和輸出數(shù)據(jù)傳送門、輸入數(shù)據(jù)控制門、緩沖器以及寫入電路等組成，控制對所選中的單元進(jìn)行信息讀寫操作。 數(shù)據(jù)緩存電路數(shù)據(jù)緩存電路片選和讀寫控制邏輯片選和讀寫控制邏輯n片選端CS*或CE*n有效時(shí)，可以對該芯片進(jìn)行讀寫操作n輸出OE*n控制讀操作。有效時(shí)，芯片內(nèi)數(shù)據(jù)輸出n該控制端對應(yīng)系統(tǒng)的讀控制線該控制端對應(yīng)系統(tǒng)的讀控制線n寫WE*n控制寫操作。有效時(shí)，數(shù)據(jù)進(jìn)入芯片中n該控制端對應(yīng)系統(tǒng)的寫控制線該控制端對應(yīng)系統(tǒng)的寫控制線1216SRAM的基本存儲電路的基本存儲電路n存儲元由存儲

10、元由6個(gè)個(gè)MOS管組成的雙穩(wěn)電路構(gòu)管組成的雙穩(wěn)電路構(gòu)成，存儲信息穩(wěn)定。成，存儲信息穩(wěn)定。7.2.2 RAM存儲原理利用利用基本存儲電路排成陣列基本存儲電路排成陣列，再加上，再加上地址地址譯碼電路譯碼電路和和讀寫控制電路讀寫控制電路就可以構(gòu)成讀寫就可以構(gòu)成讀寫存儲器。存儲器。下圖是一個(gè)下圖是一個(gè)4 4行行4 4列的列的1616個(gè)基本存儲電路構(gòu)個(gè)基本存儲電路構(gòu)成成16161 1靜態(tài)靜態(tài)RAMRAM。SRAMSRAM基本組成例：基本組成例：列列 譯譯 碼碼 電電 路路行行譯譯碼碼電電路路0#4#8#0#1#2#3#5#6#7#9#10#11#12#13#14#15#。CSWE數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線寫控制寫控制

11、讀控制讀控制1233#列線列線2#列線列線1#列線列線0#列線列線0#行線行線1#行線行線2#行線行線3#行線行線T0T0T1T1T2T2T3T3A1A0A2A3靜態(tài)靜態(tài)RAM特點(diǎn)：特點(diǎn)：nSRAM的基本存儲單元是的基本存儲單元是6管雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路管雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路存儲信息。存儲信息。n每個(gè)基本存儲元存儲二進(jìn)制數(shù)一位，許多個(gè)基本存儲元每個(gè)基本存儲元存儲二進(jìn)制數(shù)一位，許多個(gè)基本存儲元形成行列存儲矩陣。形成行列存儲矩陣。nSRAM一般采用一般采用“字結(jié)構(gòu)字結(jié)構(gòu)”存儲矩陣：存儲矩陣：n每個(gè)存儲單元存放多位（每個(gè)存儲單元存放多位（4、8、16等）等）n對容量為對容量為M*N的的SRAM芯片，其地址線數(shù)芯

12、片，其地址線數(shù)=2M；數(shù)據(jù)線；數(shù)據(jù)線數(shù)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，則可以推，則可以推斷其單元數(shù)為斷其單元數(shù)為2K個(gè)。個(gè)。n速度快（速度快（5ns），不需刷新，外圍電路比較簡單，但集），不需刷新，外圍電路比較簡單，但集成度低（存儲容量小，約成度低（存儲容量小，約1Mbit/片），功耗大。片），功耗大。n在在PC機(jī)中，機(jī)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。靜態(tài)靜態(tài)RAM SRAM 2114 SRAM 6116 存儲容量為2K8位 24個(gè)引腳：個(gè)引腳：A10A0：片內(nèi)尋址的地址引腳：片內(nèi)尋址的地址引腳D7D0：8條數(shù)據(jù)

13、引腳條數(shù)據(jù)引腳CS：片選信號，片外尋址：片選信號，片外尋址WE：寫控制信號：寫控制信號OE：輸出允許信號：輸出允許信號Intel 6116Intel 6116引腳排列引腳排列 7.3.1 SRAM芯片Intel 6116SRAM 6116的功能工作方式工作方式 CS* OE* WE*D0D7未選中未選中讀操作讀操作寫操作寫操作1000110高阻高阻輸出輸出輸入輸入7.3.2 SRAM芯片2114n存儲容量為1K4n18個(gè)引腳：個(gè)引腳：n10根地址線A9A0n4根數(shù)據(jù)線I/O4I/O1n片選CS*n讀寫WE*123456789181716151413121110VccA7A8A9I/O1I/O2

14、I/O3I/O4WE*A6A5A4A3A0A1A2CS*GND18SRAM 2114的功能工作方式工作方式CS*WE*I/O4I/O1未選中未選中讀操作讀操作寫操作寫操作10010高阻高阻輸出輸出輸入輸入DRAM基本存儲電路基本存儲電路n寫入時(shí)，寫入時(shí)，使字選線上為高電平，使字選線上為高電平，T1管導(dǎo)通，待寫入的信息由位線管導(dǎo)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(shí)，讀出時(shí)，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(dǎo)通，則存儲在管導(dǎo)通，則存儲在Cs上的信上的信息通過息通過T1管送到管送到D線上，再通過放大，即可得到存儲信息。線上，再通過放大，即可得到存儲

15、信息。 動態(tài)動態(tài)RAM芯片是以芯片是以MOS管柵極電容管柵極電容是否充有電荷來存儲是否充有電荷來存儲信息的，其基本單元電路一般由信息的，其基本單元電路一般由四管、三管和單管四管、三管和單管組成，以組成，以三管和單管三管和單管較為常用。較為常用。單管動態(tài)基本存儲電路單管動態(tài)基本存儲電路注意：注意：典型的刷新時(shí)間間隔為典型的刷新時(shí)間間隔為2ms。26動態(tài)動態(tài)RAM特點(diǎn)：特點(diǎn)：nDRAM的存儲元主要由電容構(gòu)成；的存儲元主要由電容構(gòu)成；n存儲信息不穩(wěn)定，需要存儲信息不穩(wěn)定，需要“讀出再生放大電路讀出再生放大電路”定定時(shí)刷新。時(shí)刷新。n每次同時(shí)對一行的存儲單元進(jìn)行刷新每次同時(shí)對一行的存儲單元進(jìn)行刷新nD

16、RAM一般采用一般采用“位結(jié)構(gòu)位結(jié)構(gòu)”存儲體：存儲體：n每個(gè)存儲單元存放一位每個(gè)存儲單元存放一位n存儲容量高（集成度高），功耗低，存取速度較存儲容量高（集成度高），功耗低，存取速度較低，價(jià)格便宜，主要用作主內(nèi)存。低，價(jià)格便宜，主要用作主內(nèi)存。動態(tài)動態(tài)RAMDRAM 2164DRAM 416428DRAM芯片芯片2164An2164A：64K1bitn采用行地址和列地址來確定一個(gè)單元；采用行地址和列地址來確定一個(gè)單元；n行列地址分時(shí)傳送行列地址分時(shí)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 為為同等容量同等容量SRAM芯芯 片的一半片的一半。1N/C2

17、DIN3416151413CSSDOUTA65A06A2A1781211109A3A4A5A7WRRASV VD DD DCAS7.3.3 DRAM芯片29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，兼片選信號兼片選信號；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)

18、寫入數(shù)據(jù)讀出數(shù)據(jù)讀出30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(shí)序工作時(shí)序讀出n行地址領(lǐng)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，列地址選通鎖存。讀寫信號為高電平，控制數(shù)據(jù)從存儲單元輸出到DOUT。寫入n對行、列選通信號要求不變。寫信號先于列選通有效，寫入的數(shù)據(jù)信息在列選通有效前送入DIN，且在列選通有效后，繼續(xù)保持一段時(shí)間，才能保證數(shù)據(jù)能正確寫入。32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，即芯片只讀取，即芯片只讀取

19、行地址，行地址，由于列選通由于列選通無效，所以在刷新時(shí)，無效，所以在刷新時(shí)，數(shù)據(jù)不數(shù)據(jù)不會送到輸出數(shù)據(jù)線上會送到輸出數(shù)據(jù)線上。刷新時(shí)序刷新時(shí)序7.2.3 ROM存儲原理35ROMROM存儲元可看作是一個(gè)存儲元可看作是一個(gè)單向?qū)▎蜗驅(qū)ǖ拈_關(guān)電路。的開關(guān)電路。當(dāng)字線上加有選中信號時(shí)當(dāng)字線上加有選中信號時(shí): :如果電子開關(guān)如果電子開關(guān)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掩膜掩膜ROM 掩膜掩膜ROM所保存的信息取決于制

20、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(jié)構(gòu)的。一旦芯片制成后，用戶是無法變更其結(jié)構(gòu)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(yuǎn)保存下去。也不會丟失，將永遠(yuǎn)保存下去。MROM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若地址信號為若地址信號為00，則選中第一條字線，該線輸出為，則選中第一條字線，該線輸出為1，若，若有有MOS管與其相連，該管與其相連，該MOS管導(dǎo)通管導(dǎo)通，對應(yīng)的位線就輸出為對應(yīng)的位線就輸出為0，若沒有管子與其相連，輸出為若沒有管

21、子與其相連，輸出為1，所以，選中字線，所以，選中字線00后輸出為后輸出為0110。同理，字線。同理，字線01輸出為輸出為0101。一次可編程只讀存儲器一次可編程只讀存儲器行線行線X列線列線Y熔絲熔絲TXYVCC晶體管的集電極接晶體管的集電極接VCC，基極，基極連接行線，發(fā)射極通過一個(gè)熔連接行線，發(fā)射極通過一個(gè)熔絲與列線相連。絲與列線相連。編程時(shí)，輸入地址碼，通過地編程時(shí)，輸入地址碼，通過地址譯碼，選擇相應(yīng)的行線呈高址譯碼，選擇相應(yīng)的行線呈高電平，若要寫入信息電平，若要寫入信息0，將相，將相應(yīng)列線送上低電平，可將熔絲應(yīng)列線送上低電平，可將熔絲燒斷；若要寫入燒斷；若要寫入1，相應(yīng)列線，相應(yīng)列線送上

22、高電平，于是管子截止，送上高電平，于是管子截止，熔絲不燒斷。熔絲不燒斷。PROM可編程序的可編程序的ROM 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”的那個(gè)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(shí)，存儲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PN結(jié)，字線與位線之間不導(dǎo)通，此時(shí)，意味著該存儲器中所有的存儲內(nèi)容均為“0”。EPROM存儲原理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?xùn)?，浮?/p>

23、柵內(nèi)有大量的負(fù)電荷。當(dāng)高電壓去除后，由于浮動?xùn)胖車荢iO2絕緣層，負(fù)電荷無法泄漏，在N基體內(nèi)感應(yīng)出導(dǎo)電溝道。P+P+SiO2浮浮空空多多晶晶硅硅柵柵SDN基基體體導(dǎo)電溝道如果要清除存儲單元中所保存的信息，就必須將浮動?xùn)艃?nèi)的負(fù)電荷釋放掉。用一定波長的紫外光照射浮動?xùn)?，?fù)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(shí)，原來存儲的信息也就不存在了。EPROMn頂部開有一個(gè)圓形的石英窗口，用于紫外線透過擦除原有信息，一般需照射一般需照射1520分鐘。分鐘。n一般使用專門的編程器（燒寫器）進(jìn)行編程n編程后，應(yīng)該貼上不透光封條n出廠未編程前，每個(gè)基本存儲單元都是信息1n編程就是將某

24、些單元寫入信息0E2PROM存儲原理存儲原理只讀存儲器只讀存儲器 EPROMnEPROM 2716nEPROM 2732AEEPROMEEPROM 2817AEEPROM 98C64AEPROM芯片2716n存儲容量為存儲容量為2K8n24個(gè)引腳：個(gè)引腳：n11根地址線根地址線A10A0n8根數(shù)據(jù)線根數(shù)據(jù)線DO7DO0n片選片選/編程編程CE*/PGMn讀寫讀寫OE*n編程電壓編程電壓VPPVDDA8A9VPPOE*A10CE*/PGMDO7DO6DO5DO4DO3123456789101112242322212019181716151413A7A6A5A4A3A2A1A0DO0DO1DO2V

25、ssEPROM 2716的功能工作方式工作方式 CE*/PGMOE*VCCVPPDO7DO0待用待用15V5V高阻高阻讀出讀出005V5V輸出輸出讀出禁止讀出禁止015V5V高阻高阻編程寫入編程寫入正脈沖正脈沖15V25V輸入輸入編程校驗(yàn)編程校驗(yàn)005V25V輸出輸出編程禁止編程禁止015V25V高阻高阻7.3.5 EEPROMn用加電方法，進(jìn)行在線（無需拔下，用加電方法，進(jìn)行在線（無需拔下，直接在電路中）擦寫（擦除和編程一直接在電路中）擦寫（擦除和編程一次完成）次完成）n有有字節(jié)擦寫字節(jié)擦寫、塊擦寫塊擦寫和和整片擦寫整片擦寫方法方法n并行并行EEPROM：多位同時(shí)進(jìn)行：多位同時(shí)進(jìn)行n串行串行

26、EEPROM：只有一位數(shù)據(jù)線：只有一位數(shù)據(jù)線EEPROM芯片98C64An存儲容量為8K8n28個(gè)引腳：n13根地址線（A0 -A12）n8位數(shù)據(jù)線（D0-D7）n輸出允許信號（OE）n寫允許信號（WE）n選片信號（CE）n狀態(tài)輸出端（READY / BUSY）READY/BUSY*A12A7A6A5A4A3A2A1A0D1D2D0GNDVccWE*NCA8A9A11OE*A10CE*D7D6D5D4D312345678910111213142827262524232221201918171615EEPROM 98C64A的功能工作方式工作方式CE* OE* WE*RDY/BUSY*D7D0讀

27、出讀出維持維持字節(jié)寫入字節(jié)寫入0100110高阻高阻高阻高阻0輸出輸出高阻高阻輸入輸入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51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(gè)字節(jié)入一個(gè)字節(jié)自動頁寫入：每一次自動頁寫入：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(gè)字節(jié)字節(jié)擦除：一次擦除一個(gè)字節(jié)片擦除：一次擦除整片片擦除：一次擦除整片時(shí)序52內(nèi)存芯片引腳總結(jié)：nSRAMnDRAMnEPROMnEEPROM5.5.1 存儲芯片與CPU的連接存儲芯片的數(shù)據(jù)線存儲芯片的數(shù)據(jù)線 存儲芯片的地址線存儲芯片的地址線 存儲芯片的片選端存儲芯

28、片的片選端 存儲芯片的讀寫控制線存儲芯片的讀寫控制線7.4內(nèi)存的組成及其與系統(tǒng)總線連接內(nèi)存的組成及其與系統(tǒng)總線連接n若芯片的數(shù)據(jù)線正好若芯片的數(shù)據(jù)線正好8根：根：n一次可從芯片中訪問到一次可從芯片中訪問到8位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)n全部數(shù)據(jù)線與系統(tǒng)的全部數(shù)據(jù)線與系統(tǒng)的8位數(shù)據(jù)總線相連位數(shù)據(jù)總線相連n若芯片的數(shù)據(jù)線不足若芯片的數(shù)據(jù)線不足8根：根：n一次不能從一個(gè)芯片中訪問到一次不能從一個(gè)芯片中訪問到8位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)n利用多個(gè)芯片擴(kuò)充數(shù)據(jù)位利用多個(gè)芯片擴(kuò)充數(shù)據(jù)位n這個(gè)擴(kuò)充方式簡稱這個(gè)擴(kuò)充方式簡稱“位擴(kuò)充位擴(kuò)充”1.存儲芯片數(shù)據(jù)線的處理存儲芯片數(shù)據(jù)線的處理存儲芯片的位擴(kuò)充存儲芯片的位擴(kuò)充位擴(kuò)充位擴(kuò)充2114（1）

29、A9A0I/O4I/O1片選片選D3D0D7D4A9A02114（2）A9A0I/O4I/O1CECEn多個(gè)位擴(kuò)充的存儲芯片的數(shù)據(jù)線多個(gè)位擴(kuò)充的存儲芯片的數(shù)據(jù)線連接于系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的不同位數(shù)連接于系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的不同位數(shù)n其它連接都一樣其它連接都一樣n這些芯片應(yīng)被看作是一個(gè)整體這些芯片應(yīng)被看作是一個(gè)整體n常被稱為常被稱為“芯片組芯片組”2. 存儲芯片地址線的連接存儲芯片地址線的連接n芯片的地址線通常應(yīng)全部與系統(tǒng)的低位地芯片的地址線通常應(yīng)全部與系統(tǒng)的低位地址總線相連址總線相連n尋址時(shí)，這部分地址的譯碼是在存儲芯片尋址時(shí)，這部分地址的譯碼是在存儲芯片內(nèi)完成的，稱為內(nèi)完成的，稱為“片內(nèi)譯碼片內(nèi)譯碼”n用

30、于選中該芯片中的一個(gè)存儲字用于選中該芯片中的一個(gè)存儲字存儲器編址例：存儲器編址例：001100001111000001011010低位地址低位地址高位地址高位地址片選地址片選地址片內(nèi)地址片內(nèi)地址存儲器構(gòu)建原理：存儲器構(gòu)建原理：存儲器編址例：存儲器編址例：001100001111000001011010CS00譯碼譯碼電路電路1CS3. 存儲芯片片選端的譯碼存儲芯片片選端的譯碼n存儲系統(tǒng)常需利用多個(gè)存儲芯片擴(kuò)充容量存儲系統(tǒng)常需利用多個(gè)存儲芯片擴(kuò)充容量n也就是擴(kuò)充了存儲器地址范圍也就是擴(kuò)充了存儲器地址范圍n這種擴(kuò)充簡稱為這種擴(kuò)充簡稱為“地址擴(kuò)充地址擴(kuò)充”或或“字?jǐn)U展字?jǐn)U展”n進(jìn)行進(jìn)行“地址擴(kuò)充地址

31、擴(kuò)充”，需要利用存儲芯片的，需要利用存儲芯片的片選端對多個(gè)存儲芯片（組）進(jìn)行尋址片選端對多個(gè)存儲芯片（組）進(jìn)行尋址n這個(gè)尋址方法，主要通過將這個(gè)尋址方法，主要通過將芯片的片選端芯片的片選端與系統(tǒng)的高位地址線相關(guān)聯(lián)來實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)的高位地址線相關(guān)聯(lián)來實(shí)現(xiàn)存儲芯片的字?jǐn)U充存儲芯片的字?jǐn)U充地址擴(kuò)充（字?jǐn)U充）地址擴(kuò)充（字?jǐn)U充）片選端片選端D7D0A19A10A9A0（2）A9A0D7D0CE（1）A9A0D7D0CE譯碼器譯碼器000000000100000000001K81K8n每個(gè)芯片的地址線、數(shù)據(jù)線、控每個(gè)芯片的地址線、數(shù)據(jù)線、控制線并聯(lián)制線并聯(lián)n片選端片選端分別引出，以使每個(gè)芯片分別引出，以使每個(gè)

32、芯片有不同的地址范圍。有不同的地址范圍。片選端常有效片選端常有效A19A15A14A0 全全0全全1D7D027256EPROMA14A0CE32K8n令芯片（組）的片選端常有效令芯片（組）的片選端常有效n不與系統(tǒng)的高位地址線發(fā)生聯(lián)系不與系統(tǒng)的高位地址線發(fā)生聯(lián)系n芯片（組）總處在被選中的狀態(tài)芯片（組）總處在被選中的狀態(tài)n雖簡單易行、但無法再進(jìn)行地址雖簡單易行、但無法再進(jìn)行地址擴(kuò)充，會出現(xiàn)擴(kuò)充，會出現(xiàn)“地址重復(fù)地址重復(fù)”地址重復(fù)地址重復(fù)n一個(gè)存儲單元具有多個(gè)存儲地址的現(xiàn)象n原因：有些高位地址線沒有用、可任意有些高位地址線沒有用、可任意n使用地址：出現(xiàn)地址重復(fù)時(shí)，常選取其中既好用、又不沖突的一個(gè)“

33、可用地址”n例如：00000H07FFFHn選取的原則：高位地址全為0的地址高位地址譯碼更好！高位地址譯碼更好！譯碼和譯碼器譯碼和譯碼器n譯碼：譯碼：將某個(gè)特定的將某個(gè)特定的“編碼輸入編碼輸入”翻譯為翻譯為唯一唯一“有效輸出有效輸出”的過程。的過程。n譯碼電路可以使用譯碼電路可以使用門電路組合邏輯門電路組合邏輯n更多的是采用集成更多的是采用集成譯碼器譯碼器n常用的常用的2：4譯碼器：譯碼器：74LS139 n常用的常用的3：8譯碼器：譯碼器：74LS138n常用的常用的4：16譯碼器：譯碼器：74LS15474LS138功能表片選輸入片選輸入編碼輸入編碼輸入輸出輸出E3 E2* E1*C B

34、AY7* Y0*1 0 00 0 011111110（僅（僅Y0*有效）有效）0 0 111111101（僅（僅Y1*有效）有效）0 1 011111011（僅（僅Y2*有效）有效）0 1 111110111（僅（僅Y3*有效）有效）1 0 011101111（僅（僅Y4*有效）有效）1 0 111011111（僅（僅Y5*有效）有效）1 1 010111111（僅（僅Y6*有效）有效）1 1 101111111（僅（僅Y7*有效）有效）非上述情況非上述情況11111111（全無效）（全無效）n所有的系統(tǒng)地址線均參與對存儲單元的譯所有的系統(tǒng)地址線均參與對存儲單元的譯碼尋址碼尋址n包括低位地址線

35、對芯片內(nèi)各存儲單元的譯碼尋包括低位地址線對芯片內(nèi)各存儲單元的譯碼尋址（址（片內(nèi)譯碼片內(nèi)譯碼），高位地址線對存儲芯片的譯），高位地址線對存儲芯片的譯碼尋址（碼尋址（片選譯碼片選譯碼）n采用全譯碼，采用全譯碼，每個(gè)存儲單元的地址都是唯每個(gè)存儲單元的地址都是唯一的一的，不存在地址重復(fù)，不存在地址重復(fù)n譯碼電路可能比較復(fù)雜、連線也較多譯碼電路可能比較復(fù)雜、連線也較多全譯碼法全譯碼法全譯碼示例（全譯碼示例（1）A15 A14A13A16CBAE3138 2764A19A18A17A12A0CEY6E2E1IO/M1C000H1DFFFH全全0全全10 0 0 1 1 1 00 0 0 1 1 1 0地址

36、范圍地址范圍A12A0A19A18A17A16A15A14 A1373全譯碼例（全譯碼例（2）n若已知某若已知某SRAM 6264芯片芯片(8K 8)在內(nèi)存在內(nèi)存中的地址為：中的地址為： 3E000H3FFFFHn試畫出將該芯片連接到系統(tǒng)的全譯碼電路。試畫出將該芯片連接到系統(tǒng)的全譯碼電路。n設(shè)計(jì)步驟：設(shè)計(jì)步驟：n寫出地址范圍的二進(jìn)制表示；寫出地址范圍的二進(jìn)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(shè)計(jì)譯碼器。設(shè)計(jì)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

37、1 1 1 1 1 1 1 1 1片尾地址片尾地址（ 3E000H3FFFFH）8K 8A19A18A17A16A15A14A13& 1CS1高位地址：高位地址：0011111SRAM 6264CS2+5V00111110n只有部分（高位）地址線參與對存儲芯片只有部分（高位）地址線參與對存儲芯片的譯碼的譯碼n每個(gè)存儲單元將對應(yīng)多個(gè)地址每個(gè)存儲單元將對應(yīng)多個(gè)地址（地址重（地址重復(fù)），需要選取一個(gè)可用地址復(fù)），需要選取一個(gè)可用地址n可簡化譯碼電路的設(shè)計(jì)可簡化譯碼電路的設(shè)計(jì)n但系統(tǒng)的部分地址空間將被浪費(fèi)但系統(tǒng)的部分地址空間將被浪費(fèi)部分譯碼部分譯碼部分地址譯碼例部分地址譯碼例兩組地址：兩組地址

38、： F0000H F1FFFH B0000H B1FFFHA19A17A16A15A14A13& 16264 （8K 8）CS1111000高位地址：高位地址： 1110001011000， 1111000部分譯碼示例部分譯碼示例138A17 A16A11A0A14 A13A12(4)(3)(2)(1)2732273227322732CBAE3E2E1IO/MCECECECEY0Y1Y2Y3A19 A15A14 A12A11A0一個(gè)可用地址一個(gè)可用地址123410101010000001010011全全0全全1全全0全全1全全0全全1全全0全全120000H20FFFH21000H21

39、FFFH22000H22FFFH23000H23FFFHn只用少數(shù)幾根高位地址線進(jìn)行芯片的譯碼，且每根負(fù)責(zé)選中一個(gè)芯片（組）n雖構(gòu)成簡單，但地址空間嚴(yán)重浪費(fèi)n必然會出現(xiàn)地址重復(fù)n一個(gè)存儲地址會對應(yīng)多個(gè)存儲單元一個(gè)存儲地址會對應(yīng)多個(gè)存儲單元n多個(gè)存儲單元共用的存儲地址不應(yīng)使用 線選譯碼線選譯碼線選譯碼示例線選譯碼示例A14A12A0A13(1)2764(2)2764 CECEA19 A15A14 A13A12A0一個(gè)可用地址一個(gè)可用地址121 00 1全全0全全1全全0全全104000H05FFFH02000H03FFFH切記： A14 A1300的情況不能出現(xiàn)00000H01FFFH的地址不可

40、使用片選端譯碼小結(jié)片選端譯碼小結(jié)n存儲芯片的片選控制端可以被看作是一根存儲芯片的片選控制端可以被看作是一根最高位地址線最高位地址線n在系統(tǒng)中，主要與地址發(fā)生聯(lián)系：包括在系統(tǒng)中，主要與地址發(fā)生聯(lián)系：包括地地址空間的選擇址空間的選擇（接系統(tǒng)的（接系統(tǒng)的IO/M*信號）和信號）和高位地址的譯碼選擇高位地址的譯碼選擇（與系統(tǒng)的高位地址（與系統(tǒng)的高位地址線相關(guān)聯(lián)）線相關(guān)聯(lián)）n對一些存儲芯片通過片選無效可關(guān)閉內(nèi)部對一些存儲芯片通過片選無效可關(guān)閉內(nèi)部的輸出驅(qū)動機(jī)制，起到降低功耗的作用的輸出驅(qū)動機(jī)制，起到降低功耗的作用4.存儲芯片的讀寫控制存儲芯片的讀寫控制n芯片芯片OE* 與系統(tǒng)的讀命令線相連與系統(tǒng)的讀命令

41、線相連n當(dāng)芯片被選中、且讀命令有效時(shí)，存儲芯片將開放并驅(qū)動數(shù)據(jù)到總線。n芯片芯片WE*與系統(tǒng)的寫命令線相連與系統(tǒng)的寫命令線相連n當(dāng)芯片被選中、且寫命令有效時(shí)，允許總線數(shù)據(jù)寫入存儲芯片。存儲芯片與存儲芯片與CPU的配合的配合n存儲芯片與存儲芯片與CPU總線的連接，還有兩總線的連接，還有兩個(gè)很重要的問題：個(gè)很重要的問題：nCPU的總線負(fù)載能力的總線負(fù)載能力nCPU能否能否帶動帶動總線上包括存儲器在內(nèi)的總線上包括存儲器在內(nèi)的連接器件連接器件n存儲芯片與存儲芯片與CPU總線時(shí)序的配合總線時(shí)序的配合nCPU能否與存儲器的存取速度相配合能否與存儲器的存取速度相配合1.總線驅(qū)動總線驅(qū)動nCPU的總線驅(qū)動能力

42、有限n單向傳送的地址和控制總線，可采用三態(tài)鎖存器和三態(tài)單向驅(qū)動器等加以鎖存和驅(qū)動（如：74LS244、373、Intel 8282、8283等）n雙向傳送的數(shù)據(jù)總線，可以采用三態(tài)雙向驅(qū)動器來加以驅(qū)動（如 ：74LS245或或Intel8286、8287 ）2.時(shí)序配合時(shí)序配合n分析存儲器的存取速度是否滿足CPU總線時(shí)序的要求n如果不能滿足：n考慮更換芯片n總線周期中插入等待周期TW注意，如何確定存儲芯片數(shù)？注意，如何確定存儲芯片數(shù)？n設(shè)計(jì)過程：設(shè)計(jì)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)； 進(jìn)行位擴(kuò)展位擴(kuò)展以滿足字長要求； 進(jìn)行字?jǐn)U展字?jǐn)U展以滿足容量要求。n若已有存儲芯片的容量為若已有

43、存儲芯片的容量為L LK K，要構(gòu)成容量為要構(gòu)成容量為M M N N的存的存儲器，需要的儲器，需要的芯片數(shù)芯片數(shù)為：為： （M / L） （N / K） 先要組成一個(gè)芯片組先要組成一個(gè)芯片組LN，所需芯片數(shù)為，所需芯片數(shù)為N / k； 此時(shí)組成此時(shí)組成MN 容量存儲器所需芯片組數(shù)為容量存儲器所需芯片組數(shù)為M / L； 例：例：CPU為為8088，利用存儲容量為，利用存儲容量為16K8芯片，設(shè)計(jì)構(gòu)成一個(gè)存儲容量為芯片，設(shè)計(jì)構(gòu)成一個(gè)存儲容量為64KB，首地址為首地址為0A0000H的內(nèi)存子系統(tǒng)。的內(nèi)存子系統(tǒng)。解題步驟：解題步驟：位擴(kuò)展，字?jǐn)U展后，確定片選。位擴(kuò)展，字?jǐn)U展后，確定片選。確定分配的地址

44、范圍（確定分配的地址范圍（容量容量=尾地址尾地址-首地首地址址+1）地址分配（建表）地址分配（建表）畫出設(shè)計(jì)圖畫出設(shè)計(jì)圖課后習(xí)題19n使用使用2732、6116和和74LSl38構(gòu)成一個(gè)存儲構(gòu)成一個(gè)存儲容量為容量為16KB ROM(地址地址00000H03FFFH)、8KB RAM地址地址(04000H 05FFFH)的內(nèi)存系統(tǒng)。設(shè)系統(tǒng)地址總線的內(nèi)存系統(tǒng)。設(shè)系統(tǒng)地址總線20位，數(shù)據(jù)總線位，數(shù)據(jù)總線8位，全譯碼。請畫出原理圖。位，全譯碼。請畫出原理圖。7.4.4 DRAM連接n1 行地址和列地址的分時(shí)傳送行地址和列地址的分時(shí)傳送n2 RAS*和和CAS*信號的產(chǎn)生信號的產(chǎn)生n3刷新控制刷新控制DRAM在系統(tǒng)中的連接示意圖在系統(tǒng)中的連接示意圖與系統(tǒng)連接圖與系統(tǒng)連接圖存儲體存儲體64K17.5 PC系列微機(jī)的內(nèi)存組織n當(dāng)CPU的數(shù)據(jù)寬度大于8位時(shí)，