第六章 主存儲(chǔ)器

第六章主存儲(chǔ)器第6章：主存儲(chǔ)器教學(xué)重點(diǎn)芯片SRAM2114

SRAM與CPU的連接第6章：6.1半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類除采用磁、光原理的輔存外，其它存儲(chǔ)器主要都是采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器本章介紹采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器及其組成主存的方法CPUCACHE主存（內(nèi)存）輔存（外存）第6章：6.1.1半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類按制造工藝雙極型：速度快、集成度低、功耗大MOS型：速度慢、集成度高、功耗低按使用屬性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM：可讀可寫、斷電丟失只讀存儲(chǔ)器ROM：正常只讀、斷電不丟失詳細(xì)分類，請(qǐng)看圖示第6章：圖6.1半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類半導(dǎo)體存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器（ROM）隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）靜態(tài)RAM（SRAM）動(dòng)態(tài)RAM（DRAM）非易失RAM（NVRAM）掩膜式ROM一次性可編程ROM（PROM）紫外線擦除可編程ROM（EPROM）電擦除可編程ROM（EEPROM）詳細(xì)展開，注意對(duì)比第6章：⑴讀寫存儲(chǔ)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第6章：⑵只讀存儲(chǔ)器ROM掩膜ROM：信息制作在芯片中，不可更改PROM：允許一次編程，此后不可更改EPROM：用紫外光擦除，擦除后可編程；并允許用戶多次擦除和編程EEPROM（E2PROM）：采用加電方法在線進(jìn)行擦除和編程，也可多次擦寫FlashMemory（閃存）：能夠快速擦寫的EEPROM，但只能按塊（Block）擦除第6章：6.2讀寫存儲(chǔ)器RAM6.2.1半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片的結(jié)構(gòu)地址寄存地址譯碼存儲(chǔ)體控制電路AB數(shù)據(jù)寄存讀寫電路DBOEWECS①存儲(chǔ)體存儲(chǔ)器芯片的主要部分，用來存儲(chǔ)信息②地址譯碼電路根據(jù)輸入的地址編碼來選中芯片內(nèi)某個(gè)特定的存儲(chǔ)單元③

片選和讀寫控制邏輯選中存儲(chǔ)芯片，控制讀寫操作第6章：①存儲(chǔ)體每個(gè)存儲(chǔ)單元具有一個(gè)唯一的地址，可存儲(chǔ)1位（位片結(jié)構(gòu)）或多位（字片結(jié)構(gòu)）二進(jìn)制數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量與地址、數(shù)據(jù)線個(gè)數(shù)有關(guān)：芯片的存儲(chǔ)容量 ＝存儲(chǔ)單元數(shù)×存儲(chǔ)單元的位數(shù)＝2M×N

M：芯片的地址線根數(shù)

N：芯片的數(shù)據(jù)線根數(shù)

示例譯碼器A5A4A3A2A1A06301存儲(chǔ)單元64個(gè)單元行譯碼A2A1A0710列譯碼A3A4A501764個(gè)單元單譯碼雙譯碼第6章：②地址譯碼電路單譯碼結(jié)構(gòu)雙譯碼結(jié)構(gòu)雙譯碼可簡(jiǎn)化芯片設(shè)計(jì)主要采用的譯碼結(jié)構(gòu)第6章：③片選和讀寫控制邏輯片選端CS*或CE*有效時(shí)，可以對(duì)該芯片進(jìn)行讀寫操作輸出OE*控制讀操作。有效時(shí)，芯片內(nèi)數(shù)據(jù)輸出該控制端對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的讀控制線寫WE*控制寫操作。有效時(shí)，數(shù)據(jù)進(jìn)入芯片中該控制端對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的寫控制線第6章：6.2靜態(tài)RAMSRAM的基本存儲(chǔ)單元是觸發(fā)器電路每個(gè)基本存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)一位許多個(gè)基本存儲(chǔ)單元形成行列存儲(chǔ)矩陣SRAM一般采用“字結(jié)構(gòu)”存儲(chǔ)矩陣：每個(gè)存儲(chǔ)單元存放多位（4、8、16等）每個(gè)存儲(chǔ)單元具有一個(gè)地址SRAM2114SRAM6264靜態(tài)RAM（SRAM)基本的存儲(chǔ)電路動(dòng)態(tài)RAM（DRAM)單管動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)電路第6章：SRAM芯片2114存儲(chǔ)容量為1024×418個(gè)引腳：10根地址線A9～A04根數(shù)據(jù)線I/O4～I(xiàn)/O1片選CS*讀寫WE*123456789181716151413121110VccA7A8A9I/O1I/O2I/O3I/O4WE*A6A5A4A3A0A1A2CS*GND功能第6章：SRAM芯片6264存儲(chǔ)容量為8K×828個(gè)引腳：13根地址線A12～A08根數(shù)據(jù)線D7～D0片選CS1*、CS2讀寫WE*、OE*功能+5VWE*CS2A8A9A11OE*A10CS1*D7D6D5D4D3NCA12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GND12345678910111213142827262524232221201918171615第6章：6.3半導(dǎo)體存儲(chǔ)器與CPU的連接這是本章的重點(diǎn)內(nèi)容SRAM與CPU的連接譯碼方法同樣適合I/O端口第6章：6.3.1存儲(chǔ)芯片與CPU的連接1.存儲(chǔ)芯片的數(shù)據(jù)線2.存儲(chǔ)芯片的地址線3.存儲(chǔ)芯片的片選端4.存儲(chǔ)芯片的讀寫控制線第6章：1.存儲(chǔ)芯片數(shù)據(jù)線的處理若芯片的數(shù)據(jù)線正好8根：一次可從芯片中訪問到8位數(shù)據(jù)全部數(shù)據(jù)線與系統(tǒng)的8位數(shù)據(jù)總線相連若芯片的數(shù)據(jù)線不足8根：一次不能從一個(gè)芯片中訪問到8位數(shù)據(jù)利用多個(gè)芯片擴(kuò)充數(shù)據(jù)位這個(gè)擴(kuò)充方式簡(jiǎn)稱“位擴(kuò)充”演示2114（1）A9～A0I/O4～I(xiàn)/O1片選D3～D0D7～D4A9～A02114（2）A9～A0I/O4～I(xiàn)/O1CECE多個(gè)位擴(kuò)充的存儲(chǔ)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)其它連接都一樣這些芯片應(yīng)被看作是一個(gè)整體常被稱為“芯片組”當(dāng)實(shí)際存儲(chǔ)芯片每個(gè)單元的位數(shù)和系統(tǒng)需要內(nèi)存單元字長(zhǎng)不等時(shí)采用的方法第6章：位擴(kuò)充演示第6章：2.存儲(chǔ)芯片地址線的連接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尋址時(shí)，這部分地址的譯碼是在存儲(chǔ)芯片內(nèi)完成的，我們稱為“片內(nèi)譯碼”第6章：片內(nèi)譯碼A9～A0存儲(chǔ)芯片000H001H002H…3FDH3FEH3FFH全0全1000000000000000000010000000010…111111110111111111101111111111范圍（16進(jìn)制)A9~A0第6章：3.存儲(chǔ)芯片片選端的譯碼存儲(chǔ)系統(tǒng)常需利用多個(gè)存儲(chǔ)芯片擴(kuò)充容量，也就是擴(kuò)充了主存儲(chǔ)器地址范圍這種擴(kuò)充簡(jiǎn)稱為“地址擴(kuò)充”或“字?jǐn)U充”進(jìn)行“地址擴(kuò)充”，需要利用存儲(chǔ)芯片的片選端對(duì)多個(gè)存儲(chǔ)芯片（組）進(jìn)行尋址這個(gè)尋址方法，主要通過將存儲(chǔ)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)演示第6章：地址擴(kuò)充（字?jǐn)U充）片選端D7～D0A19～A10A9～A0A9～A0D7～D0CE1K×8（1）A9～A0D7～D0CE譯碼器000000000100000000001K×8（2）演示A19A18A17A16A15A14～A0

全0～全1D7～D027256EPROMA14～A0CE第6章：片選端常有效令芯片（組）的片選端常有效不與系統(tǒng)的高位地址線發(fā)生聯(lián)系芯片（組）總處在被選中的狀態(tài)雖簡(jiǎn)單易行、但無(wú)法再進(jìn)行地址擴(kuò)充，會(huì)出現(xiàn)“地址重復(fù)”×表示任意（0或1均可）第6章：地址重復(fù)地址重復(fù)：一個(gè)存儲(chǔ)單元具有多個(gè)存儲(chǔ)地址原因：有些高位地址線沒有用、可任意使用地址：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)“可用地址” 例如：00000H~07FFFH選取一個(gè)可用地址的原則：高位地址全為0高位地址譯碼才更好第6章：⑴譯碼和譯碼器譯碼：將某個(gè)特定的“編碼輸入”翻譯為唯一“有效輸出”的過程譯碼電路可以使用門電路組合邏輯譯碼電路更多的是采用集成譯碼器常用的2:4譯碼器：74LS139常用的3:8譯碼器：74LS138常用的4:16譯碼器：74LS154第6章：⑵全譯碼全譯碼：所有的系統(tǒng)地址線均參與對(duì)存儲(chǔ)單元的譯碼尋址，包括片內(nèi)譯碼：低位地址線對(duì)芯片內(nèi)各存儲(chǔ)單元的譯碼尋址片選譯碼：高位地址線對(duì)存儲(chǔ)芯片的譯碼尋址采用全譯碼，每個(gè)存儲(chǔ)單元的地址都是唯一的，不存在地址重復(fù)譯碼電路可能比較復(fù)雜、連線也較多示例第6章：⑶部分譯碼部分譯碼：只有部分高位地址線參與對(duì)存儲(chǔ)芯片的譯碼每個(gè)存儲(chǔ)單元將對(duì)應(yīng)多個(gè)地址（地址重復(fù)），需要選取一個(gè)可用地址可簡(jiǎn)化譯碼電路的設(shè)計(jì)但系統(tǒng)的部分地址空間將被浪費(fèi)示例第6章：⑷線選譯碼線選譯碼：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）雖構(gòu)成簡(jiǎn)單，但地址空間嚴(yán)重浪費(fèi)必然會(huì)出現(xiàn)地址重復(fù)（一個(gè)存儲(chǔ)單元對(duì)應(yīng)多個(gè)存儲(chǔ)地址）一個(gè)存儲(chǔ)地址會(huì)對(duì)應(yīng)多個(gè)存儲(chǔ)單元多個(gè)存儲(chǔ)單元共用的存儲(chǔ)地址不應(yīng)使用示例第6章：片選端譯碼小結(jié)存儲(chǔ)芯片的片選控制端可以被看作是一根最高位地址線在系統(tǒng)中，主要與地址發(fā)生聯(lián)系：包括地址空間的選擇（例如接系統(tǒng)的IO/M*信號(hào)）和高位地址的譯碼選擇（與系統(tǒng)的高位地址線相關(guān)聯(lián)）對(duì)一些存儲(chǔ)芯片通過片選無(wú)效可關(guān)閉內(nèi)部的輸出驅(qū)動(dòng)機(jī)制，起到降低功耗的作用第6章：4.存儲(chǔ)芯片的讀寫控制芯片OE*與系統(tǒng)的讀命令線相連當(dāng)芯片被選中、且讀命令有效時(shí)，存儲(chǔ)芯片將開放并驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)到總線芯片WE*與系統(tǒng)的寫命令線相連當(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(chǔ)芯片第6章：6.3.2存儲(chǔ)芯片與CPU的配合存儲(chǔ)芯片與CPU總線的連接，還有兩個(gè)很重要的問題：CPU的總線負(fù)載能力CPU能否帶動(dòng)總線上包括存儲(chǔ)器在內(nèi)的連接器件？存儲(chǔ)芯片與CPU總線時(shí)序的配合CPU能否與存儲(chǔ)器的存取速度相配合？第6章：1.總線驅(qū)動(dòng)CPU的總線驅(qū)動(dòng)能力有限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(dòng)器等來加以鎖存和驅(qū)動(dòng)雙向傳送的數(shù)據(jù)總線，可以采用三態(tài)雙向驅(qū)動(dòng)器來加以驅(qū)動(dòng)第6章：2.時(shí)序配合分析存儲(chǔ)器的存取速度是否滿足CPU總線時(shí)序的要求如果不能滿足：考慮更換存儲(chǔ)芯片總線周期中插入等待狀態(tài)TW時(shí)序配合是連接中的難點(diǎn)第6章：6.4EPROM頂部開有一個(gè)圓形的石英窗口，用于紫外線透過,擦除原有信息一般使用專門的編程器（燒寫器）編程編程后，應(yīng)該貼上不透光封條出廠未編程前，每個(gè)基本存儲(chǔ)單元都是信息“1”編程就是將某些單元寫入信息0EPROM2716EPROM2764第6章：EPROM芯片2716存儲(chǔ)容量為2K×824個(gè)引腳：11根地址線A10～A08根數(shù)據(jù)線DO7～DO0片選/編程CE*/PGM讀寫OE*編程電壓VPP功能VDDA8A9VPPOE*A10CE*/PGMDO7DO6DO5DO4DO3123456789101112242322212019181716151413A7A6A5A4A3A2A1A0DO0DO1DO2Vss第6章：EPROM芯片2764存儲(chǔ)容量為8K×828個(gè)引腳：13根地址線A12～A08根數(shù)據(jù)線D7～D0片選CE*編程PGM*讀寫OE*編程電壓VPP功能VppA12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GNDVccPGM*NCA8A9A11OE*A10CE*D7D6D5D4D31234567891011121314282726252423222120191817161532K×8的SRAM芯片6225612345678910111213141516171819202122232425262728A14A12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GNDD3D4D5D6D7CSA10OEA11A9A8A13WEVcc62256引腳圖A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0OECSWED7D6D5D4D3D2D1D062256邏輯圖SRAM2114的功能工作方式CS*WE*I/O4~I/O1未選中讀操作寫操作100×10高阻輸出輸入SRAM6264的功能工作方式CS1*CS2WE*OE*D7~D0未選中未選中讀操作寫操作1×00×011××01××10高阻高阻輸入輸出EPROM2716的功能工作方式CE*/PGMOE*VCCVPPDO7~DO0待用1×＋5V＋5V高阻讀出00＋5V＋5V輸出讀出禁止01＋5V＋5V高阻編程寫入正脈沖1＋5V＋25V輸入編程校驗(yàn)00＋5V＋25V輸出編程禁止01＋5V＋25V高阻EPROM2764的功能工作方式CE*OE*PGM*A9VPPDO7~DO0讀出001×＋5V輸出讀出禁止011×＋5V高阻待用1×××＋5V高阻Intel標(biāo)識(shí)00＋12V1＋5V輸出編碼標(biāo)準(zhǔn)編程01負(fù)脈沖×＋25V輸入Intel編程01負(fù)脈沖×＋25V輸入編程校驗(yàn)001×＋25V輸出編程禁止1×××＋25V高阻門電路譯碼A1A0F0F1F2F3A19A18A17A16A15（b）（a）A0Y0Y1Y譯碼器74LS13812345678910111213141516ABCE1E2E3Y7GNDY6Y5Y4Y3Y2Y1Y0Vcc74LS138引腳圖Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7E3E2E1CBA74LS138原理圖74LS138的功能表片選輸入編碼輸入輸出E3E2*E1*CBAY7*~Y0*10000011111110（僅Y0*有效）00111111101（僅Y1*有效）01011111011（僅Y2*有效）01111110111（僅Y3*有效）10011101111（僅Y4*有效）10111011111（僅Y5*有效）11010111111（僅Y6*有效）11101111111（僅Y7*有效）非上述情況×××11111111（全無(wú)效）全譯碼示例A15A14A13A16CBAE3138

2764A19A18A17A12～A0CEY6E2E1IO/M1C000H1DFFFH全0全100011