第5章-存儲(chǔ)器教材課件

第5章存儲(chǔ)器7/20/20231本章要點(diǎn)存儲(chǔ)器的基本知識(shí)RAM的基本結(jié)構(gòu)、典型芯片2116、2164ROM典型芯片2764內(nèi)存接口技術(shù)7/20/202325.1概述

5.1.1內(nèi)存基本結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)組織1.內(nèi)存基本結(jié)構(gòu)7/20/202335.1概述

作為一個(gè)整體一次存放或取出的數(shù)據(jù)稱為“存儲(chǔ)字”，例如8位機(jī)的存儲(chǔ)字是8位字長；在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，內(nèi)存一般是以字節(jié)編址，即一個(gè)存儲(chǔ)地址對(duì)應(yīng)一個(gè)8位存儲(chǔ)單元，這樣一個(gè)16位存儲(chǔ)字就占了兩個(gè)連續(xù)的8位存儲(chǔ)單元，一個(gè)32位存儲(chǔ)字就占了四個(gè)連續(xù)的8位存儲(chǔ)單元......。2.數(shù)據(jù)組織7/20/202345.1概述內(nèi)存主要技術(shù)指標(biāo)存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)速度性價(jià)比功耗5.1.2內(nèi)存主要技術(shù)指標(biāo)可靠性7/20/20235存儲(chǔ)容量的表示方法有兩種：根據(jù)存儲(chǔ)的二進(jìn)制位確定（如256×8b）和根據(jù)存儲(chǔ)的二進(jìn)制字節(jié)確定(如2KB)。如果一個(gè)存儲(chǔ)器芯片上有N個(gè)存儲(chǔ)單元，每個(gè)單元可存放M位二進(jìn)制數(shù)，則該芯片的容量用N×M來表示。例如,右圖所示的存儲(chǔ)芯片的存儲(chǔ)容量為256×410111100…100111101011256個(gè)存儲(chǔ)單元7/20/20236存儲(chǔ)容量的計(jì)量單位：1KB=1024B1MB=1024KB1GB=1024MB1TB=1024GB存儲(chǔ)單元數(shù)與地址線的關(guān)系芯片的存儲(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)

某存儲(chǔ)芯片的地址線條數(shù)為t,則存儲(chǔ)單元數(shù)為2t如某芯片有12條地址線,則其存儲(chǔ)單元數(shù)為

212=22×210=4K7/20/20237存取時(shí)間：指向存儲(chǔ)器單元寫入數(shù)據(jù)及從存儲(chǔ)單元讀出數(shù)據(jù)所需的時(shí)間。存儲(chǔ)器的存取時(shí)間直接決定了整個(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)。存儲(chǔ)器的可靠性：存儲(chǔ)器的可靠性用平均故障間隔時(shí)間MTBF來衡量。MTBF可以理解為兩次故障之間的平均時(shí)間間隔。MTBF越長，表示可靠性越高，即保持正確工作能力越強(qiáng)。存儲(chǔ)器的成本也是存儲(chǔ)器系統(tǒng)的重要性能指標(biāo)。7/20/202385.1概述5.1.3 存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)及分類1.層次結(jié)構(gòu)7/20/202398086存儲(chǔ)器體系結(jié)構(gòu)CPUCACHE主存（內(nèi)存）輔存（外存）速度快容量小速度慢容量大7/20/202310半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類雙極型RAM

隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)

SRAMMOS型RAMDRAM

PROM

只讀存儲(chǔ)器(ROM)EPROM

EEPROM主存儲(chǔ)器快擦型存儲(chǔ)器7/20/2023115.1概述5.1.3 存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)及分類2.分類依據(jù)制作存儲(chǔ)器的材料半導(dǎo)體存儲(chǔ)器磁存儲(chǔ)器光存儲(chǔ)器7/20/2023125.2隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器RAM

5.2.1靜態(tài)RAM1.基本存儲(chǔ)電路7/20/202313譯碼器譯碼器矩陣譯碼電路行線列線地址線地址線7/20/2023147/20/202315隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM7/20/2023165.2隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器RAM

2.典型芯片HM6116及其內(nèi)部框圖7/20/202317基本存儲(chǔ)器芯片模型

存儲(chǔ)芯片型號(hào)

存儲(chǔ)容量

地址線數(shù)據(jù)線2101（1K×1B）1024×1BA0～A9D02114（1K×4B）1024×4BA0～A9D0～D34118（1K×8B）

1024×8BA0～A9D0～D76116（2K×8B）

2048×8BA0～A10D0～D76232（4K×8B）4×1024×8BA0～A11

D0～D76264（8K×8B）8×1024×8BA0～A12D0～D761256（32K×8B）

32×1024×8BA0～A14D0～D72732（4K×8B）4×1024×8BA0～A11D0～D77/20/2023185.2.2動(dòng)態(tài)RAM

1.基本存儲(chǔ)電路5.2隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器RAM7/20/2023195.2隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器RAM2.典型芯片2164及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖7/20/2023207/20/2023215.3現(xiàn)代RAM

現(xiàn)代RAM擴(kuò)展數(shù)據(jù)輸出動(dòng)態(tài)隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器EDODRAM同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器SDRAM雙倍數(shù)據(jù)速率同步內(nèi)存DDRSDRAM突發(fā)存取的高速動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器RDRAM7/20/2023225.4只讀存儲(chǔ)器ROM

ROM掩膜式ROM可編程ROM（PROM）電擦寫EPROM（E2PROM）閃存（FlashROM）可擦寫PROM（EPROM）1.ROM7/20/202323只讀存儲(chǔ)器ROM:存儲(chǔ)單元中的信息可一次寫入多次讀出。掩模型ROM:制造時(shí)用固定掩模進(jìn)行編程，單元芯片中的信息已固定。PROM:用戶可根據(jù)需要向芯片單元寫入信息，但僅能寫入一次，不能改寫7/20/202324只讀存儲(chǔ)器ROM

固定掩模式ROM7/20/202325PROM7/20/202326可擦寫只讀存儲(chǔ)器(EPROM，Erasableprogrammableread-onlymemory)就是為了解決這個(gè)問題。EPROM芯片能被多次重寫。擦除EPROM的過程是沒有選擇余地的，它將會(huì)抹掉整個(gè)的EPROM。EPROM必須從它所在的裝置上取下來，在EPROM擦除器的紫外線下放幾分鐘。EPROM被放在紫外線下過久會(huì)造成過擦除。7/20/202327克服了EPROM的這一缺點(diǎn)。電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器芯片（E2PROM，Electricallyerasableprogrammableread-onlymemory）中:芯片重寫時(shí)不必被取下來。芯片不必完全擦除就可改變它的特定部分。對(duì)各單元的局部化的電場作用使各單元中的電子恢復(fù)到常態(tài)。這就擦除了E2PROM的目標(biāo)單元。E2PROM一次改變一字節(jié)，這使它們很靈活，但是速度卻很慢。FlashRom:只能分塊讀寫7/20/2023285.4只讀存儲(chǔ)器ROM2.典型ROM芯片（2764）7/20/2023295.5內(nèi)存接口技術(shù)

5.5.1內(nèi)存芯片與CPU連接的基本方法7/20/2023305.5內(nèi)存接口技術(shù)

連接包括數(shù)據(jù)線的連接地址線的連接控制線的連接7/20/2023315.5內(nèi)存接口技術(shù)

5.5.2片選的地址譯碼電路7/20/2023325.5內(nèi)存接口技術(shù)

5.5.3片選的地址譯碼方法片選的地址譯碼方法全譯碼法部分譯碼法線選法混合譯碼法7/20/2023335.6微機(jī)內(nèi)存空間的形成

一般內(nèi)存空間范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單片芯片的容量，CPU要連多片存儲(chǔ)芯片形成內(nèi)存空間。實(shí)際使用時(shí)，根據(jù)所需要的實(shí)際存儲(chǔ)器容量，對(duì)內(nèi)存芯片進(jìn)行位擴(kuò)展、字?jǐn)U展以及字位的同時(shí)擴(kuò)展。7/20/202334存儲(chǔ)器的擴(kuò)展存儲(chǔ)器的位擴(kuò)展位擴(kuò)展是指增加存儲(chǔ)器的字長，如1K*4的存儲(chǔ)器，可組成1K*8的存儲(chǔ)器7/20/20233521142114A0~A9D4~D7D0~D3CSWE7/20/202336存儲(chǔ)器的字?jǐn)U展字?jǐn)U展是指增加存儲(chǔ)器的字的數(shù)量，如2片

1K*8的存儲(chǔ)器，可組成2K*8的存儲(chǔ)器，即存儲(chǔ)器的容量增加了一倍7/20/202337D0~D71K*8A1K*8BWEA0~A9A10存儲(chǔ)器的容量為2K，即

000000000001000000000001111111111111111111111K1KCS0CS17/20/202338存儲(chǔ)器的字、位擴(kuò)展字、位擴(kuò)展是指既增加存儲(chǔ)器的字的數(shù)量又增加字長，如4片1K*4的存儲(chǔ)器，可組成2K*8的存儲(chǔ)器，即存儲(chǔ)器的容量、字長都增加了一倍。7/20/2023391K*41K*41K*41K*4D0~D7WECS0A0~A9A10CS17/20/202340例：假設(shè)8086系統(tǒng)中從0E0000H

開始的64K

存儲(chǔ)區(qū)無存儲(chǔ)器，2764EPROM

是8k*8

的只讀存儲(chǔ)器，如何對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)充？解：第一步：將地址范圍寫成二進(jìn)制代碼，并確定其總?cè)萘?/p>

A19A18A17A16A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A011100000000000000000………………1110111111111111111164K第二步：根據(jù)地址范圍的容量及該范圍在計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用，選擇存儲(chǔ)芯片要擴(kuò)充64K的存儲(chǔ)容量，給定了只讀存儲(chǔ)器2764EPROM，共需要8片2764EPROM進(jìn)行擴(kuò)充。7/20/202341第四步：片選信號(hào)的形成第三步：分配地址線將CPU的低13位地址線A0~A12與2764EPROM相連，剩下的高位地址線用于產(chǎn)生片選信號(hào)。1譯碼器的輸入端A、B、C，決定了Y0~Y7那個(gè)端口有輸出，從而決定選中哪片芯片，將A15、A14、A13分別與C、B、A相連，從000~111變化，從而可以選擇8片芯片。A19A18A17A16A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A011100000000000000000………………111011111111111111112為了使譯碼器進(jìn)行工作，G1位高電平，G2A、G2B位低電平，可以將A19、A18、A17連接到一個(gè)與非門上，與非門的輸出和

G2A、G2B輸入端相連。A16可以和一個(gè)非門電路相連，輸出和G1的輸入端相連。7/20/202342Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7A0~A12D0~D7A0~A12D0~D7數(shù)據(jù)線地址線RDW/RW/RA13~A15A16A17~A19ABCG1G2AG2BE0000~E1FFFE2000~E3FFFE4000~E5FFFE6000~E7FFFE8000~E9FFFEA000~EBFFFEC000~EDFFFEE000~EFFFFCECE…………………………7/20/202343A19A18A17A16A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A011100000000000000000………………11101111111111111111針對(duì)譯碼器的Y0輸出，這時(shí)CBA=000，即A15=0，A14=0，A13=0地址范圍：111000000000

0000

0000=E0000H11100001111111111111=E1FFFH針對(duì)譯碼器的Y1輸出，這時(shí)CBA=001，即A15=0，A14=0，A13=1地址范圍：1110001000000000

0000=E2000H11100011111111111111=E3FFFH7/20/202344例：假設(shè)CPU有16根地址線，8根數(shù)據(jù)線，并用MREQ作為訪存控制信號(hào)（低電平有效），用WR做讀/寫控制信號(hào)（高電平為讀，低電平為寫），現(xiàn)有下列存儲(chǔ)芯片：1K*4位RAM，4K*8位RAM，8K*8位RAM，2K*8位ROM，4K*8位ROM，8K*8位ROM及74LS138譯碼器和各種門電路，畫出CPU與存儲(chǔ)器的連接圖，要求：

1.主存地址空間分配

6000H~67FFH為系統(tǒng)程序區(qū)

6800H~6BFFH為用戶程序區(qū)

2.合理選用上述存儲(chǔ)芯片，說明各選幾片？

3.詳細(xì)畫出存儲(chǔ)器芯片的片選邏輯圖。7/20/202345解：第一步：將地址范圍寫成二進(jìn)制代碼，并確定其總?cè)萘?/p>

A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A00110000000000000………………01100111111111110110100000000000………………0110101111111111系統(tǒng)程序區(qū)2K*8用戶程序區(qū)1K*87/20/202346第二步：根據(jù)地址范圍的容量及該范圍在計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用，選擇存儲(chǔ)芯片由6000H~67FFH為系統(tǒng)程序區(qū)，為2K*8位，應(yīng)選擇一片2K*8位ROM

由6800H~6BFFH為用戶程序區(qū)，為1K*8位，應(yīng)選擇兩片1K*4位RAM第三步：分配CPU的地址線將CPU的低11位地址線A10~A0與2K*8位的ROM地址線相連，將CPU的低10位地址線A9~A0與1K*4位的RAM地址線相連，剩下的高位地址與訪存控制信號(hào)共同產(chǎn)生存儲(chǔ)芯片的片選信號(hào)。7/20/202347第四步：由題給出的74LS138譯碼器的輸入邏輯關(guān)系可知，必須保證G1為高電平，G2A、G2B為低電平才能使譯碼器工作。

A15為低，連接到G2A上，A14為高，連接到G1上，MREQ

為低，連接到G2B上。保證了三個(gè)控制端的要求

A13、A12、A11連接到C、B、A上。輸出Y4有效時(shí)，選中一片ROM；Y5有效時(shí)，同時(shí)A10有效為低電平，選中兩片

RAM。讀出時(shí)低電平有效，RAM的讀/寫控制端與CPU的命令端WR相連*ROM的數(shù)據(jù)線是單向的7/20/2023482K*81K*41K*4MREQD7D6D5D4D3D2D1D0WRA10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0CBAA13A12A11G1G2AG2BA15A14Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y07/20/202349二、存儲(chǔ)器接口舉例（一）、只讀存儲(chǔ)器(ROM)擴(kuò)展電路

7/20/2023501、ROM（EPROM27系列）信號(hào)分類：7/20/202351總線部分：

D0—D7，數(shù)據(jù)線

A0—An－1，地址線。n是地址線個(gè)數(shù)。 對(duì)于2716，n為11， 對(duì)于27256，n＝15。電源部分：

VCC，GND，電源和地

VPP，編程電壓。在CPU僅對(duì)芯片進(jìn)行 讀操作時(shí)，Vpp一般直接接電源電壓。7/20/202352控制部分：

/OE讀控制線。當(dāng)其有效時(shí)， 數(shù)據(jù)從EPROM內(nèi)的某個(gè)單元通過 數(shù)據(jù)線傳送到CPU。

/CS片選線。該信號(hào)一般為低 電平有效。有效時(shí)表示本芯片工 作。在芯片編程時(shí)這根線常作編 程控制線。7/20/2023537/20/2023542、CPU提供的信號(hào)線 數(shù)據(jù)線D15～D0

地址線A19～A0

存儲(chǔ)器或I/O端口訪問信號(hào)M/IO#

讀信號(hào)/RD

寫信號(hào)/WR7/20/202355存儲(chǔ)器的容量擴(kuò)充。位擴(kuò)充：當(dāng)使用的存儲(chǔ)器芯片單元數(shù)目符合要求，但每單元的位數(shù)較少時(shí)，需要進(jìn)行這種擴(kuò)充。例如，使用

(1K×1)擴(kuò)充1KB存儲(chǔ)系統(tǒng)，就需要進(jìn)行位擴(kuò)充。方法：各芯片的數(shù)據(jù)線分別接到數(shù)據(jù)總線的各位上各芯片的地址線并接在一起，連到相應(yīng)的地址總線各位；各芯片的控制線并接在一起，連到相應(yīng)的控制線上7/20/202356位擴(kuò)充：用1k*4的片子組成1k*8的存儲(chǔ)器地址線——10條數(shù)據(jù)線——8條控制線——WR7/20/202357練習(xí)：用2012(1k×1位)組成1K×8位RAM

2012

A0~A9D0WRCS7/20/202358

2012

A0~A9D0WRCS

2012

A0~A9D0WRCS

2012

A0~A9D0WRCSD0

2012

A0~A9D0WRCSD0

2012

A0~A9D0WRCS

2012

A0~A9D0WRCS

2012

A0~A9D0WRCS

2012

A0~A9D0WRCSD7┇

D07/20/202359字?jǐn)U充：當(dāng)使用的存儲(chǔ)器芯片位數(shù)符合要求，但單元數(shù)目較少時(shí)，需要進(jìn)行這種擴(kuò)充。例如，使用6264(8K*8)擴(kuò)充24KB存儲(chǔ)系統(tǒng)，就需要進(jìn)行字?jǐn)U充。方法：將各存儲(chǔ)芯片片內(nèi)地址線、數(shù)據(jù)線、讀/寫控制線并聯(lián)，接到相應(yīng)的總線上；將地址線的高位送地址譯碼器產(chǎn)生片選信號(hào)，接各存儲(chǔ)芯片的CS端，以選擇芯片。7/20/202360選擇以下芯片，將其擴(kuò)充為24KBD0～7CEA0～12R/WD0～7CEA0～12R/WD0～7CEA0～12R/WD0～7R/WA0～127/20/202361練習(xí)：利用以下芯片擴(kuò)充到16KBD0～7CEA0～11R/W7/20/202362字位同時(shí)擴(kuò)充的連接：上述兩種方式的結(jié)合2114A0~A9D0~D3CS2114A0~A9D0~D3CS2114A0~A9D0~D3CS2114A0~A9D0~D3CS1數(shù)D0據(jù)總線D7A0~A9A107/20/202363利用下列芯片擴(kuò)充2KB的主存儲(chǔ)器系統(tǒng)。A0~A9D0CS7/20/202364存儲(chǔ)器的芯片片選端的處理線選法：直接用地址總線某一位高位線作為存儲(chǔ)器芯片的片選信號(hào)，簡稱線選法。全譯碼法：高位全部參加譯碼部分譯碼：高位地址線部分參加譯碼7/20/202365例:要求用1KB的RAM芯片和1KB的ROM，組成2KB的存儲(chǔ)系統(tǒng),CPU尋址空間64K(16條地址線)。

(1)確定芯片組數(shù)----2片

(2)片內(nèi)譯碼:低位10條地址線

(3)片選信號(hào)的譯碼方式?7/20/202366線選法D0~D7CPUA0~A9A10A11D0~D71KBROM___CEA0~A9D0~D71KBRAM___CEA0~A9特點(diǎn)簡單地址可能重疊地址不連續(xù)7/20/202367D0~D7CPUA0~A9A11D0~D71KBROM___CEA0~A9D0~D71KBRAM___CEA0~A9部分譯碼法譯碼器7/20/202368全譯碼法D0~D