第2章微機(jī)內(nèi)存及擴(kuò)展課件

第2章微型計算機(jī)內(nèi)存及擴(kuò)展技術(shù)《新編微機(jī)原理與應(yīng)用》—中國電力出版社精品PPT2.1微型計算機(jī)存儲器體系結(jié)構(gòu)

存儲器是計算機(jī)的重要部件，有記憶功能，用來存放指令代碼和操作數(shù)。內(nèi)存儲器（半導(dǎo)體存儲器芯片）Cache存儲器主存儲器（RAM和ROM）外存儲器（軟盤、硬盤、光盤）后備存儲器（磁帶、光盤）外存儲器(輔助存儲器)在計算機(jī)系統(tǒng)中常采用三級存儲器結(jié)構(gòu)。精品PPT2.2微型計算機(jī)內(nèi)存§2.2.1內(nèi)存分類隨機(jī)存儲器（RAM）只讀存儲器（ROM）半存導(dǎo)儲體器靜態(tài)RAM（SRAM）動態(tài)RAM（DRAM/iRAM）

掩膜式ROM（MROM）可編程ROM（PROM）可擦除PROM（EPROM）電可擦除PROM（EEPROM）精品PPT1、容量

存儲器芯片的容量是以存儲1位（bit）二進(jìn)制數(shù)為單位的，因此存儲器的容量即指每個存儲器芯片所能存儲的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)。存儲器容量=存儲單元數(shù)x位數(shù)例：1Kx8bit=1024x8bit

雖然微型計算機(jī)的字長已經(jīng)達(dá)到16位、32位甚至64位，但其內(nèi)存仍以一個字節(jié)為一個單元，不過在這種微型計算機(jī)中，一次可同時對2、4、8個單元進(jìn)行訪問。§2.2.2內(nèi)存的主要性能指標(biāo)精品PPT2、存取速度

存儲器芯片的存取速度是用存取時間來衡量的。它是指從CPU給出有效的存儲器地址信息到完成有效數(shù)據(jù)存取所需要的時間。存取時間越短，則速度越快。超高速存儲器的存取時間已小于20ns，中速存儲器在100~200ns之間，低速存儲器的存取時間在300ns以上。3、可靠性4、功耗5、集成度精品PPT半導(dǎo)體存儲器的基本結(jié)構(gòu)精品PPT1．存儲體每個基本存儲電路存放一位二進(jìn)制信息，這些存儲電路有規(guī)則地組織起來，構(gòu)成了存儲體(存儲矩陣)。為了便于信息的存取，給同一存儲體內(nèi)的每個存儲單元賦予一個惟一的編號，該編號就是存儲單元的地址。這樣，對于容量為2n個存儲單元的存儲體，需要n條地址線對其編址。若每個單元存放M位信息，則需要M條數(shù)據(jù)線傳送數(shù)據(jù)，芯片的存儲容量就可以表示為2nM位。精品PPT2．外圍電路

外圍電路主要包括地址譯碼電路和由三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器、控制邏輯兩部分組成的讀/寫控制電路

1)地址譯碼電路

2)讀/寫控制電路

3．地址譯碼方式

芯片內(nèi)部的地址譯碼主要有兩種方式，即單譯碼方式和雙譯碼方式。單譯碼方式適用于小容量的存儲芯片，對于容量較大的存儲器芯片則應(yīng)采用雙譯碼方式。精品PPT圖單譯碼方式

簡單的16字4位的存儲芯片為例。將所有基本存儲電路排成16行4列。每一行對應(yīng)一個字，每一列對應(yīng)其中的一位。每一行的選擇線和每一列的數(shù)據(jù)線是公共的。圖中，A0A34根地址線經(jīng)譯碼輸出16根選擇線，用于選擇16個單元。10001)單譯碼方式精品PPT2)雙譯碼方式行選擇線X和列選擇線Y。每一根X線選中存儲矩陣中位于同一行的所有單元，每一根Y線選中存儲矩陣中位于同一列的所有單元，當(dāng)X線和Y線同時有效時，存儲單元被選中。1000000000精品PPT1、靜態(tài)存儲器（SRAM）

SRAM內(nèi)部采用雙穩(wěn)態(tài)電路存儲二進(jìn)制數(shù)信息0和1。T1，T2控制管；

T3，T4負(fù)載管。T1截止，Q=1(高電平)T2導(dǎo)通，Q=0(低電平)。T1導(dǎo)通，Q=0(低電平)T2截止，Q=1(高電平)?！?.2.3隨機(jī)讀寫存儲器（RAM）1）SRAM的數(shù)據(jù)位存儲電路精品PPT2）SRAM的數(shù)據(jù)位存儲陣列1000000000

行選擇線X和列選擇線Y。X線選中存儲矩陣中位于一行的所有單元，Y線選中存儲矩陣中位于一列的所有單元，當(dāng)某一單元的X線和Y線同時有效時，相應(yīng)的存儲單元被選中。精品PPT

6116（2K×8）、6264（8K×8）、

62128（16K×8）、62256（32K×8）

6116芯片的容量為2K×8位，有2048個存儲單元，片內(nèi)地址線11根A10～A0，7根用于行地址譯碼輸入，4根用于列地址譯碼輸入，從而形成了16×128個位存儲陣列，6116芯片以字節(jié)為單位即總共有8×16×128＝16384個存儲位。

3）SRAM芯片型號精品PPTSRAM芯片HM6116（2K*8bit）讀寫精品PPT原理：存儲單元只有一個門控管T1，信息存放在分布電容C上：C充電荷時，存儲信息=“1”，C無電荷時，存儲信息=“0”。特點(diǎn)：破壞性的讀出電路，故讀后必須重寫；須動態(tài)刷新。2、動態(tài)存儲器（DRAM）1）DRAM存儲電路精品PPT典型芯片——DRAM芯片2164（64K*1）2）動態(tài)RAM舉例精品PPT3）高集成度DRAM和內(nèi)存條

存儲器芯片的容量為：1M×1、1M×4、4M×1、16M×1以及更高集成度的存儲器芯片已大量使用。常見的DRAM類型有：（1）SDRAM（SynchronousDRAM，同步動態(tài)隨機(jī)存儲），SDRAM內(nèi)存分為PC66、PC100、PC133等不同規(guī)格，而規(guī)格后面的數(shù)字就代表著該內(nèi)存最大所能正常工作系統(tǒng)總線速度，比如PC100，那就說明此內(nèi)存可以在系統(tǒng)總線為100MHz的電腦中同步工作。（2）DDRSDRAM（雙倍速率SDRAM），簡稱為DDR精品PPT（3）DDR2SDRAM（DoubleDataRate2），DDR2內(nèi)存擁有兩倍于上一代DDR內(nèi)存預(yù)讀取能力（即4bit數(shù)據(jù)讀預(yù)取）。換句話說，DDR2內(nèi)存每個時鐘能夠以4倍外部總線的速度讀/寫數(shù)據(jù)，并且能夠以內(nèi)部控制總線4倍的速度運(yùn)行。（4）DDR3SDRAM（DoubleDataRate3）（5）RDRAM（RambusDRAM）精品PPT

只讀存儲器具有掉電后信息不丟失特點(diǎn)（非易失性），又稱為固定存儲器和永久性存儲器。用來存儲程序。

MROM掩膜型只讀存儲器：生產(chǎn)成本低，數(shù)據(jù)由廠家一次性寫入，不能修改。PROM

可編程只讀存儲器：

MOS管串有一段“熔絲”構(gòu)成，芯片出廠時所有“熔絲”均處于連通狀態(tài)（“1”態(tài)），用戶借助專用編程器一次性寫入，若寫入數(shù)據(jù)“0”位，則“熔絲”斷開，不可恢復(fù)?！?.2.4只讀存儲器（ROM）精品PPT1、光擦除EPROM，可編程只讀存儲器用戶借助仿真器，選擇適當(dāng)?shù)膶懭腚妷?，將程序?qū)懭隕PROM，擦除時利用紫外線照射。擦凈后，讀出的狀態(tài)為“FFH”,可重復(fù)寫入上萬次。EPROM存儲電路導(dǎo)電溝道精品PPTEPROM芯片型號有：

2716(2K×8)\2732(4K×8)\2764(8K×8)\7128(16K×8)等,可與相同容量的SRAM引腳兼容。

2764A功能框圖

精品PPT2、EEPROM(E2PROM)：電擦除可編程只讀存儲器用專門的擦除器擦除，可在線擦除和編程、寫入過程中自動擦除并寫入，但擦除時間約10ms。高壓（+21V）編程2816、2817：讀取時間為120～150ns，字節(jié)擦和寫時間約10ms左右，需用程序延時。精品PPT1）并行E2PROM2816是容量2K×8的電擦除PROM，芯片的管腳與2716一致，只是在管腳的定義上，數(shù)據(jù)線管腳對2816來說是雙向的，以適應(yīng)讀寫工作模式。①讀方式，地址信號與OE信號有效②寫方式：2816具有以字節(jié)為單位的擦寫功能，擦除和寫入都是寫。③片擦除方式：在2816需整片擦除時，也可按字節(jié)擦除方式將整片2KB逐個進(jìn)行，引腳電壓達(dá)到9~15V，約10ms后整片內(nèi)容全部被擦除，即2KB的內(nèi)容全為FFH。④備用方式：當(dāng)2816的端加上TTL高電平時，芯片處于備用狀態(tài)。精品PPT2）串行E2PROM串行E2PROM芯片有PHILIPS公司的24C01/02/04、NS公司的93C46/56/66等。E2PROM24C01/02/04①引腳說明。SCL：串行時鐘信號，用于對輸入和輸出數(shù)據(jù)的同步。SDA：串行數(shù)據(jù)輸入/輸出線。WP：寫保護(hù)。A0，A1，A2：片選地址輸入。②總線特性。③字節(jié)寫操作。④讀操作

精品PPT閃速存儲器（FlashMemory）

采用非揮發(fā)性存儲技術(shù)，能夠在線擦除重寫，寫入速度已達(dá)ns級，類似于RAM，掉電后信息可保持10年。典型的閃存芯片:29C256(32K×8)\29C512(64K×8)\29C101(128K×8)\29C020(256K×8)按區(qū)塊或頁面組織可進(jìn)行快速頁面寫入

CPU可以將頁數(shù)據(jù)按芯片存取速度（一般為幾十到200ns）寫入頁緩存，大大加快了編程速度。§2.2.5新一代可編程只讀存儲器FLASH精品PPT2.3

內(nèi)存擴(kuò)展技術(shù)§2.3.1內(nèi)存擴(kuò)展方式存儲器的擴(kuò)展技術(shù)：三種方式位擴(kuò)展字?jǐn)U展字位全擴(kuò)展精品PPT字?jǐn)U展就是存儲單元數(shù)的擴(kuò)展，數(shù)據(jù)寬度不變。字?jǐn)U展的連接方法:①存儲器芯片的地址線、數(shù)據(jù)線均并聯(lián)。②片選信號線是各自獨(dú)立被選中的。1、字?jǐn)U展：4K*8bit8K*8bitA12A13精品PPT位擴(kuò)展的連接方法：①存儲芯片的地址線和片選線均并聯(lián)。②數(shù)據(jù)線按數(shù)據(jù)位的高低順序連到數(shù)據(jù)總線上。2、位擴(kuò)展：2K*8bit2K*16bit精品PPT3、字位全擴(kuò)展

如果存儲器的字?jǐn)?shù)和位數(shù)都不能滿足需要，就要進(jìn)行字和位的全擴(kuò)展，字位全擴(kuò)展是由字?jǐn)U展電路和位擴(kuò)展電路組合而成。6116（2Kx8）精品PPT1、連接時應(yīng)注意的問題

CPU對存儲器進(jìn)行讀寫操作，首先要由地址總線給出地址信號，然后發(fā)出讀寫控制信號，最后才能在數(shù)據(jù)總線上進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫。1）CPU總線的帶負(fù)載能力。2）CPU時序與存儲器存取速度之間的配合。3）存儲器組織、地址分配?！?.3.2內(nèi)存與CPU連接技術(shù)4）讀\寫、數(shù)據(jù)、地址片選等控制信號的連接精品PPT存儲器都是掛在總線上的，并由系統(tǒng)分配唯一的地址，地址信息經(jīng)過地址譯碼電路產(chǎn)生一個選通信號片選），選中某一片存儲器，對該存儲器進(jìn)行讀寫操作。

當(dāng)CPU訪問存儲器時，出現(xiàn)在地址總線（AB）上的地址信號可劃分為兩部分，直接與存儲器連接的地址線可稱為片內(nèi)地址線，其所用N根,容量等于2N；其中N為片內(nèi)地址線的根數(shù)；剩余的地址線稱為片外地址線，?？勺鰹榇鎯π酒钠x地址線或譯碼電路的輸入地址線。

2、存儲器芯片片選信號的產(chǎn)生精品PPT1）地址譯碼方式三種方式線選譯碼方式譯碼器方式部分譯碼器方式全譯碼器方式線選譯碼方式：利用片外地址線或其他直接與存儲器芯片片選引腳線連接，方法簡單，不需附加譯碼電路，適用于存儲芯片較少，而且片外地址線充足的系統(tǒng)。

注意：若有多條片選線時，在CPU訪問存儲器期間只能有一根處于有效狀態(tài)，不允許出現(xiàn)多條片選線同時有效的現(xiàn)象。精品PPT

A10A11-A15線選譯碼方式精品PPT

譯碼器方式：利用譯碼器的輸出與存儲器的片選引腳線相連，譯碼器的輸入常采用片外地址線提供，根據(jù)片外地址線的使用情況，譯碼器方式又可分為全譯碼方式和部分譯碼方式。全譯碼方式：指所有片外地址線都接入譯碼器輸入端。其特點(diǎn)是：存儲器的每一個存儲單元只有唯一地址與之對應(yīng)，不存在地址重疊現(xiàn)象。部分譯碼方式：只有部分片外地址線參加譯碼，剩余線狀態(tài)可任意，所以會出現(xiàn)地址重疊現(xiàn)象。對于剩余AB線，盡量按“0”選取。精品PPT2）地址譯碼器74LS138

地址譯碼器的功能是根據(jù)輸入的片外地址碼譯碼輸出選通一個存儲芯片或I/O設(shè)備，再結(jié)合片內(nèi)地址碼共同指向某一單元。BA精品PPT

存儲器分為程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。存儲器芯片的引腳都呈三總線結(jié)構(gòu)，與微處理器的三總線對接。8DB16AB2CB總線