微机原理与接口技术 周荷琴第5版课件 第五章 存储器及其接口.ppt

微型计算机原理及其应用微型计算机原理及其应用第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口1第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口1.1.概述概述2.2.只读存储器只读存储器ROMROM3.3.随机存储器随机存储器RAMRAM4.4.存储器芯片的扩展及其与系统总线的连接存储器芯片的扩展及其与系统总线的连接5.5.典型的半导体芯片举例典型的半导体芯片举例 2第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口1.1.概述概述2.2.随机存储器随机存储器RAMRAM3.3.只读存储器只读存储器ROMROM4.4.存储器芯片的扩展及其与系统总线的连接存储器芯片的扩展及其与系统总线的连接5.5.典型的半导体芯片举例典型的半导体芯片举例3第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口概述概述 存储器是计算机存储器是计算机(包括微机包括微机)硬件系统的重要组成部分，有了存储硬件系统的重要组成部分，有了存储器，计算机才具有器，计算机才具有“记忆记忆”功能，才能把程序及数据的代码保存起来，功能，才能把程序及数据的代码保存起来，才能使计算机系统脱离人的干预，而自动完成信息处理的功能。才能使计算机系统脱离人的干预，而自动完成信息处理的功能。存储器由具有记忆功能的两态物理器件组成，如电容、双稳态电存储器由具有记忆功能的两态物理器件组成，如电容、双稳态电路等。路等。存储器有两种基本操作：读操作和写操作。存储器有两种基本操作：读操作和写操作。4第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口概述概述5第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口概述概述存储器的分类存储器的分类按所处地位不同按所处地位不同 内存和外存内存和外存按存储介质分类按存储介质分类磁芯存储器、半导体存储器（双极型磁芯存储器、半导体存储器（双极型TTLTTL和单极型和单极型MOSMOS）、光电存储器、磁膜、磁泡和其它磁表面存储器以及光盘存储）、光电存储器、磁膜、磁泡和其它磁表面存储器以及光盘存储器等。器等。按存取方式分类按存取方式分类随机存储器随机存储器(内存和硬盘内存和硬盘)、顺序存储器、顺序存储器(磁带磁带)。按存储器的读写功能分类按存储器的读写功能分类只读存储器只读存储器(ROM)(ROM)、随机存储器、随机存储器(RAM)(RAM)。按信息的可保存性分类按信息的可保存性分类非永久记忆的存储器、永久性记忆的存储非永久记忆的存储器、永久性记忆的存储器。器。按在计算机系统中的作用分类按在计算机系统中的作用分类主存储器、辅助存储器、缓冲存储主存储器、辅助存储器、缓冲存储器、控制存储器等。器、控制存储器等。6第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口概述概述存储器的分类存储器的分类7第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口概述概述半导体存储器半导体存储器 什么叫半导体？什么叫半导体？导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，叫做半导体导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，叫做半导体例如：锗、硅、砷化镓等例如：锗、硅、砷化镓等 半导体在科学技术，工农业生产和生活中有着广泛的应用（例如：半导体在科学技术，工农业生产和生活中有着广泛的应用（例如：电视、半导体收音机、电子计算机等）电视、半导体收音机、电子计算机等）半导体的一些电学特性：半导体的一些电学特性：压敏性：压敏性：有的半导体在受到压力后电阻发生较大的变化有的半导体在受到压力后电阻发生较大的变化 用途：制成压敏元件，接入电路，测出电流变化，以确定压力的变化用途：制成压敏元件，接入电路，测出电流变化，以确定压力的变化 热敏性：热敏性：有的半导体在受热后电阻随温度升高而迅速减小有的半导体在受热后电阻随温度升高而迅速减小 用途：制成热敏电阻，用来测量很小范围内的温度变化用途：制成热敏电阻，用来测量很小范围内的温度变化 8第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口概述概述半导体存储器的分类半导体存储器的分类 半导体半导体存储器存储器RAMROMSRAMDRAM掩膜掩膜ROMPROMEPROMEEPROMFlash ROM9第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口概述概述存储器的性能指标存储器的性能指标存储器系统的三项主要性能指标是存储器系统的三项主要性能指标是【容量容量】、【速度速度】、【可靠性可靠性】、【功耗功耗】和和【价格价格】。存储容量存储容量：是存储器系统的首要性能指标，因为存储容量越大，则系是存储器系统的首要性能指标，因为存储容量越大，则系统能够保存的信息量就越多，相应计算机系统的功能就越强；统能够保存的信息量就越多，相应计算机系统的功能就越强；存取速度存取速度：直接决定了整个微机系统的运行速度，因此，存取速度也直接决定了整个微机系统的运行速度，因此，存取速度也是存储器系统的重要的性能指标；是存储器系统的重要的性能指标；存储器存储器可靠性：可靠性：也是存储器系统的重要性能指标。也是存储器系统的重要性能指标。通常用平均故障间通常用平均故障间隔时间来衡量。隔时间来衡量。为了在存储器系统中兼顾以上三个方面的指标，目前在计算机系为了在存储器系统中兼顾以上三个方面的指标，目前在计算机系统中通常采用三级存储器结构，即使用统中通常采用三级存储器结构，即使用高速缓冲存储器高速缓冲存储器、主存储器主存储器和和辅助存储器辅助存储器，由这三者构成一个统一的存储系统。从整体看，其速度，由这三者构成一个统一的存储系统。从整体看，其速度接近高速缓存的速度，其容量接近辅存的容量，而其成本则接近廉价接近高速缓存的速度，其容量接近辅存的容量，而其成本则接近廉价慢速的辅存平均价格。慢速的辅存平均价格。10第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口概述概述微机系统存储体结构微机系统存储体结构11第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口1.1.概述概述2.2.随机存储器随机存储器RAMRAM3.3.只读存储器只读存储器ROMROM4.4.存储器芯片的扩展及其与系统总线的连接存储器芯片的扩展及其与系统总线的连接5.5.典型的半导体芯片举例典型的半导体芯片举例12第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口随机存储器随机存储器RAMRAM随机存储器随机存储器(Random Access Random Access MemoryMemory,RAM,RAM)：在微机系统的工作过程在微机系统的工作过程中，可以随机地对其中的各个存储单元进行读写操作。中，可以随机地对其中的各个存储单元进行读写操作。半导体半导体存储器存储器RAMROMSRAMDRAM掩膜掩膜ROMPROMEPROMEEPROMFlash ROM13读写存储器读写存储器RAMRAM组成单元组成单元速度速度集成度集成度应用应用SRAMSRAM触发器触发器快快低低小容量系统小容量系统DRAMDRAM极间电容极间电容慢慢高高大容量系统大容量系统NVRAMNVRAM带微型电池带微型电池慢慢低低小容量非易失小容量非易失14半导体存储器芯片的结构地地址址寄寄存存地地址址译译码码存储体存储体控制电路控制电路AB数数据据寄寄存存读读写写电电路路DBOE WE CS 存储体存储体存储器芯片的主要部分，用来存储信息存储器芯片的主要部分，用来存储信息 地址译码电路地址译码电路根据输入的地址编码来选中芯片内某个特定的存储单元根据输入的地址编码来选中芯片内某个特定的存储单元 片选和读写控制逻辑片选和读写控制逻辑选中存储芯片，控制读写操作选中存储芯片，控制读写操作15 存储体存储体每个存储单元具有一个唯一的地址，可存储每个存储单元具有一个唯一的地址，可存储1 1位（位片结构）位（位片结构）或多位（字片结构）二进制数据或多位（字片结构）二进制数据存储容量与地址、数据线个数有关：存储容量与地址、数据线个数有关：芯片的存储容量芯片的存储容量2 2MMN N存储单元数存储单元数存储单元的位数存储单元的位数 M：芯片的：芯片的地址线根数地址线根数 N：芯片的：芯片的数据线根数数据线根数 16 地址译码电路译译码码器器A5A4A3A2A1A06301存储单元存储单元64个单元个单元行行译译码码A2A1A0710列译码列译码A3A4A501764个单元个单元单译码双译码单译码结构单译码结构双译码结构双译码结构双译码可简化芯片设计双译码可简化芯片设计主要采用的译码结构主要采用的译码结构17 片选和读写控制逻辑片选端片选端CS*CS*或或CE*CE*有效时，可以对该芯片进行读写操作有效时，可以对该芯片进行读写操作输出输出OE*控制读操作。有效时，芯片内数据输出控制读操作。有效时，芯片内数据输出该控制端对应系统的读控制线该控制端对应系统的读控制线写写WE*控制写操作。有效时，数据进入芯片中控制写操作。有效时，数据进入芯片中该控制端对应系统的写控制线该控制端对应系统的写控制线185.3 随机存取存储器静态静态RAMRAMSRAM 2114SRAM 2114SRAM 6264SRAM 6264动态动态RAMDRAM 4116DRAM 216419静态RAMSRAMSRAM的基本存储单元是触发器电路的基本存储单元是触发器电路每个基本存储单元存储二进制数一位每个基本存储单元存储二进制数一位许多个基本存储单元形成行列存储矩阵许多个基本存储单元形成行列存储矩阵SRAMSRAM一般采用一般采用“字结构字结构”存储矩阵：存储矩阵：每个存储单元存放多位（每个存储单元存放多位（4 4、8 8、1616等）等）每个存储单元具有一个地址每个存储单元具有一个地址20随机存取存储器随机存取存储器RAM一、静态随机存取存储器（SRAM）构成器件：双极型快速稳定，集成度低，工艺复杂。MOS速度较双极型低，比Dram快。特点：存取周期快（双极型10nS,MOS几十-几百nS），不需刷新，外电路简单，基本单元晶体管数目较多，适于小容量。六管基本存储器T1T2双稳态触发器T3T4负载管T5T6控制管特点：非破坏性读出，双稳态保持稳态不用刷新。21SRAM结构框图：结构框图：存储矩阵存储矩阵可选用位结构矩阵或字结构矩阵可选用位结构矩阵或字结构矩阵地址译码器地址译码器采用双译码采用双译码控制逻辑和三态数据缓冲器控制逻辑和三态数据缓冲器 通过读通过读/写端和写端和CS片选端控制由片选端控制由I/O电路电路对存储器单元输入对存储器单元输入/输出信号。输出信号。22SRAM芯片2114存储容量为存储容量为102410244 41818个个引脚：引脚：1010根地址线根地址线A A9A A04 4根数据线根数据线I/OI/O4I/OI/O1片选片选CS*读写读写WE*123456789181716151413121110VccA7A8A9I/O1I/O2I/O3I/O4WE*A6A5A4A3A0A1A2CS*GND功能功能功能功能23SRAM 2114的读周期数据数据地址地址TCXTODTTOHATRCTATCODOUTWECST TA A读取时间读取时间从读取命令发出到数据稳定出现的时间从读取命令发出到数据稳定出现的时间给出地址到数据出现在外部总线上给出地址到数据出现在外部总线上T TRCRC读取周期读取周期两次读取存储器所允许的最小时间间隔两次读取存储器所允许的最小时间间隔有效地址维持的时间有效地址维持的时间24SRAM 2114的写周期TWCTWRTAW数据数据地址地址TDTWTWDOUT DINTDWTDHWECST TWW写入时间写入时间从写入命令发出到数据进入存储单元的时间从写入命令发出到数据进入存储单元的时间写信号有效时间写信号有效时间T TWCWC写入周期写入周期两次写入存储器所允许的最小时间间隔两次写入存储器所允许的最小时间间隔有效地址维持的时间有效地址维持的时间25SRAM芯片6264存储容量为存储容量为8K82828个个引脚：引脚：1313根地址线根地址线A A12A A08根数据线根数据线D7D0片选片选CS1*、CS2读写读写WE*、OE*功能功能功能功能+5VWE*CS2A8A9A11OE*A10CS1*D7D6D5D4D3NCA12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GND1234567891011121314282726252423222120191817161526动态RAMDRAMDRAM的基本存储单元是单个场效应管及其极间电容的基本存储单元是单个场效应管及其极间电容必须配备必须配备“读出再生放大电路读出再生放大电路”进行刷新进行刷新每次同时对一行的存储单元进行刷新每次同时对一行的存储单元进行刷新每个基本存储单元存储二进制数一位每个基本存储单元存储二进制数一位许多个基本存储单元形成行列存储矩阵许多个基本存储单元形成行列存储矩阵DRAMDRAM一般采用一般采用“位结构位结构”存储体：存储体：每个存储单元存放一位每个存储单元存放一位需要需要8 8个存储芯片构成一个字节单元个存储芯片构成一个字节单元每个字节存储单元具有一个地址每个字节存储单元具有一个地址27二、动态二、动态RAM（DRAM）基本单元：有基本单元：有4管、管、3管及单管管及单管单管动态单管动态RAM基本存储单元基本存储单元原理：通过电容原理：通过电容C存储信息存储信息缺点：漏电和破坏性读出缺点：漏电和破坏性读出改进：加刷新放大器，改进：加刷新放大器，速度几百次速度几百次/秒秒改进动态改进动态RAM特点：特点：读写操作二次打入读写操作二次打入 先输先输RASRAS，后，后CASCAS刷新操作只输入刷新操作只输入RASRAS刷新周期不能进行读写操作刷新周期不能进行读写操作28 DRAMDRAM的刷新的刷新电容电容C C上高电平保持时间：约上高电平保持时间：约2mS2mS刷新时间间隔：刷新时间间隔：2mS2mSDRAM内刷新：矩阵内一行行地进行，刷新一行的时间为刷新周期。内刷新：矩阵内一行行地进行，刷新一行的时间为刷新周期。刷新控制：由读写控制电路系统地完成刷新控制：由读写控制电路系统地完成DRAMDRAM刷新刷新注：读写过程也有刷新功能，但是随机的，不保证所有注：读写过程也有刷新功能，但是随机的，不保证所有RAMRAM单元都能经读写刷新单元都能经读写刷新。刷新控制器刷新控制器(图图6-5)6-5)；协调完成前述；协调完成前述DRAMDRAM特点中三项。特点中三项。构成：构成：地址多路器地址多路器 刷新地址计数器刷新地址计数器 刷新定时器刷新定时器 仲裁电路仲裁电路 定时发生器定时发生器29刷新定时器定时发出刷新请求刷新定时器定时发出刷新请求 CPU发出读发出读/写申请写申请定时发生器按刷新或读写要求提供定时发生器按刷新或读写要求提供RAS、CAS和和 WE给给DRAM芯片。芯片。地址多路器地址多路器 CPUCPU地址转换为行地地址转换为行地址，列地址分两次送入址，列地址分两次送入DRAMDRAM芯片，实现两次打芯片，实现两次打入。先入。先RASRAS，后，后CASCAS 刷新地址计数器产刷新地址计数器产生行扫地址，由生行扫地址，由RASRAS打打入，无列扫地址。入，无列扫地址。仲裁电路对优先权仲裁。注意在刷新周期不接受CPU的申请。30第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口随机存储器随机存储器RAMRAM动态随机存储器动态随机存储器(Dynamic RAM,DRAM)(Dynamic RAM,DRAM)DRAMDRAM是依靠电容来存储信息，电路简单集成度高，但电容漏电，信息会丢是依靠电容来存储信息，电路简单集成度高，但电容漏电，信息会丢失，故需要专用电路定期进行刷新。失，故需要专用电路定期进行刷新。DRAMDRAM的主要性能是：容量大、功耗较小、的主要性能是：容量大、功耗较小、速度较慢。它被广泛地用作内存贮器的芯片。速度较慢。它被广泛地用作内存贮器的芯片。31DRAM芯片4116存储容量为存储容量为16K11616个个引脚：引脚：7根地址线根地址线A A6A A01根数据输入线根数据输入线DIN1根数据输出线根数据输出线DOUT行地址选通行地址选通RAS*列地址选通列地址选通CAS*读写控制读写控制WE*VBBDINWE*RAS*A0A2A1VDDVSSCAS*DOUTA6A3A4A5VCC1234567816151413121110932DRAM 4116的读周期DOUT地址地址TCACTRACTCAHTASCTASRTRAHTCASTRCDTRASTRC行地址行地址列地址列地址WECASRAS存储地址需要分两批传送存储地址需要分两批传送行地址选通信号行地址选通信号RAS*RAS*有效，开始传送行地址有效，开始传送行地址随后，列地址选通信号随后，列地址选通信号CAS*CAS*有效，传送列地址，有效，传送列地址，CAS*CAS*相当于片选信号相当于片选信号读写信号读写信号WE*WE*读有效读有效数据从数据从D DOUTOUT引脚输出引脚输出33DRAM 4116的写周期TWCSTDS列地址列地址行地址行地址地址地址 TDHTWRTCAHTASCTASRTRAHTCASTRCDTRCTRASDINWECASRAS存储地址需要分两批传送存储地址需要分两批传送行地址选通信号行地址选通信号RAS*RAS*有效，开始传送行地址有效，开始传送行地址随后，列地址选通信号随后，列地址选通信号CAS*CAS*有效，传送列地址有效，传送列地址读写信号读写信号WE*WE*写有效写有效数据从数据从D DININ引脚进入存储单元引脚进入存储单元34DRAM 4116的刷新TRCTCRPTRAS高阻高阻TASRTRAH行地址行地址地址地址DINCASRAS采用采用“仅行地址有效仅行地址有效”方法刷新方法刷新行地址选通行地址选通RAS*RAS*有效，传送行地址有效，传送行地址列地址选通列地址选通CAS*CAS*无效，没有列地址无效，没有列地址芯片内部实现一行存储单元的刷新芯片内部实现一行存储单元的刷新没有数据输入输出没有数据输入输出存储系统中所有芯片同时进行刷新存储系统中所有芯片同时进行刷新DRAMDRAM必须每隔固定时间就刷新必须每隔固定时间就刷新35DRAM芯片2164存储容量为存储容量为64K11616个个引脚：引脚：8根地址线根地址线A A7A A01根数据输入线根数据输入线DIN1根数据输出线根数据输出线DOUT行地址选通行地址选通RAS*列地址选通列地址选通CAS*读写控制读写控制WE*NCDINWE*RAS*A0A2A1GNDVSSCAS*DOUTA6A3A4A5A71234567816151413121110936高速缓冲存储器（高速缓冲存储器（Cache）用用Cache来解决来解决CPU与内存之间的速度差。与内存之间的速度差。Cpu-Cache-Dram-外存外存 多多 Cache工作原理：程序访问工作原理：程序访问在时空上的局部性。在时空上的局部性。Cache设设计计思思想想：把把经经常常访访问问的的代代码码和和数数据据保保存存到到SRAM组组成成的的高高速速缓缓冲冲存存储储器器中中，把把不不常常访访问问的的代代码码和和数数据据保保存存到到大大容容量量DRAM中中，使使得得存存储储器器系系统统的的价价格格降降低低，而访存时间接近零等待。而访存时间接近零等待。层次存储器结构如图层次存储器结构如图37 Cache的的命命中中和和命命中中率率：CPU访访存存的的内内容容正正好好在在Cache中就称为命中。命中的几率即命中率。中就称为命中。命中的几率即命中率。主主存存和和Cache比比例例与与命命中中率率关关系系：一一般般主主存存和和Cache比例为比例为1M：4K时命中率为时命中率为90%。主存（主存（MB）8163264128Cache(KB)3264128256512 主存与主存与Cache地址映象的地址映象的3种基本结构：种基本结构：全相联全相联Cache 直接映象直接映象Cache 组相联组相联Cache Cache的读取结构：的读取结构：旁视结构旁视结构 通视结构通视结构 Cache的数据更新方式：的数据更新方式：通写式通写式 回写式回写式替换策略替换策略:随机替换随机替换先进先出法先进先出法最近最少使用法最近最少使用法影响影响Cache性能的因素：规模大小，关联方式，行大小，性能的因素：规模大小，关联方式，行大小，速度，配置。速度，配置。38第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口1.1.概述概述2.2.随机存储器随机存储器RAMRAM3.3.只读存储器只读存储器ROMROM4.4.存储器芯片的扩展及其与系统总线的连接存储器芯片的扩展及其与系统总线的连接5.5.典型的半导体芯片举例典型的半导体芯片举例39第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口只读存储器只读存储器ROMROM只读存储器只读存储器(Read Only(Read Only Memory,ROMMemory,ROM)：内容只可读出不可写入，最大内容只可读出不可写入，最大优点是所存信息可长期保存，断电时，优点是所存信息可长期保存，断电时，ROMROM中的信息不会消失。主要中的信息不会消失。主要用于存放固定的程序和数据，通常用它存放引导装入程序。用于存放固定的程序和数据，通常用它存放引导装入程序。半导体半导体存储器存储器RAMROMSRAMDRAM掩膜掩膜ROMPROMEPROMEEPROMFlash ROM40只读存储器只读存储器ROMROM掩膜掩膜ROMROM：信息制作在芯片中，不可更改信息制作在芯片中，不可更改PROMPROM：允许一次编程，此后不可更改允许一次编程，此后不可更改EPROMEPROM：用紫外光擦除，擦除后可编程；并允许用户多次用紫外光擦除，擦除后可编程；并允许用户多次擦除和编程擦除和编程EEPROMEEPROM（E E2 2PROMPROM）：）：采用加电方法在线进行擦除和编程，采用加电方法在线进行擦除和编程，也可多次擦写也可多次擦写Flash MemoryFlash Memory（闪存）（闪存）：能够快速擦写的：能够快速擦写的EEPROM，但只，但只能按块（能按块（Block）擦除）擦除41第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口只读存储器只读存储器ROMROM掩膜掩膜ROMROM 在出厂前由芯片厂家将程在出厂前由芯片厂家将程序写到序写到romrom里，以后永远不能里，以后永远不能修改。修改。如图是一个简单的如图是一个简单的4444位位的的MOS ROMMOS ROM存储阵列，两位存储阵列，两位地址输入，经译码后，输出四地址输入，经译码后，输出四条字选择线，每条字选择线选条字选择线，每条字选择线选中一个字，此时位线的输出即中一个字，此时位线的输出即为这个字的每一位。此时，若为这个字的每一位。此时，若有管子与其相连（如位线有管子与其相连（如位线1 1和和位线位线4 4），则相应的），则相应的MOSMOS管就管就导通，输出低电平，表示逻辑导通，输出低电平，表示逻辑“0”0”；否则（如位线；否则（如位线2 2和位线和位线3 3）输出高电平，表示逻辑）输出高电平，表示逻辑“1”1”。(0110(0110、01010101、10101010、0000)0000)42第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口只读存储器只读存储器ROMROM可编程的可编程的ROM(ProgrammableROM(Programmable-ROM-ROM，PROM)PROM)掩模掩模ROMROM的存储单元在生产完成之后，其所保存的信息就已经固定的存储单元在生产完成之后，其所保存的信息就已经固定下来了，这给使用者带来了不便。为了解决这个矛盾，设计制造了一种下来了，这给使用者带来了不便。为了解决这个矛盾，设计制造了一种可由用户通过简易设备写入信息的可由用户通过简易设备写入信息的ROMROM器件，即可编程的器件，即可编程的ROMROM，又称，又称为为PROMPROM。PROM PROM 的类型有多种，的类型有多种，如如二极管破坏型二极管破坏型PROMPROM存储器，在出厂时，存储器，在出厂时，存储体中每条字线和位线的交叉处都是两个反向串联的二极管的存储体中每条字线和位线的交叉处都是两个反向串联的二极管的PNPN结，结，字线与位线之间不导通，此时，意味着该存储器中所有的存储内容均为字线与位线之间不导通，此时，意味着该存储器中所有的存储内容均为“1”1”。如果用户需要写入程序，则要通过专门的。如果用户需要写入程序，则要通过专门的PROMPROM写入电路，产写入电路，产生足够大的电流把要写入生足够大的电流把要写入“1”1”的那个存储位上的二极管击穿，造成这的那个存储位上的二极管击穿，造成这个个PNPN结短路，只剩下顺向的二极管跨连字线和位线，这时，此位结短路，只剩下顺向的二极管跨连字线和位线，这时，此位 就意就意味着写入了味着写入了“1”1”。读出的操作同掩模。读出的操作同掩模ROMROM。除此之外，还有一种熔丝式除此之外，还有一种熔丝式PROMPROM，用户编程时，靠专用写入电路，用户编程时，靠专用写入电路产生脉冲电流，来烧断指定的熔丝，以达到写入产生脉冲电流，来烧断指定的熔丝，以达到写入“1”1”的目的。的目的。对对PROMPROM来讲，这个写入的过程称之为固化程序。由于击穿的二极来讲，这个写入的过程称之为固化程序。由于击穿的二极管不能再正常工作，烧断后的熔丝不能再接上，所以这种管不能再正常工作，烧断后的熔丝不能再接上，所以这种ROMROM器件只器件只能固化一次程序，数据写入后，就不能再改变了。能固化一次程序，数据写入后，就不能再改变了。43第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口只读存储器只读存储器ROMROM可擦除可编程可擦除可编程ROM(ErasableROM(Erasable Programmable ROM,EPROM)Programmable ROM,EPROM)EPROMEPROM芯片有一个很明显的特征，在其正面的陶瓷封装上，开有芯片有一个很明显的特征，在其正面的陶瓷封装上，开有一个玻璃窗口，透过该窗口，可以看到其内部的集成电路，紫外线透过一个玻璃窗口，透过该窗口，可以看到其内部的集成电路，紫外线透过该孔照射内部芯片就可以擦除其内的数据，完成芯片擦除的操作要用到该孔照射内部芯片就可以擦除其内的数据，完成芯片擦除的操作要用到EPROMEPROM擦除器。擦除器。一般擦除信息需用紫外线照射一般擦除信息需用紫外线照射l520l520分钟分钟。了解教材的所列出的了解教材的所列出的EPROMEPROM例子例子Intel 2764Intel 2764芯片的基本知识芯片的基本知识 44第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口只读存储器只读存储器ROMROM电可擦除可编程电可擦除可编程ROMROM (Electronic Electronic ErasibleErasible Programmable ROM Programmable ROM,EEPROM),EEPROM)E EE EPROMPROM内资料的写入要用专用的编程器，并且往芯片中写内容时内资料的写入要用专用的编程器，并且往芯片中写内容时必须要加一定的编程电压必须要加一定的编程电压(1224V(1224V，随不同的芯片型号而定，随不同的芯片型号而定)。E EEPROMEPROM在写入数据时，仍要利用一定的编程电压，此时，只需用厂商在写入数据时，仍要利用一定的编程电压，此时，只需用厂商提供的专用刷新程序就可以轻而易举地改写内容，所以，它属于双电压提供的专用刷新程序就可以轻而易举地改写内容，所以，它属于双电压芯片。借助于芯片。借助于EPROMEPROM芯片的双电压特性，可以使芯片的双电压特性，可以使BIOSBIOS具有良好的防毒具有良好的防毒功能，在升级时，把跳线开关打至功能，在升级时，把跳线开关打至“ON”ON”的位置，即给芯片加上相应的的位置，即给芯片加上相应的编程电压，就可以方便地升级；平时使用时，则把跳线开关打至编程电压，就可以方便地升级；平时使用时，则把跳线开关打至“OFF”OFF”的位置，防止病毒对的位置，防止病毒对BIOSBIOS芯片的非法修改。芯片的非法修改。了解教材的所列出的了解教材的所列出的EEPROMEEPROM例子例子NMC98C64ANMC98C64A芯片的基芯片的基本知识本知识45第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口只读存储器只读存储器ROMROM快擦型存储器快擦型存储器(F Fl lash Memoryash Memory)快擦型存储器是不用电池供电的、高速耐用的非易失性半导体存储快擦型存储器是不用电池供电的、高速耐用的非易失性半导体存储器，它以性能好、功耗低、体积小、重量轻等特点活跃于便携机存储器器，它以性能好、功耗低、体积小、重量轻等特点活跃于便携机存储器市场。市场。快擦型存储器具有快擦型存储器具有EEPROMEEPROM的特点，可在计算机内进行擦除和编程，的特点，可在计算机内进行擦除和编程，它的读取时间与它的读取时间与DRAMDRAM相似，而写时间与磁盘驱动器相当。快擦型存储相似，而写时间与磁盘驱动器相当。快擦型存储器有器有5V5V或或12V12V两种供电方式。对于便携机来讲，用两种供电方式。对于便携机来讲，用5V5V电源更为合适。快电源更为合适。快擦型存储器操作简便，编程、擦除、校验等工作均已编成程序，可由配擦型存储器操作简便，编程、擦除、校验等工作均已编成程序，可由配有快擦型存储器系统的中央处理机予以控制。有快擦型存储器系统的中央处理机予以控制。快擦型存储器可替代快擦型存储器可替代EEPROMEEPROM，在某些应用场合还可取代，在某些应用场合还可取代SRAMSRAM，尤其是对于需要配备电池后援的尤其是对于需要配备电池后援的SRAMSRAM系统，使用快擦型存储器后可省系统，使用快擦型存储器后可省去电池。快擦型存储器的非易失性和快速读取的特点，能满足固态盘驱去电池。快擦型存储器的非易失性和快速读取的特点，能满足固态盘驱动器的要求，同时，可替代便携机中的动器的要求，同时，可替代便携机中的ROMROM，以便随时写入最新版本，以便随时写入最新版本的操作系统。快擦型存储器还可应用于激光打印机、条形码阅读器、各的操作系统。快擦型存储器还可应用于激光打印机、条形码阅读器、各种仪器设备以及计算机的外部设备中。种仪器设备以及计算机的外部设备中。46第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口1.1.概述概述2.2.只读存储器只读存储器ROMROM3.3.随机存储器随机存储器RAMRAM4.4.存储器芯片的扩展及其与系统总线的连接存储器芯片的扩展及其与系统总线的连接5.5.典型的半导体芯片举例典型的半导体芯片举例47第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口存储器芯片的扩展与连接存储器芯片的扩展与连接存储器的系统结构存储器的系统结构一般情况下，一个存储器系统由以下几部分组成。一般情况下，一个存储器系统由以下几部分组成。1.1.基本存储单元：基本存储单元：一个基本存储单元可以存放一位二进制信息，其内部具一个基本存储单元可以存放一位二进制信息，其内部具有两个稳定的且相互对立的状态，并能够在外部对其状态进行识别和改有两个稳定的且相互对立的状态，并能够在外部对其状态进行识别和改变。不同类型的基本存储单元，决定了由其所组成的存储器件的类型不变。不同类型的基本存储单元，决定了由其所组成的存储器件的类型不同。同。2.2.存储体：存储体：一个基本存储单元只能保存一位二进制信息，若要存放一个基本存储单元只能保存一位二进制信息，若要存放M MN N个个二进制信息，就需要用二进制信息，就需要用M MN N个基本存储单元，它们按一定的规则排列起个基本存储单元，它们按一定的规则排列起来，由这些基本存储单元所构成的阵列称为存储体或存储矩阵。来，由这些基本存储单元所构成的阵列称为存储体或存储矩阵。3.3.地址译码器：地址译码器：由于存储器系统是由许多存储单元构成的，每个存储单元由于存储器系统是由许多存储单元构成的，每个存储单元一般存放一般存放8 8位二进制信息，为了加以区分，我们必须首先为这些存储单位二进制信息，为了加以区分，我们必须首先为这些存储单元编号，即分配给这些存储单元不同的地址。地址译码器的作用就是用元编号，即分配给这些存储单元不同的地址。地址译码器的作用就是用来接受来接受CPUCPU送来的地址信号并对它进行译码，选择与此地址码相对应的送来的地址信号并对它进行译码，选择与此地址码相对应的存储单元，以便对该单元进行读存储单元，以便对该单元进行读/写操作。存储器地址译码有两种方式，写操作。存储器地址译码有两种方式，通常称为单译码与双译码。通常称为单译码与双译码。单译码：单译码：单译码方式又称字结构，适用于小容量存储器。单译码方式又称字结构，适用于小容量存储器。双译码：双译码：双译码结构中，将地址译码器分成两部分，即行译码器双译码结构中，将地址译码器分成两部分，即行译码器(又叫又叫X X译码器译码器)和列译码器和列译码器(又叫又叫Y Y译码器译码器)。X X译码器输出行地址选择信号，译码器输出行地址选择信号，Y Y译译码器输出列地址选择信号，行列选择线交叉处即为所选中的单元。码器输出列地址选择信号，行列选择线交叉处即为所选中的单元。48第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口存储器芯片的扩展与连接存储器芯片的扩展与连接存储器的系统结构存储器的系统结构4.4.片选与读片选与读/写控制电路：写控制电路：片选信号用以实现芯片的选择。对于一片选信号用以实现芯片的选择。对于一个芯片来讲，只有当片选信号有效时，才能对其进行读个芯片来讲，只有当片选信号有效时，才能对其进行读/写操作。写操作。片选信号一般由地址译码器的输出及一些控制信号来形成，而读片选信号一般由地址译码器的输出及一些控制信号来形成，而读/写控制电路则用来控制对芯片的读写控制电路则用来控制对芯片的读/写操作。写操作。5.5.I/OI/O电路：电路：I/OI/O电路位于系统数据总线与被选中的存储单元之间，电路位于系统数据总线与被选中的存储单元之间，用来控制信息的读出与写入，必要时，还可包含对用来控制信息的读出与写入，必要时，还可包含对I/OI/O信号的驱信号的驱动及放大处理功能。动及放大处理功能。6.6.集电极开路或三态输出缓冲器：集电极开路或三态输出缓冲器：为了扩充存储器系统的容量，常为了扩充存储器系统的容量，常常需要将几片常需要将几片RAMRAM芯片的数据线并联使用或与双向的数据线相连，芯片的数据线并联使用或与双向的数据线相连，这就要用到集电极开路或三态输出缓冲器。这就要用到集电极开路或三态输出缓冲器。7.7.其它外围电路：其它外围电路：对不同类型的存储器系统，有时，还专门需要一对不同类型的存储器系统，有时，还专门需要一些特殊的外围电路，如动态些特殊的外围电路，如动态RAMRAM中的预充电及刷新操作控制电路中的预充电及刷新操作控制电路等，这也是存储器系统的重要组成部分。等，这也是存储器系统的重要组成部分。49第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口存储器芯片的扩展与连接存储器芯片的扩展与连接存储器的系统结构存储器的系统结构CPU时序/控制控制信号控制信号存储体MB读写驱动器MDR地址译码器MARN位数据总线M位地址总线50第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口存储器芯片的扩展与连接存储器芯片的扩展与连接存储器的系统结构存储器的系统结构3232=1024存储单元驱动器X译码器地址反向器I/O电路Y译码器地址反向器控制电路输出驱动输入输出读/写选片51第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口存储器芯片的扩展与连接存储器芯片的扩展与连接基本存储器芯片模型基本存储器芯片模型 在微型系统中，在微型系统中，CPUCPU对存储器进行读写操作，首先要由地址总线给对存储器进行读写操作，首先要由地址总线给出地址信号，选择要进行读出地址信号，选择要进行读/写操作的存储单元，然后通过控制总线发写操作的存储单元，然后通过控制总线发出相应的读出相应的读/写控制信号，最后才能在数据总线上进行数据交换。所以，写控制信号，最后才能在数据总线上进行数据交换。所以，存储器芯片与存储器芯片与CPUCPU之间的连接，实质上就是其与系统总线的连接，包括之间的连接