计算机组成原理第5章存储器.ppt

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1、2022/10/第第5 5章章 微型计算机的存储器微型计算机的存储器【本本本本章章章章提提提提要要要要】本本本本章章章章首首首首先先先先介介介介绍绍绍绍存存存存储储储储器器器器分分分分类类类类、半半半半导导导导体体体体存存存存储储储储器器器器种种种种类类类类及及及及性性性性能能能能指指指指标标标标，进进进进而而而而介介介介绍绍绍绍随随随随机机机机读读读读写写写写存存存存储储储储器器器器的的的的SRAMSRAMSRAMSRAM、DRAMDRAMDRAMDRAM及及及及高高高高速速速速RAMRAMRAMRAM以以以以及及及及只只只只读读读读存存存存储储储储器器器器中中中中的的的的MROMMROMM

2、ROMMROM、PROMPROMPROMPROM、ERPOMERPOMERPOMERPOM、EEPROMEEPROMEEPROMEEPROM，FlashFlashFlashFlash工工工工作作作作原原原原理理理理及及及及典典典典型型型型芯芯芯芯片片片片，对对对对新新新新型型型型的的的的铁铁铁铁电电电电随随随随机机机机存存存存储储储储器器器器FRAMFRAMFRAMFRAM及及及及磁磁磁磁性性性性随随随随机机机机存存存存储储储储器器器器MRAMMRAMMRAMMRAM也也也也作作作作了了了了必必必必要要要要的的的的介介介介绍绍绍绍。在在在在介介介介绍绍绍绍内内内内存存存存区区区区域域域域划划划

3、划分分分分、内内内内存存存存层层层层次次次次 结结结结 构构构构 之之之之 后后后后，重重重重 点点点点 讨讨讨讨 论论论论 了了了了 存存存存 储储储储 器器器器 的的的的 扩扩扩扩 展展展展 技技技技 术术术术 以以以以 及及及及CMOS/BIOS/Shadow RAMCMOS/BIOS/Shadow RAMCMOS/BIOS/Shadow RAMCMOS/BIOS/Shadow RAM。【学习目标学习目标学习目标学习目标】1.1.1.1.半半半半导导导导体体体体存存存存储储储储器器器器种种种种类类类类及及及及性性性性能能能能指指指指标标标标，掌掌掌掌握握握握SRAMSRAMSRAMSRA

4、M、DRAMDRAMDRAMDRAM、MROMMROMMROMMROM、PROMPROMPROMPROM、EPROMEPROMEPROMEPROM、EEPROMEEPROMEEPROMEEPROM、FlashFlashFlashFlash及及及及FRAMFRAMFRAMFRAM的工作原理。的工作原理。的工作原理。的工作原理。2.2.2.2.了了了了解解解解微微微微机机机机内内内内存存存存区区区区域域域域划划划划分分分分及及及及层层层层次次次次结结结结构构构构，了了了了解解解解8 8 8 864646464位位位位不不不不同同同同结结结结构构构构的的的的存存存存储器组织，了解内存模块、储器组织，

5、了解内存模块、储器组织，了解内存模块、储器组织，了解内存模块、CacheCacheCacheCache、虚拟存储器等概念。、虚拟存储器等概念。、虚拟存储器等概念。、虚拟存储器等概念。3.3.3.3.掌握存储器的扩展技术掌握存储器的扩展技术掌握存储器的扩展技术掌握存储器的扩展技术4.4.4.4.了了了了解解解解COMSCOMSCOMSCOMS、BIOS/Shadow BIOS/Shadow BIOS/Shadow BIOS/Shadow RAMRAMRAMRAM的的的的含含含含义义义义及及及及功功功功能能能能，掌掌掌掌握握握握对对对对CMOS CMOS CMOS CMOS RAMRAMRAMRA

6、M的读写技术。的读写技术。的读写技术。的读写技术。2022/10/282022/10/第第5 5章章 微型计算机的存储器微型计算机的存储器5.1 5.1 存储器概述存储器概述5.5.2 2 易失性易失性随机存取存储器随机存取存储器5.5.3 3 只读存储器只读存储器5.5.4 4 新型非易失性随机存取存储器新型非易失性随机存取存储器5.5 5.5 内存区域划分内存区域划分5.5.6 6 存储器的扩展与组织存储器的扩展与组织5.7 5.7 存储器存储器层次结构层次结构5.5.8 CMOSROM BIOS8 CMOSROM BIOS和和Shadow RAMShadow RAM2022/10/28返

7、回返回35.1 5.1 存储器概述存储器概述微机存储器分类微机存储器分类内内内内存存存存（RAM+ROMRAM+ROM）：半半半半导导导导体体体体存存存存储储储储器器器器(本本本本章章章章内内内内容容容容)M+M+可移动可移动可移动可移动100100MBMB 磁盘磁盘磁盘磁盘 硬盘：从硬盘：从硬盘：从硬盘：从1010MBMB几十几十几十几十GBGB 光盘光盘光盘光盘 CD-RCD-R、CD-R/WCD-R/W可擦写光盘可擦写光盘可擦写光盘可擦写光盘 (650 (650MBMB左右）左右）左右）左右）外存外存外存外存 磁光盘磁光盘磁光盘磁光盘MOMO：高密度、大容量、快速、高密度、大容量、快速、

8、高密度、大容量、快速、高密度、大容量、快速、“无限次无限次无限次无限次”擦写、寿命长、可靠性高、擦写、寿命长、可靠性高、擦写、寿命长、可靠性高、擦写、寿命长、可靠性高、抗干扰强、性价比高抗干扰强、性价比高抗干扰强、性价比高抗干扰强、性价比高GBGB几个几个几个几个GBGB，甚至甚至甚至甚至1 1TBTB）存存储储器器 U U盘和移动硬盘（基于盘和移动硬盘（基于盘和移动硬盘（基于盘和移动硬盘（基于USBUSB接口的电子盘）接口的电子盘）接口的电子盘）接口的电子盘）2022/10/28返回返回45.5.1.1 1.1 半导体存储器分类半导体存储器分类2022/10/28返回返回5半导体存储器主要指

9、标半导体存储器主要指标1.1.1.1.半导体存储器的存储容量：半导体存储器的存储容量：半导体存储器的存储容量：半导体存储器的存储容量：指每一个存储芯片或模块能够存储的二进制指每一个存储芯片或模块能够存储的二进制指每一个存储芯片或模块能够存储的二进制指每一个存储芯片或模块能够存储的二进制位数。位数。位数。位数。存储器容量存储器容量存储器容量存储器容量=单元数单元数单元数单元数 数据位数数据位数数据位数数据位数 存储容量存储容量存储容量存储容量V V与与与与mm、n n之间的关系为：之间的关系为：之间的关系为：之间的关系为：V=2V=2mmnn2.2.2.2.存取速度存取速度存取速度存取速度存取速

10、度：从存取速度：从存取速度：从存取速度：从CPUCPU给出有效的存储器地址到存储器输出有效数据所需要的给出有效的存储器地址到存储器输出有效数据所需要的给出有效的存储器地址到存储器输出有效数据所需要的给出有效的存储器地址到存储器输出有效数据所需要的时间。时间。时间。时间。内存的存取速度通常以内存的存取速度通常以内存的存取速度通常以内存的存取速度通常以nsns为单位。为单位。为单位。为单位。有：有：有：有：时钟周期时钟周期时钟周期时钟周期(TCK)(TCK)、存取时间存取时间存取时间存取时间(TAC)(TAC)和和和和 列选通延迟时间列选通延迟时间列选通延迟时间列选通延迟时间(CL)(CL)3.3

11、.3.3.带宽带宽带宽带宽存储器的带宽指每秒传输数据总量。存储器的带宽指每秒传输数据总量。存储器的带宽指每秒传输数据总量。存储器的带宽指每秒传输数据总量。带宽带宽带宽带宽=存储器总线频率存储器总线频率存储器总线频率存储器总线频率 数据宽度数据宽度数据宽度数据宽度/8/8 （单位：字节（单位：字节（单位：字节（单位：字节/S/S）2022/10/28返回返回65.5.2 2 易失性随机存取存储器易失性随机存取存储器一、静态随机存储器一、静态随机存储器一、静态随机存储器一、静态随机存储器（SRAMSRAM）2022/10/28返回返回7SRAMSRAM一般结构一般结构A0Y译码器X译码器存储器逻辑

12、控制存储体阵列Ai Ai+1Ai+2Am-1A0A1A2:Ai-1 OE WE CED0D1D2D3:Dn-1:输出缓冲器2022/10/28返回返回8 典型典型SRAMSRAM芯片芯片6262V8512V8512芯片引脚与容量的关系：芯片引脚与容量的关系：容量容量=单元数单元数*位数位数 =2地址线条数地址线条数*数据线条数数据线条数对于对于62V8512：容量容量=2198位位 =292108位位 =512K8位位=512KB =4096K位位4M位位HM62V8512引脚 2022/10/28返回返回9 二、二、DRAMDRAM2022/10/28返回返回10DRAMDRAM一般结构一般

13、结构特点：特点：外部地址线是内部地址的一半外部地址线是内部地址的一半2022/10/28返回返回11 DRAMDRAM典型芯片典型芯片 芯片容量芯片容量芯片容量芯片容量=2=2内部地址线条数内部地址线条数内部地址线条数内部地址线条数*位数位数位数位数=2=2外部地址线条数外部地址线条数外部地址线条数外部地址线条数*2*2*位数位数位数位数424256424256的容量的容量的容量的容量=2=29*29*2*4=2*4=21818*4=256*4=256K*4K*4位位位位4242562022/10/28返回返回12高速高速RAMRAM1.1.1.1.EDO EDO EDO EDO DRAMDR

14、AMDRAMDRAM(Extended(Extended Data Data Out)Out)即即即即扩扩扩扩展展展展的的的的数数数数据据据据输输输输出出出出。利利利利用用用用预预预预测测测测地地地地址址址址，可可可可以以以以在在在在当当当当前前前前读读读读写写写写周周周周期期期期中中中中启启启启动动动动下下下下一一一一个个个个存存存存取取取取单单单单元元元元的的的的读读读读写写写写周周周周期期期期，进进进进而而而而从从从从宏宏宏宏观观观观上上上上缩缩缩缩短短短短了了了了地地地地址址址址选选选选择择择择的的的的时时时时间间间间。由由由由于于于于EDOEDO的的的的设设设设计计计计仅仅仅仅适适适

15、适用用用用于于于于数数数数据据据据输输输输出出出出的的的的时时时时候候候候，因因因因此此此此而而而而得得得得名名名名。用用用用于于于于486 486 及及及及Pentium Pentium 产品中。产品中。产品中。产品中。2.2.SDRAMSDRAM（Synchronous Synchronous DRAMDRAM同同同同步步步步DRAM DRAM）。将将将将CPUCPU和和和和RAMRAM通通通通过过过过一一一一个个个个相相相相同同同同的的的的时时时时钟钟钟钟锁锁锁锁在在在在一一一一起起起起，使使使使得得得得RAMRAM和和和和CPUCPU能能能能够够够够共共共共享享享享一一一一个个个个时时

16、时时钟钟钟钟周周周周期期期期，以以以以相相相相同同同同的的的的速速速速度度度度同同同同步步步步工工工工作作作作。PC-100PC-100及及及及现现现现在在在在的的的的PC-133PC-133即是。（效率即是。（效率即是。（效率即是。（效率75%75%，使用最广，使用最广，使用最广，使用最广)100100MHzMHz的的的的SDRAMSDRAM带宽带宽带宽带宽=100=100MHz*MHz*（64/864/8）=800MB/S=800MB/S3 3.RDRAMRDRAMRDRAMRDRAM（Rambus DRAM)Rambus DRAM)Rambus DRAM)Rambus DRAM)一种全新

17、有设计，工作速度高一种全新有设计，工作速度高一种全新有设计，工作速度高一种全新有设计，工作速度高达达达达400MHZ400MHZ400MHZ400MHZ，RDRAMRDRAMRDRAMRDRAM使用使用使用使用16161616位总线，使用时钟上升和下降位总线，使用时钟上升和下降位总线，使用时钟上升和下降位总线，使用时钟上升和下降沿传输数据。（效率沿传输数据。（效率沿传输数据。（效率沿传输数据。（效率85%85%85%85%价格太高，应用不广，如价格太高，应用不广，如价格太高，应用不广，如价格太高，应用不广，如PC600PC600PC600PC600和和和和PC800PC800PC800PC80

18、0）400M400M400M400M的的的的RDRAMRDRAMRDRAMRDRAM带宽带宽带宽带宽=400MH=400MH=400MH=400MHz*(16/8)*2=1600MB/Sz*(16/8)*2=1600MB/Sz*(16/8)*2=1600MB/Sz*(16/8)*2=1600MB/S2022/10/28返回返回13 高速高速RAMRAM续续4 4 4 4.DDRDDRDDRDDR DRAM(Double Data Rate DRAM):DRAM(Double Data Rate DRAM):DRAM(Double Data Rate DRAM):DRAM(Double Data

19、 Rate DRAM):双倍数据速率双倍数据速率双倍数据速率双倍数据速率SDRAMSDRAMSDRAMSDRAM，在时钟上升和下降沿传输数据，从而得到双倍带，在时钟上升和下降沿传输数据，从而得到双倍带，在时钟上升和下降沿传输数据，从而得到双倍带，在时钟上升和下降沿传输数据，从而得到双倍带宽，同时增加双向数据控制引脚。如宽，同时增加双向数据控制引脚。如宽，同时增加双向数据控制引脚。如宽，同时增加双向数据控制引脚。如PC266PC266PC266PC266100MHz100MHz100MHz100MHz的的的的DDR=100MDDR=100MDDR=100MDDR=100MHz*(64/8)*2=

20、1600MB/SHz*(64/8)*2=1600MB/SHz*(64/8)*2=1600MB/SHz*(64/8)*2=1600MB/S即即即即100100100100MHzMHzMHzMHz的的的的DDRDDRDDRDDR相当于相当于相当于相当于400400400400MHzMHzMHzMHz的的的的RDRAMRDRAMRDRAMRDRAMDDRDDRDDRDDR不足的是效率不高（不足的是效率不高（不足的是效率不高（不足的是效率不高（65%65%65%65%）5 5 5 5.DDR2 DDR2 DDR2 DDR2 DRAM DRAM DRAM DRAM 速度是速度是速度是速度是DDR2DDR

21、2DDR2DDR2的两倍的两倍的两倍的两倍,因此因此因此因此100MHz100MHz100MHz100MHz的的的的DDRDDRDDRDDR2 2 2 2=100M=100M=100M=100MHz*(64/8)*4=3200MB/SHz*(64/8)*4=3200MB/SHz*(64/8)*4=3200MB/SHz*(64/8)*4=3200MB/S6 6 6 6.DDR3DDR3DDR3DDR3 DRAMDRAMDRAMDRAM是是是是DDR2DDR2DDR2DDR2的改进型的改进型的改进型的改进型,工作频率更高工作频率更高工作频率更高工作频率更高,功耗更小功耗更小功耗更小功耗更小,成成成

22、成本更低本更低本更低本更低.2022/10/28返回返回145.3.1 5.3.1 掩膜掩膜ROMROM（MROMMROM）5.3.2 5.3.2 一次可编程一次可编程ROMROM（PROMPROM）5.3.3 5.3.3 紫外线可擦除可编程紫外线可擦除可编程ROMROMROMROM（EPROMEPROMEPROMEPROM）5.3.4 5.3.4 电可擦除可编程电可擦除可编程ROMROM（E E2 2PROMPROM）5.3.5 5.3.5 闪速存储器（闪速存储器（Flash MemoryFlash Memory）5.5.3 3 只读存储器只读存储器2022/10/28返回返回155.3.1

23、 5.3.1 掩膜掩膜ROMROM原理原理原理原理：掩膜掩膜掩膜掩膜ROMROM存存存存 储储储储 信信信信 息息息息 是是是是 靠靠靠靠MOSMOS管是否跨接管是否跨接管是否跨接管是否跨接来决定来决定来决定来决定 0 0、1 1的的的的 ，当跨接当跨接当跨接当跨接MOSMOS管管管管 ，对应位信息为对应位信息为对应位信息为对应位信息为0 0，当没有跨接（被当没有跨接（被当没有跨接（被当没有跨接（被光刻而去掉），光刻而去掉），光刻而去掉），光刻而去掉），MOSMOS的位置对应的位置对应的位置对应的位置对应的信息为的信息为的信息为的信息为1 1。2022/10/28返回返回165.3.2 PRO

24、M5.3.2 PROM原理原理原理原理：PROMPROM是靠存储单元中是靠存储单元中是靠存储单元中是靠存储单元中的熔丝是否熔断的熔丝是否熔断的熔丝是否熔断的熔丝是否熔断决定信息决定信息决定信息决定信息0 0和和和和1 1的，的，的，的，当熔丝未断时，当熔丝未断时，当熔丝未断时，当熔丝未断时，信息为信息为信息为信息为1 1，熔丝，熔丝，熔丝，熔丝烧断时信息记录烧断时信息记录烧断时信息记录烧断时信息记录0 0。PROMPROM一次可编程一次可编程ROMROM2022/10/28返回返回175.3.3 EPROM5.3.3 EPROM原理原理原理原理：EPROMEPROM是靠是靠是靠是靠FAMOSF

25、AMOS浮浮浮浮置栅是否积累电置栅是否积累电置栅是否积累电置栅是否积累电荷存储信息荷存储信息荷存储信息荷存储信息0 0和和和和1 1的，当浮置栅有的，当浮置栅有的，当浮置栅有的，当浮置栅有足够的电荷积累足够的电荷积累足够的电荷积累足够的电荷积累时，记录的信息时，记录的信息时，记录的信息时，记录的信息为为为为0 0，没有一定，没有一定，没有一定，没有一定的电荷积累时，的电荷积累时，的电荷积累时，的电荷积累时，信息为信息为信息为信息为1 1。EPROMEPROMEPROMEPROM可擦除可编程可擦除可编程可擦除可编程可擦除可编程ROMROMROMROMTTRVCC位线数据线字线FAMOS管Tf20

26、22/10/28返回返回18EPROMEPROM典型结构典型结构典型芯片典型芯片典型芯片典型芯片2022/10/28返回返回19EPROMEPROM典型芯片典型芯片2751227512EPROM主要代表是主要代表是27系列系列对于对于EPROM掌握：掌握：1.型号与容量的关系型号与容量的关系512为512K位=64K*8=64KB再如27128为128K位=32KB2.引脚信号与容量的关系引脚信号与容量的关系容量=2地址线条数*数据线条数如27512容量=216*8=64KB3.控制信号的含义控制信号的含义2022/10/28返回返回205.3.4 E5.3.4 E2 2PROMPROM原理原

27、理原理原理：E2PROME2PROM是靠是靠是靠是靠VGVG加正加正加正加正负电压到负电压到负电压到负电压到T2,T2,使使使使T1T1栅极是否注入足够栅极是否注入足够栅极是否注入足够栅极是否注入足够的电荷来存储信息的电荷来存储信息的电荷来存储信息的电荷来存储信息0 0和和和和1 1的，当的，当的，当的，当VGVG加加加加正电压时使栅极有正电压时使栅极有正电压时使栅极有正电压时使栅极有足够的电荷积累时，足够的电荷积累时，足够的电荷积累时，足够的电荷积累时，记录的信息为记录的信息为记录的信息为记录的信息为0 0，VGVG加负电压时让加负电压时让加负电压时让加负电压时让栅极电荷散去，信栅极电荷散去

28、，信栅极电荷散去，信栅极电荷散去，信息为息为息为息为1 1。E E E E2 2 2 2PROMPROMPROMPROM电可擦除可编程电可擦除可编程电可擦除可编程电可擦除可编程ROMROMROMROMTTR位线数据线字线T1T2VG2022/10/28返回返回215.3.5 Flash5.3.5 Flash原理原理原理原理：FlashFlash原理类似于原理类似于原理类似于原理类似于E E2 2PROMPROM，当，当，当，当WEWE加加加加正电压时使正电压时使正电压时使正电压时使T1T1栅极栅极栅极栅极有足够的电荷积累有足够的电荷积累有足够的电荷积累有足够的电荷积累时，记录的信息为时，记录的

29、信息为时，记录的信息为时，记录的信息为0 0，WEWE加负电压时让加负电压时让加负电压时让加负电压时让栅极电荷散去，信栅极电荷散去，信栅极电荷散去，信栅极电荷散去，信息为息为息为息为1 1。擦除时擦除时擦除时擦除时VPPVPP加高压，加高压，加高压，加高压，T4T4导通，通过导通，通过导通，通过导通，通过VCCVCC到到到到T3T3加电压到加电压到加电压到加电压到T1T1的漏的漏的漏的漏极，使极，使极，使极，使T1T1的栅极电的栅极电的栅极电的栅极电荷快速散去，达到荷快速散去，达到荷快速散去，达到荷快速散去，达到擦除目的。擦除目的。擦除目的。擦除目的。FlashFlashFlashFlash闪

30、速存储器闪速存储器闪速存储器闪速存储器典型芯片典型芯片典型芯片典型芯片2022/10/28返回返回22E E2 2PROMPROM和和FlashFlash典型芯片典型芯片28010/29010并行并行E2PROM典型代表典型代表28系列系列Flash ROM代表典型代表典型29系列系列掌握：掌握：1.型号与容量的关系型号与容量的关系28010和和29010为为1M位位=128K*8=128KB再再 如如 28040和和 29040为为 4M位位=512K*8=512KB2.引脚信号与容量的关系引脚信号与容量的关系容量容量=2地址线条数地址线条数*数据线条数数据线条数如如29010容量容量=21

31、7*8=128KB3.控制信号的含义控制信号的含义Vpp,WE,OE,CE等等2022/10/28返回返回235.5.4 4 铁电和磁性存储器铁电和磁性存储器 传统半导体存储器的缺点：传统半导体存储器的缺点：不不可可能能既既具具有有非非易易失失性性，又又可可快快速速无无限限多多次读写。次读写。铁铁 电电 随随 机机 存存 储储 器器（FRAM=Ferroelectric FRAM=Ferroelectric RAMRAM）和和 磁磁 性性 随随 机机 存存 储储 器器（MRAM=MRAM=Magnetic Magnetic RAMRAM），解解决决了了传传统统半半导导体体存存储储器没有解决的问

32、题。器没有解决的问题。2022/10/28返回返回245.4.1 5.4.1 铁电存储器铁电存储器 FRAM FRAM 核心技术：核心技术：核心技术：核心技术：FRAMFRAMFRAMFRAM的的的的核核核核心心心心技技技技术术术术是是是是铁铁铁铁电电电电晶晶晶晶体体体体材材材材料料料料。这这这这一一一一特特特特殊殊殊殊材材材材料料料料使使使使得得得得铁铁铁铁电电电电存存存存储储储储器器器器同同同同时时时时拥拥拥拥有有有有随随随随机机机机存存存存取取取取存存存存储储储储器器器器(RAM)(RAM)(RAM)(RAM)和和和和非非非非易易易易失失失失性性性性存存存存储储储储产品的特性。产品的特性

33、。产品的特性。产品的特性。工作原理：工作原理：工作原理：工作原理：当当当当一一一一个个个个电电电电场场场场被被被被加加加加到到到到铁铁铁铁电电电电晶晶晶晶体体体体时时时时，中中中中心心心心原原原原子子子子顺顺顺顺着着着着电电电电场场场场的的的的方方方方向向向向在在在在晶晶晶晶体体体体里里里里移移移移动动动动。当当当当原原原原子子子子移移移移动动动动时时时时，它它它它通通通通过过过过一一一一个个个个能能能能量量量量壁壁壁壁垒垒垒垒，从从从从而而而而引引引引起起起起电电电电荷荷荷荷击击击击穿穿穿穿。内内内内部部部部电电电电路路路路感感感感应应应应到到到到电电电电荷荷荷荷击击击击穿穿穿穿并并并并设设

34、设设置置置置存存存存储储储储器器器器。移移移移去去去去电电电电场场场场后后后后，中中中中心心心心原原原原子子子子保保保保持持持持不不不不动动动动，存存存存储储储储器器器器的的的的状状状状态态态态也也也也得得得得以保存。以保存。以保存。以保存。TTRVCC位线数据线字线铁电电容电极允许2022/10/28返回返回25典型铁电存储器典型铁电存储器 FRAMFRAM产产品品有有两两种种基基本本形形式式，一一种种是是并并行行结结构构，一种是一种是串行结构串行结构。并并行行结结构构的的FRAMFRAM与与容容量量相相同同的的SRAMSRAM芯芯片片引引脚脚兼兼容容，如如FM1808FM1808与与622

35、5662256兼兼容容；串串行行结结构构的的FRAMFRAM与与同同容容量量的的串串行行E E2 2PROMPROM引引脚脚兼兼容，如容，如FM24C64FM24C64与与AT24C64AT24C64兼容兼容。有关网站：有关网站：http:/http:/2022/10/28返回返回265.4.2 5.4.2 磁阻式随机存储器磁阻式随机存储器MRAM MRAM 工作原理：工作原理：工作原理：工作原理：（1 1 1 1）MRAMMRAMMRAMMRAM工作的基本原理与硬盘类似，数据以磁工作的基本原理与硬盘类似，数据以磁工作的基本原理与硬盘类似，数据以磁工作的基本原理与硬盘类似，数据以磁性的方向为依

36、据，存储为性的方向为依据，存储为性的方向为依据，存储为性的方向为依据，存储为0 0 0 0或或或或1 1 1 1。（2 2 2 2）MRAMMRAMMRAMMRAM的磁介质与硬盘有着很大的不同。它的的磁介质与硬盘有着很大的不同。它的的磁介质与硬盘有着很大的不同。它的的磁介质与硬盘有着很大的不同。它的磁密度要大磁密度要大磁密度要大磁密度要大得多，也相当得多，也相当得多，也相当得多，也相当薄薄薄薄，因此产生的自感和阻，因此产生的自感和阻，因此产生的自感和阻，因此产生的自感和阻尼要少得多，这是尼要少得多，这是尼要少得多，这是尼要少得多，这是MRAMMRAMMRAMMRAM速度大大快于硬盘速度大大快于

37、硬盘速度大大快于硬盘速度大大快于硬盘的重要的重要的重要的重要原因。原因。原因。原因。（3 3 3 3）当进行读写操作时，）当进行读写操作时，）当进行读写操作时，）当进行读写操作时，MRAMMRAMMRAMMRAM中的磁极方向控制中的磁极方向控制中的磁极方向控制中的磁极方向控制单元会单元会单元会单元会使用相反的磁力方向使用相反的磁力方向使用相反的磁力方向使用相反的磁力方向，以便能同时进行读写，以便能同时进行读写，以便能同时进行读写，以便能同时进行读写操作，不延误时间，因此速度快。操作，不延误时间，因此速度快。操作，不延误时间，因此速度快。操作，不延误时间，因此速度快。2022/10/28返回返回

38、275.5.5 5 微机内存区域划分微机内存区域划分扩展内存(Extended Memory)高端内存区(HMA)64KB扩保留内存（显示缓存区和ROM区）384KBUMB充内存常规内存扩展内存扩展内存扩展内存扩展内存640KB80286PII/PIII/P4Core 20000A0000H00009FFFFH000100000H0000FFFFFH000FFFFFFHFFFFFFFFFH8086/8088保留内存保留内存保留内存保留内存常规内存常规内存常规内存常规内存386 486/Pentium 0FFFFFFFFH000000000H2022/10/28返回返回285.6 5.6 存储器

39、的扩展与组织存储器的扩展与组织1为什么要扩展？为什么要扩展？任何存储器芯片（任何存储器芯片（任何存储器芯片（任何存储器芯片（RAMRAM和和和和ROMROM）的的的的容量都是容量都是容量都是容量都是有限的有限的有限的有限的，当实际系统需要更大存储容量时，就必，当实际系统需要更大存储容量时，就必，当实际系统需要更大存储容量时，就必，当实际系统需要更大存储容量时，就必须采用多片现有的存储器芯片构成较大容量的存须采用多片现有的存储器芯片构成较大容量的存须采用多片现有的存储器芯片构成较大容量的存须采用多片现有的存储器芯片构成较大容量的存储器模块，这就是所谓的存储器扩展。储器模块，这就是所谓的存储器扩展

40、。储器模块，这就是所谓的存储器扩展。储器模块，这就是所谓的存储器扩展。2扩展存储器有三种基本方法扩展存储器有三种基本方法（1 1）字扩展字扩展字扩展字扩展：单元数的扩展（地址线增加）：单元数的扩展（地址线增加）：单元数的扩展（地址线增加）：单元数的扩展（地址线增加）（2 2）位扩展位扩展位扩展位扩展：数据位的扩展（数据线增加）：数据位的扩展（数据线增加）：数据位的扩展（数据线增加）：数据位的扩展（数据线增加）（3 3）字位全扩展字位全扩展字位全扩展字位全扩展：单元数和位数都扩展：单元数和位数都扩展：单元数和位数都扩展：单元数和位数都扩展2022/10/28返回返回295.6.1 5.6.1 地

41、址译码地址译码一、地址译码方法一、地址译码方法1.1.线译码方式线译码方式仅用一根高位地址线选择芯片。仅用一根高位地址线选择芯片。2.2.部分译码方式部分译码方式仅用部分高位地址线参与译码。仅用部分高位地址线参与译码。3.3.全译码方式。全译码方式。所有地址线全部译码工作。所有地址线全部译码工作。2022/10/28返回返回30二、地址译码实现方法二、地址译码实现方法1.门电路译码门电路译码用用TTL或或CMOS数字电路实现译码。数字电路实现译码。2.专用译码器译码专用译码器译码用专用译码器如用专用译码器如2-4/3-8译码器译码。译码器译码。3.用可编程器件用可编程器件PLD译码。译码。利用

42、利用PLD编程译码。编程译码。2022/10/28返回返回31常用译码器常用译码器4 41616译码器译码器译码器译码器3 38 8译码器译码器译码器译码器2 24 4译码器译码器译码器译码器3 38 8译码器真值表译码器真值表译码器真值表译码器真值表2022/10/28返回返回32例例1.1.门电路译码示例门电路译码示例要求：要求：要求：要求：利用基本门电路产生地址为利用基本门电路产生地址为利用基本门电路产生地址为利用基本门电路产生地址为3E7H3E7H3E7H3E7H的低电平有的低电平有的低电平有的低电平有效的片选信号。效的片选信号。效的片选信号。效的片选信号。分析分析分析分析:3E7H=

43、11 1110 0111B3E7H=11 1110 0111B3E7H=11 1110 0111B3E7H=11 1110 0111B2022/10/28返回返回33不不 变变 地地 址址变变 地地 址址例例2.2.译码器译码示例译码器译码示例要求：要求：要求：要求：产生地址为产生地址为产生地址为产生地址为250H-257H250H-257H250H-257H250H-257H共共共共8 8 8 8个低电平有效的片选信号。个低电平有效的片选信号。个低电平有效的片选信号。个低电平有效的片选信号。分析分析分析分析：对应的地址关系如下：对应的地址关系如下：对应的地址关系如下：对应的地址关系如下：A9

44、A9A8A8A7A7A6A6A5A5A4A4A3A3A2A2A1A1A0A0地址范围地址范围1 10 00 01 10 01 10 00 00 00 0首地址首地址250H250H1 10 00 01 10 01 10 01 11 11 1未地址未地址257H257H结果：结果：结果：结果：组合后接译码器组合后接译码器组合后接译码器组合后接译码器控制端控制端控制端控制端 接接接接输入端输入端输入端输入端2022/10/28返回返回34常用常用PLDPLD器件简介器件简介可利用可编程逻辑器件进行译码，常用的有可利用可编程逻辑器件进行译码，常用的有可利用可编程逻辑器件进行译码，常用的有可利用可编程

45、逻辑器件进行译码，常用的有:PALPALPALPAL（Programmable Array LogicProgrammable Array LogicProgrammable Array LogicProgrammable Array Logic）可编程逻辑阵列（如可编程逻辑阵列（如可编程逻辑阵列（如可编程逻辑阵列（如PAL16R8PAL16R8PAL16R8PAL16R8，PAL 20X10PAL 20X10PAL 20X10PAL 20X10等）等）等）等）GALGALGALGAL（Generic Array LogicGeneric Array LogicGeneric Array Lo

46、gicGeneric Array Logic）通用逻辑阵列（如通用逻辑阵列（如通用逻辑阵列（如通用逻辑阵列（如GAL16V8GAL16V8GAL16V8GAL16V8，GAL20V8GAL20V8GAL20V8GAL20V8等）等）等）等）EPLDEPLDEPLDEPLD（Erasable Programmable Logic DeviceErasable Programmable Logic DeviceErasable Programmable Logic DeviceErasable Programmable Logic Device）可擦除可编程门阵）可擦除可编程门阵）可擦除可编程门阵

47、）可擦除可编程门阵列列列列CPLDCPLDCPLDCPLD（Complex Programmable Logic DeviceComplex Programmable Logic DeviceComplex Programmable Logic DeviceComplex Programmable Logic Device）复杂可编程门阵列）复杂可编程门阵列）复杂可编程门阵列）复杂可编程门阵列FPGAFPGAFPGAFPGA（Field Programmable Gate ArrayField Programmable Gate ArrayField Programmable Gate Arr

48、ayField Programmable Gate Array）现场可编程门阵列等。）现场可编程门阵列等。）现场可编程门阵列等。）现场可编程门阵列等。这些器件可通过软件编程生成各种逻辑及复杂硬件电路，因此可以产生这些器件可通过软件编程生成各种逻辑及复杂硬件电路，因此可以产生这些器件可通过软件编程生成各种逻辑及复杂硬件电路，因此可以产生这些器件可通过软件编程生成各种逻辑及复杂硬件电路，因此可以产生不同译码电路。不同译码电路。不同译码电路。不同译码电路。2022/10/28返回返回35存储器及存储器及I/OI/O读写控制信号的产生读写控制信号的产生 W/RW/RM/IOM/IOADSADSIORC

49、IORCIOWCIOWCMRDCMRDCMWTCMWTC2022/10/28返回返回36位扩展与字扩展位扩展与字扩展一、位扩展一、位扩展一、位扩展一、位扩展是是是是用用用用多多多多个个个个存存存存储储储储芯芯芯芯片片片片组组组组成成成成一一一一个个个个整整整整体体体体，使使使使数数数数据据据据位位位位数数数数增增增增加加加加，但但但但单元个数不变。单元个数不变。单元个数不变。单元个数不变。方法：方法：方法：方法：(1)(1)芯芯芯芯片片片片的的的的地地地地址址址址线线线线全全全全部部部部并并并并联联联联且且且且与与与与地地地地址址址址总总总总线线线线相相相相应应应应的的的的地地地地址址址址线线

50、线线连接。连接。连接。连接。(2)(2)片片片片选选选选信信信信号号号号线线线线并并并并联联联联，可可可可以以以以接接接接控控控控制制制制总总总总线线线线中中中中的的的的存存存存储储储储器器器器选选选选择择择择信信信信号号号号，也也也也可可可可以以以以接接接接地地地地址址址址线线线线高高高高位位位位，或或或或接接接接地地地地址址址址译译译译码码码码器器器器的的的的输输输输出出出出端。端。端。端。(3)(3)读写信号并联接到控制总线中的读写控制线上。读写信号并联接到控制总线中的读写控制线上。读写信号并联接到控制总线中的读写控制线上。读写信号并联接到控制总线中的读写控制线上。(4)(4)数据线分高