第5章 存储器4.14.ppt

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1、第五章第五章 存储器存储器主要介绍存储器的基本工作原理及各类半主要介绍存储器的基本工作原理及各类半导体存储器与导体存储器与CPU的连接方法和使用方法。的连接方法和使用方法。通过本章的学习，应对各类存储器芯片的通过本章的学习，应对各类存储器芯片的基本工作原理和外部特性有所了解，基本工作原理和外部特性有所了解，掌握微机掌握微机中存储系统的结构，并能够利用现有的存储器中存储系统的结构，并能够利用现有的存储器芯片构成所需要的内存空间芯片构成所需要的内存空间。第五章第五章 存储器存储器5.1 存储器分类存储器分类5.2 随机存取存储器随机存取存储器RAM5.3 只读存储器只读存储器ROM5.4 CPU与

2、存储器的连接与存储器的连接5.5 存储器空间的分配和使用存储器空间的分配和使用5.15.1 存储器分类存储器分类存储器是计算机用来存储信息的部件，正是因为有存储器是计算机用来存储信息的部件，正是因为有了存储器，计算机才有信息记忆功能。存储器分为了存储器，计算机才有信息记忆功能。存储器分为内存内存和和外存外存，内存存放常用信息和数据，而外存存放不经常，内存存放常用信息和数据，而外存存放不经常使用的程序和数据。使用的程序和数据。内存存取速度快，但受内存存取速度快，但受CPU地址总线位数的限制。正地址总线位数的限制。正是内存速度快的特点，系统软件的主要部分是内存速度快的特点，系统软件的主要部分(系统

3、引系统引导程序、监控程序导程序、监控程序)都是常驻内存的，而这些内存区都是常驻内存的，而这些内存区是由是由ROM器件构成的，另一部分内存区是由器件构成的，另一部分内存区是由RAM器器件构成的，整个内存由件构成的，整个内存由ROM和和RAM两部分组成。两部分组成。外存用来存放不常使用的程序和数据，也称海量存储外存用来存放不常使用的程序和数据，也称海量存储器，必须配备专门的驱动设备才能完成访问功能，如器，必须配备专门的驱动设备才能完成访问功能，如软盘驱动器、硬盘驱动器等。软盘驱动器、硬盘驱动器等。微机原理与接口微机原理与接口 外外外外存存存存储储储储器器器器是是是是CPUCPU通通通通过过过过I/

4、OI/O接接接接口口口口电电电电路路路路才才才才能能能能访访访访问问问问的的的的存存存存储储储储器器器器，其其其其特特特特点点点点是是是是存存存存储储储储容容容容量量量量大大大大、速速速速度度度度较较较较低低低低，又又又又称称称称海海海海量量量量存存存存储储储储器器器器或或或或二二二二级级级级存存存存储储储储器器器器。外外外外存存存存储储储储器器器器用用用用来来来来存存存存放放放放当当当当前前前前暂暂暂暂时时时时不不不不用用用用的的的的程程程程序序序序和和和和数数数数据据据据。CPUCPU不不不不能能能能直直直直接接接接用用用用指指指指令令令令对对对对外外外外存存存存储储储储器器器器进进进进行

5、行行行读读读读/写写写写操操操操作作作作，如如如如要要要要执执执执行行行行外外外外存存存存储储储储器器器器存存存存放放放放的的的的程程程程序序序序，必必必必须须须须先先先先将将将将该该该该程程程程序序序序由由由由外外外外存存存存储储储储器器器器调调调调入入入入内内内内存存存存储储储储器器器器。在在在在微微微微机机机机中中中中常常常常用硬磁盘、软磁盘和磁带作为外存储器。用硬磁盘、软磁盘和磁带作为外存储器。用硬磁盘、软磁盘和磁带作为外存储器。用硬磁盘、软磁盘和磁带作为外存储器。半导体存储器按存取方式不同，分为半导体存储器按存取方式不同，分为半导体存储器按存取方式不同，分为半导体存储器按存取方式不同

6、，分为读写存储器读写存储器读写存储器读写存储器RAMRAM（Random Access MemoryRandom Access Memory）和只读存储器）和只读存储器）和只读存储器）和只读存储器ROMROM（Read Only Read Only MemoryMemory）。）。）。）。读写存储器指机器运行期间可读、可写的存储器。读写存储器指机器运行期间可读、可写的存储器。读写存储器指机器运行期间可读、可写的存储器。读写存储器指机器运行期间可读、可写的存储器。目前微机中作为内存储器的半导体存储器，其主要特点是目前微机中作为内存储器的半导体存储器，其主要特点是目前微机中作为内存储器的半导体存储

7、器，其主要特点是目前微机中作为内存储器的半导体存储器，其主要特点是采用大规模集成电路技术构成单个芯片形式或者大容量的条形采用大规模集成电路技术构成单个芯片形式或者大容量的条形采用大规模集成电路技术构成单个芯片形式或者大容量的条形采用大规模集成电路技术构成单个芯片形式或者大容量的条形动态存储器（动态存储器（动态存储器（动态存储器（SIMM DRAMSIMM DRAM）形式，因而使用方便，价格较低。）形式，因而使用方便，价格较低。）形式，因而使用方便，价格较低。）形式，因而使用方便，价格较低。微机原理与接口微机原理与接口 只只只只读读读读存存存存储储储储器器器器ROMROM指指指指机机机机器器器器

8、运运运运行行行行期期期期间间间间只只只只能能能能读读读读出出出出信信信信息息息息，而而而而不不不不能能能能写写写写入入入入信信信信息息息息的的的的存存存存储储储储器器器器。RAMRAM是是是是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的的的的意意意意思思思思，“随随随随机机机机存存存存取取取取”含含含含意意意意是是是是指指指指对对对对存存存存储储储储器器器器任任任任何何何何一一一一个个个个单单单单元元元元中中中中信信信信息息息息的的的的存存存存取取取取时时时时间间间间与与与与其其其其所所所所在在在在位位位位置置置置无无无无关关关关。它它它它是是是是相相相相对对对对于于于于“顺顺顺

9、顺序序序序存存存存取取取取”而而而而言言言言的的的的。对对对对顺顺顺顺序序序序存存存存取取取取（或或或或串串串串行行行行存存存存取取取取）的的的的存存存存储储储储器器器器（如如如如磁磁磁磁带带带带），必必必必须须须须按按按按顺顺顺顺序序序序访访访访问问问问各各各各单单单单元元元元，即即即即信信信信息息息息的的的的存存存存取取取取时时时时间间间间与与与与其其其其所所所所在在在在位位位位置置置置有有有有关关关关。对对对对内内内内存存存存储储储储器器器器而而而而言言言言，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和和和和读读读读写写写写存存存存储储储储器器器器是是是是一一一一回回回回事

10、事事事，读读读读写写写写存存存存储储储储器器器器的的的的英英英英文文文文缩缩缩缩写写写写应应应应为为为为RWM(Read RWM(Read Write Write MomeryMomery)。由由由由于于于于拼拼拼拼读读读读困困困困难难难难，都称作都称作都称作都称作RAMRAM。读写存储器按信息存储方式可分为静态读写存储器按信息存储方式可分为静态读写存储器按信息存储方式可分为静态读写存储器按信息存储方式可分为静态RAMRAM（Static RAM,Static RAM,简称简称简称简称SRAMSRAM）和动态）和动态）和动态）和动态RAMRAM（Dynamic RAM,Dynamic RAM,

11、简称简称简称简称DRAMDRAM）。）。）。）。存储器分类存储器分类n n按按存存储储介介质质，可可分分为为半半导导体体存存储储器器、磁磁介介质质存储器和存储器和光存储器光存储器n n按按照照存存储储器器与与CPU的的耦耦合合程程度度，可可分分为为内内存存和和外存外存n n按按存存储储器器的的读读写写功功能能，分分为为读读写写存存储储器器（RWM：Read/Write Memory）和和只只读读存存储储器（器（ROM：Read Only Memory)n n按按掉掉电电后后存存储储的的信信息息可可否否永永久久保保持持，分分为为易易失失性性（挥挥发发性性）存存储储器器和和非非易易失失性性（不不挥

12、挥发发）存储器存储器6存储器分类存储器分类n n按按照照数数据据存存取取的的随随机机性性，分分为为随随机机存存取取存存储储器器、顺顺序序存存取取存存储储器器（如如磁磁带带存存储储器器）和和直直接存取接存取存储器（如磁盘存储器（如磁盘）n n按按照照半半导导体体存存储储器器的的信信息息存存储储方方法法，分分为为静静态存储器态存储器和和动态存储器动态存储器n n按按存存储储器器的的功功能能，分分为为系系统统存存储储器器、显显示示存存储器储器、控制存储器控制存储器n n一一般般把把易易失失性性半半导导体体存存储储器器统统称称为为RAM，把把非易失性半导体存储器都称为非易失性半导体存储器都称为ROM7

13、存储器的分类及选用存储器的分类及选用按按按按存存存存储储储储介介介介质质质质分分分分类类类类半导体半导体存储器存储器磁介质存储器磁介质存储器光存储器光存储器Multi-SRAMNV-SRAMFIFOCache双极双极型：存取速度快，但集成度低，一般用于大型：存取速度快，但集成度低，一般用于大 型计算机或高速微机中；型计算机或高速微机中；MOS型型掩膜掩膜ROM一次性可编程一次性可编程PROM紫外线可擦除紫外线可擦除EPROM电可擦除电可擦除E2PROM可编程只读存储器可编程只读存储器FLASH读写读写存储器存储器RAM只读只读存储器存储器ROM（按读（按读写功能写功能分类分类)（按器按器件原理

14、件原理分类）分类）静态静态SRAM动态动态DRAM：集成度高但存取速度较低集成度高但存取速度较低 一般用于需要较大容量的场合。一般用于需要较大容量的场合。速度较快，集成速度较快，集成度较低，一般用度较低，一般用于对速度要求高、于对速度要求高、而容量不大的场而容量不大的场合。合。(按存储按存储原理分类原理分类)8微机原理与接口微机原理与接口存储器分类存储器分类一、半导体存储器的性能指标一、半导体存储器的性能指标半导体存储器的性能指标很多，如可靠性、功耗、半导体存储器的性能指标很多，如可靠性、功耗、价格等，但从接口电路来看，其重要指标就是价格等，但从接口电路来看，其重要指标就是芯片的存芯片的存储容

15、量和速度储容量和速度。1 1、存储容量：、存储容量：存储器中存储单元的总数。存储器中存储单元的总数。存储芯片的容存储芯片的容量是以位量是以位(bit)(bit)为基本单位的，因此存储器的容量即指芯为基本单位的，因此存储器的容量即指芯片所能容纳的二进制的位数。如片所能容纳的二进制的位数。如Intel 2114,Intel 2114,其存储容量其存储容量为为 40964096，Intel 6264Intel 6264为为6553665536。在实际应用中，通常用存储单元数和位数来表示芯在实际应用中，通常用存储单元数和位数来表示芯片的存储容量。如片的存储容量。如Intel 2114Intel 211

16、4为为1K1K 4 4位；位；Intel 6264Intel 6264为为8K8K 8 8位。位。存储器芯片容量存储器芯片容量=单元数单元数 数据线位数数据线位数微机原理与接口微机原理与接口存储器分类存储器分类一、半导体存储器的性能指标一、半导体存储器的性能指标超高速存储器的存取速度已小于超高速存储器的存取速度已小于20ns,20ns,中速存储中速存储器在器在100100200ns200ns之间之间,低速存储器在低速存储器在300ns300ns以上。以上。2 2、存取速度：、存取速度：是指存储器接收到有效地址到存储器给出有效数据是指存储器接收到有效地址到存储器给出有效数据所需要的时间。时间越小

17、速度越快。所需要的时间。时间越小速度越快。选用存储器时选用存储器时,存取速度最好选与存取速度最好选与CPUCPU时序相匹配时序相匹配的芯片。另外在满足存储器总容量前提下的芯片。另外在满足存储器总容量前提下,尽可能选尽可能选用集成度高用集成度高,存储容量大的芯片。存储容量大的芯片。微机原理与接口微机原理与接口 3 3 3 3 可靠性可靠性可靠性可靠性 可可可可靠靠靠靠性性性性是是是是指指指指存存存存储储储储器器器器对对对对电电电电磁磁磁磁场场场场及及及及温温温温度度度度等等等等变变变变化化化化的的的的抗抗抗抗干干干干扰扰扰扰性性性性，半半半半导导导导体体体体存存存存储储储储器器器器由由由由于于于

18、于采采采采用用用用大大大大规规规规模模模模集集集集成成成成电电电电路路路路结结结结构构构构，可可可可靠靠靠靠性性性性高高高高，平平平平均均均均无故障时间为几千小时以上。无故障时间为几千小时以上。无故障时间为几千小时以上。无故障时间为几千小时以上。4 4 4 4 其它指标其它指标其它指标其它指标 体体体体积积积积小小小小、重重重重量量量量轻轻轻轻、价价价价格格格格便便便便宜宜宜宜、使使使使用用用用灵灵灵灵活活活活是是是是微微微微型型型型计计计计算算算算机机机机的的的的主主主主要要要要特特特特点点点点及及及及优优优优点点点点，所所所所以以以以存存存存储储储储器器器器的的的的体体体体积积积积大大大大

19、小小小小、功功功功耗耗耗耗、工工工工作作作作温温温温度度度度范范范范围围围围、成本高低等也成为人们关心的指标。成本高低等也成为人们关心的指标。成本高低等也成为人们关心的指标。成本高低等也成为人们关心的指标。上述指标，有些是互相矛盾的。这就需要在设计和选用存上述指标，有些是互相矛盾的。这就需要在设计和选用存上述指标，有些是互相矛盾的。这就需要在设计和选用存上述指标，有些是互相矛盾的。这就需要在设计和选用存储器时，根据实际需要，尽可能满足主要要求且兼顾其它。储器时，根据实际需要，尽可能满足主要要求且兼顾其它。储器时，根据实际需要，尽可能满足主要要求且兼顾其它。储器时，根据实际需要，尽可能满足主要要

20、求且兼顾其它。存储器分类存储器分类二、半导体存储器的通常结构二、半导体存储器的通常结构在微机系统中，不论是在微机系统中，不论是8 8位机，位机，1616位机还是位机还是3232位机，位机，都是以都是以8 8位二进制为一个字节，位二进制为一个字节，2 2个字节为一个字个字节为一个字 每个存储单元都有一个地址；每个存储单元都有一个地址；一个存储单元对应了半导体器件的一个存储单元对应了半导体器件的8 8个基本存储电路；个基本存储电路；一个基本存储电路对应一个二进制位；一个基本存储电路对应一个二进制位；在制造工艺上，常把各个字节的同一位或几位制造在制造工艺上，常把各个字节的同一位或几位制造在一个器件中

21、；如在一个器件中；如1K 1的芯片有的芯片有1024个基本存储电路，个基本存储电路，使用时作为使用时作为1024个字节的同一位，个字节的同一位，8个芯片组成个芯片组成1K 8的的存储空间。又如，存储空间。又如，1K 4的芯片，有的芯片，有4096个基本存储电个基本存储电路，可作为路，可作为1K字节的高字节的高4位或低位或低4位，位，2个芯片组成个芯片组成1K字字节的存储空间。（通常称为节的存储空间。（通常称为位组合位组合）存储器分类存储器分类二、半导体存储器的通常结构二、半导体存储器的通常结构例例 不采用矩阵译码不采用矩阵译码-线性译码）线性译码）1K个个存储存储单元地址线单元地址线为为10根

22、地址线，译码后每个存储单元分配一根控制根地址线，译码后每个存储单元分配一根控制线，则需要线，则需要1024根控制线。如图：根控制线。如图：若采用矩阵译码结构，则译码后只需若采用矩阵译码结构，则译码后只需64根控制线。根控制线。见下页图：见下页图：地地址址译译码码A0A1A2 A91K存储单元存储单元11024大容量大容量存储器地址译码存储器地址译码是按矩阵的形式排列，这样是按矩阵的形式排列，这样做可以节省译码电路；做可以节省译码电路；存储器分类存储器分类二、半导体存储器的通常结构二、半导体存储器的通常结构行行译译码码例：例：矩阵译码结构矩阵译码结构-复合译码复合译码A0A1A2A3A41K1K

23、存储单元存储单元132.132列译码和列译码和I/OI/O控制控制R/W控制控制CSA5A6A7A8A9存储器分类存储器分类二、半导体存储器的通常结构二、半导体存储器的通常结构半导体存储器组成框图半导体存储器组成框图地地址址译译码码器器存储矩阵存储矩阵控制逻辑控制逻辑三态三态数据数据缓冲缓冲器器 A0A1AnD0D1D7R/WCS存储器分类存储器分类二、半导体存储器的通常结构二、半导体存储器的通常结构一个较大的存储体，由若干个存储模块（或组）组一个较大的存储体，由若干个存储模块（或组）组成，用地址线的高几位译码产生模块选择信号，其余位成，用地址线的高几位译码产生模块选择信号，其余位作为行列选择

24、信号；作为行列选择信号；模块模块1 1模块模块2 2模块模块3 3模块模块4 4译译码码A16A15A0A14DBCB5.25.2 随机存取（可读可写）存储器随机存取（可读可写）存储器随机读写存储器可随时在任一地址单元读出信息随机读写存储器可随时在任一地址单元读出信息或写入新信息。或写入新信息。根据存储器芯片内部基本单元电路的结构，根据存储器芯片内部基本单元电路的结构，RAM又可分为又可分为:静态读写存储器静态读写存储器(SRAM)和动态和动态读写存储器（读写存储器（DRAM）。一、静态随机读写存储器一、静态随机读写存储器静态静态RAM的单元电路由的单元电路由6个个MOS管子组成，只要不掉管子

25、组成，只要不掉电数据可以一直保持。电数据可以一直保持。访问速度快，访问周期达访问速度快，访问周期达2040ns。但是管子多，功耗。但是管子多，功耗大，适合小容量存储器。大，适合小容量存储器。集成度低，但速度快，价格高，常用做集成度低，但速度快，价格高，常用做CacheCache5.25.2 随机存取存储器随机存取存储器一、静态随机读写存储器一、静态随机读写存储器其其存存储储电电路路以以双双稳稳态态触触发发器器为为基基础础,状状态态稳稳定定,只只要不掉电要不掉电,信息不会丢失信息不会丢失,但集成度低。但集成度低。例：例：SRAM 6264 SRAM 6264 管脚如图管脚如图62646264规格

26、，表示规格，表示8K*88K*8位位从从中中可可以以判判断断地地址址线线、数数据据线的根数线的根数1 128282 23 34 45 56 67 78 89 9101011111212131314142727262625252424232322222121202019191818171716161515NCNCA A1212A A7 7A A6 6A A5 5A A4 4A A3 3A A2 2A A1 1A A0 0D D0 0D D1 1D D2 2GNDGNDD D7 7D D6 6D D5 5D D4 4D D3 3WEWECECE2 2A A8 8A A9 9A A1111OEOEA

27、 A1010CECE1 1V VCCCC62646264A0Al2 :13根地址信号线。根地址信号线。D0D7 :8根双向数据线。根双向数据线。CE1 CE2:片选信号线。片选信号线。OE :输出允许信号。输出允许信号。WE :写允许信号写允许信号。NCNCNCNC为没有使用的空脚为没有使用的空脚为没有使用的空脚为没有使用的空脚5.25.2 随机存取存储器随机存取存储器一、静态随机读写存储器一、静态随机读写存储器例：例：SRAM 6264SRAM 6264与与CPUCPU的常见连接的常见连接连接到数据总线（连接到数据总线（D0D7或或D8D15）6264I/O0 I/O7A0 A12连接到连接

28、到 8086的的 WR 脚脚连接到连接到 8086的的 RD 脚脚连接到地址总线的低连接到地址总线的低13位位OE WECE1 CE2片选输入片选输入21142114（1K41K4）61166116（2K82K8）62326232（4K84K8）62646264（8K88K8）6212862128（16K816K8）6225662256（32K832K8）微机原理与接口微机原理与接口二、动态随机读写存储器二、动态随机读写存储器DRAM为减少为减少MOS管数目管数目,提高集成度和降低功耗提高集成度和降低功耗,出现了动出现了动态态RAM器件。器件。与上面介绍的静态与上面介绍的静态与上面介绍的静态与

29、上面介绍的静态RAMRAM相似，动态相似，动态相似，动态相似，动态RAMRAM存储器器件内存储器器件内存储器器件内存储器器件内的基本存储电路也是按行和列组成矩阵的，基本区的基本存储电路也是按行和列组成矩阵的，基本区的基本存储电路也是按行和列组成矩阵的，基本区的基本存储电路也是按行和列组成矩阵的，基本区别在于存储电路不同。与静态别在于存储电路不同。与静态别在于存储电路不同。与静态别在于存储电路不同。与静态RAMRAM中信息的存储方中信息的存储方中信息的存储方中信息的存储方式不同，动态式不同，动态式不同，动态式不同，动态RAMRAM是利用是利用是利用是利用MOSMOS管栅源间的极间电容管栅源间的极

30、间电容管栅源间的极间电容管栅源间的极间电容来存储信息的。来存储信息的。来存储信息的。来存储信息的。当电容充有电荷时，称存储的信息当电容充有电荷时，称存储的信息当电容充有电荷时，称存储的信息当电容充有电荷时，称存储的信息为为为为 1 1；电容上没有电荷时，称存储的信息为；电容上没有电荷时，称存储的信息为；电容上没有电荷时，称存储的信息为；电容上没有电荷时，称存储的信息为 0 0。由于由于由于由于电容上存储的电荷不能长时间保存，总会泄漏，电容上存储的电荷不能长时间保存，总会泄漏，电容上存储的电荷不能长时间保存，总会泄漏，电容上存储的电荷不能长时间保存，总会泄漏，因因因因此必须定时地给电容补充电荷，

31、这称为此必须定时地给电容补充电荷，这称为此必须定时地给电容补充电荷，这称为此必须定时地给电容补充电荷，这称为“刷新刷新刷新刷新”或或或或“再生再生再生再生”。随机存取存储器随机存取存储器二、动态随机读写存储器二、动态随机读写存储器DRAM 常常常常用用用用的的的的动动动动态态态态基基基基本本本本存存存存储储储储电电电电路路路路有有有有 4 4 4 4 管管管管型型型型和和和和单单单单管管管管型型型型两两两两种种种种，其其其其中中中中单单单单管管管管型型型型由由由由于于于于集集集集成成成成度度度度高高高高而而而而愈愈愈愈来来来来愈愈愈愈被被被被广广广广泛泛泛泛采采采采用用用用。我我我我们们们们这

32、里以单管基本存储电路为例说明。这里以单管基本存储电路为例说明。这里以单管基本存储电路为例说明。这里以单管基本存储电路为例说明。其基本存储电路为单管动态存储电路其基本存储电路为单管动态存储电路,存放信息靠存放信息靠的是电容的是电容,需需刷新刷新,芯片刷新周期在芯片刷新周期在2ms以内。以内。单管动态单管动态RAM基基本存储单元图本存储单元图I/OQ刷新刷新放大器放大器C列选择信号列选择信号行选择信号行选择信号微机原理与接口微机原理与接口动态RAM的刷新一般刷新周期为一般刷新周期为2ms，采取一次刷新一行的方，采取一次刷新一行的方式，即每式，即每2ms刷新一行。刷新一行。每次读写操作也进行了刷新，

33、但是读写是随每次读写操作也进行了刷新，但是读写是随机的，不能保证机的，不能保证2ms内每个单元都进行了读内每个单元都进行了读写操作，所以必须单独进行刷新操作。写操作，所以必须单独进行刷新操作。微机原理与接口微机原理与接口动态RAM例子Intel 2164 64K1芯片芯片2164A2164A的容量为的容量为64K64K1 1位，即片内共有位，即片内共有64K64K（6553665536）个地址单元，个地址单元，每个地址单元存放一位每个地址单元存放一位数据。需要数据。需要1616条地址线，地址线分为两部分：行地址条地址线，地址线分为两部分：行地址与列地址。与列地址。采采采采用用用用分分分分时时时

34、时技技技技术术术术将将将将1616位位位位地地地地址址址址码码码码分分分分两两两两次次次次从从从从8 8条条条条地地地地址址址址引引引引线线线线上上上上送送送送入入入入芯芯芯芯片片片片内内内内部部部部，而而而而在在在在片片片片内内内内设设设设置置置置两两两两个个个个8 8位位位位锁锁锁锁存存存存器器器器，分分分分别别别别称称称称为为为为行行行行锁锁锁锁存存存存器器器器和和和和列列列列锁锁锁锁存存存存器器器器。1616位位位位地地地地址址址址码码码码也也也也分分分分成成成成行行行行地地地地址址址址（低低低低8 8位位位位地地地地址址址址）和和和和列列列列地地地地址址址址（高高高高8 8位位位位地

35、地地地址址址址），在在在在两两两两次次次次输输输输入入入入后分别寄存在行锁存器内和列锁存器内后分别寄存在行锁存器内和列锁存器内后分别寄存在行锁存器内和列锁存器内后分别寄存在行锁存器内和列锁存器内即即地地址址分分行行、列列地地址址输输入入，分分别别有有行行、列列地地址址选选通通信信号识别。号识别。微机原理与接口微机原理与接口2164（64K*1）A0A7为地址输入端。为地址输入端。DIN和和DOUT 是芯片上是芯片上的数据线。的数据线。RAS为行地址锁存信号。为行地址锁存信号。CAS为列地址锁存信号。为列地址锁存信号。WE为写允许信号。为写允许信号。微机原理与接口微机原理与接口注意注意计算机中的

36、内存由计算机中的内存由DRAMDRAM组成，组成，高速缓存用高速缓存用SRAMSRAM组成组成微机原理与接口微机原理与接口四、高速缓冲存储器四、高速缓冲存储器DRAM存取时间为存取时间为100200ns，为了使，为了使CPU全速运行，可采用全速运行，可采用Cache技术，将经常访问的代技术，将经常访问的代码和数据存入由码和数据存入由SRAM（存取时间为（存取时间为1040ns）组成的高速缓存中，把不常用的数据保存在组成的高速缓存中，把不常用的数据保存在DRAM组成的大容量存储器中，这样使存储器组成的大容量存储器中，这样使存储器系统的价格降低，同时又保证系统的价格降低，同时又保证CPU接近零等待

37、。接近零等待。微机原理与接口微机原理与接口四、高速缓冲存储器四、高速缓冲存储器当当CPU读取主存中的一个字时，便发出此字的内存读取主存中的一个字时，便发出此字的内存地址给地址给cache和主存。此时和主存。此时cache的控制逻辑依据的控制逻辑依据地址判断此字当前是否在地址判断此字当前是否在cache中；若是，则此字中；若是，则此字立即传送到立即传送到CPU中；否则，则用主存读周期把此中；否则，则用主存读周期把此字从主存中读出送到字从主存中读出送到CPU，同时将含有这个字的，同时将含有这个字的整个数据块从主存读出送到整个数据块从主存读出送到cache中。中。Cache的数据与对应内存中的数据出

38、现不同称为不的数据与对应内存中的数据出现不同称为不一致，为了解决不一致，可以采用两种办法：一致，为了解决不一致，可以采用两种办法：（1）写直达法（）写直达法（write-through）。）。（2）回写法（）回写法（write-back）。）。随机存取存储器随机存取存储器三、存储器的工作时序三、存储器的工作时序为了正确实现存储器操作，在设计存储体主要考为了正确实现存储器操作，在设计存储体主要考虑的问题：虑的问题：a)、根据参数选择合适的存储体；根据参数选择合适的存储体；b)、保证保证CPU提供正确的读写时序；提供正确的读写时序；c)、设计控制电路时，注意设计控制电路时，注意CPU时序与存时序与

39、存储器时序要求的配合。储器时序要求的配合。存储器对读周期的时序要求如下页：存储器对读周期的时序要求如下页：随机存取存储器随机存取存储器三、存储器的工作时序三、存储器的工作时序图中：图中：(P215)tRC：读出：读出周期周期；tA：读取时间；读取时间；tCO：从片选信号有效到数据输出稳定的时间；从片选信号有效到数据输出稳定的时间；tCX：从片选信号有效到数据输出有效的时间；从片选信号有效到数据输出有效的时间；tAR：读恢复时间；读恢复时间；AD地址地址CS数据输出数据输出BCtAtRCtCOtCXtAR时序要求时序要求:在在B B点之前片选必须有效否则数据无点之前片选必须有效否则数据无法输出到

40、系统法输出到系统DBDB上；上；数据有效后（数据有效后（C C），只要），只要ABAB和输出允和输出允许信号没有撤销，则数据一直保许信号没有撤销，则数据一直保持有效。持有效。写操作见写操作见P215216P2152165.35.3 只读存储器只读存储器只读存储器只读存储器(ROM)在使用过程中在使用过程中,只能读出存储的只能读出存储的信息信息,而不能用通常的方法写入信息。而不能用通常的方法写入信息。ROM分为以下几种：分为以下几种：因因ROMROM具有掉电后信息不会丢失的特点具有掉电后信息不会丢失的特点，故一般用于，故一般用于存放一些固定的程序，如监控程序、存放一些固定的程序，如监控程序、BI

41、OS程序等。程序等。掩膜掩膜ROM：按用户要求掩膜制成按用户要求掩膜制成,只能读只能读,无法再无法再改写改写,适合存储成熟的程序适合存储成熟的程序,大量生产时大量生产时,成本低。成本低。可编程可编程ROM(PROM)：为空白存储器为空白存储器,用户一次性用户一次性写入写入,写入后不能更改写入后不能更改,适合批量生产适合批量生产。可擦除的可擦除的PROM(EPROM)PROM(EPROM)：用户按规定方法可多次改用户按规定方法可多次改写内容写内容,改写时先用紫外线擦除改写时先用紫外线擦除,适合于研发。适合于研发。5.35.3 只读存储器只读存储器 电可擦除的电可擦除的PROM(EPROM(E2

42、2PROM):PROM):能以字节为单位进行擦能以字节为单位进行擦除和改写除和改写,并可直接在机器内进行擦除和改写并可直接在机器内进行擦除和改写,方便方便灵活。灵活。5.5.闪速存储器闪速存储器(Flash Memory):(Flash Memory):是是8080年代末推出的新型年代末推出的新型存储芯片存储芯片,它的主要特点是在掉电情况下可长期保存它的主要特点是在掉电情况下可长期保存信息信息,原理上看象原理上看象ROM,ROM,但又能在线进行擦除与改写但又能在线进行擦除与改写,功能上象功能上象RAM,RAM,因此兼有因此兼有E E2 2PROMPROM和和SRAMSRAM的优点。的优点。内部

43、存储信息在不加电的情况下保持内部存储信息在不加电的情况下保持1010年左右年左右反复擦写达几十万次反复擦写达几十万次5.35.3 只读存储器只读存储器闪存闪存体积小体积小,可靠性高可靠性高,内部无可移动部分内部无可移动部分,无噪声无噪声,抗震动力强抗震动力强,是小型硬盘的代替品是小型硬盘的代替品,也是代替也是代替EPROMEPROM和和E E2 2PROMPROM的理想器件的理想器件,市场前景看好。市场前景看好。FlashFlash有单片应用和固态盘应用，固态盘分卡式和有单片应用和固态盘应用，固态盘分卡式和盘式两种。闪速卡盘式两种。闪速卡,用在可移动计算机中用在可移动计算机中,如数字相机如数字

44、相机,手机手机,CD-ROM,CD-ROM等。闪速固态盘等。闪速固态盘,用于恶劣环境中代替硬用于恶劣环境中代替硬盘。盘。u在在在在PentiumPentiumPentiumPentium机主板上，用机主板上，用机主板上，用机主板上，用128KB128KB128KB128KB或或或或256KB256KB256KB256KB的的的的Flash Flash Flash Flash ROMROMROMROM存放存放存放存放BIOSBIOSBIOSBIOS，取代了，取代了，取代了，取代了EPROMEPROMEPROMEPROM和和和和EEPROMEEPROMEEPROMEEPROM。因此现在称。因此现在

45、称。因此现在称。因此现在称BIOSBIOSBIOSBIOS为为为为Flash BIOSFlash BIOSFlash BIOSFlash BIOS。5.35.3 只读存储器只读存储器例：例：EPROM2764 (8K8)1 128282 23 34 45 56 67 78 89 9101011111212131314142727262625252424232322222121202019191818171716161515V VPPPPA A1212A A7 7A A6 6A A5 5A A4 4A A3 3A A2 2A A1 1A A0 0D D0 0D D1 1D D2 2GNDGNDD

46、 D7 7D D6 6D D5 5D D4 4D D3 3PGMPGMNCNCA A8 8A A9 9A A1111OEOEA A1010CECEV VCCCC(+5V)(+5V)A0Al2 :13根地址信号线。根地址信号线。D0D7 :8根数据线。根数据线。PGM:编程脉冲控制端。编程脉冲控制端。OE :输出允许信号。输出允许信号。CE :芯片允许信号芯片允许信号。VPP:编程电压输入端。编程电压输入端。5.35.3 只读存储器只读存储器例：例：EPROM 2764 与与CPUCPU的连接的连接连接到数据总线（连接到数据总线（D0D7或或D8D15）2764I/O0 I/O7A0 A12片选

47、输入片选输入连接到连接到 8086的的 RD 脚脚连接到地址总线的低连接到地址总线的低13位位OECEPGMVPP编程时使用编程时使用微机原理与接口微机原理与接口5.45.4CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接n n这是本章的重点内容这是本章的重点内容n nSRAM、EPROM与与CPU的连接的连接n n译码方法同样适合译码方法同样适合I/O端口端口n n存储芯片的数据线存储芯片的数据线存储芯片的数据线存储芯片的数据线n n 存储芯片的地址线存储芯片的地址线存储芯片的地址线存储芯片的地址线n n 存储芯片的片选端存储芯片的片选端存储芯片的片选端存储芯片的片选端n n 存储芯片的读写控制线存

48、储芯片的读写控制线存储芯片的读写控制线存储芯片的读写控制线5.45.4 CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接CPU与存储器的连接要通过三大总线实现与存储器的连接要通过三大总线实现。将将一一个个存存储储器器芯芯片片与与CPUCPU相相接接时时，除除了了片片选选信信号号需需要要高高位位地地址址译译码码之之外外，其其余余的的如如存存储储器器芯芯片片的的数数据据信信号号、读读写写控控制制信信号号及及地地址址信信号号都都直直接接接接到到系系统总线上。统总线上。但但是是一一个个存存储储器器系系统统往往往往需需要要由由多多个个芯芯片片组组合合得得到到系系统统所所需需的的存存储储空空间间。这这就就需需要要

49、用用到到下下面面的的方方法：法：位扩展法位扩展法、字扩展法字扩展法、组合扩展法组合扩展法。微机原理与接口微机原理与接口存储系统设计的存储系统设计的 步骤步骤1 1、确定芯片个数、确定芯片个数=目的系统容量目的系统容量/提供芯片规格提供芯片规格2 2、确定扩展方法（字、位、字位）、确定扩展方法（字、位、字位）3 3、芯片地址线、数据线、读写控制线的连接、芯片地址线、数据线、读写控制线的连接4 4、芯片片选的连接、芯片片选的连接CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接1.1.位扩展法位扩展法一、存储器芯片的扩展一、存储器芯片的扩展当当存存储储器器芯芯片片的的数数据据位位数数不不能能满满足足存存储储

50、系系统统需需要要时时，可可将将多多个个存存储储器器芯芯片片的的地地址址线线并并连连起起来来（即即接接相相同同的的输输入入），用用它它们们的的数数据据线线扩扩展展各各个个存存储储单单元元的的数数据位。这种扩展方法称为据位。这种扩展方法称为位扩展法。位扩展法。64K*1I/O64K*1I/O64K*1I/O64K*1I/O64K*1I/O64K*1I/O64K*1I/O64K*1I/OD0D7用用64K1bit的芯片扩展实现的芯片扩展实现64KB存储器存储器A0 A15R/WCSCPUCPU与存储器的连接与存储器的连接1.1.位扩展法位扩展法例：把两片例：把两片62646264扩展成扩展成8K8K