第三章存储器原理与接口精选文档.ppt
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1、第三章存储器原理与接口本讲稿第一页,共六十九页 第第3 3章章 存储器原理与接口存储器原理与接口 存储器基础知识存储器基础知识 存储器接口技术存储器接口技术 微型机系统中存储器的体系结构微型机系统中存储器的体系结构本讲稿第二页,共六十九页 一、存 储 器 基 础 知 识 存储器的分类存储器的分类 选择存储器件的考虑因素(性能指标)选择存储器件的考虑因素(性能指标)随机存取存储器随机存取存储器RAM 只读存储器只读存储器ROM.本讲稿第三页,共六十九页 存储器的分类存储器的分类 按用途和特点分类按用途和特点分类 按存储器存取方式分类按存储器存取方式分类 按构成存储器的器件和存储介质分类按构成存储
2、器的器件和存储介质分类本讲稿第四页,共六十九页 按按 用用 途途 和和 特特 点点 分分 类类外部存储器外部存储器(辅助存储器,外存,(辅助存储器,外存,External Memory)用来存放不经常使用的程序和数据,用来存放不经常使用的程序和数据,CPU CPU不能直接不能直接访问它。属计算机的外部设备访问它。属计算机的外部设备,是为弥补内存容量的不足是为弥补内存容量的不足而配置的,容量大,成本低,所存储信息既可以修改也而配置的,容量大,成本低,所存储信息既可以修改也可以长期保存,但存取速度慢。需要配置专门的驱动设可以长期保存,但存取速度慢。需要配置专门的驱动设备才能完成对它的访问,如硬盘、
3、软盘驱动器等。备才能完成对它的访问,如硬盘、软盘驱动器等。本讲稿第五页,共六十九页缓冲存储器缓冲存储器缓冲存储器缓冲存储器(缓存,(缓存,Cache Memory)位于主存与位于主存与CPU之间,其存取速度非常快,但存储之间,其存取速度非常快,但存储容量更小,可用来解决存取速度与存储容量之间的矛盾,容量更小,可用来解决存取速度与存储容量之间的矛盾,提高整个系统的运行速度。提高整个系统的运行速度。内部存储器内部存储器内部存储器内部存储器(主存储器,内存,(主存储器,内存,Main Memory)用来存放计算机正在执行的或经常使用的程序和数据。用来存放计算机正在执行的或经常使用的程序和数据。CPU
4、可以直接对它进行访问。一般是由半导体存储器构成,可以直接对它进行访问。一般是由半导体存储器构成,通常装在主板上。存取速度快,但容量有限,其大小受地址通常装在主板上。存取速度快,但容量有限,其大小受地址总线位数的限制。总线位数的限制。按按 用用 途途 和和 特特 点点 分分 类类本讲稿第六页,共六十九页 按按 存存 储储 器器 存存 取取 方方 式式 分分 类类按存放信息原按存放信息原理不同理不同随机存取存储器随机存取存储器RAM(Random Access Memory)只读存储器只读存储器ROM(Read-Only Memory)又称读写存储器,指能够通过指令随机地、个别地对其中各个单元进行
5、读又称读写存储器,指能够通过指令随机地、个别地对其中各个单元进行读/写操作的写操作的一类存储器。一类存储器。在微机系统的在线运行过程中,只能对其进行读操作,而不能进行写操作的在微机系统的在线运行过程中,只能对其进行读操作,而不能进行写操作的一类存储器。一类存储器。静态静态RAM动态动态RAM掩膜掩膜ROM(MROM)可编程可编程ROM(PROM)可擦除编程可擦除编程ROM(EPROM)可电擦除可编程可电擦除可编程ROM(E2PROM)闪烁存储器闪烁存储器Flash按工艺不同按工艺不同本讲稿第七页,共六十九页只读存储器只读存储器ROM掩膜掩膜ROM:信息制作在芯片中,不可更改:信息制作在芯片中,
6、不可更改;PROM:允许一次编程,此后不可更改:允许一次编程,此后不可更改;EPROM:用用紫紫外外光光擦擦除除,擦擦除除后后可可编编程程;并并允允许许用用户户多次擦除和编程多次擦除和编程;EEPROM(E2PROM):采采用用加加电电方方法法在在线线进进行行擦擦除除和和编编程,也可多次擦写程,也可多次擦写;Flash Memory(闪闪存存):能能够够快快速速擦擦写写的的EEPROM,但但只能按块(只能按块(Block)擦除。)擦除。本讲稿第八页,共六十九页 读写存储器读写存储器RAM组成单元速度集成度应用SRAM触发器快低小容量系统DRAM极间电容慢高大容量系统NVRAM带微型电池慢低小容
7、量非易失本讲稿第九页,共六十九页RAM的分类的分类 SRAMSRAM(Static RAM,静态随机存储器),静态随机存储器)速度快、容量低、功耗大、价格高速度快、容量低、功耗大、价格高 DRAM(Dynamic RAM,动态,动态RAM)容量高、功耗小、价格低容量高、功耗小、价格低本讲稿第十页,共六十九页 按构成存储器的器件和存储介质分类按构成存储器的器件和存储介质分类按构成存储器的器件和存储介质分类按构成存储器的器件和存储介质分类n半导体存储器半导体存储器n磁表面存储器磁表面存储器n光电存储器光电存储器本讲稿第十一页,共六十九页 选择存储器件的考虑因素(性能指标)选择存储器件的考虑因素(性
8、能指标)存储容量存储容量存取速度存取速度功耗功耗可靠性可靠性 价格价格本讲稿第十二页,共六十九页随机存取存储器随机存取存储器RAM SRAM(Static RAM,静态随机存储器),静态随机存储器)速度快、容量低、功耗大、价格高速度快、容量低、功耗大、价格高 DRAM DRAM(Dynamic RAM,动态,动态RAM)容量高、功耗小、价格低容量高、功耗小、价格低本讲稿第十三页,共六十九页 常见的典型常见的典型常见的典型常见的典型SRAMSRAM芯片有芯片有芯片有芯片有IntelIntel的的的的“6161”系列和系列和系列和系列和“6262”系系系系列:例如常用的有列:例如常用的有列:例如常
9、用的有列:例如常用的有61166116、62166216、61646164、62646264、6225662256等。等。等。等。该系列芯片的容量为该系列芯片的容量为XK8位,例如位,例如6116的容量的容量为为2K8位,它的地址线有位,它的地址线有11根,数据线有根,数据线有8根,控制根,控制线有线有3条,片选信号条,片选信号CSCS、输出允许信号、输出允许信号、输出允许信号、输出允许信号OE和读写控制和读写控制信号信号WEWE。本讲稿第十四页,共六十九页SRAM芯片芯片6264n存储容量为存储容量为8K8n28个引脚:个引脚:n13根地址线根地址线A12A0n8根数据线根数据线D7D0n片
10、选片选CS1*、CS2n读写读写WE*、OE*功能+5VWE*CS2A8A9A11OE*A10CS1*D7D6D5D4D3NCA12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GND12345678910111213142827262524232221201918171615本讲稿第十五页,共六十九页本讲稿第十六页,共六十九页只读存储器只读存储器ROM掩膜掩膜ROM(MROM)可编程可编程ROM(PROM)可擦除编程可擦除编程ROM(EPROM)可电擦除可编程可电擦除可编程ROM(E2PROM)闪烁存储器闪烁存储器Flash本讲稿第十七页,共六十九页 常见的典型常见的典型常见的典型常见的典型E
11、PROMEPROM芯片有芯片有芯片有芯片有IntelIntel的的的的“2727”系列:例如系列:例如系列:例如系列:例如常用的有常用的有常用的有常用的有27162716、27322732、27642764、2725627256等。等。等。等。该系列芯片的容量为该系列芯片的容量为该系列芯片的容量为该系列芯片的容量为XKXK88位,例如位,例如位,例如位,例如27322732的容量为的容量为的容量为的容量为4K84K8位,它的地址线有位,它的地址线有位,它的地址线有位,它的地址线有1212根,数据线有根,数据线有根,数据线有根,数据线有8 8根,控制线有根,控制线有根,控制线有根,控制线有3 3
12、条,条,条,条,片选信号片选信号片选信号片选信号CSCS、输出允许信号、输出允许信号、输出允许信号、输出允许信号OEOE。本讲稿第十八页,共六十九页EPROM芯片芯片2764n存储容量为存储容量为8K8n28个引脚:个引脚:n13根地址线根地址线A12A0n8根数据线根数据线D7D0n片选片选CE*n编程编程PGM*n读写读写OE*n编程电压编程电压VPP功能VppA12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GNDVccPGM*NCA8A9A11OE*A10CE*D7D6D5D4D312345678910111213142827262524232221201918171615本讲稿第十九
13、页,共六十九页本讲稿第二十页,共六十九页3.2 存储器与存储器与CPU的连接的连接n这是本章的重点内容这是本章的重点内容nSRAM、EPROM与与CPU的连接的连接n译码方法同样适合译码方法同样适合I/O端口端口本讲稿第二十一页,共六十九页存储芯片与存储芯片与8086CPU的连接的连接存储芯片的数据线存储芯片的数据线 存储芯片的地址线存储芯片的地址线 存储芯片的片选端存储芯片的片选端 存储芯片的读写控制线存储芯片的读写控制线本讲稿第二十二页,共六十九页1.存储芯片数据线的处理存储芯片数据线的处理n若芯片的数据线正好若芯片的数据线正好8根:根:n一次可从芯片中访问到一次可从芯片中访问到8位数据位
14、数据n全部数据线与全部数据线与CPU系统的系统的8位数据总线相连位数据总线相连n若芯片的数据线不足若芯片的数据线不足8根:根:n一次不能从一个芯片中访问到一次不能从一个芯片中访问到8位数据位数据n利用多个芯片扩充数据位利用多个芯片扩充数据位n这个扩充方式简称这个扩充方式简称“位扩充位扩充”本讲稿第二十三页,共六十九页 位扩充位扩充(数据宽度扩充数据宽度扩充)2114(1)A9A0I/O4I/O1片选片选D3D0D7D4A9A02114(2)A9A0I/O4I/O1CECEn位位扩扩充充的的连连接接方方式式是是将将多多片片存存储储芯芯片片的的地地址址线线、片片选选、读读/写写端端应应并并联联,数
15、数据据端端单单独独引引出出。n这这些些芯芯片片应应被被看看作作是是一一个个整整体体常常被被称称为为“芯片组芯片组”本讲稿第二十四页,共六十九页 2.存储芯片地址线的连接存储芯片地址线的连接n芯芯片片的的地地址址线线通通常常应应全全部部与与系系统统的的低低位地址总线位地址总线相连相连n寻寻址址时时,这这部部分分地地址址的的译译码码是是在在存存储储芯芯片片内内完完成成的的,我我们们称称为为“片片内内译译码码”本讲稿第二十五页,共六十九页 片内译码片内译码A9A0存储芯片存储芯片000H001H002H3FDH3FEH3FFH全全0全全1000000010010110111101111范围(范围(1
16、6进制)进制)A9A0本讲稿第二十六页,共六十九页3.存储芯片片选端的译码存储芯片片选端的译码n存储系统常需利用多个存储芯片扩充容量存储系统常需利用多个存储芯片扩充容量 也就是扩充了存储器地址范围也就是扩充了存储器地址范围n进进行行“字字节节数数扩扩充充”,需需要要利利用用存存储储芯芯片片的的片片选选端端对对多个存储芯片(组)进行寻址多个存储芯片(组)进行寻址n这这个个寻寻址址方方法法,主主要要通通过过将将存存储储芯芯片片的的片片选选端端与与系系统的高位地址线相关联来实现统的高位地址线相关联来实现n这种扩充简称为这种扩充简称为“地址扩充地址扩充”或或“字扩充字扩充”本讲稿第二十七页,共六十九页
17、地址扩充(字节数扩充)地址扩充(字节数扩充)片选端片选端D7D0A19A10A9A0(2)A9A0D7D0CE(1)A9A0D7D0CE译码器00000000010000000000n字字扩扩充充应应该该把把地地址址线线、数数据据线线、读读/写写端端应应并联并联,由由片选信号片选信号区分各片地址区分各片地址,故故片选片选端端单独引出单独引出。本讲稿第二十八页,共六十九页 译码和译码器译码和译码器n译译码码:将将某某个个特特定定的的“编编码码输输入入”翻翻译译为为唯一唯一“有效输出有效输出”的过程的过程n译码电路可以使用译码电路可以使用门电路组合逻辑门电路组合逻辑n译码电路更多的是采用译码电路更
18、多的是采用集成译码器集成译码器n常用的常用的2:4译码器译码器74LS139n常用的常用的3:8译码器译码器74LS138n常用的常用的4:16译码器译码器74LS154本讲稿第二十九页,共六十九页74LS138译码器译码器本讲稿第三十页,共六十九页74LS138译码器真值表译码器真值表本讲稿第三十一页,共六十九页 74LS13874LS138有有三三条条控控制制线线G G1 1,只只有有当当G G1 1等等于于1 1,等等于于0 0,等等于于0 0时时,三三八八译译码码器器才才能能工工作作,否否则则译译码码器器输输出出全全为为高高电电平平。输输出出信信号号Y Y0 0Y Y7 7是是低低电电
19、平平有有效效的的信信号号,对对应应于于的的任任何何一一种种组组合合输输入入,其其个个输输出出端中只有一个是,其他个输出均为。端中只有一个是,其他个输出均为。译码器74LS138本讲稿第三十二页,共六十九页 线选法线选法 全译码法全译码法 部分译码法部分译码法 存储器地址译码方法存储器地址译码方法本讲稿第三十三页,共六十九页 线性选择法线性选择法 将将低位地址总线低位地址总线直接与各芯片直接与各芯片的地址线相连,用剩余的的地址线相连,用剩余的高位地址高位地址总线的总线的一根或者若干根不经译码后一根或者若干根不经译码后直接作为各芯片的片选信号。直接作为各芯片的片选信号。本讲稿第三十四页,共六十九页
20、本讲稿第三十五页,共六十九页 全译码法全译码法 将将低位地址总线低位地址总线直接与各芯片直接与各芯片的地址线相连,的地址线相连,高位地址总线高位地址总线全部全部经译码后作为各芯片的片选信号。经译码后作为各芯片的片选信号。本讲稿第三十六页,共六十九页 全译码法结构示意图全译码法结构示意图 8KB(2)CS 8KB(1)CS 8KB(8)CS 3-8译码器译码器A0A12A13A19Y0Y1Y7本讲稿第三十七页,共六十九页全译码法的特点全译码法的特点 全译码法可以提供对全存储空间的寻址能力。全译码法可以提供对全存储空间的寻址能力。当存储器容量小于可寻址的存储空间时,可从译码当存储器容量小于可寻址的
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