存儲(chǔ)器概述及主存儲(chǔ)器(SRAM)ppt課件

1、1第第章章 存存 儲(chǔ)儲(chǔ) 器器4.1 概述概述4.2 主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器4.3 高速緩沖存儲(chǔ)器高速緩沖存儲(chǔ)器(x)4.4 輔助存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器(x)21 1、存儲(chǔ)器概述、存儲(chǔ)器概述外部特性，性能參數(shù)，層次結(jié)構(gòu)外部特性，性能參數(shù)，層次結(jié)構(gòu)2 2、靜態(tài)存儲(chǔ)器和動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元構(gòu)成、靜態(tài)存儲(chǔ)器和動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元構(gòu)成 一位存儲(chǔ)單元及存儲(chǔ)陣列，多端口一位存儲(chǔ)單元及存儲(chǔ)陣列，多端口SRAMSRAM，讀寫時(shí)序，讀寫時(shí)序3 3、半導(dǎo)體、半導(dǎo)體ROMROM存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 MROMMROM，PROMPROM，EPROMEPROM，EEPROMEEPROM，F(xiàn)LASHFLASH4 4、存儲(chǔ)器芯片構(gòu)成以及存儲(chǔ)器主要技術(shù)

2、指標(biāo)、存儲(chǔ)器芯片構(gòu)成以及存儲(chǔ)器主要技術(shù)指標(biāo)5 5、存儲(chǔ)器擴(kuò)展技術(shù)、存儲(chǔ)器擴(kuò)展技術(shù)位、字、字位擴(kuò)展位、字、字位擴(kuò)展6 6、數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼、數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼 奇偶校驗(yàn)碼，海明碼，奇偶校驗(yàn)碼，海明碼，CRCCRC碼碼31 1、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類、組成及組成部件、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類、組成及組成部件的作用及工作原理、讀的作用及工作原理、讀/ /寫操作的基本過寫操作的基本過程。程。2 2、SRAMSRAM芯片的組成特點(diǎn)、工作過程、典型芯片的組成特點(diǎn)、工作過程、典型芯片的引腳信號(hào)。芯片的引腳信號(hào)。3 3、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的主要技術(shù)指標(biāo)、芯片的、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的主要技術(shù)指標(biāo)、芯片的擴(kuò)充、擴(kuò)充、CPUCPU與半導(dǎo)體存儲(chǔ)器間的連

3、接。與半導(dǎo)體存儲(chǔ)器間的連接。4在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中, ,存儲(chǔ)器處于全機(jī)中心地位存儲(chǔ)器處于全機(jī)中心地位, ,其原因是其原因是: :(1)(1) 當(dāng)前計(jì)算機(jī)正在執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)當(dāng)前計(jì)算機(jī)正在執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)( (除了暫存于除了暫存于CPUCPU寄存器的寄存器的) )均存放在存儲(chǔ)器中。均存放在存儲(chǔ)器中。CPUCPU直接從存儲(chǔ)器取指令或存取數(shù)據(jù)。直接從存儲(chǔ)器取指令或存取數(shù)據(jù)。(2)(2) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中輸入輸出設(shè)備數(shù)量增多，數(shù)據(jù)傳送速度加計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中輸入輸出設(shè)備數(shù)量增多，數(shù)據(jù)傳送速度加快，因此采用了直接存儲(chǔ)器存取快，因此采用了直接存儲(chǔ)器存取(DMA)(DMA)技術(shù)和技術(shù)和I/OI/O通道技術(shù)，通

4、道技術(shù)，在存儲(chǔ)器與輸入輸出系統(tǒng)之間直接傳送數(shù)據(jù)。在存儲(chǔ)器與輸入輸出系統(tǒng)之間直接傳送數(shù)據(jù)。(3)(3) 共享存儲(chǔ)器的多處理機(jī)的出現(xiàn)，利用存儲(chǔ)器存放共享數(shù)據(jù)，共享存儲(chǔ)器的多處理機(jī)的出現(xiàn)，利用存儲(chǔ)器存放共享數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)處理機(jī)之間的通信，更加強(qiáng)了存儲(chǔ)器作為全機(jī)中心的地并實(shí)現(xiàn)處理機(jī)之間的通信，更加強(qiáng)了存儲(chǔ)器作為全機(jī)中心的地位。位。 由于中央處理器都是由高速器件組成，不少指令的執(zhí)行速度由于中央處理器都是由高速器件組成，不少指令的執(zhí)行速度基本上取決于主存儲(chǔ)器的速度。所以，計(jì)算機(jī)解題能力的提高、基本上取決于主存儲(chǔ)器的速度。所以，計(jì)算機(jī)解題能力的提高、應(yīng)用范圍的日益廣泛和系統(tǒng)軟件的日益豐富，無一不與主存儲(chǔ)應(yīng)用范

5、圍的日益廣泛和系統(tǒng)軟件的日益豐富，無一不與主存儲(chǔ)器的技術(shù)發(fā)展密切相關(guān)。器的技術(shù)發(fā)展密切相關(guān)。簡介簡介5存儲(chǔ)器（一）存儲(chǔ)器（一）6存儲(chǔ)器分類存儲(chǔ)器分類存儲(chǔ)器概述存儲(chǔ)器概述存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器( (一一) )本講主要內(nèi)容本講主要內(nèi)容7存儲(chǔ)器概述存儲(chǔ)器概述1 1、存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器：是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的記憶設(shè)備，用來存放程序和數(shù)據(jù)。是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的記憶設(shè)備，用來存放程序和數(shù)據(jù)。2 2、存儲(chǔ)元存儲(chǔ)元：存儲(chǔ)器的最小組成單位，用以存儲(chǔ)存儲(chǔ)器的最小組成單位，用以存儲(chǔ)1 1位二進(jìn)制代碼。位二進(jìn)制代碼。3 3、存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)單元：是是CPUCPU訪問存儲(chǔ)器基本單位

6、，由若干個(gè)具有相同訪問存儲(chǔ)器基本單位，由若干個(gè)具有相同操作屬性的存儲(chǔ)元組成。操作屬性的存儲(chǔ)元組成。80518051是是8 8位單片機(jī)，一個(gè)存儲(chǔ)單元是位單片機(jī)，一個(gè)存儲(chǔ)單元是8 8位位( (一個(gè)字節(jié)一個(gè)字節(jié)) )，80518051是是按字節(jié)編址計(jì)算機(jī)按字節(jié)編址計(jì)算機(jī)：可編址的最小單：可編址的最小單位是字節(jié)的計(jì)算機(jī)。位是字節(jié)的計(jì)算機(jī)。4 4、單元地址單元地址：簡稱：簡稱地址，地址，在存儲(chǔ)器中用以表識(shí)存儲(chǔ)單元的唯一在存儲(chǔ)器中用以表識(shí)存儲(chǔ)單元的唯一編號(hào)，編號(hào)，CPUCPU通過該編號(hào)訪問相應(yīng)的存儲(chǔ)單元。通過該編號(hào)訪問相應(yīng)的存儲(chǔ)單元。5 5、存儲(chǔ)空間：存儲(chǔ)空間：即系統(tǒng)中存儲(chǔ)設(shè)備的總?cè)萘考聪到y(tǒng)中存儲(chǔ)設(shè)備的總

7、容量一一、幾個(gè)基本概念幾個(gè)基本概念89二、存儲(chǔ)器分類二、存儲(chǔ)器分類1. 按存儲(chǔ)介質(zhì)分類按存儲(chǔ)介質(zhì)分類(1) 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器(2) 磁表面存儲(chǔ)器磁表面存儲(chǔ)器(3) 磁芯存儲(chǔ)器磁芯存儲(chǔ)器(4) 光盤存儲(chǔ)器光盤存儲(chǔ)器易失易失TTL 、MOS磁頭、載磁體磁頭、載磁體硬磁材料、環(huán)狀元件硬磁材料、環(huán)狀元件激光、磁光材料激光、磁光材料非非易易失失10(1) 存取時(shí)間與物理地址無關(guān)（隨機(jī)訪問）存取時(shí)間與物理地址無關(guān)（隨機(jī)訪問） 順序存取存儲(chǔ)器順序存取存儲(chǔ)器 磁帶磁帶2. 按存取方式分類按存取方式分類(2) 存取時(shí)間與物理地址有關(guān)（串行訪問）存取時(shí)間與物理地址有關(guān)（串行訪問） 隨機(jī)存儲(chǔ)器隨機(jī)存儲(chǔ)器 只

8、讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器 直接存取存儲(chǔ)器直接存取存儲(chǔ)器 磁盤磁盤在程序的執(zhí)行過程中在程序的執(zhí)行過程中 可可 讀讀 可可 寫寫在程序的執(zhí)行過程中在程序的執(zhí)行過程中 只只 讀讀11磁盤、磁帶、光盤磁盤、磁帶、光盤 高速緩沖存儲(chǔ)器（高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）Flash Memory存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器MROMPROMEPROMEEPROMRAMROM靜態(tài)靜態(tài) RAM動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài) RAM3. 按在計(jì)算機(jī)中的作用分類按在計(jì)算機(jī)中的作用分類12高高低低小小大大快快慢慢輔存輔存寄存器寄存器緩存緩存主存主存磁盤磁盤光盤光盤磁帶磁帶光盤光盤磁帶磁帶速度速度容量容量 價(jià)格價(jià)格 位位1. 存儲(chǔ)器

9、三個(gè)主要特性的關(guān)系存儲(chǔ)器三個(gè)主要特性的關(guān)系 三、存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)三、存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)CPUCPU主機(jī)主機(jī)13 名稱名稱 高速緩沖高速緩沖 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器 外存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器 簡稱簡稱 Cache 主存主存 外存外存用途用途高速存取指令和數(shù)據(jù)高速存取指令和數(shù)據(jù) 存放計(jì)算機(jī)運(yùn)行期間的存放計(jì)算機(jī)運(yùn)行期間的大量程序和數(shù)據(jù)大量程序和數(shù)據(jù) 存放系統(tǒng)程序和大型數(shù)據(jù)存放系統(tǒng)程序和大型數(shù)據(jù)文件及數(shù)據(jù)庫文件及數(shù)據(jù)庫特點(diǎn)特點(diǎn) 存取速度快，但存存取速度快，但存儲(chǔ)容量小儲(chǔ)容量小存取速度較快，存取速度較快， 存存儲(chǔ)容量不大儲(chǔ)容量不大存儲(chǔ)容量大，存儲(chǔ)容量大， 位成位成本低本低存儲(chǔ)器的用途和特點(diǎn)存儲(chǔ)器的用途和特

10、點(diǎn)14緩存緩存CPU主存主存輔存輔存2. 緩存緩存 主存層次和主存主存層次和主存 輔存層次輔存層次緩存緩存主存主存輔存輔存主存主存虛擬存儲(chǔ)器虛擬存儲(chǔ)器10 ns20 ns200 nsms虛地址虛地址邏輯地址邏輯地址實(shí)地址實(shí)地址物理地址物理地址（速度）（速度）（容量）（容量）（現(xiàn)在訪問時(shí)（現(xiàn)在訪問時(shí)間已大大縮短）間已大大縮短）單片機(jī)里沒有單片機(jī)里沒有緩存，高端緩存，高端CPU里才有里才有主存儲(chǔ)主存儲(chǔ)15主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器一、概述一、概述1. 主存的基本組成主存的基本組成存儲(chǔ)體存儲(chǔ)體驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器譯碼器譯碼器MAR控制電路控制電路讀讀寫寫電電路路MDR地址總線地址總線數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線讀讀寫寫162.

11、主存和主存和 處理器處理器 的聯(lián)系的聯(lián)系微處理器主主 存存讀讀數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線地址總線地址總線寫寫17(2) 存儲(chǔ)速度存儲(chǔ)速度4. 主存的技術(shù)指標(biāo)主存的技術(shù)指標(biāo)(1) 存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量(3) 存儲(chǔ)器的帶寬存儲(chǔ)器的帶寬主存主存 存放二進(jìn)制代碼的總位數(shù)存放二進(jìn)制代碼的總位數(shù) 讀出時(shí)間讀出時(shí)間 寫入時(shí)間寫入時(shí)間 存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器的 訪問時(shí)間訪問時(shí)間 存取時(shí)間存取時(shí)間 存取周期存取周期 讀周期讀周期 寫周期寫周期 連續(xù)兩次獨(dú)立的存儲(chǔ)器操作連續(xù)兩次獨(dú)立的存儲(chǔ)器操作（讀或?qū)懀┧璧模ㄗx或?qū)懀┧璧?最小間隔時(shí)間最小間隔時(shí)間 位位/秒秒18芯片容量芯片容量二、半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片簡介二、半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片簡介1. 半導(dǎo)

12、體存儲(chǔ)芯片的基本結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片的基本結(jié)構(gòu)譯譯碼碼驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)存存儲(chǔ)儲(chǔ)矩矩陣陣讀讀寫寫電電路路1K4位位16K1位位8K8位位片選線片選線讀讀/寫控制線寫控制線地地址址線線數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)線線地址線地址線（單向）（單向）數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線（雙向）（雙向）10414113819二、半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片簡介二、半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片簡介1. 半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片的基本結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片的基本結(jié)構(gòu)譯譯碼碼驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)存存儲(chǔ)儲(chǔ)矩矩陣陣讀讀寫寫電電路路片選線片選線讀讀/寫控制線寫控制線地地址址線線數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)線線片選線片選線讀讀/寫控制線寫控制線（低電平寫（低電平寫 高電平讀）高電平讀）（允許讀）（允許讀）CSCEWE（允許寫）（允許寫）WEOE

13、20存儲(chǔ)芯片片選線的作用存儲(chǔ)芯片片選線的作用用用 16K 1位位 的存儲(chǔ)芯片組成的存儲(chǔ)芯片組成 64K 8位位 的存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器 32片片當(dāng)?shù)刂窞楫?dāng)?shù)刂窞?65 535 時(shí)，此時(shí)，此 8 片的片選有效片的片選有效 8片片16K 1位位 8片片16K 1位位 8片片16K 1位位 8片片16K 1位位210,015,015,70,7 讀讀/寫控制電路寫控制電路 地地址址譯譯碼碼器器 字線字線015168矩陣矩陣07D07D 位線位線 讀讀 / 寫選通寫選通A3A2A1A02. 半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片的譯碼驅(qū)動(dòng)方式半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片的譯碼驅(qū)動(dòng)方式(1) 線選法線選法00000,00,7007D07D 讀讀 /

14、 寫寫選通選通 讀讀/寫控制電路寫控制電路 22A3A2A1A0A40,310,031,031,31 Y 地址譯碼器地址譯碼器 X地地址址譯譯碼碼器器 3232 矩陣矩陣A9I/OA8A7A56AY0Y31X0X31D讀讀/寫寫(2) 重合法重合法00000000000,031,00,31I/OD0,0讀讀 基本存儲(chǔ)元是組成存儲(chǔ)器的基礎(chǔ)和核心基本存儲(chǔ)元是組成存儲(chǔ)器的基礎(chǔ)和核心,它用來存儲(chǔ)一位二進(jìn)它用來存儲(chǔ)一位二進(jìn)制信息制信息0或或1。六管基本存六管基本存儲(chǔ)單元電路儲(chǔ)單元電路X X地地址址譯譯碼碼線線Y Y地地址址譯譯碼碼線線T6T5VCC(+5V )BABT1T2T3T4T7T8D DD D寫

15、入讀出 三、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器三、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 ( RAM ) 1. 靜態(tài)靜態(tài) RAM (SRAM) 24 (1) 靜態(tài)靜態(tài) RAM 基本電路基本電路A 觸發(fā)器非端觸發(fā)器非端1T4T觸發(fā)器觸發(fā)器5TT6、行開關(guān)行開關(guān)7TT8、列開關(guān)列開關(guān)7TT8、一列共用一列共用A 觸發(fā)器原端觸發(fā)器原端T1 T4T5T6T7T8A A寫放大器寫放大器寫放大器寫放大器DIN寫選擇寫選擇讀選擇讀選擇DOUT讀放讀放位線位線A位線位線A 列地址選擇列地址選擇行地址選擇行地址選擇T1 T425A T1 T4T5T6T7T8A寫放大器寫放大器寫放大器寫放大器DIN寫選擇寫選擇讀選擇讀選擇讀放讀放位線位線A位線位線A 列地

16、址選擇列地址選擇行地址選擇行地址選擇DOUT 靜態(tài)靜態(tài) RAM 基本電路的基本電路的 讀讀 操作操作 行選行選 T5、T6 開開T7、T8 開開列選列選讀放讀放DOUTVAT6T8DOUT讀選擇有效讀選擇有效26T1 T4T5T6T7T8A ADIN位線位線A位線位線A 列地址選擇列地址選擇行地址選擇行地址選擇寫放寫放寫放寫放讀放讀放DOUT寫選擇寫選擇讀選擇讀選擇 靜態(tài)靜態(tài) RAM 基本電路的基本電路的 寫寫 操作操作 行選行選T5、T6 開開 兩個(gè)寫放兩個(gè)寫放 DIN列選列選T7、T8 開開（左）（左） 反相反相T5A （右）（右） T8T6ADINDINT7寫選擇有效寫選擇有效T1 T4

17、27282930ABCSDOUTOE地址有效地址有效地址失效地址失效片選失效片選失效數(shù)據(jù)有效數(shù)據(jù)有效數(shù)據(jù)穩(wěn)定數(shù)據(jù)穩(wěn)定高阻高阻 (3) 靜態(tài)靜態(tài) RAM 讀讀 時(shí)序時(shí)序 tAtCOtOHAtOTDtRC片選有效片選有效讀周期讀周期 t tRCRC 地址有效地址有效 下一次地址有效下一次地址有效讀時(shí)間讀時(shí)間 t tA A 地址有效地址有效數(shù)據(jù)穩(wěn)定數(shù)據(jù)穩(wěn)定 t tCOCO 片選有效片選有效數(shù)據(jù)穩(wěn)定數(shù)據(jù)穩(wěn)定t tOTDOTD 片選失效片選失效輸出高阻輸出高阻t tOHAOHA 地址失效后的地址失效后的數(shù)據(jù)維持時(shí)間數(shù)據(jù)維持時(shí)間tOOt tOOOO OEOE有效有效輸出數(shù)據(jù)穩(wěn)定輸出數(shù)據(jù)穩(wěn)定31ACSWED

18、OUTDIN (4) 靜態(tài)靜態(tài) RAM (2114) 寫寫 時(shí)序時(shí)序 tWCtWtAWtDWtDHtWR寫周期寫周期 t tWCWC 地址有效地址有效下一次地址有下一次地址有效效寫時(shí)間寫時(shí)間 t tW W 寫命令寫命令 WEWE 的有效時(shí)間的有效時(shí)間t tAWAW 地址有效地址有效片選有效的滯后時(shí)間片選有效的滯后時(shí)間t tWRWR 片選失效片選失效下一次地址有效下一次地址有效t tDW DW 數(shù)據(jù)穩(wěn)定數(shù)據(jù)穩(wěn)定 WE WE 失效失效t tDHDH WE WE 失效后的數(shù)據(jù)維持時(shí)間失效后的數(shù)據(jù)維持時(shí)間32存儲(chǔ)速度存儲(chǔ)速度TA的時(shí)間約幾的時(shí)間約幾nS 幾十幾十nS 存取時(shí)間存取時(shí)間 使用此使用此SRAM，處理器從給出地址到從數(shù)據(jù)總線上，處理器從給出地址到從數(shù)據(jù)總線上取數(shù)的時(shí)間取數(shù)的時(shí)間TA，不能少于，不能少于55nS，其他時(shí)間參數(shù)也，其他時(shí)間參數(shù)也不能少于存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)表中的值不能少于存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)表中的值( 因此叫因此叫異步存儲(chǔ)器異步存儲(chǔ)器)。標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)8051比較慢，比較慢，TA遠(yuǎn)高于遠(yuǎn)高于55nS，因此可直接使，因此可直接使用。用。高速的處理器的高速的處理器的TA低到低到1nS，必須通過設(shè)置將，必須通過設(shè)置將TA調(diào)慢至符合存儲(chǔ)器要求調(diào)慢至符合存儲(chǔ)器要求(8051 無此設(shè)置功能無此設(shè)置功能)例如例如 CY622556N-55 的的 TA為為55nS，(又叫又叫靜態(tài)靜