微機原理與接口技術(shù)漆強版第7章存儲器

1、第第7 7章章 存儲器存儲器第第7 7章章 存儲器存儲器本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容 半導(dǎo)體存儲器的分類半導(dǎo)體存儲器的分類1 半導(dǎo)體存儲器的主要技術(shù)指標(biāo)半導(dǎo)體存儲器的主要技術(shù)指標(biāo) 2 典型存儲器芯片典型存儲器芯片3 存儲器與系統(tǒng)的連接存儲器與系統(tǒng)的連接4第第7 7章章 存儲器存儲器v存儲器用來存放程序和數(shù)據(jù)，是計算機各存儲器用來存放程序和數(shù)據(jù)，是計算機各種信息的存儲和交流中心。存儲器可與種信息的存儲和交流中心。存儲器可與CPUCPU、輸入輸出設(shè)備交換信息，起存儲、緩沖、輸入輸出設(shè)備交換信息，起存儲、緩沖、傳遞信息的作用。傳遞信息的作用。v衡量存儲器有三個指標(biāo)：容量、速度和價衡量存儲器有三個指標(biāo)：容

2、量、速度和價格格/ /位。位。第第7 7章章 存儲器存儲器存儲器的層次結(jié)構(gòu)存儲器的層次結(jié)構(gòu)第第7 7章章 存儲器存儲器7.1 7.1 半導(dǎo)體存儲器的分類半導(dǎo)體存儲器的分類v內(nèi)存儲器一般由一定容量的速度較快的半內(nèi)存儲器一般由一定容量的速度較快的半導(dǎo)體存儲器組成，導(dǎo)體存儲器組成，CPUCPU可直接對內(nèi)存執(zhí)行讀可直接對內(nèi)存執(zhí)行讀/ /寫操作。寫操作。v內(nèi)存儲器按存儲信息的特性可分為隨機存內(nèi)存儲器按存儲信息的特性可分為隨機存取存儲器取存儲器RAMRAM（Random Access MemoryRandom Access Memory）和）和只讀存儲器只讀存儲器ROMROM（Read Only Memo

3、ryRead Only Memory）兩類。）兩類。第第7 7章章 存儲器存儲器第第7 7章章 存儲器存儲器7.2 7.2 半導(dǎo)體存儲器的主要技術(shù)指標(biāo)半導(dǎo)體存儲器的主要技術(shù)指標(biāo)v存儲容量存儲容量存儲容量就是以字或字節(jié)為單位來表示存儲器存儲存儲容量就是以字或字節(jié)為單位來表示存儲器存儲單元的總數(shù)。單元的總數(shù)。v讀寫速度讀寫速度 半導(dǎo)體存儲器的速度一般用半導(dǎo)體存儲器的速度一般用存取時間存取時間和和存儲周存儲周期期兩個指標(biāo)來衡量。兩個指標(biāo)來衡量。v可靠性可靠性 通常指存儲器對溫度、電磁場等環(huán)境變化的抵通常指存儲器對溫度、電磁場等環(huán)境變化的抵抗能力和工作壽命?？鼓芰凸ぷ鲏勖Ｓ址Q存儲器訪問時間，是指又

4、稱存儲器訪問時間，是指從啟動一次存儲器操作到完從啟動一次存儲器操作到完成該操作所經(jīng)歷的時間。成該操作所經(jīng)歷的時間。指連續(xù)啟動兩次獨立的存儲指連續(xù)啟動兩次獨立的存儲器操作器操作(例如連續(xù)兩次讀操例如連續(xù)兩次讀操作作)所需間隔的最小時間。所需間隔的最小時間。第第7 7章章 存儲器存儲器7.3 7.3 典型存儲器芯片介紹典型存儲器芯片介紹1. Intel 21141. Intel 21141K1K4 4位的位的SRAM SRAM 六管存儲元電路六管存儲元電路單一的單一的+5V+5V電源供電電源供電所有的引腳都與所有的引腳都與TTLTTL電電平兼容平兼容第第7 7章章 存儲器存儲器7.3 7.3 典型

5、存儲器芯片介紹典型存儲器芯片介紹2. Intel 62642. Intel 62648K 8K 8 8位的位的SRAMSRAM0.8mCMOS0.8mCMOS工藝制造工藝制造單一的單一的+5V+5V電源供電電源供電高速度、低功耗高速度、低功耗全靜態(tài)，無須時鐘和全靜態(tài)，無須時鐘和定時選通信號定時選通信號I/OI/O端口是雙向、三態(tài)端口是雙向、三態(tài)控制，與控制，與TTLTTL電平兼容電平兼容第第7 7章章 存儲器存儲器Intel 62Intel 62系列系列第第7 7章章 存儲器存儲器7.3 7.3 典型存儲器芯片介紹典型存儲器芯片介紹3. Intel 512563. Intel 5125632K

6、32K8 8位的位的SRAMSRAMIntel 51256工作方式工作方式第第7 7章章 存儲器存儲器7.3 7.3 典型存儲器芯片介紹典型存儲器芯片介紹4. Intel 21644. Intel 216464K64K1bit1bit的的DRAMDRAM址線只有址線只有8 8位，位，1616位的位的地址信號分為行地址和地址信號分為行地址和列地址，分兩次送入芯列地址，分兩次送入芯片。片。第第7 7章章 存儲器存儲器第第7 7章章 存儲器存儲器Intel 21Intel 21系列系列第第7 7章章 存儲器存儲器7.3 7.3 典型存儲器芯片介紹典型存儲器芯片介紹5. Intel 412565. I

7、ntel 41256 256K 256K1 1位位DRAMDRAM，存取時間，存取時間200200300ns300ns，地址線，地址線只有一半的位數(shù)，行地址和列地址分兩次輸入。只有一半的位數(shù)，行地址和列地址分兩次輸入。第第7 7章章 存儲器存儲器7.3 7.3 典型存儲器芯片介紹典型存儲器芯片介紹6. Intel 271286. Intel 27128128K128K（16K16K8 8位）的位）的EPROMEPROM1414條地址線，經(jīng)過譯條地址線，經(jīng)過譯碼在碼在16K16K地址中選中一個地址中選中一個單元單元最大訪問時間最大訪問時間250ns250ns，與高速與高速8MHz8MHz的的iP

8、AX186iPAX186兼兼容容第第7 7章章 存儲器存儲器2712827128的工作模式的工作模式第第7 7章章 存儲器存儲器7.3 7.3 典型存儲器芯片介紹典型存儲器芯片介紹7. 28C647. 28C64 28C 28C系列是包含不同容量的系列是包含不同容量的E E2 2PROMPROM芯片。芯片。 與與EPROMEPROM相比，相比，E E2 2PROMPROM的優(yōu)點是：編程與擦寫所的優(yōu)點是：編程與擦寫所需的電流極小，速度快（需的電流極小，速度快（10ms10ms）；擦寫可以按字節(jié)）；擦寫可以按字節(jié)分別進行。分別進行。第第7 7章章 存儲器存儲器28C6428C64的兩種封裝的兩種封

9、裝第第7 7章章 存儲器存儲器7.3 7.3 典型存儲器芯片介紹典型存儲器芯片介紹8. K9F6408U0A8. K9F6408U0A典型的典型的NAND FlashNAND Flash芯片芯片數(shù)據(jù)寬度為數(shù)據(jù)寬度為8 8位，可復(fù)用，既可位，可復(fù)用，既可作為地址和數(shù)據(jù)的輸入作為地址和數(shù)據(jù)的輸入/ /輸出引腳輸出引腳，又可作命令的輸入引腳，根據(jù)時，又可作命令的輸入引腳，根據(jù)時序采用分時循環(huán)序采用分時循環(huán)芯片內(nèi)部存儲單元按頁和塊的結(jié)芯片內(nèi)部存儲單元按頁和塊的結(jié)構(gòu)組織構(gòu)組織寫和讀以頁為單位，而擦除以塊寫和讀以頁為單位，而擦除以塊為單位。讀、寫和擦除操作均通過為單位。讀、寫和擦除操作均通過命令完成命令完

10、成寫入每頁的時間為寫入每頁的時間為200us200us，平均，平均每寫一個字節(jié)約每寫一個字節(jié)約400ns400ns，即約，即約20Mb/s20Mb/s。此芯片可擦寫。此芯片可擦寫1 1百萬次，百萬次，掉電數(shù)據(jù)不丟失，數(shù)據(jù)可保存十年掉電數(shù)據(jù)不丟失，數(shù)據(jù)可保存十年第第7 7章章 存儲器存儲器7.4 7.4 存儲器與系統(tǒng)的連接存儲器與系統(tǒng)的連接vCPUCPU對存儲器進行讀對存儲器進行讀/ /寫操作時，首先由地寫操作時，首先由地址總線給出地址信號，然后要對存儲器發(fā)址總線給出地址信號，然后要對存儲器發(fā)出讀操作或?qū)懖僮鞯目刂菩盘?，最后在?shù)出讀操作或?qū)懖僮鞯目刂菩盘?，最后在?shù)據(jù)總線上進行信息交換。據(jù)總線上進

11、行信息交換。v存儲器與系統(tǒng)之間通過存儲器與系統(tǒng)之間通過ABAB、DBDB及有關(guān)的控及有關(guān)的控制信號線相連接，設(shè)計系統(tǒng)的存儲器體系制信號線相連接，設(shè)計系統(tǒng)的存儲器體系時需要將這三類信號線正確連接。時需要將這三類信號線正確連接。第第7 7章章 存儲器存儲器7.4.1 7.4.1 存儲器擴展存儲器擴展v若干存儲芯片和系統(tǒng)進行連接擴展，通常若干存儲芯片和系統(tǒng)進行連接擴展，通常有三種方式：有三種方式：位擴展位擴展字擴展字擴展字位擴展字位擴展第第7 7章章 存儲器存儲器位擴展（位并聯(lián)法）位擴展（位并聯(lián)法）v位擴展指用多個存儲器器件對字長進行擴位擴展指用多個存儲器器件對字長進行擴充。一個地址同時控制多個存儲

12、器芯片。充。一個地址同時控制多個存儲器芯片。第第7 7章章 存儲器存儲器字擴展（地址串聯(lián)法）字擴展（地址串聯(lián)法）v字擴展指的是增加存儲器中字的數(shù)量。字擴展指的是增加存儲器中字的數(shù)量。第第7 7章章 存儲器存儲器字位擴展字位擴展v實際存儲器往往需要字向和位向同時擴充實際存儲器往往需要字向和位向同時擴充。v一個存儲器的容量為一個存儲器的容量為M MN N位，若使用位，若使用L LK K位存儲器芯片，那么，這個存儲器共需要位存儲器芯片，那么，這個存儲器共需要（M/LM/L）（）（N/KN/K）個存儲器芯片。）個存儲器芯片。第第7 7章章 存儲器存儲器7.4.2 7.4.2 存儲器地址譯碼存儲器地址譯

13、碼v存儲單元的地址由片內(nèi)地址信號線和片選存儲單元的地址由片內(nèi)地址信號線和片選信號線的狀態(tài)共同決定。信號線的狀態(tài)共同決定。v常用的片選信號產(chǎn)生方法有以下三種：常用的片選信號產(chǎn)生方法有以下三種：全地址譯碼全地址譯碼部分地址譯碼部分地址譯碼線選擇譯碼線選擇譯碼片選信號由地址線中所有不在存儲器片選信號由地址線中所有不在存儲器上的地址線譯碼產(chǎn)生，存儲器芯片中上的地址線譯碼產(chǎn)生，存儲器芯片中的每一個存儲單元只對應(yīng)內(nèi)存空間的的每一個存儲單元只對應(yīng)內(nèi)存空間的一個地址一個地址特點：尋址范圍大，地址連續(xù)，不會特點：尋址范圍大，地址連續(xù)，不會發(fā)生因高位地址不確定而產(chǎn)生的地址發(fā)生因高位地址不確定而產(chǎn)生的地址重復(fù)現(xiàn)象重

14、復(fù)現(xiàn)象也稱局部地址譯碼。片選信號不是由也稱局部地址譯碼。片選信號不是由地址線中所有不在存儲器上的地址線地址線中所有不在存儲器上的地址線譯碼產(chǎn)生，而是只有部分高位地址線譯碼產(chǎn)生，而是只有部分高位地址線被送入譯碼電路產(chǎn)生片選信號。被送入譯碼電路產(chǎn)生片選信號。特點：某些高位地址線被省略而不參特點：某些高位地址線被省略而不參加地址譯碼，簡化了地址譯碼電路，加地址譯碼，簡化了地址譯碼電路，但地址空間有重疊。但地址空間有重疊。線選法是指高位地址線中的某一條作線選法是指高位地址線中的某一條作為存儲器芯片的片選控制信號的譯碼為存儲器芯片的片選控制信號的譯碼方式。方式。優(yōu)點：選擇芯片不需要外加邏輯電路，優(yōu)點：選

15、擇芯片不需要外加邏輯電路，譯碼線路簡單。缺點：地址重疊區(qū)域譯碼線路簡單。缺點：地址重疊區(qū)域多，適用于擴展容量較小的系統(tǒng)。多，適用于擴展容量較小的系統(tǒng)。第第7 7章章 存儲器存儲器7.4.3 8086CPU7.4.3 8086CPU與存儲器的連接與存儲器的連接第第7 7章章 存儲器存儲器7.4.3 8086CPU7.4.3 8086CPU與存儲器的連接與存儲器的連接第第7 7章章 存儲器存儲器1.CPU1.CPU與存儲器的接口與存儲器的接口v8086CPU8086CPU有最小與最大兩種工作模式。有最小與最大兩種工作模式。最小模式的控制信號僅由最小模式的控制信號僅由80868086產(chǎn)生。產(chǎn)生。最大

16、模式需用總線控制器最大模式需用總線控制器82888288協(xié)同產(chǎn)生控制信協(xié)同產(chǎn)生控制信號。號。第第7 7章章 存儲器存儲器1.CPU1.CPU與存儲器的接口與存儲器的接口最小模式最小模式 最大模式最大模式第第7 7章章 存儲器存儲器2.2.存儲器接口分析存儲器接口分析vROMROM接口電路接口電路 只讀存儲器在計算機系統(tǒng)中的功能主要只讀存儲器在計算機系統(tǒng)中的功能主要是存儲程序、常數(shù)和系統(tǒng)參數(shù)等。目前常是存儲程序、常數(shù)和系統(tǒng)參數(shù)等。目前常用的有用的有2727系列和系列和2828系列系列EPROMEPROM芯片。芯片。第第7 7章章 存儲器存儲器【例【例6-16-1】設(shè)計一】設(shè)計一ROMROM擴展電

17、路，容量為擴展電路，容量為32K32K字，地字，地址從址從00000H00000H開始。開始。EPROMEPROM芯片采用芯片采用2725627256。第第7 7章章 存儲器存儲器32K字字EPROM的地址范圍表的地址范圍表第第7 7章章 存儲器存儲器2.2.存儲器接口分析存儲器接口分析vRAMRAM接口電路接口電路 隨機讀寫存儲器在計算機系統(tǒng)中的功能隨機讀寫存儲器在計算機系統(tǒng)中的功能主要是：存儲程序、變量等。常用的有主要是：存儲程序、變量等。常用的有6161和和6262系列系列SRAMSRAM芯片。芯片。第第7 7章章 存儲器存儲器2.2.存儲器接口分析存儲器接口分析v與與ROMROM接口電

18、路不同，接口電路不同，CPUCPU對對RAMRAM不僅要進行不僅要進行1616位讀操作，還要進行寫操作。寫操作有位讀操作，還要進行寫操作。寫操作有3 3種類型：寫種類型：寫1616位數(shù)據(jù)、寫低位數(shù)據(jù)、寫低8 8位數(shù)據(jù)和寫高位數(shù)據(jù)和寫高8 8位數(shù)據(jù)。位數(shù)據(jù)。第第7 7章章 存儲器存儲器【例【例6-26-2】設(shè)計一】設(shè)計一RAMRAM擴展電路，容量為擴展電路，容量為32K32K字，地字，地址從址從10000H10000H開始。芯片采用開始。芯片采用6225662256。第第7 7章章 存儲器存儲器32K字字RAM的地址范圍表的地址范圍表第第7 7章章 存儲器存儲器3.3.存儲器系統(tǒng)設(shè)計舉例存儲器系統(tǒng)設(shè)計舉例【例【例6-36-3】某】某80868086系統(tǒng)工作于最小模式下的存儲器系統(tǒng)工作于最小模式下的存儲器系統(tǒng)如圖系統(tǒng)如圖6-176-17所示。圖中所示。圖中8086CPU8086CPU芯片上的地址、芯片上的地址、數(shù)據(jù)信號線經(jīng)鎖存、驅(qū)動后成為地址總線數(shù)據(jù)信號線經(jīng)鎖存、驅(qū)動后成為地址總線A A1919-A-A0 0、數(shù)、數(shù)據(jù)總線據(jù)總線D D1515-D-D0 0。兩片。兩片EEPROMEEPROM為為2725627256。兩片。兩片RAMRAM為為6225662256。譯碼器。譯碼器7413874138擔(dān)任片選譯碼。擔(dān)任片選譯碼。第第7 7章章 存儲器存