微機(jī)原理第5章-存儲(chǔ)器及其接口

1、1微機(jī)原理、匯編與接口技術(shù)( (第第2 2版版) )25.15.15.25.25.35.3存儲(chǔ)器概述存儲(chǔ)器概述常用的存儲(chǔ)器芯片常用的存儲(chǔ)器芯片存儲(chǔ)器與存儲(chǔ)器與CPUCPU的接口的接口掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)重要組成部分掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)重要組成部分35.1 5.1 存儲(chǔ)器概述存儲(chǔ)器概述 5.1.15.1.1存儲(chǔ)器的類型存儲(chǔ)器的類型1 1. .與與CPUCPU關(guān)系：內(nèi)存關(guān)系：內(nèi)存( (直接、快速直接、快速) ) 外存外存( (間接、較慢間接、較慢) )2 2. .材料分類：半導(dǎo)體材料分類：半導(dǎo)體( (內(nèi)存內(nèi)存) )、磁、光、磁、光( (外存外存) )3 3. .讀寫方式分類：隨機(jī)存儲(chǔ)器讀寫方式分類：隨機(jī)存儲(chǔ)器

2、RAMRAM， 只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器ROMROM （并行、串行讀寫并行、串行讀寫） 學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)：半導(dǎo)體：半導(dǎo)體( (內(nèi)存內(nèi)存) )且并行且并行45.1.2 5.1.2 存儲(chǔ)器的性能指標(biāo)存儲(chǔ)器的性能指標(biāo) 存儲(chǔ)器的性能指標(biāo)存儲(chǔ)器的性能指標(biāo)（5 5項(xiàng)）項(xiàng)） 存儲(chǔ)容量：存儲(chǔ)容量：存儲(chǔ)的存儲(chǔ)的二進(jìn)制位信息量二進(jìn)制位信息量， 表示為：表示為：容量容量= =字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字長(zhǎng)字長(zhǎng). . 微機(jī)中以字節(jié)編址，故為微機(jī)中以字節(jié)編址，故為：容量容量= =字節(jié)數(shù)字節(jié)數(shù)8 8位位存取速度存取速度可靠性可靠性功耗功耗性能價(jià)格比性能價(jià)格比55.1.3 5.1.3 存儲(chǔ)器的分級(jí)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器的分級(jí)結(jié)構(gòu) 存儲(chǔ)器的分級(jí)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器的分級(jí)結(jié)構(gòu)

3、3 3級(jí)結(jié)構(gòu)級(jí)結(jié)構(gòu)：高速緩存、內(nèi)存和輔存高速緩存、內(nèi)存和輔存. . CPU CPU直接訪問(wèn)高速緩存和內(nèi)存直接訪問(wèn)高速緩存和內(nèi)存, ,不能直接訪問(wèn)輔存不能直接訪問(wèn)輔存6CPU高速緩存高速緩存主存（內(nèi)存）主存（內(nèi)存）輔存（外存）輔存（外存）75.15.15.35.3存儲(chǔ)器概述存儲(chǔ)器概述常用的存儲(chǔ)器芯片常用的存儲(chǔ)器芯片存儲(chǔ)器與存儲(chǔ)器與CPUCPU的接口的接口5.25.285.2.1 5.2.1 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片的結(jié)構(gòu)地地址址譯譯碼碼存儲(chǔ)體存儲(chǔ)體 ( (存儲(chǔ)矩陣）存儲(chǔ)矩陣）控制邏輯控制邏輯三三態(tài)態(tài)數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)緩緩沖沖R/WCSDN-1An-1D1D0A1A05.2 5.2 常用的存儲(chǔ)

4、器芯片常用的存儲(chǔ)器芯片95.2.1半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片的結(jié)構(gòu) 存儲(chǔ)體存儲(chǔ)體 存儲(chǔ)器主要部分，存儲(chǔ)信息存儲(chǔ)器主要部分，存儲(chǔ)信息 地址譯碼電路地址譯碼電路 ( (連接連接n n條地址線條地址線) ) 據(jù)輸入的地址來(lái)選中芯片內(nèi)某存儲(chǔ)單元據(jù)輸入的地址來(lái)選中芯片內(nèi)某存儲(chǔ)單元 控制邏輯控制邏輯 選中存儲(chǔ)芯片，控制讀寫操作（選中存儲(chǔ)芯片，控制讀寫操作（連接控制總線連接控制總線）三態(tài)緩沖器三態(tài)緩沖器 ( (連接連接N N條數(shù)據(jù)線條數(shù)據(jù)線) ) 實(shí)現(xiàn)讀寫操作實(shí)現(xiàn)讀寫操作( (輸入輸入/ /輸出輸出) )，高阻，高阻( (隔離隔離) )10只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器 （ROMROM）掩膜式掩膜式ROM

5、ROM一次性可編程一次性可編程ROMROM（PROMPROM） 紫外線擦除可編程紫外線擦除可編程ROMROM（EPROMEPROM）電擦除可編程電擦除可編程ROMROM（EEPROMEEPROM）閃存閃存/ /可編程快擦寫可編程快擦寫ROM(ROM(FLASH/PEROMFLASH/PEROM) )注意對(duì)比注意對(duì)比5.2.2 只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器ROM111. EPROM (27XX)基本容量基本容量: :如：如： 271627162K2K8,8, 273227324K4K8 8，276427648K8K8 8， 27128 2712816K16K8 8，272562725632K32K8 8

6、12EPROM芯片芯片2716 存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量為為2K2K8 82K2K個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)單元個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)單元1638416384個(gè)存儲(chǔ)元件個(gè)存儲(chǔ)元件# 8# 8個(gè)存儲(chǔ)元件個(gè)存儲(chǔ)元件/ /存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)單元 2424個(gè)引腳個(gè)引腳： 1111根地址線根地址線A A1010A A0 0 8 8根數(shù)據(jù)線根數(shù)據(jù)線D D7 7D D0 0 片選片選/ /編程編程CECE* */PGM/PGM 讀寫讀寫OEOE* * 編程電壓編程電壓V VPPPPVDDA8A9VPPOE*A10CE*/PGMD7D6D5D4D3123456789101112242322212019181716151413A7A6A5A4A3A2A

7、1A0D0D1D2GND132. EEPROM (28XX) 可在線擦寫（擦除和編程一次完成）可在線擦寫（擦除和編程一次完成） 一般字節(jié)擦寫、亦有整片擦寫一般字節(jié)擦寫、亦有整片擦寫 與與EPROMEPROM、SRAMSRAM引線兼容：引線兼容： 28162816271627166116611614EEPROM芯片芯片2864A 存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量為為8K8K8 8 2828個(gè)個(gè)引腳：引腳： 1313根地址線根地址線A A1212A A0 0 8 8根數(shù)據(jù)線根數(shù)據(jù)線D D7 7D D0 0 片選片選CECE* * 讀寫讀寫OEOE* *、WEWE* * 狀態(tài)輸出狀態(tài)輸出RDY/BUSYRDY/BU

8、SY* *VccWE*NCA8A9A11OE*A10CE*D7D6D5D4D3RDY/BUSY*A12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GND12345678910111213142827262524232221201918171615153 閃速存儲(chǔ)器閃速存儲(chǔ)器 FLASH (29CXX) 可在線擦寫（可在線擦寫（擦除和編程一次完成擦除和編程一次完成） 整片擦寫（整片擦寫（速度快速度快） 應(yīng)用：內(nèi)存，移動(dòng)存儲(chǔ)器應(yīng)用：內(nèi)存，移動(dòng)存儲(chǔ)器( (U U盤盤) )165.2.3 隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器RAMRAMRAM分類：分類：1.1.雙極型雙極型: :高速微機(jī)高速微機(jī)2.2.MOS

9、MOS型型: :一般微機(jī)一般微機(jī)( (學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)) ) MOSMOS型分類：型分類： 1.1.靜態(tài)靜態(tài)RAMRAM( (學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)) ) 2.2.動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)RAMRAM17靜態(tài)靜態(tài)RAM與動(dòng)態(tài)與動(dòng)態(tài)RAM SRAMSRAM（靜態(tài)靜態(tài)RAMRAM）：不刷新（）：不刷新（雙穩(wěn)觸發(fā)器雙穩(wěn)觸發(fā)器）, , 功功 耗較大耗較大, ,容量較大容量較大, ,使用易使用易 DRAMDRAM（動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)RAMRAM）：需刷新（）：需刷新（柵極電容充電柵極電容充電）, ,功功耗低耗低, ,容量大容量大, ,使用較復(fù)雜使用較復(fù)雜/ /易易 （刷新電路另設(shè)（刷新電路另設(shè)/ /片內(nèi)集成片內(nèi)集成） 共性共性：斷電信息丟失：斷電信息

10、丟失, ,可讀寫可讀寫, ,存放當(dāng)前執(zhí)行數(shù)據(jù)存放當(dāng)前執(zhí)行數(shù)據(jù)181.SRAM芯片芯片6264 存儲(chǔ)容量為存儲(chǔ)容量為8K8K8 8 2828個(gè)引腳個(gè)引腳： 1313根地址線根地址線A A1212A A0 0 8 8根數(shù)據(jù)線根數(shù)據(jù)線D D7 7D D0 0 片選片選CE1CE1* *、CE2CE2 讀寫讀寫WEWE* *、OEOE* *+5VWE*CE2A8A9A11OE*A10CE1*D7D6D5D4D3NCA12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GND12345678910111213142827262524232221201918171615* * SRAM 2114:SRAM 2

11、114:1K1K4 419SRAM 6264的功能的功能工作工作方式方式片選片選1 1 片選片選2 2寫寫允許允許輸出輸出允許允許地址線地址線數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線CE1CE1* *CE2CE2WEWE* *OEOE* *A A1212A A0 0D D7 7D D0 0未選中未選中未選中未選中讀操作讀操作寫操作寫操作1 10 00 00 01 11 11 10 00 01 1某存儲(chǔ)某存儲(chǔ)單元單元高阻高阻高阻高阻輸出輸出輸入輸入202. 2. 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)RAMRAM和內(nèi)存條和內(nèi)存條(1) (1) 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)RAMRAM常用芯片有常用芯片有64K64K1 1、64K64K4 4、1M1M1 1、1M1M4 4

12、等等 2164A 2164A芯片的引線和功能如下圖所示芯片的引線和功能如下圖所示: :21(2)(2)內(nèi)存條內(nèi)存條 焊接了多片焊接了多片存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器并帶并帶接口引腳接口引腳的小型印刷電路板的小型印刷電路板SIMM:SIMM:8 8位數(shù)據(jù)寬度，帶位數(shù)據(jù)寬度，帶3232條單邊引線或條單邊引線或3232位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù) 寬度寬度, ,帶帶7272條引線的內(nèi)存條（淘汰）條引線的內(nèi)存條（淘汰）DIMM:DIMM:6464位數(shù)據(jù)寬度位數(shù)據(jù)寬度, ,帶帶168168條引線的內(nèi)存條條引線的內(nèi)存條22NVRAM:NVRAM:斷電后信息不丟失的斷電后信息不丟失的RAMRAM兩種形式兩種形式：1 1，電池式，電池式NV

13、RAMNVRAM: :由由SRAM,SRAM,備用電池和切換電路備用電池和切換電路組成組成2 2，形影式，形影式NVRAMNVRAM: :由由SRAMSRAM和和EEPROMEEPROM組成組成3. 3. 非易失性隨機(jī)存儲(chǔ)器非易失性隨機(jī)存儲(chǔ)器 NVRAMNVRAM235.15.15.25.2存儲(chǔ)器概述存儲(chǔ)器概述常用的存儲(chǔ)器芯片常用的存儲(chǔ)器芯片存儲(chǔ)器與存儲(chǔ)器與CPUCPU的接口的接口5.35.3245.3 存儲(chǔ)器與存儲(chǔ)器與CPU的接口的接口 SRAMSRAM、EPROMEPROM與與CPUCPU的連接的連接 譯碼方法同樣適合譯碼方法同樣適合I/OI/O端口端口25存儲(chǔ)器與存儲(chǔ)器與CPUCPU連接

14、連接 地址線地址線/ /片選端片選端CPUCPU地址總線：地址總線：選中存儲(chǔ)單元選中存儲(chǔ)單元 讀寫控制線讀寫控制線CPUCPU控制總線：控制總線：讀讀/ /寫？寫？ 數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線CPUCPU數(shù)據(jù)總線：數(shù)據(jù)總線：信息交換信息交換存儲(chǔ)芯片存儲(chǔ)芯片系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線265.3.1 5.3.1 存儲(chǔ)器芯片與地址總線的連接存儲(chǔ)器芯片與地址總線的連接 存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)器：?jiǎn)纹瑔纹? /多片存儲(chǔ)器芯片組成多片存儲(chǔ)器芯片組成 字選字選：選中芯片中存儲(chǔ)單元（：選中芯片中存儲(chǔ)單元（A0A0起起） 片選片選：（：（余下高位線余下高位線）選中芯片）選中芯片 （高位片選、低位字選高位片選、低位字選） 存儲(chǔ)容量與地址、數(shù)據(jù)線根

15、數(shù)有關(guān)：存儲(chǔ)容量與地址、數(shù)據(jù)線根數(shù)有關(guān)： 芯片的存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)單元數(shù)芯片的存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)單元數(shù)* *存儲(chǔ)單元的位數(shù)存儲(chǔ)單元的位數(shù) 2 2X X* *N N X X：地址線根數(shù)（地址線根數(shù)（P203P203，表，表5-15-1） N N：數(shù)據(jù)線根數(shù)數(shù)據(jù)線根數(shù) 如如27648K27648K8282131388X X=13 (=13 (A12A12A0A0) ) N=8 ( N=8 (D7D7D0D0) )27注意：注意：1.1.字選連接字選連接：A0A0起依次連接起依次連接 2.2.片選連接片選連接：片選法：片選法(1)(1)線選法線選法: :將余下某根高地址線將余下某根高地址線片選端片選端 （低電平

16、有效低電平有效） 簡(jiǎn)單，存儲(chǔ)空間利用不夠簡(jiǎn)單，存儲(chǔ)空間利用不夠(2)(2)譯碼法譯碼法：將余下某幾根高地址線：將余下某幾根高地址線譯碼器譯碼器輸入端輸入端輸出輸出片選端（片選端（低電平有效低電平有效） 較簡(jiǎn)單，存儲(chǔ)空間利用充分較簡(jiǎn)單，存儲(chǔ)空間利用充分28線選法譯線選法譯碼示例碼示例A14A12A0A13(1)2764(2)2764 CECEA19 A15A14 A13A12A0一個(gè)可用地址一個(gè)可用地址121 00 1全全0全全1全全0全全104000H05FFFH02000H03FFFH切記：切記： A14 A1300的情況不能出現(xiàn)的情況不能出現(xiàn)29譯碼器譯碼器74LS138 74LS138

17、( (譯碼法用譯碼法用,3,3進(jìn)進(jìn)8 8出出) )30 多片、同型號(hào)芯片，組成存儲(chǔ)器多片、同型號(hào)芯片，組成存儲(chǔ)器片位數(shù)）單個(gè)芯片存儲(chǔ)容量（單數(shù)）存儲(chǔ)器存儲(chǔ)容量（總位所需片數(shù) 31例例5.15.1 用用8K8K8 8的存儲(chǔ)芯片組成容量為的存儲(chǔ)芯片組成容量為64K64K8 8的存儲(chǔ)器，共需的存儲(chǔ)器，共需多少片多少片存儲(chǔ)芯片？若存儲(chǔ)芯片？若用用譯碼法譯碼法連接，共需連接，共需多少根多少根地址線？其中地址線？其中幾幾根根作字選線？作字選線？幾根幾根作片選線？試用作片選線？試用74LS13874LS138畫畫出譯碼電路，并標(biāo)出其輸出線的出譯碼電路，并標(biāo)出其輸出線的選址范圍選址范圍. .若若改用改用線選法

18、線選法能夠組成能夠組成多大容量多大容量的存儲(chǔ)器？試的存儲(chǔ)器？試寫出各線選線的寫出各線選線的選址范圍選址范圍。 5.3.1 5.3.1 存儲(chǔ)器芯片與地址總線的連接存儲(chǔ)器芯片與地址總線的連接 32（64K64K8 8）/ /（8K8K8 8）=8, =8, 共需要共需要8 8片片芯片；芯片；64K=65536=264K=65536=21616，組成，組成64K64K存儲(chǔ)器共需存儲(chǔ)器共需1616根根地址線；地址線；8K=8192=28K=8192=21313， 即即1313根根作字選線，為作字選線，為A A1212A A0 0；16-13=316-13=3， 即即3 3根根作片選線，為作片選線，為A

19、 A1515A A1313；譯碼電路對(duì)譯碼電路對(duì)A A1515A A1313進(jìn)行譯碼，進(jìn)行譯碼，譯碼電路譯碼電路及譯碼輸及譯碼輸出線的出線的選址范圍選址范圍如圖所示：如圖所示：3進(jìn)進(jìn)（ A15A13）8出出（Y0*Y7*） 能組成容量為能組成容量為64K8的存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器5.3.1 5.3.1 存儲(chǔ)器芯片與地址總線的連接存儲(chǔ)器芯片與地址總線的連接 33A15CA14BA13AA12A11 A10A9A8A7A6 A5A4A3 A2 A1A00010000000000000 0011111111111111地址范圍：地址范圍：2000H3FFFH （8K）,若用若用2020根地址線根地址線？譯碼

20、法：譯碼法：Y1*2000H3FFFH34A15A13各選一片各選一片8K8芯片芯片，組成容量為組成容量為24K8的存儲(chǔ)的存儲(chǔ)器器A15、A14和和A13所選芯片的地址范圍分別為所選芯片的地址范圍分別為：6000H7FFFH、A000HBFFFH和和C000HDFFFHA15A14A13A12A11 A10A9A8A7A6 A5A4A3 A2 A1A010100000000000001011111111111111地址范圍地址范圍：A000HBFFFH （8K）線選法線選法:A14=0時(shí)時(shí),(A15=A13=1，兩高一低兩高一低) A000HBFFFH355.3.2.5.3.2.存儲(chǔ)器芯片與數(shù)

21、據(jù)總線的連接存儲(chǔ)器芯片與數(shù)據(jù)總線的連接 芯片內(nèi)芯片內(nèi)位數(shù)位數(shù)/ /存儲(chǔ)單元（數(shù)據(jù)線引腳個(gè)數(shù)）存儲(chǔ)單元（數(shù)據(jù)線引腳個(gè)數(shù)） N=1 8片片(I/O)CPU數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線(D7D0) N=4 2片片(I/O3I/O0)CPU數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線(D7D0) N=8 1片片(D7D0) CPU數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線(D7D0)365.3.3 存儲(chǔ)器芯片與控制總線的連接存儲(chǔ)器芯片與控制總線的連接 芯片芯片 系統(tǒng)系統(tǒng) OE*(或或RD*)MEMR* WE*(或或WR*)MEMW*37例例5.3 5.3 8K8K8位位 EPROM EPROM和和4K4K8位位靜態(tài)靜態(tài)RAMRAM的連接的連接 方法方法1 1：譯碼法

22、按：譯碼法按大容量大容量芯片連結(jié)（芯片連結(jié)（Y Y0 0* *Y Y7 7* *:4K/:4K/根根）5.3.4 5.3.4 連接舉例連接舉例地址范圍：地址范圍：2732為為8000H8FFFH和和9000H9FFFH (對(duì)對(duì)8088?)6116為為A000HA7FFH和和A800HAFFFH38方法方法2 2：譯碼法按：譯碼法按小容量小容量芯片連接芯片連接：(Y(Y0 0* *Y Y7 7* *:2K/:2K/根根) ) 例例5.3 5.3 8K8K8位位EPROMEPROM和和4 4K K8位位靜態(tài)靜態(tài)RAMRAM的連接的連接 地址范圍：地址范圍：Y0*為為8000H87FFH, Y1*為為8800H8FFFH 2732為為8000H8FFFH和和9000H9FFFH 6116為為A000HA7FFH和和A800HAFFFH39方法方法3 3：線選法：線選法地址范圍