安徽大學(xué)微機原理【第四、五講】 存儲器.

1、微型計算機系統(tǒng)第五章 存 儲 器 安徽大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院第五章第五章 存儲器存儲器教學(xué)重點n 存儲器的分類和功能存儲器的分類和功能n 隨機存儲器（RAM）n 只讀存儲器（只讀存儲器（ROM）n CPU與存儲器的連接 存儲器的存儲器的分類分類 存儲器是計算機系統(tǒng)中用來存儲信息的部存儲器是計算機系統(tǒng)中用來存儲信息的部件，它是計算機中的重要硬件資源。件，它是計算機中的重要硬件資源。 從存儲程序式的馮從存儲程序式的馮.諾依曼經(jīng)典結(jié)構(gòu)而言，諾依曼經(jīng)典結(jié)構(gòu)而言，沒有存儲器，就無法構(gòu)成現(xiàn)代計算機。沒有存儲器，就無法構(gòu)成現(xiàn)代計算機。 一、存儲器的分類和功能一、存儲器的分類和功能CPUCACHE主存（內(nèi)存

2、）主存（內(nèi)存）輔存（外存）輔存（外存）n微型計算機的存儲結(jié)構(gòu)微型計算機的存儲結(jié)構(gòu)n寄存器寄存器位于位于CPU中中n主存主存由半導(dǎo)體存儲由半導(dǎo)體存儲器器(ROM/RAM)構(gòu)成構(gòu)成n輔存輔存指磁盤、磁帶、指磁盤、磁帶、磁鼓、光盤等大容量存磁鼓、光盤等大容量存儲器，采用磁、光原理儲器，采用磁、光原理工作工作n高速緩存高速緩存(CACHE)由靜態(tài)由靜態(tài)RAM芯片構(gòu)成芯片構(gòu)成內(nèi)存內(nèi)存（半導(dǎo)體（半導(dǎo)體存儲器）存儲器）只讀存儲器只讀存儲器 （ROM）隨機存取存儲器隨機存取存儲器（RAM）靜態(tài)靜態(tài)RAM（SRAM）動態(tài)動態(tài)RAM（DRAM） 非易失非易失RAM（NVRAM）掩膜式掩膜式ROM一次性可編程一次性

3、可編程ROM（PROM） 紫外線擦除可編程紫外線擦除可編程ROM（EPROM）電擦除可編程電擦除可編程ROM（EEPROM）一、存儲器的分類和功能1. 讀寫存儲器RAM組成單元速度集成度應(yīng)用SRAM觸發(fā)器快低小容量系統(tǒng)DRAM極間電容慢高大容量系統(tǒng)NVRAM帶微型電池慢低小容量非易失一、存儲器的分類和功能2. 只讀存儲器ROMn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，不可更改nPROM：允許一次編程，此后不可更改允許一次編程，此后不可更改nEPROM：用紫外光擦除，擦除后可編程；并允許用紫外光擦除，擦除后可編程；并允許用戶多次擦除和編程用戶多次擦除和編程nEEPROM（E2

4、PROM）：）：采用加電方法在線進行采用加電方法在線進行擦除和編程，也可多次擦寫擦除和編程，也可多次擦寫nFlash Memory（閃存）：能夠快速擦寫的（閃存）：能夠快速擦寫的EEPROM，但只能按塊（，但只能按塊（Block）擦除）擦除一、存儲器的分類和功能Infineon(英飛菱)的內(nèi)存條結(jié)構(gòu)剖析3、內(nèi)存芯片（顆粒）內(nèi)存的芯片就是內(nèi)存的靈魂所在，內(nèi)存、內(nèi)存芯片（顆粒）內(nèi)存的芯片就是內(nèi)存的靈魂所在，內(nèi)存的性能、速度、容量都是由內(nèi)存芯片決定的。的性能、速度、容量都是由內(nèi)存芯片決定的。4、內(nèi)存顆粒空位、內(nèi)存顆?？瘴辉趦?nèi)存條上你可能?？吹竭@樣的空位，這是因為采用的在內(nèi)存條上你可能?？吹竭@樣的空位

5、，這是因為采用的封裝模式預(yù)留了一片內(nèi)存芯片。封裝模式預(yù)留了一片內(nèi)存芯片。5、電容、電容電容采用貼片式電容，它為提高內(nèi)存條的穩(wěn)定性起了電容采用貼片式電容，它為提高內(nèi)存條的穩(wěn)定性起了很大作用。很大作用。6、電阻、電阻電阻也是采用貼片式設(shè)計，一般好的內(nèi)存條電阻的分電阻也是采用貼片式設(shè)計，一般好的內(nèi)存條電阻的分布規(guī)劃也很整齊合理。布規(guī)劃也很整齊合理。7、內(nèi)存固定卡缺口：內(nèi)存插到主板上后，主板上的內(nèi)存插、內(nèi)存固定卡缺口：內(nèi)存插到主板上后，主板上的內(nèi)存插槽會有兩個夾子牢固的扣住內(nèi)存，這個缺口便是用于固定槽會有兩個夾子牢固的扣住內(nèi)存，這個缺口便是用于固定內(nèi)存用的。內(nèi)存用的。Infineon(英飛菱)的內(nèi)存條

6、結(jié)構(gòu)剖析8、內(nèi)存腳缺口內(nèi)存的腳上的缺口一是用來防止內(nèi)存插、內(nèi)存腳缺口內(nèi)存的腳上的缺口一是用來防止內(nèi)存插反的，二是用來區(qū)分不同的內(nèi)存，以前的反的，二是用來區(qū)分不同的內(nèi)存，以前的SDRAM內(nèi)存條是內(nèi)存條是有兩個缺口的，而有兩個缺口的，而DDR則只有一個缺口，不能混插。則只有一個缺口，不能混插。9、SPD是一個八腳的小芯片，它實際上是一個是一個八腳的小芯片，它實際上是一個EEPROM可擦寫存貯器，這的容量有可擦寫存貯器，這的容量有256字節(jié)，可以寫入一點信息，字節(jié)，可以寫入一點信息，這信息中就可以包括內(nèi)存的標(biāo)準(zhǔn)工作狀態(tài)、速度、響應(yīng)時這信息中就可以包括內(nèi)存的標(biāo)準(zhǔn)工作狀態(tài)、速度、響應(yīng)時間等，以協(xié)調(diào)計算機

7、系統(tǒng)更好的工作。間等，以協(xié)調(diào)計算機系統(tǒng)更好的工作。Infineon(英飛菱)的內(nèi)存條結(jié)構(gòu)剖析二、隨機存取存儲器靜態(tài)靜態(tài)RAMSRAM 2114SRAM 6264動態(tài)動態(tài)RAMDRAM 4116DRAM 21641 靜態(tài)RAMnSRAM的基本存儲單元是觸發(fā)器電路的基本存儲單元是觸發(fā)器電路n每個基本存儲單元存儲二進制數(shù)一位每個基本存儲單元存儲二進制數(shù)一位n許多個基本存儲單元形成行列存儲矩陣許多個基本存儲單元形成行列存儲矩陣SRAM芯片6264n存儲容量為存儲容量為8K8n28個個引腳：引腳：n13根地址線根地址線A12A0n8根數(shù)據(jù)線根數(shù)據(jù)線D7D0n片選片選CE1*、CE2n讀寫讀寫WE*、OE

8、*+5VWE*CE2A8A9A11OE*A10CE1*D7D6D5D4D3NCA12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GND12345678910111213142827262524232221201918171615SRAM 6264的功能工作方式CE1*CE2WE*OE*D7D0未選中未選中讀操作寫操作1000111001高阻高阻輸出輸入2 動態(tài)RAMnDRAM的基本存儲單元是單個場效應(yīng)管的基本存儲單元是單個場效應(yīng)管及其極間電容及其極間電容n必須配備必須配備“讀出再生放大電路讀出再生放大電路”進行刷新進行刷新n每次同時對一行的存儲單元進行刷新每次同時對一行的存儲單元進行刷新n每個

9、基本存儲單元存儲二進制數(shù)一位每個基本存儲單元存儲二進制數(shù)一位n許多個基本存儲單元形成行列存儲矩陣許多個基本存儲單元形成行列存儲矩陣DRAM芯片2164n存儲容量為存儲容量為 64K1n16個個引腳：引腳：n8 根地址線根地址線A7A0n1 根數(shù)據(jù)輸入線根數(shù)據(jù)輸入線DINn1 根數(shù)據(jù)輸出線根數(shù)據(jù)輸出線DOUTn行地址選通行地址選通 -RASn列地址選通列地址選通 -CASn讀寫控制讀寫控制 -WENCDIN-WE-RASA0A2A1GNDVSS-CASDOUTA6A3A4A5A712345678161514131211109DRAM芯片2164訪問過程：訪問過程：1.先使先使RAS#有效，選中某

10、有效，選中某一 行 ， 即一 行 ， 即 4 個 矩 陣 ，個 矩 陣 ，128*4=512個單元；個單元；2.再使再使CAS#有效，使有效，使128列中的某一列被選中；列中的某一列被選中；3.RA7,CA7組成組成1：4 I/O門電路，選中某一矩陣讀門電路，選中某一矩陣讀寫。寫。NCDIN-WE-RASA0A2A1GNDVSS-CASDOUTA6A3A4A5A712345678161514131211109三、只讀存儲器EPROMEPROM 2716EPROM 2764EEPROMEEPROM 2717AEEPROM 2864A1 EPROMn頂部開有一個圓形的石英窗口，用于紫外線透過頂部開

11、有一個圓形的石英窗口，用于紫外線透過擦除原有信息擦除原有信息n一般使用專門的編程器（燒寫器）進行編程一般使用專門的編程器（燒寫器）進行編程n編程后，應(yīng)該貼上不透光封條編程后，應(yīng)該貼上不透光封條n出廠未編程前，每個基本存儲單元都是信息出廠未編程前，每個基本存儲單元都是信息1n編程就是將某些單元寫入信息編程就是將某些單元寫入信息01 EPROMEPROM芯片2764n存儲容量為存儲容量為8K8n28個個引腳：引腳：n13根地址線根地址線A12A0n8根數(shù)據(jù)線根數(shù)據(jù)線D7D0n片選片選CE*n編程脈沖編程脈沖PGM*n讀寫讀寫OE*n編 程 電 壓編 程 電 壓 VPP（+5V/+21-25V）Vp

12、pA12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GNDVccPGM*NCA8A9A11OE*A10CE*D7D6D5D4D312345678910111213142827262524232221201918171615EPROM 2764的功能工作方式CE*OE*PGM*A9VPPDO7DO0讀出0015V輸出讀出禁止0115V高阻待用15V高阻Intel標(biāo)識0012V15V輸出編碼標(biāo)準(zhǔn)編程01負(fù)脈沖25V輸入Intel編程01負(fù)脈沖25V輸入編程校驗00125V輸出編程禁止125V高阻2 EEPROMn用加電方法，進行在線（無需拔下，用加電方法，進行在線（無需拔下，直接在電路中）擦寫（擦

13、除和編程一直接在電路中）擦寫（擦除和編程一次完成）次完成）n有字節(jié)擦寫、塊擦寫和整片擦寫方法有字節(jié)擦寫、塊擦寫和整片擦寫方法n并行并行EEPROM：多位同時進行：多位同時進行n串行串行EEPROM：只有一位數(shù)據(jù)線：只有一位數(shù)據(jù)線EEPROM芯片2817An存儲容量為存儲容量為2K8n28個個引腳：引腳：n11根地址線根地址線A10A0n8根數(shù)據(jù)線根數(shù)據(jù)線I/O7I/O0n片選片選CE*n讀寫讀寫OE*、WE*n狀態(tài)輸出狀態(tài)輸出RDY/BUSY*NCA12A7A6A5A4A3A2A1A0I/O0I/O1I/O2GNDVccWE*NCA8A9NCOE*A10CE*I/O7I/O6I/O5I/O4I

14、/O312345678910111213142827262524232221201918171615EEPROM 2817A的功能工作方式CE*OE*WE*RDY/BUSY*I/O7I/O0讀出維持字節(jié)寫入0100110高阻高阻0輸出高阻輸入EEPROM芯片2864An存儲容量為存儲容量為8K8n28個個引腳：引腳：n13根地址線根地址線A12A0n8根數(shù)據(jù)線根數(shù)據(jù)線I/O7I/O0n片選片選CE*n讀寫讀寫OE*、WE*VccWE*NCA8A9A11OE*A10CE*I/O7I/O6I/O5I/O4I/O3NCA12A7A6A5A4A3A2A1A0I/O0I/O1I/O2GND1234567

15、8910111213142827262524232221201918171615EEPROM 2864A的功能工作方式CE*OE*WE*I/O7I/O0讀出維持寫入數(shù)據(jù)查詢01000101負(fù)脈沖1輸出高阻輸入輸出四、存儲器與CPU的接口1.地址選擇地址選擇p 線性選擇法線性選擇法p 全譯碼法全譯碼法p 部分譯碼法部分譯碼法2. 與與8086的連接的連接片選端片選端D7D0A19A10A9A0（2）A9A0D7D0CE（1）A9A0D7D0CE譯碼器000000000100000000004.1 地址選擇1. 線性選擇法線性選擇法-字?jǐn)U展法字?jǐn)U展法4.1 地址選擇1. 線性選擇法線性選擇法-字?jǐn)U

16、展法字?jǐn)U展法2114（1）A9A0I/O4I/O1片選片選D3D0D7D4A9A02114（2）A9A0I/O4I/O1CECE4.1 地址選擇1. 線性選擇法線性選擇法-位擴展法位擴展法4.1 地址選擇字?jǐn)U展與位擴展區(qū)別字?jǐn)U展與位擴展區(qū)別p 字?jǐn)U展是指在不改變位長的情況下擴展存儲字?jǐn)U展是指在不改變位長的情況下擴展存儲單元個數(shù)單元個數(shù) 如：用兩片如：用兩片8K*8的芯片組成的芯片組成16K*8存儲器存儲器p 位擴展是指在不改變存儲單元個數(shù)的前提下位擴展是指在不改變存儲單元個數(shù)的前提下擴展存儲單元的位數(shù)擴展存儲單元的位數(shù) 如：用如：用16K*1的芯片組成的芯片組成16K*8的存儲器的存儲器2.

17、全譯碼法全譯碼法n所有的系統(tǒng)地址線均參與對存儲單元的譯碼尋址所有的系統(tǒng)地址線均參與對存儲單元的譯碼尋址n包括低位地址線對芯片內(nèi)各存儲單元的譯碼尋址包括低位地址線對芯片內(nèi)各存儲單元的譯碼尋址（片內(nèi)譯碼），高位地址線對存儲芯片的譯碼尋（片內(nèi)譯碼），高位地址線對存儲芯片的譯碼尋址（片選譯碼）址（片選譯碼）n采用全譯碼，采用全譯碼，每個存儲單元的地址都是唯一的，每個存儲單元的地址都是唯一的，不存在地址重復(fù)不存在地址重復(fù)4.1 地址選擇例例5.2 假設(shè)一個微機系統(tǒng)的假設(shè)一個微機系統(tǒng)的RAM容量為容量為4KB，采用，采用1K 8的的RAM芯片，安排在芯片，安排在64K空間的最低空間的最低4K位置，位置，A

18、9A0作為片內(nèi)尋址，作為片內(nèi)尋址，A15A10譯碼后作為芯片尋址。譯碼后作為芯片尋址。2. 全譯碼法全譯碼法n所有的系統(tǒng)地址線均參與對存儲單元的譯碼尋址所有的系統(tǒng)地址線均參與對存儲單元的譯碼尋址n包括低位地址線對芯片內(nèi)各存儲單元的譯碼尋址包括低位地址線對芯片內(nèi)各存儲單元的譯碼尋址（片內(nèi)譯碼），高位地址線對存儲芯片的譯碼尋（片內(nèi)譯碼），高位地址線對存儲芯片的譯碼尋址（片選譯碼）址（片選譯碼）n采用全譯碼，采用全譯碼，每個存儲單元的地址都是唯一的，每個存儲單元的地址都是唯一的，不存在地址重復(fù)不存在地址重復(fù)n譯碼電路可能比較復(fù)雜、連線也較多譯碼電路可能比較復(fù)雜、連線也較多4.1 地址選擇3. 部分譯碼法部分譯碼法4.1 地址選擇1 12 23 34 45 56 67 78 89 91010111112121313141415151616A AB BC CG G2A2AG G2B2BG1G1Y7Y7GNDGNDY6Y6Y5Y5Y4Y4Y3Y3Y2Y2Y1Y1Y0Y0VccVcc74LS13874LS138引腳圖引腳圖輸出真值表輸出真值表例例, ,用用1K*1的靜態(tài)的靜態(tài)RAM芯片位擴充形成芯片位擴充形成2KB*8的存儲器，所需芯片數(shù)