存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)

1、存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)2主要內(nèi)容5.1 存儲(chǔ)器概念和分類(lèi) RAM的種類(lèi) ROM的種類(lèi) 5.2 RAM 結(jié)構(gòu) 存儲(chǔ)體外圍電路地址譯碼方式 5.3 8086系統(tǒng)的存儲(chǔ)器組織 8086CPU的存儲(chǔ)器接口8086CPU與存儲(chǔ)器系統(tǒng)的連接 存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)35-1 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器分類(lèi) 存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)41RAM的種類(lèi) (1)雙極型RAM(2)MOS型RAM 靜態(tài)RAM 動(dòng)態(tài)RAM存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)51)雙極型RAM存儲(chǔ)速度高對(duì)于射極耦合邏輯(ECL)電路，可達(dá)到10ns，對(duì)于肖特基(Schottky)TTL邏輯電路，可到達(dá)25ns。集成度與MOS相比較低；功耗大，成本高。以晶體管的觸發(fā)器作為基本存

2、儲(chǔ)電路，故所用晶體管數(shù)目多。主要應(yīng)用于速度要求較高的位片式微型機(jī)中。 存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)62)MOS RAM(1)SRAM (靜態(tài)RAM)(2)DRAM (動(dòng)態(tài)RAM) 存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)7(1)SRAM (靜態(tài)RAM)a由6管構(gòu)成的觸發(fā)器作為基本存儲(chǔ)電路，集成度介于雙極型和動(dòng)態(tài)RAM之間。b無(wú)需刷新，故可省去刷新電路，功耗比雙極型低，但比動(dòng)態(tài)RAM高。c可以用電池做后備電源，因而不需刷新邏輯電路(RAM中一個(gè)最大的問(wèn)題就是：一旦RAM掉電，其存儲(chǔ)的信息便會(huì)丟失。這就要求當(dāng)交流電源掉電時(shí)，能夠自動(dòng)切換到一個(gè)用電池供電的低壓后備電源，以此來(lái)保持RAM中的信息) d較高的集成度。存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)8(2

3、)DRAM (動(dòng)態(tài)RAM) a基本存儲(chǔ)電路由單管線路組成(靠電容存儲(chǔ)電荷)； b需要刷新電路，典型要求是每隔2毫秒刷新一遍; c較高的集成度，比SRAM的集成度高；存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)9(3)Non Volatile RAM非易失性RAM或掉電自保護(hù)RAM，即NVRAM(Non Volatile RAM), 這種RAM由SRAM加E2PROM共同構(gòu)成，正常運(yùn)行時(shí)和SRAM一樣，但是它在掉電時(shí)和電源有故障的瞬間，將SRAM的信息保存到E2PROM中，從而信息就不會(huì)丟失。 存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)102.只讀存儲(chǔ)器ROM掩膜ROM 可編程的只讀存儲(chǔ)器PROM(Programmable ROM) 可擦除的EPR

4、OM(Erasable PROM) 電可擦除的PROM 快速擦寫(xiě)存儲(chǔ)器Flash Memory 存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)111).掩膜ROM是由生產(chǎn)過(guò)程中的一道掩膜工藝決定其中的信息，半導(dǎo)體廠家按照固定的線路制造的，一旦制造好后，其中的信息只能讀而不能改變。存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)122).可編程的只讀存儲(chǔ)器PROM可以在特殊條件下編程的只讀存儲(chǔ)器。制造廠家生產(chǎn)的PROM在出廠時(shí)，各個(gè)單元都處于相同狀態(tài)，用戶(hù)根據(jù)需要在專(zhuān)用的設(shè)備上寫(xiě)入自己需要的信息，但是只能寫(xiě)一次。它適合小批量生產(chǎn)。它比掩膜ROM的集成度低，價(jià)格較貴。存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)133)可擦除的EPROM可以根據(jù)需要重寫(xiě)，同時(shí)也可以把寫(xiě)上的內(nèi)容擦去，且能

5、改寫(xiě)多次。寫(xiě)的速度慢，還需要額外的條件，即在修改時(shí)，要將它從電路上取下來(lái)，并用紫外線制作的擦抹器照射20分鐘左右，使存儲(chǔ)器復(fù)原。即使要改寫(xiě)其中已經(jīng)寫(xiě)入的一位，也必須把整個(gè)內(nèi)容全部擦去。EPROM是目前應(yīng)用較廣泛的一種ROM芯片。存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)144).電可擦除的PROM 簡(jiǎn)稱(chēng)為EEPROM或E2PROM(Electrically Erasable PROM)：能以字節(jié)為單位擦除和改寫(xiě)，且不需要把芯片拔下來(lái)插入編程器編程，在用戶(hù)系統(tǒng)中就可以直接操作。隨著技術(shù)的進(jìn)步，E2PROM的擦寫(xiě)速度不斷加快，可作為非易失性RAM使用。存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)155)快速擦寫(xiě)存儲(chǔ)器Flash Memory又稱(chēng)快閃存

6、儲(chǔ)器；可以整體電擦除；是完全非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，可代替EEPROM。 存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)16FlashMemory閱讀材料FlashMemory介紹FlashMemory的標(biāo)準(zhǔn)物理結(jié)構(gòu)，稱(chēng)之為基本位（cell），其特色為一般MOS的閘極（Gate）和信道的間隔為氧化層之絕緣（gateoxide），而FlashMemory在控制閘（Controlgate）與信道間卻多了一層物質(zhì)，稱(chēng)之為浮閘（floatinggate）。拜多了這層浮閘之賜，使得FlashMemory可以完成三種基本操作模式，亦即讀（一個(gè)byte或word）、寫(xiě)（一個(gè)byte或word）、抹除（一個(gè)或多個(gè)內(nèi)存空間），就算在不提供電源

7、給內(nèi)存的環(huán)境下，也能透過(guò)此浮閘，來(lái)保存資料的完整性。由于浮閘的物理特性與結(jié)構(gòu)，使得當(dāng)浮閘被注入負(fù)電子時(shí)，此一cell就由數(shù)字”1”被寫(xiě)成”0”，相對(duì)的，當(dāng)負(fù)電子從浮閘中移走后，此一cell就由數(shù)字”0”變成”1”，此過(guò)程稱(chēng)之為抹除。目前產(chǎn)業(yè)界有許多將負(fù)電子注入浮閘或移除技術(shù)的探討，其中熱電子注入法（hot-electroninjection），是當(dāng)源極（source）接地，控制閘的電壓大于汲極（Drain）的電壓時(shí)，浮閘與信道間氧化層的能量帶會(huì)變得很狹隘，因此在信道中的負(fù)電子會(huì)被加速自信道上跳到浮閘中，進(jìn)而完成寫(xiě)的動(dòng)作。同樣的原理可以運(yùn)用在抹除的功能上，當(dāng)控制閘接地且source接至一個(gè)高壓時(shí)

8、，浮閘上的負(fù)電子將會(huì)自浮閘中拉至source，進(jìn)而完成抹除的動(dòng)作。FlashMemory就是透過(guò)這種負(fù)電子存放或移除于浮閘的原理，使得本身具有重復(fù)讀寫(xiě)的特性。Flash的種類(lèi)：根據(jù)內(nèi)存晶體管設(shè)計(jì)架構(gòu)之不同可分為CellType以及OperationType兩種，CellType又可分為Self-AlignedGate（StackGate）以及Splitgate兩種，前者以Intel為代表，后者則被Toshiba、SST（硅碟）等廠商所采用；至于OperationType，依據(jù)功能別又可區(qū)分為CodeFlash（儲(chǔ)存程序代碼）以及DataFlash（儲(chǔ)存一般資料），CodeFlash動(dòng)作方式有N

9、OR及DINOR兩種，而DataFlash動(dòng)作方式則有NAND及AND兩種，其中CodeFlash主要以NOR型為主，儲(chǔ)存系統(tǒng)程序代碼及小量資料，多半應(yīng)用于PC、通訊行動(dòng) 、PDA、STB等產(chǎn)品上；而DataFlash則是以NAND型為主，用于儲(chǔ)存大量資料，主要應(yīng)用范圍包括DSC、MP3等所需要的各式規(guī)格的小型記憶卡。 1、FLASH是某公司起的一個(gè)名字，代表的意思是快速讀寫(xiě)的意思。而EEPROM是電可擦定的意思，F(xiàn)LASHMEMORY也可叫EEPROM，亦可說(shuō)FLASH屬于EEPROM類(lèi)的ROM。2、FLASH不能字節(jié)擦除，只能塊擦除。3、有的FLASH寫(xiě)的電壓不是5V是12V或14VEEP

10、ROM是5V讀寫(xiě) 多年媳婦熬成婆 Flash終于撐起半邊天 存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)173選擇存儲(chǔ)器件的考慮因素易失性只讀性位容量功耗速度價(jià)格可靠性存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)185-2 RAM靜態(tài)RAM基本存儲(chǔ)電路單元(六管靜態(tài)存儲(chǔ)電路)靜態(tài)RAM的結(jié)構(gòu)靜態(tài)RAM芯片實(shí)例動(dòng)態(tài)RAM動(dòng)態(tài)RAM的存儲(chǔ)單元(單管動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)電路)動(dòng)態(tài)RAM實(shí)例幾種新型RAM存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)191.靜態(tài)RAM基本存儲(chǔ)電路單元(六管靜態(tài)存儲(chǔ)電路)存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)20SRAM六管基本存儲(chǔ)電路存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)21靜態(tài)RAM的結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)22SRAM 外圍電路地址譯碼電路：它能對(duì)由地址總線上送來(lái)的地址信息進(jìn)行譯碼，譯碼輸出去選通(選中)指

11、定的存儲(chǔ)單元。讀寫(xiě)控制：它用以控制對(duì)被選中單元的讀寫(xiě)操作。存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)23SRAM 外圍電路片選控制：微型機(jī)中的存儲(chǔ)器，一般都要使用一片以上的存儲(chǔ)器芯片來(lái)構(gòu)成。不同的存儲(chǔ)地址區(qū)域，位于不同的芯片中。對(duì)于每一個(gè)芯片來(lái)說(shuō)，只有當(dāng)它的片選信號(hào)CS端輸入信號(hào)低電平時(shí)，此片所連的地址線才有效，才能對(duì)此片上的存儲(chǔ)單元進(jìn)行讀或?qū)懖僮?。集電極開(kāi)路門(mén)或三態(tài)輸入輸出緩沖器：使被選中的芯片的輸出掛上數(shù)據(jù)總線，控制數(shù)據(jù)的輸入輸出；當(dāng)芯片未被選中時(shí)，使芯片的輸出脫離數(shù)據(jù)總線。浮動(dòng)電源控制電路(便于節(jié)電)等其他輔助電路。存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)24SRAM芯片實(shí)例存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)25611661162K8位有11根地址線(A

12、0A10)，7根用于行地址線輸入，4根用于列地址線輸入，每條列線控制8位。存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)266264掉電保護(hù)6264芯片還有一個(gè)CS2引腳，通常接+5v。當(dāng)?shù)綦姇r(shí)，電壓下降到小于或等于時(shí)，只需向該引腳提供2微安的電流。在Vcc=2v時(shí)，該RAM芯片便進(jìn)入數(shù)據(jù)保護(hù)狀態(tài)。根據(jù)這一特點(diǎn)，在電源掉電檢測(cè)和切換電路的控制下，當(dāng)檢測(cè)到電源電壓下降到小于芯片的最低工作電壓(CMOS電路為，非CMOS電路為4.75v)，將6264RAM切換到鎳鉻電池或鋰電池提供的備用電源供電，即可實(shí)現(xiàn)斷電后的長(zhǎng)時(shí)間數(shù)據(jù)保護(hù)。存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)272.動(dòng)態(tài)RAM存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)28動(dòng)態(tài)RAM的存儲(chǔ)單元(單管動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)電路) 存儲(chǔ)

13、器和存儲(chǔ)系統(tǒng)29Intel 2164A存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)30Intel 2164A每一片的容量為64K1位，每個(gè)地址單元僅一位數(shù)據(jù)，用片Intel2164A就可以構(gòu)成64K字節(jié)的存儲(chǔ)器；地址線分為兩部分：行地址線和列地址線。芯片的地址引線只需8條，內(nèi)部設(shè)有地址鎖存器，利用多路開(kāi)關(guān)，由行地址線通信，將地址送到列地址鎖存器。這8條地址線也用于刷新(刷新時(shí)地址計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)一行一行的刷新)。存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)31地址譯碼單譯碼結(jié)構(gòu)n根地址線為一組，生成2n片選信號(hào)每個(gè)片選信號(hào)選擇一個(gè)存儲(chǔ)單元。存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)32雙譯碼（復(fù)合譯碼）結(jié)構(gòu)雙譯碼（復(fù)合譯碼）結(jié)構(gòu)n根地址線為兩組，X方向n1根，Y方向n2根（n1+

14、n2=n)，分別生成2n1和2n2個(gè)片選信號(hào)。X和Y方向同時(shí)被選中的存儲(chǔ)單元才被選中。存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)33存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)344. 8086與存儲(chǔ)器的連接存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)351).CPU與存儲(chǔ)器連接時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題CPU總線的帶負(fù)載能力存儲(chǔ)器的組織、地址分配與片選問(wèn)題CPU的時(shí)序與存儲(chǔ)器的存取速度之間的配合存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)362).存儲(chǔ)器片選信號(hào)的產(chǎn)生方式和譯碼電路存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)37(1)片選信號(hào)的產(chǎn)生方式線選方式(線選法) 用某根高位地址直接作為片選信號(hào)線。線選擇方式的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需附加的譯碼電路，接線很簡(jiǎn)單。但是每個(gè)存儲(chǔ)器芯片占據(jù)若干個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域地址，也就是說(shuō)芯片上的每個(gè)單元的地址號(hào)不是惟一的，

15、而是有若干個(gè)地址，這是由于其它未用高位地址可以為任意值(即取0或取1)。存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)38(1)片選信號(hào)的產(chǎn)生方式局部譯碼選擇方式(部分譯碼法)又稱(chēng)部分譯碼方式，只用部分高位地址線進(jìn)行譯碼，來(lái)提供存儲(chǔ)器的片選信號(hào)。而另一些些高位地址不參加譯碼，在某些小型微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，所需的存儲(chǔ)器容量不大，所配置的存儲(chǔ)區(qū)域只占CPU直接尋址區(qū)域的一部分，為了簡(jiǎn)化譯碼電路，可以來(lái)用局部譯碼產(chǎn)生片選信號(hào)。局部譯碼選擇方式的可尋址區(qū)域比線選方式范圍大，而且可以節(jié)省譯碼器，但是還存在地址重疊現(xiàn)象。存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)39(1)片選信號(hào)的產(chǎn)生方式全局譯碼選擇方式(全譯碼法)指全部高位地址線都參加譯碼，采用這種譯碼選擇方式

16、時(shí)，存儲(chǔ)器每一個(gè)芯片只對(duì)應(yīng)一塊存儲(chǔ)區(qū)域，即每一個(gè)存儲(chǔ)器芯片上的單元只有惟一的地址號(hào)。采用全譯碼選擇存儲(chǔ)時(shí)，地址號(hào)不會(huì)重疊，所以不會(huì)浪費(fèi)存儲(chǔ)空間，各芯片之間地址是連續(xù)的，可以方便的擴(kuò)充存儲(chǔ)器，特別是當(dāng)作為片選的譯碼器輸出端未用滿時(shí)。當(dāng)擴(kuò)充存儲(chǔ)器時(shí)，不必再另加譯碼電路，可以直接用這些剩余的譯碼輸出作為片選信號(hào)，為擴(kuò)充存儲(chǔ)器帶來(lái)方使。存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)40(2)存儲(chǔ)地址譯碼電路 存儲(chǔ)器的譯碼電路可以用小規(guī)模集成的門(mén)電路組合而成。但當(dāng)需要多個(gè)片選信號(hào)時(shí)，更多的是采用專(zhuān)用于譯碼的中規(guī)模集成電路，如74Lsl38三八譯碼器，74LSl54四十六譯碼器等。為解決軟件的保密性和提高使用的靈活性，目前也采用ROM

17、、PAL、PLA、GAL作為可編程譯碼器。存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)4174LS138存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)42采用Intel2114 1K4位的芯片，構(gòu)成一個(gè)4KB RAM系統(tǒng)Intel 2114 存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)43(1)計(jì)算出所需的芯片數(shù)由于每一片為1024x4位，故對(duì)于系統(tǒng)來(lái)說(shuō)4KB RAM需要八片Intel 2114 存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)44(2)構(gòu)成數(shù)據(jù)總線所需的位數(shù)和系統(tǒng)所需的容量Intel 2114共有10條地址線和4條數(shù)據(jù)線，為了滿足微處理器的數(shù)據(jù)總線為八位的要求，需要每?jī)蓧K芯片的數(shù)據(jù)端并聯(lián)以構(gòu)成八位數(shù)據(jù)線;整個(gè)存儲(chǔ)區(qū)分為四頁(yè)，0000H03FFH為第一頁(yè)， 0400H07FFH則為第二頁(yè)，08

18、00H一0BFFH為第三頁(yè)，0CFFH0FFFH為第四頁(yè)，因此CPU的A0A9直接與存儲(chǔ)器的A0A9相連，其他的地址選擇線采取別的方式與存儲(chǔ)器的片選CS相連。存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)45 (3)控制線，數(shù)據(jù)線，地址線的連接 因?yàn)镃PU的地址和數(shù)據(jù)總線與存儲(chǔ)器及各種外部設(shè)備相連，只有在CPU發(fā)出的M/IO信號(hào)為高電平時(shí)，才能與存儲(chǔ)器交換信息。所以要求M/IO與地址信號(hào)一起組成片選信號(hào)控制存儲(chǔ)器的工作。 通常存儲(chǔ)器只有一個(gè)讀寫(xiě)控制端，當(dāng)它的輸入信號(hào)為低電平時(shí)，則存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)寫(xiě)操作；當(dāng)它為高電平時(shí)，則實(shí)現(xiàn)讀操作。那么就可以用CPU的WR信號(hào)作為存儲(chǔ)器的WR的控制信號(hào)。CPU的數(shù)據(jù)線D0D7分別與兩個(gè)存儲(chǔ)器的D

19、0D3對(duì)應(yīng)相連，而Intel 2114的片間數(shù)據(jù)線實(shí)行并聯(lián)。存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)461).線選方式 在系統(tǒng)RAM為4K的情況下，為了區(qū)分不同的四組，可以用A10一A15中的任何一位來(lái)控制某一組的片選端，例如用A10來(lái)進(jìn)行控制控制第一組的片選端，用A11來(lái)進(jìn)行控制控制第二組的片選端，用A12來(lái)控制第三組的片選端，用A13來(lái)控制第四組的片選端，如圖所示。存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)47存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)48A0-A9作為片內(nèi)尋址，A15、A14取00，則其地址分布如下表，若A15、A14取其他值，則其地址分布在其他的位置，地址重疊。存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)49 采用線選控制方式時(shí)，不光出現(xiàn)了地址重疊的問(wèn)題，而且如果用不同地址線作為片選控制，那么它們的地址分配的情況也是不同的，并且多組芯片地址不連續(xù)?？傊?，線選方式節(jié)省了譯碼電路，但是必須要注意它們的地址分布情況，以及各自的地址重疊區(qū)。所以，在連接地址線的時(shí)候，必須考慮存儲(chǔ)器的地址分布。存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)502).局部譯碼選擇方式存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)51其中，A0-A9作為片內(nèi)尋址，而A10-A11經(jīng)過(guò)譯碼作為組選擇（其它高位地址線為0），則