存儲器的擴展 (2)課件

6.4存儲器的擴展6.4.1存儲芯片的擴展存儲芯片的擴展包括位擴展、字擴展和字位同時擴展等三種情況。1．位擴展

位擴展是指存儲芯片的字(單元)數(shù)滿足要求而位數(shù)不夠，需對每個存儲單元的位數(shù)進行擴展。圖6.17給出了使用8片8K1的RAM芯片通過位擴展構成8K8的存儲器系統(tǒng)的連線圖。由于存儲器的字數(shù)與存儲器芯片的字數(shù)一致，8K=213，故只需13根地址線(A12A0)對各芯片內(nèi)的存儲單元尋址，每一芯片只有一條數(shù)據(jù)線，所以需要8片這樣的芯片，將它們的數(shù)據(jù)線分別接到數(shù)據(jù)總線(D7D0)的相應位。在此連接方法中，每一條地址線有8個負載，每一條數(shù)據(jù)線有一個負載。位擴展法中，所有芯片都應同時被選中，各芯片CS端可直接接地，也可并聯(lián)在一起，根據(jù)地址范圍的要求，與高位地址線譯碼產(chǎn)生的片選信號相連。對于此例，若地址線A0A12上的信號為全0，即選中了存儲器0號單元，則該單元的8位信息是由各芯片0號單元的1位信息共同構成的。可以看出，位擴展的連接方式是將各芯片的地址線、片選CS、讀/寫控制線相應并聯(lián)，而數(shù)據(jù)線要分別引出。圖6.17用8K1位芯片組成8K8位的存儲器圖中4個芯片的數(shù)據(jù)端與數(shù)據(jù)總線D7D0相連；地址總線低位地址A13A0與各芯片的14位地址線連接，用于進行片內(nèi)尋址；為了區(qū)分4個芯片的地址范圍，還需要兩根高位地址線A14、A15經(jīng)2–4譯碼器譯出4根片選信號線，分別和4個芯片的片選端相連。各芯片的地址范圍見表6.6。表6.6圖6.16中各芯片地址空間分配表A15A14A13A12A11…A1A0說明10000000…00111…11最低地址(0000H)最高地址(3FFFH)20101000…00111…11最低地址(4000H)最高地址(7FFFH)31010000…00111…11最低地址(8000H)最高地址(BFFFH)41111000…00111…11最低地址(C000H)最高地址(FFFFH)地址片號可以看出，字擴展的連接方式是將各芯片的地址線、數(shù)據(jù)線、讀/寫控制線并聯(lián)，而由片選信號來區(qū)分各片地址。也就是將低位地址線直接與各芯片地址線相連，以選擇片內(nèi)的某個單元；用高位地址線經(jīng)譯碼器產(chǎn)生若干不同片選信號，連接到各芯片的片選端，以確定各芯片在整個存儲空間中所屬的地址范圍。圖6.19字位同時擴展連接圖圖中將8片2114芯片分成了4組(RAM1、RAM2、RAM3和RAM4)，每組2片。組內(nèi)用位擴展法構成1K8的存儲模塊，4個這樣的存儲模塊用字擴展法連接便構成了4K8的存儲器。用A9A010根地址線對每組芯片進行片內(nèi)尋址，同組芯片應被同時選中，故同組芯片的片選端應并聯(lián)在一起。本例用2–4譯碼器對兩根高位地址線A10A11譯碼，產(chǎn)生4根片選信號線，分別與各組芯片的片選端相連。6.4.2存儲器與CPU的連接CPU對存儲器進行訪問時，首先要在地址總線上發(fā)地址信號，選擇要訪問的存儲單元，還要向存儲器發(fā)出讀/寫控制信號，最后在數(shù)據(jù)總線上進行信息交換。因此，存儲器與CPU的連接實際上就是存儲器與三總線中相關信號線的連接。1．存儲器與控制總線的連接在控制總線中，與存儲器相連的信號線為數(shù)不多，如8086/8088最小方式下的M/IO(8088為M/IO)、RD和WR，最大方式下的MRDC、MWTC、IORC和IOWC等，連接也非常簡單，有時這些控制線(如M/IO)也與地址線一同參與地址譯碼，生成片選信號。圖6.206116與8086CPU的連接3．存儲器與地址總線的連接前面已經(jīng)提到，對于由多個存儲芯片構成的存儲器，其地址線的譯碼被分成片內(nèi)地址譯碼和片間地址譯碼兩部分。片內(nèi)地址譯碼用于對各芯片內(nèi)某存儲單元的選擇，而片間地址譯碼主要用于產(chǎn)生片選信號，以決定每一個存儲芯片在整個存儲單元中的地址范圍，避免各芯片地址空間的重疊。片內(nèi)地址譯碼在芯片內(nèi)部完成，連接時只需將相應數(shù)目的低位地址總線與芯片的地址線引腳相連。片選信號通常要由高位地址總線經(jīng)譯碼電路生成。地址譯碼電路可以根據(jù)具體情況選用各種門電路構成，也可使用現(xiàn)成的譯碼器，如74LS138(3–8譯碼器)等。圖6.21給出了74LS138的引腳圖，表6.7為74LS138譯碼器的真值表。圖6.2174LS138引腳片間地址譯碼一般有線選法、部分譯碼和全譯碼等方法。線選法是直接將某高位地址線接某存儲芯片片選端，該地址線信號為1時選中所連芯片，然后再由低位地址對該芯片進行片內(nèi)尋址。線選法不需外加邏輯電路，線路簡單，但不能充分利用系統(tǒng)的存儲空間，可用于小型微機系統(tǒng)或芯片較少時。全譯碼是除了地址總線中參與片內(nèi)尋址的低位地址線外，其余所有高位地址線全部參與片間地址譯碼。全譯碼法不會產(chǎn)生地址碼重疊的存儲區(qū)域，對譯碼電路要求較高。部分譯碼是線選法和全譯碼相結合的方法，即利用高位地址線譯碼產(chǎn)生片選信號時，有的地址線未參加譯碼。這些空閑地址線在需要時還可以對其他芯片進行線選。部分譯碼會產(chǎn)生地址碼重疊的存儲區(qū)域。6.5幾種新型存儲器簡介

1．閃速存儲器(FlashMemory)Flash存儲器是1983年由Intel公司首先推出的，其商品化于1988年。就其本質而言，F(xiàn)lash存儲器屬于E2PROM類型，在不加電的情況下能長期保持存儲的信息。F1ash存儲器之所以被稱為閃速存儲器，是因為用電擦除且能通過公共源極或公共襯底加高壓實現(xiàn)擦除整個存儲矩陣或部分存儲矩陣，速度很快，與E2PROM擦除一個地址(一個字節(jié)或16位字)的時間相同。Flash存儲器既有MROM和RAM兩者的性能，又有MROM、DRAM一樣的高密度、低成本和小體積。它是目前惟一具有大容量、非易失性、低價格、可在線改寫和較高速度幾個特性共存的存儲器。同DRAM比較，F(xiàn)1ash存儲器有兩個缺點：可擦寫次數(shù)有限和速度較慢。所以從目前看，它還無望取代DRAM，但它是一種理想的文件存儲介質，特別適用于在線編程的大容量、高密度存儲領域。由于Flash存儲器的獨特優(yōu)點，在一些較新的主板上采用FlashROMBIOS，會使得BIOS升級非常方便，在Pentium微機中已把BIOS系統(tǒng)駐留在Flash存儲器中。Flash存儲器亦可用做固態(tài)大容量存儲器。由于FlashMemory集成度不斷提高，價格降低，使其在便攜機上取代小容量硬盤已成為可能。

3．雙數(shù)據(jù)傳輸率同步動態(tài)隨機存儲器DDRDRAM(DoubleDataRateDRAM)在同步動態(tài)讀寫存儲器SDRAM的基礎上，采用延時鎖定環(huán)(Delay-1ockedLoop)技術提供數(shù)據(jù)選通信號對數(shù)據(jù)進行精確定位，在時鐘脈沖的上升沿和下降沿都可傳輸數(shù)據(jù)(而不是第一代SDRAM僅在時鐘脈沖的下降沿傳輸數(shù)據(jù)，“DDR”即“雙數(shù)據(jù)率”的意思)，這樣就在不提高時鐘頻率的情況下，使數(shù)據(jù)傳輸率提高一倍。由于DDRDRAM需要新的高速時鐘同步電路和符合JEDEC標準的存儲器模塊，所以主板和芯片組的成本較高，一般只能用于高檔服務器和工作站上。GeForce256顯卡大量采用了DDR存儲器做顯存，顯示效果成倍提升。

4．接口動態(tài)隨機存儲器DRDRAM(DirectRambusDRAM)從1996年開始，Rambus公司就在Intel公司的支持下制定出新一代RDRAM標準，這就是DRDRAM。它與傳統(tǒng)DRAM的區(qū)別在于引腳定義會隨命令而變，同一組引腳線可以被定義成地址線，也可以被定義成控制線。其引腳數(shù)僅為正常DRAM的1/3。當需要擴展芯片容量時，只需要改變命令，不需要增加芯片引腳。這種芯片可以支持400MHz外頻，再利用上升沿和下降沿兩次傳輸數(shù)據(jù)，可以使數(shù)據(jù)傳輸率達到800MHz。同時通過把單個內(nèi)存芯片的數(shù)據(jù)輸出通道從8位擴展成16位，這樣在100MHz時就可以使最大數(shù)據(jù)輸出率達到1.6GB/s。5．帶高速緩存動態(tài)隨機存儲器CDRAM(CachedDRAM)CDRAM是日本三菱電氣公司開發(fā)的專有技術，通過在DRAM芯片上集成一定數(shù)量的高速SRAM作為高速緩沖存儲器Cache和同步控制接口，來提高存儲器的性能。這種芯片使用單一的+3V電源，低壓TTL輸入輸出電平。目前三菱公司可以提供的CDRAM為4MB和16MB版本，其片內(nèi)Cache為16KB，與128位內(nèi)部總線配合工作，可以實現(xiàn)100MHz的數(shù)據(jù)訪問。流水線式存取時間為7ns。

7．快速循環(huán)動態(tài)存儲器FCRAM(FastCycleRAM)FCRAM由富士通和東芝公司聯(lián)合開發(fā)，數(shù)據(jù)吞吐速度可達普通DRAM/SDRAM的4倍。FCRAM將目標定位在需要極高內(nèi)存帶寬的應用中，比如業(yè)務繁忙的服務器以及3D圖形及多媒體處理等。FCRAM最主要的特點便是行、列地址同時(并行)訪問，而不像普通DRAM那樣，以順序方式進行(首先訪問行數(shù)據(jù)，再訪問列數(shù)據(jù))。此外，在完成上一次操作之前，F(xiàn)CRAM便能開始下