微机原理与接口技术A第6章_存储器

北京理工大学宇航学院飞行器系1复习8086/8088引脚信号和工作模式8086/8088典型时序总线标准第6章存储器系统北京理工大学宇航学院飞行器系3第6章存储器6.1概述6.2随机存储器6.3只读存储器6.4主存储器设计北京理工大学宇航学院飞行器系46.1概述主要内容：微型机的存储系统半导体存储器的基本概念存储器的分类及其特点两类半导体存储器的主要区别存储器是计算机的重要组成部分，用来存放计算机系统工作时所用的信息——程序和数据。北京理工大学宇航学院飞行器系5一、存储器的一般概念存储器由能够表示二进制数“0”和“1”的、具有记忆功能的一些物理器件组成。存储器能存放一位二进制数的物理器件称为一个存储元。若干存储元构成一个存储单元。1、内存和外存2、存储器的分类3、存储器的性能指标4、存储器的基本结构北京理工大学宇航学院飞行器系61、内存和外存（1）内存(或主存），用于存放当前正在使用的程序和数据，CPU可以对它直接访问，存取速度快，但容量较小。（2）外存（或辅存），用于存放一些CPU暂时不处理的程序和数据。当CPU要处理这些信息时，必须先将其调入内存。需通过专用设备才能对其进行读写操作。外存包括软盘，硬盘，光盘等等。外存容量大，相对内存来说，存取速度较慢。微处理器CPU存储器I/O接口I/O设备数据总线控制总线地址总线北京理工大学宇航学院飞行器系72、存储器的分类(应用)(1)只读存储器ROM(2)随机存取存储器RAM北京理工大学宇航学院飞行器系8(1)只读存储器ROM只读存储器(ReadOnlyMemory—ROM)——用户在使用时只能读出其中信息，不能修改或写入新的信息，断电后，其信息不会消失。只读存储器分类:①存储单元中的信息由ROM制造厂在生产时一次性写入，称为掩膜ROM（MaskedROM）；②PROM(ProgrammableROM—可编程ROM)——PROM中的程序和数据是由用户自行写入的，但一经写入，就无法更改，是一次性的ROM；北京理工大学宇航学院飞行器系9(1)只读存储器ROM③EPROM(ErasebleProgrammableROM—可擦除可编程ROM)——可由用户自行写入程序和数据，写入后的内容可用紫外线灯照射擦除，然后可以重新写入新的内容，可以多次擦除，多次使用。④E2PROM(ElectricallyErasebleProgrammableROM—电可擦除可编程ROM)——可用电信号进行清除和改写的存储器，使用方便。掉电不丢失。思考：EPROM和E2PROM与RAM的区别？北京理工大学宇航学院飞行器系10(2)随机存取存储器RAM随机存取存储器(RandomAccessMemory)——RAM的特点是存储器中的信息能读能写，且对存储器中任一单元的读或写操作所需要的时间基本是一样的。断电后，RAM中的信息即消失。按其制造工艺分：（1）双极型半导体RAM存取时间短，与MOS型比，集成度低，功耗大，价格高。（2）MOS型RAM北京理工大学宇航学院飞行器系11(2)随机存取存储器RAMMOS型RAM分为两类：①SRAM(StaticRAM—静态RAM)——SRAM是利用半导体触发器的两个稳定状态表示“1”和“0”。只要电源不撤除，信息不会消失，不需要刷新电路。②DRAM(DynamicRAM—动态RAM)——DRAM是利用电容端电压的高低来表示“1”和“0”，为了弥补漏电需要定时刷新。一般微机系统中的内存采用DRAM，配有刷新电路，每隔1—2ms刷新一次。北京理工大学宇航学院飞行器系123、存储器的性能指标(1)存储容量(2)存储速度(3)可靠性(4)功耗北京理工大学宇航学院飞行器系13(1)存储容量存储容量是指一块存储芯片上所能存储的二进制位数。假设存储芯片的存储单元数是M，一个存储单元所存储的信息的位数是N，则其存储容量为M×N。1位1个存储单元£¨设N＝8位£¬即一个字节）存储芯片中的存储体共有M个存储单元£¨可编址单元£©D7…D1D0北京理工大学宇航学院飞行器系14例题1、已知单片6116芯片的地址线是11位，每个存储单元是8位，求其存储容量?解:因为可编址范围211，即M＝211，每个存储单元可存8位，即N＝8，所以，6116的存储容量=211×8=2×1024×8=2K×8＝2KB北京理工大学宇航学院飞行器系15例题2、若要组成64K字节的存储器，以下芯片各需几片?①6116(2K×8)②4416(16K×4)解:①(64K×8)÷(2K×8)=32(片)②(64K×8)÷(16K×4)=8(片)北京理工大学宇航学院飞行器系16区别：芯片的存储容量和微机的存储容量微机的存储容量——由多片存储芯片组成的总存储容量。①微机的最大内存容量——由CPU的地址总线决定。如：PC486，地址总线是32位，则，内存容许最大容量是232=4G；②实际的装机容量——由实际使用的若干片存储芯片组成的总存储容量。北京理工大学宇航学院飞行器系17(2)存储速度存储器的存取速度是影响计算机运算速度的主要因素，用两个参数来衡量：①存取时间TA（AccessTime）——定义为启动一次存储器操作（读或写），到完成该操作所经历的时间。②存储周期TMC（MemoryCycle）——定义启动两次读（或写）存储器操作之间所需的最小时间间隔。注意：CPU读写存储器的时间必须大于存储芯片的额定存取时间北京理工大学宇航学院飞行器系18(3)可靠性存储器的可靠性用MTBF来衡量。MTBF即MeanTimeBetweenFailures——平均故障间隔时间，MTBF越长，表示可靠性越高。(4)功耗使用功耗低的存储芯片构成存储系统不仅可以减少对电源容量的要求，而且还可以提高存储系统的可靠性。北京理工大学宇航学院飞行器系20“读”操作工作过程（1）送地址—CPU通过地址总线将地址送入地址寄存器，并译码；（2）发出“读”命令—CPU通过控制总线将“存储器读”信号送入读/写控制电路；连数据总线地址寄存器地址译码器存储体数据缓冲器读/写驱动电路读/写控制电路连地址总线RD/WECS连控制总线（3）从存储器读出数据—读/写控制电路根据“读”信号和片选信号选中存储体中的某一存储单元，从该单元读出数据，送到数据缓存器。再经过数据总线送到CPU。北京理工大学宇航学院飞行器系21“写”操作工作过程（1）送地址—CPU通过地址总线将地址送入地址寄存器，并译码；（2）发出“写”命令—CPU通过控制总线将“写”信号送入读/写控制电路；连数据总线地址寄存器地址译码器存储体数据缓冲器读/写驱动电路读/写控制电路连地址总线RD/WECS连控制总线（3）写入数据到存储器—读/写控制电路根据“写”信号和片选信号选中存储体中的某一存储单元，将数据总线上的数据，送到数据缓存器，再写入到选中的存储单元。北京理工大学宇航学院飞行器系226.2随机存取存储器要求掌握：SRAM与DRAM的主要特点几种常用存储器芯片及其与系统的连接了解存储器扩展技术北京理工大学宇航学院飞行器系23一、静态存储器SRAM•特点：存储元由双稳电路构成，存储信息稳定T1T2工作管;T3T4是负载管;T5T6T7T8是控制管北京理工大学宇航学院飞行器系24典型SRAM芯片地址线：A0---A12数据线：D0---D7输出允许信号：OE写允许信号：WE选片信号：CS1，CS22A12A7A6A5A4A3A2A1D0D1345678910111213141NCA0D2GND27WECS2A8A9A11OEA10CS1D6D526252423222120191817161528VCCD7D4D36264工作时序与系统的连接使用CMOSRAM芯片6264（8KB）：主要引脚功能北京理工大学宇航学院飞行器系256264的工作过程6264的读操作和写操作CS1片选信号OE输出允许WE写允许信号D0-D7001写入101读出0或10或1三态片选信号CS2×0××6264真值表未选中北京理工大学宇航学院飞行器系266264的工作过程—写操作(1)将写入单元的地址送到A0-A12上;(2)将要写入的数据送到数据线上;(3)使片选信号(CS1、CS2)同时有效;(4)在WE端加上有效的低电平,OE端可以任意;北京理工大学宇航学院飞行器系276264芯片与系统的连接D0~D7A0A12•••WEOECS1CS2•••A0A12MEMWMEMR译码电路高位地址信号D0~D7北京理工大学宇航学院飞行器系28译码电路作用：将输入的一组二进制编码变换为一个特定的输出信号，即：将输入的一组高位地址信号通过变换，产生一个有效的输出信号，用于选中某一个存储器芯片，从而确定了该存储器芯片在内存中的地址范围。分类：（1）全地址译码（2）部分地址译码北京理工大学宇航学院飞行器系29全地址译码用全部的高位地址信号作为译码信号，使得存储器芯片的每一个单元都占据一个惟一的内存地址例所接芯片的地址范围F0000H~F1FFFHA19A18A17A16A15A14A13&16264CS1北京理工大学宇航学院飞行器系30部分地址译码用部分高位地址信号（而不是全部）作为译码信号，使得被选中得存储器芯片占有几组不同的地址范围例两组地址：F0000H-F1FFFHB0000H-B1FFFH被选中芯片的每个单元都占有两个地址，即这两个地址都指向同一个单元A19A17A16A15A14A13&16264CS1北京理工大学宇航学院飞行器系31应用举例将SRAM6264芯片与系统连接，使其地址范围为：38000H~39FFFH使用74LS138译码器构成译码电路译码和译码器北京理工大学宇航学院飞行器系32译码和译码器全部CPU高位地址参与译码，称之为全译码。全译码方式能保证每个存储单元地址唯一。若只选择CPU一部分高位地址参与译码，这称为部分译玛。每个存储单元会有多个地址对应，地址译码可以选择专用芯片，在微机系统中常用的有74LS138（称3-8译码器）。真值表北京理工大学宇航学院飞行器系3374LS138真值表74LS138CBAY0~Y7+5VG2BGNDG2AG1G1G2AG2BCBA输出Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7100100100100100100100100000111110101100011010001＝0，其余全部为1＝0，其余全部为1＝0，其余全部为1＝0，其余全部为1＝0，其余全部为1＝0，其余全部为1＝0，其余全部为1＝0，其余全部为1北京理工大学宇航学院飞行器系34应用举例D0~D7A0A12•••WEOECS1CS2•••A0A12MEMWMEMRD0~D7A19G1G2AG2BCBA&&A18A14A13A17A16A15VCCY074LS138北京理工大学宇航学院飞行器系35应用举例A19A18A17A16A15A14A130011111地址范围：3E000H-3FFFFHA12A11----A0X000H----FFFH北京理工大学宇航学院飞行器系36应用举例A19A18A17A16A15A14A130011111地址范围：3E000H-3FFFFHA12A11----A0X000H----FFFH北京理工大学宇航学院飞行器系37应用举例A19A18A17A16A15A14A131X1X111地址范围：AE000H-AFFFFHBE000H-BEFFFHEE000H-EFFFFHFE000H-FFFFFHA12A11----A0X000H----FFFH北京理工大学宇航学院飞行器系38其它典型芯片举例SRAM芯片HM6116(简称6116）——静态随机存取存储器，11条地址线，8位数据线，3条控制线，两条电源线，单片存储容量2K×8。6116A0~A10+5VGNDCSI/O0~I/O7WEOECS片选信号OE输出允许信号WE写允许信号方式I/O引脚H××未选中高阻LLH读出DOUTL×L写入DIN常用的SRAM还有6232，62256，适用于较小系统。北京理工大学宇航学院飞行器系39应用举