微机原理 第05章 存储器原理与接口

计算机科学与技术学院系统教研室第5章存储器原理与接口存储器分类多层存储结构主存储器8086系统的存储器组织计算机科学与技术学院系统教研室5.1存储器分类一、有关存储器几种分类方法存储介质分类半导体存储器磁盘和磁带等磁表面存储器光电存储器按存取方式分类随机存储器RAM(RandomAccessMemory)只读存储器ROM（Read-OnlyMemory）串行访问存储器(SerialAccessStorage)按在计算机中的作用分类主存储器(内存)辅助存储器(外存)高速缓冲存储器计算机科学与技术学院系统教研室二、半导体存储器的分类1、随机存取存储器RAMa.静态RAMb.动态RAM2、只读存储器ROMa.掩膜式ROMb.可编程的PROMc.可用紫外线擦除、可编程的EPROMd.可用电擦除、可编程的E2PROM等计算机科学与技术学院系统教研室分类掩模ROM可编程ROM（PROM）可擦除可编程ROM随机存储器RAM静态存储器SRAM动态存储器DRAM按功能(Read-OnlyMemory)(RandomAccessMemory)(ProgrammableROM)(ErasablePROM)UVEPROMEEPROM只读存储器ROMFlashMemory(Ultra-Violet)(Electrically)电可擦除紫外线擦除(StaticRAM)快闪存储器(DynamicRAM)只能读出不能写入,断电不失还可以按制造工艺分为双极型和MOS型两种。主要指标：存储容量、存取速度。存储容量:用字数×位数表示，也可只用位数表示。如，某动态存储器的容量为256K×8位/片。(EPROM)计算机科学与技术学院系统教研室3、FlashMemory典型闪速存储器芯片TMS29F040：512K*8bit；8个独立区段，每区段64K字节；可编程/擦除10万次；片内的状态机控制编程与擦除；供课后阅读计算机科学与技术学院系统教研室供课后阅读Flash操作的大概步骤要对所有的block单独进行操作，每个操作结束，都需要判断状态。每个block操作的大概步骤如下:1.unlock2.erase3.checkempty所有的block完成上述操作，且状态正确，才能进行下一步，写4.write计算机科学与技术学院系统教研室Flash工艺结构分类供课后阅读NORflashvsNANDflashIntel于1988年首先开发出NORflash技术，彻底改变了原先由EPROM和EEPROM一统天下的局面1989年，东芝公司发表了NANDflash结构，强调降低每比特的成本，更高的性能，并且象磁盘一样可以通过接口轻松升级计算机科学与技术学院系统教研室供课后阅读NORflashvsNANDflashNOR的读速度比NAND稍快一些NAND的写入速度比NOR快很多NAND的4ms擦除速度远比NOR的5s快大多数写入操作需要先进行擦除操作NAND的擦除单元更小，相应的擦除电路更少。接口差别NORflash带有SRAM接口，有足够的地址引脚来寻址，可以很容易地存取其内部的每一个字节。NAND器件使用复杂的I/O口来串行地存取数据，各个产品或厂商的方法可能各不相同。8个引脚用来传送控制、地址和数据信息。NAND读和写操作采用512字节的块，这一点有点像硬盘管理此类操作，很自然地，基于NAND的存储器就可以取代硬盘或其他块设备。计算机科学与技术学院系统教研室1.多层存储结构概念核心是解决容量、速度、价格间的矛盾，建立起多层存储结构。一个金字塔结构的多层存储体系充分体现出容量和速度关系。2.多层存储结构寄存器cache(高速缓存)内存磁盘磁道、光盘5.2多层存储结构计算机科学与技术学院系统教研室Cache—主存层次：解决CPU与主存的速度上的差距主存—辅存层次：解决存储的大容量要求和低成本之间的矛盾。计算机科学与技术学院系统教研室5.3主存储器一、主存储器的主要技术指标存储容量(系统容量跟地址线宽度、寻址能力有关)存取速度可靠性功耗计算机科学与技术学院系统教研室二、主存储器的基本组成MOS型器件构成的RAM，分为静态和动态RAM两种：静态RAM通常有6管构成的触发器作为基本存储电路静态存储单元；动态RAM通常用单管组成基本存储电路。计算机科学与技术学院系统教研室1.静态存储单元A、B两点电位总是相反，表示一位二进制的0和1计算机科学与技术学院系统教研室2.动态存储单元计算机科学与技术学院系统教研室3.结构地址译码（片内单元选择）分：单译码方式（字结构）双译码方式（复合译码结构）输入输出控制存储体计算机科学与技术学院系统教研室地址线控制线数据线存储体译码器输入输出控制单译码结构计算机科学与技术学院系统教研室译码器译码器行线列线地址线地址线双译码结构计算机科学与技术学院系统教研室计算机科学与技术学院系统教研室5.48086系统的存储器组织一、8086CPU的存储器接口8086最小模式和最大模式的系统配置是不一样的，最大模式中增设了一个总线控制器8288和一个总线仲裁器8289，因此，8086CPU和存储器系统的接口在这两种模式中是不同的。计算机科学与技术学院系统教研室8086最小模式存储器接口计算机科学与技术学院系统教研室8086最大模式存储器接口计算机科学与技术学院系统教研室二、CPU提供的信号线数据线D15～D0地址线A19～A0存储器或I/O端口访问信号M/IO#/RD读信号/WR写信号/BHE总线高字节有效信号计算机科学与技术学院系统教研室三、存储器接口分析两类：RAM和ROM实现：各类信号线与CPU相连、地址范围的断定1.只读存储器(ROM)扩展电路特点：a、只读b、十六位操作（一般）常用芯片：27系列、28系列计算机科学与技术学院系统教研室An-1|A0数据线D7|D0地址线VPPVCCGNDOECS电源线控制线27系列EPROM芯片计算机科学与技术学院系统教研室信号线可分为如下几类：总线部分：D0—D7，数据线A0—An－1，地址线。n是地址线个数。对于2716，n为11，对于27256，n＝15。电源部分：VCC，GND，电源和地VPP，编程电压。在CPU仅对芯片进行读操作时，Vpp一般直接接电源电压。控制部分：/OE，读控制线。当其有效时，数据从EPROM内的某个单元通过数据线传送到CPU。/CS，片选线。该信号一般为低电平有效。有效时表示本芯片工作。在芯片编程时这根线常作编程控制线。27系列EPROM芯片计算机科学与技术学院系统教研室【例】设计一ROM扩展电路，容量为32K字，地址从00000H开始。EPROM芯片取27256解：a、确定芯片个数32K×1632K×8=2(片)计算机科学与技术学院系统教研室b、确定/CS电路27256EPROMA14—A0D7—D0CSOE27256EPROMA14—A0D7—D0CSOE＋M/IOA19A18A17A16A14|A1D15|D8D7|D0RDCS计算机科学与技术学院系统教研室c、电路27256EPROMA14—A0D7—D0CSOE27256EPROMA14—A0D7—D0CSOE＋M/IOA19A18A17A16A15|A1D15|D8D7|D0RD偶片奇片计算机科学与技术学院系统教研室总结8086CPUEPROMDB7…0D7…0(偶片)DB15…8D7…0(奇片)/RD/OEAn…1An-1..0A19…n+1+M/IO#/CS计算机科学与技术学院系统教研室2.静态随机读写存储器(RAM)扩展电路特点：a、读/写b、读十六位操作c、写十六/八位操作常见芯片：62系列静态RAM芯片计算机科学与技术学院系统教研室An-1|A0数据线D7|D0地址线VPPVCCGNDOEWRCS电源线控制线62系列静态RAM芯片计算机科学与技术学院系统教研室62系列静态RAM芯片信号线可分为如下几类：总线部分：D0—D7，数据线A0—An－1，地址线。n是地址线个数。对于6116，n为11，对于62256，n＝15。电源部分：VCC，GND，电源和地控制部分：/RD，读控制线。当其有效时，数据从EPROM内的某个单元通过数据线传送到CPU。/WR，写控制线。当其有效时，CPU把数据通过数据线传送到RAM中的某个单元。/CS，片选线。该信号一般为低电平有效。有效时表示本芯片工作。计算机科学与技术学院系统教研室【例】设计一RAM扩展电路，容量为32K字，地址从10000H开始。芯片采用62256。解：a、确定芯片个数32K×1632K×8=2(片)计算机科学与技术学院系统教研室b、确定CS电路62256RAMA14—A0D7—D0CSOEWR62256RAMA14—A0D7—D0CSOEWRA14|A1D15|D8D7|D0RDWR++A0＋M/IOA19A18A17A16BHE计算机科学与技术学院系统教研室c、偶片、奇片CS的产生注：此方案不满足八位的写操作！计算机科学与技术学院系统教研室注：此方案不满足16位的写操作！增加控制线/BHE(总线高字节有效信号)c、偶片、奇片CS的产生计算机科学与技术学院系统教研室c、偶片、奇片CS的产生计算机科学与技术学院系统教研室d、电路62256RAMA14—A0D7—D0CSOEWR62256RAMA14—A0D7—D0CSOEWRA15|A1D15|D8D7|D0RDWR++A0＋M/IOA19A18A17A16BHE计算机科学与技术学院系统教研室e、总结8086CPUEPROMDB7…0D7…0(偶片)DB15…8D7…0(奇片)/RD/OE/WR/WRAn…1An-1..0A19…n+1+M/IO#/CSA0/BHE偶片/CS奇片/CS计算机科学与技术学院系统教研室四、译码方式全译码：片选信号由地址线中所有不在存储器上的地址线译码产生，这种方法存储器芯片中的每一个单元的地址将是唯一的。部分译码：片选信号不是由地址线中所有不在存储器上的地址线译码产生，而是有部分高位地址线被送入译码电路产生片选信号。线选：以不在存储器上的高位地址线直接作为存储器芯片的片选信号。使用线选法的好处是译码电路简单，但线选不仅导致一个存储单元有多个地址，还有可能一个地址同时选中多个单元，这会引起数据总线的冲突。计算机科学与技术学院系统教研室五、译码芯片常用的译码芯片是74LS138译码器，功能是3－8译码器，有三个“选择输入端”C、B、A和三个“使能输入端”G1、/G2A，/G2B#以及8个输出端/Y7～/Y0。计算机科学与技术学院系统教研室译码电路G1G2BG2AACBY0Y712345678Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6ABCG2BG1GND161514131211109VccY774LS138引脚图G2A工作特点：当G1、G2a，G2b有效时，芯片工作。计算机科学与技术学院系统教研室用74LS138产生CSM/IO#接74LS138高位地址线接74LS138/Y0…/Y7作/CSM/IOA19CBAGG2BG2AY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7A18A17A1674LS138计算机科学与技术学院系统教研室62256RAMA14—A0D7—D0WROECS62256RAMA14—A0D7—D0WROECSM/IOA19A15|A1D15|D8D7|D0RDWR00000—0FFFF10000—1FFFF20000—2FFFF30000—3FFFF40000—4FFFF50000—5FFFF60000—6FFFF70000—7FFFFCBAGG2BG2AY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7A18A17A1674LS138++A0BHE27256EPROMA14—A0D7—D0OECS27256EPROMA14—A0D7—D0OECS计算机科学与技术学院系统教研室有关存储器接口的内容一般有2种给出地址，设计电路给出电路，指出地址计算机科学与技术学院系统教研室•分析数据线的连接