微机原理课件第四章 存储器

半导体存储器及其接口第4章本章主要内容半导体存储完全半导体存储器接口的基本技术16位和32位系统中的内存储器接口1、概述微机系统中，整个存储器体系采用层次化结构。CPU寄存器组Cache内部存储器(DRAMSRAM)辅助存储器(软盘、硬盘、光盘）片内片外CPU芯片中主机系统中外部设备一、半导体存储器（1）、三个主要参数•容量：一定容量的存储器由多块芯片构成为适应不同字长计算机的需要，存储芯片的单元宽度可能不同，通常表示为：芯片容量=单元数×单元宽度尽管微机字长已达64位，但所有存储器仍以字节为组织单位例如：Intel2114容量为1k4位/片一、半导体存储器速度：从CPU给出有效的存储器地址到存储器给出有效数据所需要的时间芯片的存取速度最好与CPU时序相匹配。可靠性用平均故障间隔时间MTBF来衡量存取速度超高速存储器20ns中速存储器100~200ns低速存储器300ns1、概述（1）、三个主要参数一、半导体存储器（2）.存储芯片的内部结构地址寄存地址译码存储体控制电路AB数据寄存读写电路DBOEWECS①存储体存储器芯片的主要部分，用来存储信息②地址译码电路根据输入的地址编码来选中芯片内某个特定的存储单元③片选和读写控制逻辑选中存储芯片，控制读写操作一、半导体存储器①存储体每个存储单元具有一个唯一的地址，可存储1位（位片结构）或多位（字片结构）二进制数据存储容量与地址、数据线个数有关：芯片的存储容量＝2M×N＝存储单元数×存储单元的位数M：芯片的地址线根数N：芯片的数据线根数示例一、概述②地址译码电路译码器A5A4A3A2A1A06301存储单元64个单元行译码A2A1A0710列译码A3A4A501764个单元单译码双译码单译码结构双译码结构双译码可简化芯片设计主要采用的译码结构一、半导体存储器③片选和读写控制逻辑片选端CS*或CE*有效时，可以对该芯片进行读写操作输出OE*控制读操作。有效时，芯片内数据输出该控制端对应系统的读控制线写WE*控制写操作。有效时，数据进入芯片中该控制端对应系统的写控制线一、半导体存储器3、存储器基本分类•按使用方式：•内存：由CPU通过AB直接寻址•容量小、速度快•常用于存储工作程序及数据•一般所讲的存储器即指内存外存：由CPU当作外设处理•容量大、速度慢•常用于存储备用程序及数据，如硬、光盘等高速缓存：CACHE•容量很小、速度很快•常用于存储频繁使用的程序或数据•存在于微机中的各个环节一、半导体存储器•按使用功能：RAM：RandomAccessMemory•可读写、易失性•用于存放经常变化的数据及动态加载的程序，如PC机的内存条•又分静态SRAM、动态DRAM二类ROM：ReadOnlyMemory•只读、非易失性•用于存放固定不变的信息，如BIOS、监控程序等•又分掩膜ROM、PROM、EPROM、EEPROM、FLASH等多种类型一、半导体存储器•按构成存储器的器件和存储介质分：•磁芯存储器•半导体存储器•光电存储器•磁表面存储器•光盘存储器双极型：由TTL电路制成的存储器单极型：用MOS电路制成的存储器一、半导体存储器2、随机存取存储器静态RAMSRAM2114SRAM6264动态RAMDRAM4116DRAM2164一、半导体存储器1、静态RAMSRAM的基本存储单元是触发器电路每个基本存储单元存储二进制数一位许多个基本存储单元形成行列存储矩阵SRAM一般采用“字结构”存储矩阵：每个存储单元存放多位（4、8、16等）每个存储单元具有一个地址一、半导体存储器•静态基本存储电路：以触发器为基础状态稳定，只要不掉电，就能保持信息由6个半导体管构成，1.双稳态触发器2.写数据T5、T6：控制管(1)选择线高电平(2)I/O=1，I/O=0则A=B=10则T5、T6：导通六管静态RAM存储电路2、随机存取存储器•静态基本存储电路：以触发器为基础状态稳定，只要不掉电，就能保持信息由6个半导体管构成，六管静态RAM存储电路1.双稳态触发器2.写数据3.读数据(1)选择线高电平则T5、T6：导通(2)I/OA，I/OB2、随机存取存储器SRAM芯片2114存储容量为1024×418个引脚：10根地址线A9～A04根数据线I/O4～I/O1片选CS*读写WE*123456789181716151413121110VccA7A8A9I/O1I/O2I/O3I/O4WE*A6A5A4A3A0A1A2CS*GND功能RAM典型产品介绍2、随机存取存储器SRAM芯片6264存储容量为8K×828个引脚：13根地址线A12～A08根数据线D7～D0片选CS1*、CS2读写WE*、OE*功能+5VWE*CS2A8A9A11OE*A10CS1*D7D6D5D4D3NCA12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GND123456789101112131428272625242322212019181716152、随机存取存储器2、动态RAMDRAM的基本存储单元是单个场效应管及其极间电容必须配备“读出再生放大电路”进行刷新每次同时对一行的存储单元进行刷新每个基本存储单元存储二进制数一位许多个基本存储单元形成行列存储矩阵DRAM一般采用“位结构”存储体：每个存储单元存放一位需要8个存储芯片构成一个字节单元每个字节存储单元具有一个地址2、随机存取存储器•动态基本存储电路：以电容为基础因电容漏电,为保持信息不变，需定时刷新可由1个半导体管构成单管动态存储电路2.电容漏电现象：刷新3.写数据(1)行、列选择线高电平(2)数据输入/输出线高电平电容C充电，为高电平。(3)数据输入/输出线低电平电容C放电，为低电平。1.信息存放：电容C2、随机存取存储器•动态基本存储电路：以电容为基础因电容漏电,为保持信息不变，需定时刷新可由1个半导体管构成单管动态存储电路1.信息存放：电容C2.电容漏电现象：刷新3.写数据4.读数据(1)行、列选择线高电平(2)电容C上的信息输出至数据输入/输出线。2、随机存取存储器DRAM芯片4116存储容量为16K×116个引脚：7根地址线A6～A01根数据输入线DIN1根数据输出线DOUT行地址选通RAS*列地址选通CAS*读写控制WE*VBBDINWE*RAS*A0A2A1VDDVSSCAS*DOUTA6A3A4A5VCC123456781615141312111092、随机存取存储器DRAM4116的读周期DOUT地址TCACTRACTCAHTASCTASRTRAHTCASTRCDTRASTRC行地址列地址WECASRAS存储地址需要分两批传送行地址选通信号RAS*有效，开始传送行地址随后，列地址选通信号CAS*有效，传送列地址，CAS*相当于片选信号读写信号WE*读有效数据从DOUT引脚输出2、随机存取存储器DRAM4116的写周期TWCSTDS列地址行地址地址TDHTWRTCAHTASCTASRTRAHTCASTRCDTRCTRASDINWECASRAS存储地址需要分两批传送行地址选通信号RAS*有效，开始传送行地址随后，列地址选通信号CAS*有效，传送列地址读写信号WE*写有效数据从DIN引脚进入存储单元2、随机存取存储器DRAM4116的刷新TRCTCRPTRAS高阻TASRTRAH行地址地址DINCASRAS采用“仅行地址有效”方法刷新行地址选通RAS*有效，传送行地址列地址选通CAS*无效，没有列地址芯片内部实现一行存储单元的刷新没有数据输入输出存储系统中所有芯片同时进行刷新DRAM必须每隔固定时间就刷新2、随机存取存储器DRAM芯片2164存储容量为64K×116个引脚：8根地址线A7～A01根数据输入线DIN1根数据输出线DOUT行地址选通RAS*列地址选通CAS*读写控制WE*NCDINWE*RAS*A0A2A1GNDVSSCAS*DOUTA6A3A4A5A7123456781615141312111092、随机存取存储器SRAM与DRAM的比较：容量、速度：成本、功耗：用途：•SRAM常用作缓存•DRAM则用作主存使用：•SRAM较简单•DRAM较复杂：必须处理刷新的问题2、随机存取存储器EPROMEPROM2716EPROM2764EEPROMEEPROM2717AEEPROM2864A3、只读存储器一、半导体存储器1、EPROM顶部开有一个圆形的石英窗口，用于紫外线透过擦除原有信息一般使用专门的编程器（烧写器）进行编程编程后，应该贴上不透光封条出厂未编程前，每个基本存储单元都是信息1编程就是将某些单元写入信息03、只读存储器EPROM芯片2716存储容量为2K×824个引脚：11根地址线A10～A08根数据线DO7～DO0片选/编程CE*/PGM读写OE*编程电压VPP功能VDDA8A9VPPOE*A10CE*/PGMDO7DO6DO5DO4DO3123456789101112242322212019181716151413A7A6A5A4A3A2A1A0DO0DO1DO2Vss3、只读存储器EPROM芯片2764存储容量为8K×828个引脚：13根地址线A12～A08根数据线D7～D0片选CE*编程PGM*读写OE*编程电压VPP功能VppA12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GNDVccPGM*NCA8A9A11OE*A10CE*D7D6D5D4D3123456789101112131428272625242322212019181716153、只读存储器EPROM芯片2725612345678910111213141516171819202122232425262728VppA12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GNDD3D4D5D6D7CEA10OEA11A9A8A13A14Vcc27256引脚图A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0CEOED7D6D5D4D3D2D1D027256逻辑图3、只读存储器2、EEPROM用加电方法，进行在线（无需拔下，直接在电路中）擦写（擦除和编程一次完成）有字节擦写、块擦写和整片擦写方法并行EEPROM：多位同时进行串行EEPROM：只有一位数据线3、只读存储器EEPROM芯片2817A存储容量为2K×828个引脚：11根地址线A10～A08根数据线I/O7～I/O0片选CE*读写OE*、WE*状态输出RDY/BUSY*功能NCA12A7A6A5A4A3A2A1A0I/O0I/O1I/O2GNDVccWE*NCA8A9NCOE*A10CE*I/O7I/O6I/O5I/O4I/O3123456789101112131428272625242322212019181716153、只读存储器EEPROM芯片2864A存储容量为8K×828个引脚：13根地址线A12～A08根数据线I/O7～I/O0片选CE*读写OE*、WE*功能VccWE*NCA8A9A11OE*A10CE*I/O7I/O6I/O5I/O4I/O3NCA12A7A6A5A4A3A2A1A0I/O0I/O1I/O2GND123456789101112131428272625242322212019181716153、只读存储器二、半导体存储器接口的基本技术这是本章的重点内容SRAM、EPROM与CPU的连接译码方法同样适合I/O端口（一）、存储芯片与CPU的连接存储芯片的数据线存储芯片的地址线存储芯片的片选端存储芯片的读写控制线二、半导体存储器接口的基本技术1、存储芯片数据线的处理若芯片的数据线正好8根：一次可从芯片中访问到8位数据全部数据线与系统的8位数据总线相连若芯片的数据线不足8根：一次不能