存储器概述及主存储器(SRAM)

第４章存储器4.1概述4.2主存储器4.3高速缓冲存储器(x)4.4辅助存储器(x)1、存储器概述外部特性，性能参数，层次结构2、静态存储器和动态存储器存储单元构成一位存储单元及存储阵列，多端口SRAM，读写时序3、半导体ROM存储器MROM，PROM，EPROM，EEPROM，FLASH4、存储器芯片构成以及存储器主要技术指标5、存储器扩展技术位、字、字位扩展6、数据校验码奇偶校验码，海明码，CRC码本章安排本章将解决的主要问题1、半导体存储器的分类、组成及组成部件的作用及工作原理、读/写操作的基本过程。2、SRAM芯片的组成特点、工作过程、典型芯片的引脚信号。3、半导体存储器的主要技术指标、芯片的扩充、CPU与半导体存储器间的连接。在现代计算机中,存储器处于全机中心地位,其原因是:(1)当前计算机正在执行的程序和数据(除了暂存于CPU寄存器的)均存放在存储器中。CPU直接从存储器取指令或存取数据。(2)计算机系统中输入输出设备数量增多，数据传送速度加快，因此采用了直接存储器存取(DMA)技术和I/O通道技术，在存储器与输入输出系统之间直接传送数据。(3)共享存储器的多处理机的出现，利用存储器存放共享数据，并实现处理机之间的通信，更加强了存储器作为全机中心的地位。由于中央处理器都是由高速器件组成，不少指令的执行速度基本上取决于主存储器的速度。所以，计算机解题能力的提高、应用范围的日益广泛和系统软件的日益丰富，无一不与主存储器的技术发展密切相关。简介第七讲存储器（一）•存储器分类•存储器概述•存储器的层次结构•存储器的技术指标•主存储器(一)本讲主要内容存储器概述1、存储器：是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。2、存储元：存储器的最小组成单位，用以存储1位二进制代码。3、存储单元：是CPU访问存储器基本单位，由若干个具有相同操作属性的存储元组成。8051是8位单片机，一个存储单元是8位(一个字节)，8051是按字节编址计算机：可编址的最小单位是字节的计算机。4、单元地址：简称地址，在存储器中用以表识存储单元的唯一编号，CPU通过该编号访问相应的存储单元。5、存储空间：即系统中存储设备的总容量一、几个基本概念二、存储器分类1.按存储介质分类(1)半导体存储器(2)磁表面存储器(3)磁芯存储器(4)光盘存储器易失TTL、MOS磁头、载磁体硬磁材料、环状元件激光、磁光材料非易失(1)存取时间与物理地址无关（随机访问）•顺序存取存储器磁带4.12.按存取方式分类(2)存取时间与物理地址有关（串行访问）•随机存储器•只读存储器•直接存取存储器磁盘在程序的执行过程中可读可写在程序的执行过程中只读磁盘、磁带、光盘高速缓冲存储器（Cache）FlashMemory存储器主存储器辅助存储器MROMPROMEPROMEEPROMRAMROM静态RAM动态RAM3.按在计算机中的作用分类4.1高低小大快慢辅存寄存器缓存主存磁盘光盘磁带光盘磁带速度容量价格位／1.存储器三个主要特性的关系三、存储器的层次结构CPUCPU主机4.1名称高速缓冲存储器主存储器外存储器简称Cache主存外存用途高速存取指令和数据存放计算机运行期间的大量程序和数据存放系统程序和大型数据文件及数据库特点存取速度快，但存储容量小存取速度较快，存储容量不大存储容量大，位成本低存储器的用途和特点缓存CPU主存辅存2.缓存主存层次和主存辅存层次缓存主存辅存主存虚拟存储器10ns20ns200nsms虚地址逻辑地址实地址物理地址4.1（速度）（容量）（现在访问时间已大大缩短）单片机里没有缓存，高端CPU里才有主存储主存储器一、概述1.主存的基本组成存储体驱动器译码器MAR控制电路读写电路MDR地址总线数据总线读写……………2.主存和处理器的联系微处理器主存读数据总线地址总线写4.2(2)存储速度4.主存的技术指标(1)存储容量(3)存储器的带宽主存存放二进制代码的总位数读出时间写入时间存储器的访问时间•存取时间•存取周期读周期写周期连续两次独立的存储器操作（读或写）所需的最小间隔时间位/秒4.2芯片容量二、半导体存储芯片简介1.半导体存储芯片的基本结构译码驱动存储矩阵读写电路1K×4位16K×1位8K×8位片选线读/写控制线地址线…数据线…地址线（单向）数据线（双向）1041411384.2二、半导体存储芯片简介1.半导体存储芯片的基本结构译码驱动存储矩阵读写电路片选线读/写控制线地址线…数据线…片选线读/写控制线（低电平写高电平读）（允许读）4.2CSCEWE（允许写）WEOE存储芯片片选线的作用用16K×1位的存储芯片组成64K×8位的存储器32片当地址为65535时，此8片的片选有效8片16K×1位8片16K×1位8片16K×1位8片16K×1位4.20,015,015,70,7读/写控制电路地址译码器字线015……16×8矩阵………07D07D位线读/写选通A3A2A1A0……2.半导体存储芯片的译码驱动方式(1)线选法4.200000,00,7…0…07…D07D读/写选通读/写控制电路A3A2A1A0A40,310,031,031,31Y地址译码器X地址译码器32×32矩阵……A9I/OA8A7A56AY0Y31X0X31D读/写……(2)重合法4.200000000000,031,00,31……I/OD0,0读基本存储元是组成存储器的基础和核心,它用来存储一位二进制信息0或1。六管基本存储单元电路X地址译码线Y地址译码线T6T5VCC(+5V)BABT1T2T3T4T7T8••••••••DD写入读出三、随机存取存储器(RAM)1.静态RAM(SRAM)(1)静态RAM基本电路A´触发器非端1T4T~触发器5TT6、行开关7TT8、列开关7TT8、一列共用A触发器原端T1~T4T5T6T7T8A´A写放大器写放大器DIN写选择读选择DOUT读放位线A位线A´列地址选择行地址选择4.2T1~T4A´T1~T4T5T6T7T8A写放大器写放大器DIN写选择读选择读放位线A位线A´列地址选择行地址选择DOUT①静态RAM基本电路的读操作行选T5、T6开4.2T7、T8开列选读放DOUTVAT6T8DOUT读选择有效T1~T4T5T6T7T8A´ADIN位线A位线A´列地址选择行地址选择写放写放读放DOUT写选择读选择②静态RAM基本电路的写操作行选T5、T6开两个写放DIN4.2列选T7、T8开（左）反相T5A´（右）T8T6ADINDINT7写选择有效T1~T4ABCSDOUTOE地址有效地址失效片选失效数据有效数据稳定高阻(3)静态RAM读时序tAtCOtOHAtOTDtRC片选有效4.2读周期tRC地址有效下一次地址有效读时间tA地址有效数据稳定tCO片选有效数据稳定tOTD片选失效输出高阻tOHA地址失效后的数据维持时间tOOtOOOE有效输出数据稳定ACSWEDOUTDIN(4)静态RAM(2114)写时序tWCtWtAWtDWtDHtWR写周期tWC地址有效下一次地址有效4.2写时间tW写命令WE的有效时间tAW地址有效片选有效的滞后时间tWR片选失效下一次地址有效tDW数据稳定WE失效tDHWE失效后的数据维持时间存储速度TA的时间约几nS~几十nS•存取时间使用此SRAM，处理器从给出地址到从数据总线上取数的时间TA'，不能少于55nS，其他时间参数也不能少于存储器数据表中的值(因此叫异步存储器)。标准8051比较慢，TA'远高于55nS，因此可直接使用。高速的处理器的TA'低到1nS，必须通过设置将TA'调慢至符合存储器要求(8051无此设置功能)例如CY622556N-55的TA为55nS，(又叫静态RAM=SRAM，一个重要特点是保持电流低到0.1微安，可以长时间由电池保持数据)4.28031最小应用系统PSENOE16:1133地址锁存器一般采用74LS373，采用74LS373的地址总线的扩展电路如下图16:1134图9-7AT89C51外扩一片6264的电路连接例9-1对AT89C51单片机外扩一片8kB的RAM6264芯片。解：扩展的电路连接如图9-7所示。由于只有一片存储器芯片，所以将6264的片选直接接地。6264芯片中存储单元的地址变化范围为：xxx0000000000000B～xxx1111111111111B，即单片机地址线的P2.4～P2.0与P0.7～P0.0发出的信号可以从全0变化到全1，P2.7～P2.5因为没有与6264相连，所以状态任意。如果将任意状态x都看成0，则6264的地址范围为：0000000000000000B～0001111111111111B，即0000H～1FFFH。16:1135