微机原理与接口技术 ch5存储器

微型计算机原理与应用第五章半导体存储器微型计算机原理与应用——第五章半导体存储器2第五章半导体存储器主要内容学习目标重点难点知识点微型计算机原理与应用——第五章半导体存储器3主要内容5.1概述5.2随机存取存储器RAM5.3只读存储器ROM5.4存储器芯片与CPU的连接5.5高速缓冲存储器Cache微型计算机原理与应用——第五章半导体存储器4学习目标微型计算机原理与应用——第五章半导体存储器5知识点微型计算机原理与应用——第五章半导体存储器6重点难点微型计算机原理与应用——第五章半导体存储器75.1概述5.1.1存储系统的基本概念5.1.2存储器的分类5.1.3存储器的主要性能指标5.1.4存储器的组成结构微型计算机原理与应用——第五章半导体存储器85.1.1存储系统的基本概念存储器是一种接收、保存和取出信息（程序、数据、文件）的设备；一种具有记忆功能的部件；是计算机的重要组成部分，是CUP最重要的系统资源之一。CPU与存储器的关系如下图所示。DSESSSCSIPPSW标志寄存器执行部件控制电路指令译码器4321数据暂存器AXBXCXDXAHBHCHDHSIDIBPSPALBLCLDL寄存器组指令队列地址总线AB数据总线DB总线接口控制电路控制总线CB运算器地址加法器地址译码器、、、指令1指令2指令3指令4、、、数据1数据29AH、、、指令MOVAL,[BX]包含一个从存储器读操作存储器CPU微型计算机原理与应用——第五章半导体存储器105.1.2存储器的分类按构成存储器的器件和存储介质分类按存储器存取方式分类按在微机系统中位置分类微型计算机原理与应用——第五章半导体存储器11按存放信息原理不同5.1.2存储器的分类按构成存储器的器件和存储介质分类：磁芯存储器、半导体存储器、光电存储器、磁膜、磁泡和其它磁表面存储器以及光盘存储器等。按存储器存取方式分类：随机存取存储器RAM(RandomAccessMemory)只读存储器ROM(Read-OnlyMemory)又称读写存储器，指能够通过指令随机地、个别地对其中各个单元进行读/写操作的一类存储器。在微机系统的在线运行过程中，只能对其进行读操作，而不能进行写操作的一类存储器。静态RAM动态RAM掩膜ROM（MROM）可编程ROM（PROM）可擦除编程ROM（EPROM）按工艺不同微型计算机原理与应用——第五章半导体存储器125.1.2存储器的分类按在微机系统中的位置分类：主存储器（内存，MainMemory）辅助存储器（外存，ExternalMemory）用来存放计算机正在执行的或经常使用的程序和数据。CPU可以直接对它进行访问。一般是由半导体存储器构成，通常装在主板上。存取速度快，但容量有限，其大小受地址总线位数的限制。缓冲存储器（缓存，CacheMemory）用来存放不经常使用的程序和数据，CPU不能直接访问它。属计算机的外部设备,是为弥补内存容量的不足而配置的，容量大，成本低，所存储信息既可以修改也可以长期保存，但存取速度慢。需要配置专门的驱动设备才能完成对它的访问，如硬盘、软盘驱动器等。位于主存与CPU之间，其存取速度非常快，但存储容量更小，可用来解决存取速度与存储容量之间的矛盾，提高整个系统的运行速度。微型计算机原理与应用——第五章半导体存储器135.1.2存储器的分类小结SAM顺序存储器DAM直接存取存储器RAM双极型MOS型静态RAM（SRAM）动态RAM（DRAM）ROM掩膜ROM可编程ROM（PROM）光可擦除PROM（EPROM）电可擦除PROM（E2PROM）快速电擦写存储器（FlashMemory)外存储器内存储器存储器微型计算机原理与应用——第五章半导体存储器145.1.3存储器的主要性能指标存储器性能指标主要有三项：存储容量、存储速度、可靠性存储容量：反映存储器可存储信息量的指标。以字数×每个字的字长表示。如某存储器存储容量为64K×8位，即64K字节。存储速度：完成一次访问（读/写）存储器的时间。可靠性：存取时间TA（AccessTime）表示启动一次存储操作到完成该操作所经历时间；存储周期TMC（MemoryCycle）两次独立的存储操作之间所需的最小时间间隔。微型计算机原理与应用——第五章半导体存储器15CPU高速缓存M1M2M3M4......Mn外存2外存1外存3外存4......外存n虚拟存储器主存外存三级层次的存储器结构存储器的基本结构微型计算机原理与应用——第五章半导体存储器165.1.4存储器的组成结构半导体存储器一般由以下部分组成：存储体、地址选择电路、输入输出电路、控制电路·存储体：矩阵形式保存数据。·地址选择器：接受CPU送来的地址信号并对它进行译码，选择与此地址码相对应的存储单元，以便对该单元进行读／写操作。（1）单译码——适用于小容量存储器（2）双译码——分为行译码与列译码·I/O电路：控制信息的读出与写入（包含对I/O信号的驱动及放大处理功能）。·控制电路：片选信号用以实现芯片的选择。读/写控制电路则用来控制对芯片的读/写操作。微型计算机原理与应用——第五章半导体存储器17静态随机存取存储器SRAM动态随机存取存储器DRAM5.2随机存取存储器RAMRAM(RandomAccessMemory)意指随机存取存储器。其工作特点是：在微机系统的工作过程中，可以随机地对其中的各个存储单元进行读／写操作。微型计算机原理与应用——第五章半导体存储器185.2.1静态随机存取存储器SRAM基本存储单元·基本工作原理VCC(+5V)T3T2T1T4VCCT3T1T4T2X地址译码线ABD0D0T5T6T7T8(I/O)I/O接Y地址译码器AB(b)六管基本存储电路(a)六管静态存储单元的原理示意图T1截止→A＝“1”→T2导通→B＝“0”→T1截止（稳定）T1导通→A＝“0”→T2截止→B＝“1”→T1导通（稳定）·读出操作·写入操作X译码与Y译码信号消失后，T5～T8都截止。由于存储单元有电源及负载管，可以不断地向栅极补充电荷，依靠两个反相器的交叉控制，只要不掉电，就能保持写入的信息“1”，而不用刷新。X译码高电平→T5、T6导通Y译码高电平→T7、T8导通这种存储电路的读出过程是非破坏性的，即信息在读出之后，原存储电路的状态不变。微型计算机原理与应用——第五章半导体存储器195.2.1静态随机存取存储器SRAM典型存储器——静态RAM存储器芯片Intel2114（1）外部结构•A0-A9：10根地址信号输入引脚。•：读／写控制信号输入引脚，当为低电平时，使输入三态门导通，信息由数据总线通过输入数据控制电路写入被选中的存储单元；反之从所选中的存储单元读出信息送到数据总线。•I/O1~I/O4：4根数据输入／输出信号引脚•：低电平有效，通常接地址译码器的输出端。•+5V：电源。•GND：地。WECS123456789181716151413121110A1A2A3A4A5A6A0CSGNDVCCA7A8A9I/O1I/O2I/O3I/O4WE引脚图微型计算机原理与应用——第五章半导体存储器205.2.1静态随机存取存储器SRAM典型存储器——静态RAM存储器芯片Intel2114（2）内部结构•存储矩阵：4096个存储电路（64×64矩阵）•地址译码器：输入为10根线，采用两级译码方式，其中6根用于行译码，4根用于列译码；•I/O控制电路：分为输入数据控制电路和列I／O电路，用于对信息的输入／输出进行缓冲和控制；•片选及读／写控制电路：用于实现对芯片的选择及读／写控制。A3A4A5A6A7A8行选择64×64存储矩阵......VCCGND输入数据控制I/O1I/O2I/O3I/O4列I/O电路列选择......A0A2A1A9CSWE微型计算机原理与应用——第五章半导体存储器215.2.2动态随机存取存储器DRAM基本存储单元·基本工作原理：依靠T1管栅极电容的充放电原理来保存信息。当栅极电容上充有电荷时，表示该单元保存信息“1”。当栅极电容上没有电荷时，表示该单元保存信息“0”。T1ESDESCD字选线数据线单管动态存储单元·写入操作字选择线为高电平，T1管导通，写信号通过位线存入电容C中；·读操作字选择线仍为高电平，存储在电容C上的电荷，通过T1输出到数据线上，通过读出放大器，即可得到所保存的信息。·刷新操作电容上所保存的电荷时间长了就会泄漏，造成了信息的丢失。因此，在动态RAM的使用过程中，必须及时地向保存“1”的那些存储单元补充电荷，以维持信息的存在。微型计算机原理与应用——第五章半导体存储器225.2.2动态随机存取存储器DRAM典型存储器——动态RAM存储器芯片Intel2164A（1）外部结构•A0~A7：地址信号的输入引脚，用来分时接收CPU送来的8位行、列地址；•：行地址选通信号输入引脚，低电平有效，兼作芯片选择信号。当为低电平时，表明芯片当前接收的是行地址；•：列地址选通信号输入引脚，低电平有效，表明当前正在接收的是列地址(此时应保持为低电平)；•：写允许控制信号输入引脚，当其为低电平时，执行写操作；否则，执行读操作。•DIN：数据输入引脚；•DOUT：数据输出引脚；•VDD：十5V电源引脚；•Css：地；•N/C：未用引脚。WERASCAS12345678910111213141516N/CDINWERASA0A2A1VDDVSSCASDOUTA6A5A4A3A7微型计算机原理与应用——第五章半导体存储器235.2.2动态随机存取存储器DRAM典型存储器——动态RAM存储器芯片Intel2164A（2）内部结构•存储体：64K×1；•地址锁存器：Intel2164A采用双译码方式，其16位地址信息要分两次送入芯片内部，在芯片内部有一个能保存8位地址信息的地址锁存器；•数据输入缓冲器：用以暂存输入的数据；•数据输出缓冲器：用以暂存要输出的数据；•1/4I/O门电路：由行、列地址信号的最高位控制，能从相应的4个存储矩阵中选择一个进行输入／输出操作；8位地址锁存器1/4I/O门输出缓冲器A0A1A2A3A4A5A6A7DOUTVDDVSS行时钟缓冲器列时钟缓冲器写允许时钟缓冲器数据输入缓冲器RASCASWEDIN128×128存储矩阵1/128行译码器128×128存储矩阵128读出放大器1/2(1/128列译码器)128读出放大器128读出放大器128读出放大器1/2(1/128列译码器)128×128存储矩阵128×128存储矩阵1/128行译码器微型计算机原理与应用——第五章半导体存储器245.2.2动态随机存取存储器SRAM典型存储器——动态RAM存储器芯片Intel2164A（2）内部结构•行、列时钟缓冲器：用以协调行、列地址的选通信号；•写允许时钟缓冲器：用以控制芯片的数据传送方向；•128读出放大器：与4个128×128存储阵列相对应，接收由行地址选通的4×128个存储单元的信息，经放大后，再写回原存储单元，是实现刷新操作的重要部分；•1/128行、列译码器：分别用来接收7位的行、列地址，经译码后，从128×128个存储单元中选择一个确定的存储单元，以便对其进行读/写操作。8位地址锁存器1/4I/O门输出缓冲器A0A1A2A3A4A5A6A7DOUTVDDVSS行时钟缓冲器列时钟缓冲器写允许时钟缓冲器数据输入缓冲器RASCASWEDIN128×128存储矩阵1/128行译码器128×128存储矩阵128读出放大器1/2(1/128列译码器)128读出放大器128读出放大器128读出放大器1/2(1/128列译码器)128×128存储矩阵128×128存储矩阵1/128行译码器微型计算机原理与应用——第五章半导体存储器25习题与思考：1．试说明存储器系统的主要性能指标。2．存储器的哪一部分用来存储程序指令及像常数和查找表一类的固定不变的信息？哪一部分用来存储经常改变的数据？3．术语“非易失性存储器”是什么意思？PROM和EPROM分别代表什么意思？4．微型计算机中常用