计算机原理第4章 半导体存储器

计算机原理讲义半导体存储器第四章半导体存储器计算机原理讲义存储器第4.1节存储器一．计算机存储器分类（一）按材料分类1.磁性存储器如磁盘（软盘、硬盘）、磁带、磁芯2.光盘CDROM只读光盘：容量大、适合存放系统软件CDRAM读写光盘：容量大、可改写、适合较高档计算机的外存3.半导体存储器体积小，速度快，功耗低，是计算机的主要存储器。CACHE、ROM、RAM均是半导体存储器，由大规模集成电路制成。计算机原理讲义存储器（二）按在计算机中的位置分类1.内部存储器（内存）通常直接与系统总线相连，可细分为：①内部CACHE在CPU内作为一个高速的指令或数据缓冲区。一级CACHE，二级CACHE均指内部CACHE。②外部CACHE通常制作在主板上，比主存储器的速度快，介于内部CACHE和主存之间的一个缓冲区。③主存储器计算机系统主要使用的空间。要求速度快，体积小，容量大。一般为半导体存储器。计算机原理讲义存储器2.外部存储器通常是通过总线接口电路与系统总线相连。要求容量大、掉电信息不丢失，速度可以慢些。如磁盘、光盘计算机原理讲义半导体存储器二．半导体存储器（一）按器件分类双极性TTL电路速度较快（10～50nS）、集成度低、功耗大、成本高MOSNMOS和CMOS两种，现大量使用CMOS存储器，存储速度可达几纳秒。特点：集成度高(单片可达1Gb)、功耗小、成本低电荷耦合器速度快、但成本较高计算机原理讲义半导体存储器（重点）（二）按存储功能分类1.读写存储器①随机读写存储器(RAMRandomAccessMemory)可对任一单元进行读写，是计算机主存储器。62**系列②先进后出存储器（LIFOLastInFirstOut）寄存器、堆栈③先进先出存储器（FIFOFirstInFirstOut）寄存器、队列2.只读存储器（ROMReadOnlyMemory）只能读（用特殊方法可写入），掉电信息不丢失，可作为主存储器存放系统软件和数据等。ROM可分为：计算机原理讲义半导体存储器（重点）①固定ROM（掩膜ROM）由制造厂家固化内容，不可修改②可编程只读存储器PROM由用户固化内容，但不可修改③紫外线擦除只读存储器EPROM27**系列：2716、2732、2764，…27040④电擦除只读存储器EEPROM、FLASHEEPROM（28**系列）：2817、28C64、28C256FLASH：29F010、29F020计算机原理讲义半导体存储器（重点）（三）半导体存储器的容量表示存储器容量常用：字*位数字：一个独立的信息单元，有独立统一的地址。位数：一个信息单元的二进制长度（一般为1位、4位、8位）例一片62256为RAM存储器，容量为：32K*8地址线15根数据线8根RAM的控制信号线3根(WE、OE、CE)(62256逻辑图见后）计算机原理讲义RAM电路结构第4.2节RAM电路结构一．基本概念MOS型RAM一般可分为：SRAM（静态RAM）使用触发器存储信息，速度快。如：62648k*8、6225632K*8、62010128K*8DRAM（动态RAM)使用电容存储信息，速度慢，因电容有漏电，所以需要定时刷新。DRAM的刷新是按行进行刷新的。计算机中的主存多以DRAM为主。计算机原理讲义内存的两种形式※计算机内存的两种常见形式计算机上把内存芯片集成在一小条印刷电路板上，称为内存条。常见的有30线、72线、168线、200线。这是指内存条与主板插接时有多少个接点（又称金手指）SIMM：单列存储器模块。只将芯片做在电路板的一边DIMM：双列存储器模块。将内存芯片做在内存条两边，即电路板两边。计算机原理讲义单地址译码二．存储器的内部译码一个1K*1的存储器，具有1024个存储单元，每个单元为1位，存储器内部寻址可用单地址译码和双地址译码两种方式。1.单地址译码A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9CEOEWE011023Y0Y1Y1023D(I/O)读写控制电路地址译码器方法：由10根线产生1024根存储单元选择线，每根线选中一个存储单元。缺点：引线太多，译码器为10:1024,制造较困难计算机原理讲义双地址译码2.双地址译码用5根线译码产生32根行选择线，用另外5根线译码产生32根列选择线，共产生64根地址选择线。注：此时可将RAM看作一个矩阵，读数据时需给出行地址信号RAS(RowAddressSignal)和列地址信号CAS(ColumnAddressSignal)。通常先给RAS，再给CAS，经过一段时间延时，便可以在数据端读出数据容量特别大时可采用多地址译码A0A1A2A3A4Y031-0Y31CEOEWED(I/O)读写控制电路行译码器0-00-3131-31A5A6A7A8A9X0X31列译码器由两个5:32译码器组成行列形式选中单元，减少了引线计算机原理讲义基本存储单元三．基本存储单元NMOS静态RAM的存储器单元电路如下D0D0YiXiVccT3T4T5T6T1T2T7T8说明：①T1,T2为开关管，T3,T4为负载管，导通电阻r3,r4r1,r2。T1T3和T2T4构成两个反向器按正反馈连接，构成触发器。②Xi高电平，T5,T6及其他与Xi相联的开关管导通，每一单元与数据线相连。Yi为高电平，T7,T8导通，此时仅有XiYi单元与外部数据线连通，可对该单元进行读写。计算机原理讲义62256四．典型存储器芯片和译码芯片（一）62256－32K*8的CMOS静态RAM12345678910111213141516171819202122232425262728A14A12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GNDD3D4D5D6D7CSA10OEA11A9A8A13WEVCC62256引脚图A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0OECSWED7D6D5D4D3D2D1D062256逻辑图输入LLL高阻HHL输入HLL输出LHL高阻××HD7~D0OEWECS62256工作表计算机原理讲义27256（二）27256－32K*8EPROM12345678910111213141516171819202122232425262728VppA12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GNDD3D4D5D6D7CEA10OEA11A9A8A13A14VCC27256引脚图A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0CEOED7D6D5D4D3D2D1D027256逻辑图计算机原理讲义74LS138（三）74LS138－3-8译码器12345678910111213141516ABCG2AG2BG1Y7GNDY6Y5Y4Y3Y2Y1Y0VCC74LS138引脚图Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7G1G2AG2BCBA74LS138原理图引脚功能片选信号：G1•G2A•G2BC、B、A译码Y0到Y7有效计算机原理讲义8086存储器系统第4.3节8086存储器系统一．8086存储器空间8086系统有20根地址线，16根数据线，寻址空间为1MB偶地址数据由数据线低8位传送奇地址数据由数据线高8位传送奇、偶地址数据存取分别由BHE和A0控制(见下表)计算机原理讲义8086存储器空间BHEA0操作所用总线00从偶地址读/写一个字D15～D010从偶地址读/写一个字节D7～D001从奇地址读/写一个字节D15～D8从奇地址读/写一个字01读/写低字节D15～D810读/写高字节D7～D0※存储器连接的控制信号MEMRMEMWM/IORDWR存储器读命令存储器写命令计算机原理讲义存储器连接二．存储器连接例1由2片62256（32K*8RAM）组成64K*8RAM的8086计算机存储器系统连接（两种方式）(一）控制奇偶片的写使能WE※说明①地址信号A0～A19和BHE是8086CPU经锁存器8282或74LS373锁存后产生的信号②数据总线D0～D15是8086CPU的AD0～AD15经8286或74LS245缓冲后产生的信号③MEMR和MEMW在最小模式下由8086CPU的M/IO和RD、WR信号产生，在最大模式下由8288产生计算机原理讲义Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7G1G2AG2BCBAA14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0CSOEWED7D6D5D4D3D2D1D0VccA19A18A17A16A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1MEMRA0MEMWBHED15D14D13D12D11D10D9D8D7D6D5D4D3D2D1D0D7D6D5D4D3D2D1D0A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0CSOEWED7D6D5D4D3D2D1D0D15D14D13D12D11D10D9D874LS1386225662256IC0IC1DBAB计算机原理讲义存储器连接④IC0为偶地址存储器，其数据由数据总线低8位传送。IC1为奇地址存储器，其数据由数据总线高8位传送。由A0和BHE控制写信号实现奇偶地址写操作。⑤A16～A19由74LS138译码选中存储器※三种情况mov[2000h],al从偶地址开始写一个字节mov[2000h],ax从偶地址开始写一个字mov[2001h],ax从奇地址开始写一个字IC0（偶）IC1（奇）A19A18A17A160000XX0000XX范围00000～0FFFFH00000～0FFFFH地址分配A15～A0计算机原理讲义Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7G1G2AG2BCBAVccA19A18A17A0BHEMEMW74LS138DBA14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0CSOEWED7D6D5D4D3D2D1D0A16A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1MEMRD15D14D13D12D11D10D9D8D7D6D5D4D3D2D1D0D7D6D5D4D3D2D1D0A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0CSOEWED7D6D5D4D3D2D1D0D15D14D13D12D11D10D9D86225662256IC0IC1AB（二）控制奇偶片选CS计算机原理讲义全译码三．存储器空间的使用（一）全译码采用全地址译码方式，计算机的全部地址空间都可以使用例2用2片62256（32K*8RAM）和2片27256（32K*8EPROM）组成8086计算机存储器系统。要求EPROM的起始地址为F0000H，RAM的起始地址为00000H，使用全地址译码方式，试画出计算机的存储器连接图，并写出地址范围。※说明①用2片74LS138（三-八译码器）对8086计算机系统的高四位地址进行译码，译出16个存储区域。②由A0和BHE与MEMW信号组合产生写选通。计算机原理讲义A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1MEMRA0MEMWBHED15D14D13D12D11D10D9D8D7D6D5D4D3D2D1D0A19A18A17A16A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0CSOEWED7D6D5D4D3D2D1D0A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0CSOEWED7D6D5D4D3D2D1D0D15D14D13D12D11D10D9D8DBD7D6D5D4D3D2D1D06225662256IC0IC1ABA14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0CEOED7D6D5D4D3D2D1D0A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0CEOED7D6D5D4D3D2D1D0D15D14D13D12D11D10D9D8DBD7D6D5D4D3D2D1