第3章存储器技术09101

微型计算机原理与接口技术1第3章存储器TMS320C6000系列DSP开发应用技巧2本章主要内容存储器概述(技术指标、分类、基本组成、存储系统的层次结构)半导体存储器的一般结构存储器与CPU的接口存储器扩展技术微型计算机原理与接口技术33.1存储器概述1.存储器的技术指标1)存储器的存储容量等于：单元数×每单元的位数1M×1bit=128k×8bit=256k×42)存取速度:访问时间（存取时间）TA:双极型RAM10~20ns,RAM几十，ROM几百ns。存取周期TM、数据传送速率BM.字节数字长微型计算机原理与接口技术43)体积和功耗:越小越好.4)可靠性:用两次故障之间的平均时间间隔MTBF表示;用擦除和重写次数,如EPROM数千或10万次.用数据保存时限,如20~100年.微型计算机原理与接口技术5介质:半导体、磁介质和光存储器。与CPU耦合：内存(cache和主存)、外存。读写：读写和只读存储器。信息保持：易失性和非易失性。数据存取的随机性:随机RAM、顺序SAM、直接存取DAM。串并行性：并行存取、串行存取。信息存储方法：静态（通过双稳态电路)和动态(通过电容)。存储器功能：系统、显示、控制。2.存储器的分类微型计算机原理与接口技术6半导体存储器分类随机存取存储器（RAM）只读存储器（ROM）(MOS型)FLASH存储器（闪存）：电擦除、非易失(MOS型)静态SRAM动态DRAM掩模ROM可编程型ROM（PROM）可读写ROMEPROMEEPROM双极型:TTL晶体管MOS型微型计算机原理与接口技术73.内存的基本组成1)存储体2)地址译码部件3)读写电路ABCPUMARMDR地址译码部件存储体CBDBN=2n读写电路微型计算机原理与接口技术81)程序的局部性原理：在某一较短的时间间隔，频繁访问某一局部存储器地址的现象。2）多级存储体系的组成CPU高速缓存cache主存外(辅)存辅助硬件辅助软硬件半导体磁光介质4.存储系统的层次结构微型计算机原理与接口技术9内存——存放当前运行的程序和数据。特点：快，容量小(256~512M)，。通常由半导体存储器构成.存系统引导程序、监控程序、ROMBIOS。外存——存放非当前使用的程序和数据。特点：慢，容量大，顺序存取/块存取。需调入内存后CPU才能访问。由磁、光存储器、半导体存储器构成。磁盘、磁带、CD-ROM、DVD-ROM、固态盘。微型计算机原理与接口技术10CPU寄存器内部cache主板cache主存(DRAM)辅助存储器大容量辅助存储器速度快、访问频度高造价高、功耗大、集成度小微型机存储系统的层次结构双极型高速SRAM高速DRAM软硬盘磁带光盘微型计算机原理与接口技术11目标：系统的存储速度接近最快的存储器，容量接近最大的存储器。与寄存器的区别：以字为单位存取，每字包含若干位。各个字的相同位通过同一引脚与外界联系。每个字分配一个地址，因此内部有地址译码器。微型计算机原理与接口技术123.1.2半导体存储器的一般结构AB存储体地址译码...控制电路MAR读写电路MDRDBAB存储单元：‘多字一位’‘多字多位’3.1.3半导体静态存储器1.SRAM六管静态电路：双稳、负载、控制微型计算机原理与接口技术14RAM的3个特性：1）可读可写，非破坏性读出，写入时覆盖原内容。2）随机存取，存取任一单元所需时间相同。3）易失性（或挥发性）。当断电后，存储器中的内容立即消失。微型计算机原理与接口技术15例SRAM的管脚信号与读写信号SRAM62128的管脚：•A0~A17是17位地址线；•D0~D7；•CS；•WE；•OE；微型计算机原理与接口技术16绝缘栅MOS管构成,栅极带电与否决定信息。漏源加高压，电子注入；紫外线照射，电子泄露。例512KB的27C040。2.UV-EPROM存储器微型计算机原理与接口技术17绝缘栅MOS管构成,浮栅+控制栅，控制栅加正压，栅极电子注入；控制栅加负压，电子泄露；例：32KB282563.EEPROM存储器微型计算机原理与接口技术184.闪速存储器：快闪或闪存电可擦除、非易失只读存储器。特点：(1)按区块或页面组织：字节、页面、整片编程和擦除。(2)快速页写入：写入页缓存。(3)内部编程控制逻辑。(4)在线编程能力。(5)软硬件保护能力。微型计算机原理与接口技术193.1.4动态随机存储器DRAM1.动态RAM的基本存储单元微型计算机原理与接口技术20DRAM是靠MOS电路中的栅极电容来存储信息的，由于电容上的电荷会逐渐泄漏，需要定时充电以维持存储内容不丢失（动态刷新）。刷新定时间隔一般为几微秒～几毫秒集成度高（存储容量大，可达1Gbit/片以上），功耗低，但速度慢（10ns左右）。DRAM在微机中应用非常广泛，如微机中的内存条（主存）、显卡上的显示存储器。特点：微型计算机原理与接口技术21SDRAM（SynchronousDRAM）——它在1个CPU时钟周期内可完成数据的访问和刷新，即与CPU的时钟同步工作。SDRAM的工作频率目前最大可达150MHz，存取时间约为5～10ns，最大数据率为150MB/s，是当前微机中流行的标准内存类型。DDRDRAM（DoubleDataRateDRAM）——是对SDRAM的改进，它在时钟的上升沿和下降沿都可以传送数据，其数据率可达200-800MB/s。主要应用在主板和高速显示卡上。RDRAM（RambusDRAM）——是由Rambus公司所开发的高速DRAM。其最大数据率可达1.6GB/s。常见DRAM的种类：微型计算机原理与接口技术223.2存储器与CPU的接口1.存储器和CPU的连接考虑①高速CPU和较低速度存储器之间的速度匹配问题。②CPU总线的负载能力问题。③片选信号和行地址、列地址的产生机制。微型计算机原理与接口技术232.存储器芯片片选信号的构成方法：全译码法▪适用于组合容量较大的存储器▪结构复杂部分译码法线译码法▪适用于容量较小的存储器▪结构简单微型计算机原理与接口技术24译码电路将输入的一组二进制编码变换为一个特定的控制信号，即：将输入的一组高位地址信号通过变换，产生一个有效的控制信号，用于选中某一个存储器芯片，从而确定该存储器芯片在内存中的地址范围。微型计算机原理与接口技术25(1)全地址译码用全部的高位地址信号作为译码信号，使得存储器芯片的每一个单元都占据一个唯一的内存地址。存储器芯片译码器低位地址高位地址全部地址片选信号微型计算机原理与接口技术26全地址译码例6264芯片的地址范围：F0000H~F1FFFH111100000……00~111100011……11A19A18A17A16A15A14A13&≥1CS1A12～A0D7～D0高位地址线全部参加译码6264A12-A0D7-D0OEWE微型计算机原理与接口技术27全地址译码法特点：——片选线全部参加译码，地址空间是唯一确定的，地址连续，但译码电路相对复杂。常用地址译码器：2-4译码器：74LS139：3-8译码器：74LS138：4-16译码器：74LS154：微型计算机原理与接口技术28(2)部分地址译码用部分高位地址信号（而不是全部）作为译码信号，使得被选中得存储器芯片占有几组不同的地址范围。微型计算机原理与接口技术29部分地址译码例同一物理存储器占用两组地址：F0000H~F1FFFHB0000H~B1FFFHA18不参与译码A19A17A16A15A14A13&≥1到6264CS1微型计算机原理与接口技术303.应用举例设计：将SRAM6264芯片与系统连接，使其地址范围为：38000H~39FFFH和78000H~79FFFH。选择使用74LS138译码器构成译码电路74LS138逻辑图：微型计算机原理与接口技术3174LS138逻辑图：Y0G1Y1G2AY2G2BY3Y4AY5BY6CY7片选信号输出译码允许信号地址信号（接到不同的存储体上）微型计算机原理与接口技术3274LS138的真值表：可以看出，当译码允许信号有效时，Yi是输入A、B、C的函数，即Y=f(A,B,C)（注意：输出低电平有效）11111111XXX其它值0111111111110010111111110100110111111011001110111110010011110111011100111110110101001111110100110011111110000100Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0CBAG1G2AG2B微型计算机原理与接口技术33D0~D7A0A12•••WEOECS1CS2•••A0A12MEMWMEMRD0~D7G1G2AG2BCBA&&A19A14A13A17A16A15+5VY0下图中A18不参与译码，故6264的地址范围为：38000H~39FFFH78000H~79FFFH6264微型计算机原理与接口技术343.2.2存储器扩展技术位扩展——扩展每个存储单元的位数Intel21141k×4位;Intel2164A64k×1位字扩展——扩展存储单元的个数EPROM27162k×8位;2725632K×8位字位扩展——二者的综合用多片存储芯片构成一个需要的内存空间，它们在整个内存中占据不同的地址范围，任一时刻仅有一片（或一组）被选中。微型计算机原理与接口技术351.位扩展存储器的存储容量等于：单元数×每单元的位数当构成内存的存储器芯片的字长小于内存单元的字长时，就要进行位扩展，使每个单元的字长满足要求。字节数字长微型计算机原理与接口技术36位扩展方法：将每片的地址线、控制线并联，数据线分别引出。位扩展特点：存储器的单元数不变，位数增加。微型计算机原理与接口技术37N=目标存储器容量已有存储器容量需要片数N=8例：用1024字×1位RAM构成1024字×8位RAM.微型计算机原理与接口技术382.字扩展地址空间的扩展。芯片每个单元中的字长满足，但单元数不满足。扩展原则：每个芯片的地址线、数据线、控制线并联，仅片选端分别引出，以实现每个芯片占据不同的地址范围。例：用256字×8位RAM组成1024字×8位存储器。需要片数N＝4N=目标存储器容量已有存储器容量特点：必须使用译码器。各片地址分配情况：000H0FFH100H1FFH2FFH3FFH200H300H字扩展图字扩展方法：片内地址、I/O同名端并联。多余地址端通过译码器接至各片的片选端；并联并联译码器微型计算机原理与接口技术413.字位扩展根据内存容量及芯片容量确定所需存储芯片数；进行位扩展以满足字长要求；进行字扩展以满足容量要求。若已有存储芯片的容量为L×K，要构成容量为M×N的存储器，需要的芯片数为：（M×N）/（L×K）微型计算机原理与接口技术42例用8片256x4芯片构成1KB存储器。微型计算机原理与接口技术43思考题:设有一个24位地址和8位字长的存储器:(1)该存储器能够存储多少字节信息?(2)如果该存储器由4Mx1位的RAM芯片组成,需要多少片?(3)在此条件下,若数据总线为8位,需要多少位作芯片选择?