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1、第四章 存储器,本章主要知识点： 1、存储器的工作原理、读/写操作的基本过程； 2、地址译码电路设计； 3、8086存储器的扩展设计方法 本章学习的重点： 1、存储器的工作原理、读/写操作的基本过程 2、RAM、ROM芯片的组成特点、工作过程、典型芯片的引脚信号、基本概念。 3、8086与存储器硬件电路的奇偶设计基本原理。 4、存储器的扩展电路设计原理,4.1 存储器的基本概念 问题的提出:CPU可以实现二进制算术运算,如要满足更复杂的运算,参与运算的数据和运算的结果放到什么地方?完成运算的指令(程序),放到什么地方?某些数据需随时存放或取出，某些数据又要求不能由于计算机的运行而改变，如何实现
2、这个要求? 解决的方法:给CPU配备必要的数据存储设备存储器:随机存储器和只读存储器。存储器就是用来存储程序和数据的电子器件。,按照存取速度和用途可把存储器分为两大类：内存储器（简称内存，又称主存储器）和外存储器。 存储器的容量越大，记忆的信息也就越多，计算机的功能也就越强。 内存储器也称为半导体存储器，是一种大规模集成电路，存储范围从1KB到高达几GB的容量。 外存储器是一种磁介质或光介质的存储器，称为软盘、硬盘、光盘等。 本课程只学习内存储器，外存储器感兴趣的同学可参阅相关书籍自学。,4.1.2 半导体存储器的分类,半导体存储器按工作性能分为两大类 1可读写存储器RAM (Random A
3、ccess Memory，又称为随机存取存储器，简称RAM) 2只读存储器ROM (Read Only Memory，简称ROM) 1）掩膜ROM； 2）可编程的只读存储器PROM； 3）可擦除的EPROM； 4）电擦除的PROM； 5）快速擦写存储器Flash Memory 又称快闪存储器,1) 可读写(随机)读写存储器(RAM) 这种存储器在使用过程中既可利用程序随时写入信息，又可随时读出信息。RAM可分为三类。 (1) 静态RAM 静态RAM即SRAM(Static RAM)，其存储电路以双稳态触发器为基础，状态稳定，只要不掉电，信息不会丢失。优点是不需刷新，缺点是集成度低。它适用于不需
4、要大存储容量的微型计算机(例如，单板机和单片机)中。,(2) 动态RAM 动态RAM即DRAM(Dynamic RAM)，其存储单元以电容为基础，电路简单，集成度高。但也存在问题，即电容中电荷由于漏电会逐渐丢失，因此DRAM需定时刷新。它适用于大存储容量的计算机。 (3) 非易失RAM 非易失RAM或称掉电自保护RAM，即NVRAM(Non Volative RAM)，这种RAM是由SRAM和EEPROM共同构成的存储器，正常运行时和SRAM一样，而在掉电或电源有故障的瞬间，它把SRAM的信息保存在EEPROM中，从而使信息不会丢失。NVRAM多用于存储非常重要的信息和掉电保护。,(1) 掩膜
5、ROM 利用掩膜工艺制造的存储器，程序和数据在制造器件过程中已经写入，一旦做好，不能更改。大量生产时，成本很低。例如，键盘的控制芯片。 (2) 可编程ROM 可编程ROM简称PROM(Programable ROM)。PROM由厂家生产出的“空白”存储器，根据用户需要，利用特殊方法写入程序和数据，即对存储器进行编程。但只能写入一次，写入后信息是固定的，不能更改。它类似于掩膜ROM，适合于批量使用。,2)只读存储器ROM,3) 可擦除PROM EPROM(Erasable Programable ROM) 可由用户按规定的方法多次编程，如编程之后想修改，可用紫外线灯制作的擦除器照射730分钟左右
6、，使存储器复原，用户可再编程。这对于专门用途的研制和开发特别有利，因此应用十分广泛。 4) 电可擦PROM EEPROM (Electrically Erasable PROM) 这种存储器能以字节为单位擦除和改写，而且不需把芯片拔下插入编程器编程，在用户系统即可进行。随着技术的进步，EEPROM的擦写速度将不断加快，将可作为不易失的RAM使用。,4.1.3 半导体存储器的主要技术指标 1. 容量 存储器芯片因为要适用于1位、4位、8位计算机的需要，其数据线也有1位、4位、8位之不同。例如，Intel 2116为1位， 2114为4位， 6264为8位，所以在标定存储器容量时，经常同时标出存储
7、单元的数目和位数，因此有 存储器芯片容量=单元数数据线位数 如Intel 2114芯片容量为1 K4位/片，Intel 6264为8 K8位/片。 虽然微型计算机的字长已经达到16位、32位甚至64位，但其内存仍以一个字节为一个单元，不过在微机中,根据数据位的长度，一次可同时对2、4、8个单元进行访问。,2. 存取速度 存储器芯片的存取速度是用存取时间来衡量的，它是指从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。存取时间越小，速度越快。超高速存储器的存取速度小于20 ns，中速存储器的存取速度在100200 ns之间，低速存储器的存取速度在300 ns以上。现在Pentium
8、4 CPU时钟已达2.4 GHz以上，这说明存储器的存取速度已非常高。随着半导体技术的进步，存储器的容量越来越大，速度越来越高，而体积却越来越小。,4.1.4 选择存储器件的考虑因素,（1）易失性 （2）只读性 （3）位容量 （4）功耗 （5）速度 （6）价格 （7）可靠性,4.2 随机读写存储器（RAM）,RAM的特点是：CPU可以将寄存器的数据通过数据总线写入到存储器中，也能将存储器中的数据通过数据线读到CPU的寄存器中。失电后存储器中的数据丢失！,最基本的RAM芯片2114,2114为1K4容量的RAM,引脚功能: 1、A0A9为地址线，10位，寻址范围为000003FFH 1K 2、I
9、/O1I/O4为数据线，4位 3、CS 片选信号线，CS=0时，该片进行读/写操作， CS=1时，该该片不能进行读/写操作。 4、WE（R/W ）读/写控制信号线。 WE=0时能把数据写入到RAM。 WE=1时能读出RAM中的数据。,地址线的位数决定了存储器的寻址范围-存储容量 数据线的位数决定了存储器可存储数据的长度，目前都为8位数据长度,两片2114组成1K8容量的电路,CS 到地址译码器输出，WE 到读/写（RD、WR）,常用的RAM芯片有6116、6264、62256,图4-3 6116引脚,RAM引脚功能: A0-A10: 地址线,到地址总线(存储量2K) D0-D7: 数据线,到数
10、据总线 CS:片选 ,=0时该片被选中,与WE和OE组合,可以将数据线上的数据写入到地址线指定的地址单元中或将地址线指定的地址单元的内容送到数据线上. WE: 写允许.=0时,数据由总线写入存储器 (2114只有WE, =1时,从存储器读出数据) OE: 读允许. =0时, 从存储器读出数据 WE和OE都为低电平有效,图4-4 6264引脚,RAM引脚功能: A0-AN: 地址线,到地址总线(N由存储量决定)D0-D7: 数据线,到数据总线。 CS: 片选 ,=0时该片被选中,与WE和OE组合,可以将数据线上的数据写入到地址线指定的地址单元中或将地址线指定的地址单元的内容送到数据线上。 CS2
11、:片选，一般不用。 WE: 写允许.=0时,数据由总线写入存储器。 OE: 读允许. =0时, 从存储器读出数据。 WE和OE都为低电平有效,RAM的特点：,1、为可读写存储器,失电后存储的内容丢失； 2、A0AN为地址线，N决定了存储器的存储容量，如A0A12为8K， A0A10为2K范围。 3、OE=0 数据输出； 4、WE=0 数据输入；OE、WE 数据读写控制。 5、CS 片选控制，=0时，该片由OE、WE 控制读写操作，=1时，该片没被选中，不能进行读写操作。 6、I/O0I/O7 数据线 8位(都为8位) 各存储器的区别仅仅是地址线的数量差别，地址线多，容量大。常见的RAM有：61
12、16（2K8位）、6264 （8K8位） 62256 （32K8位）,常用RAM 的控制信号真值表,注：有些容量较大的RAM有CS2控制信号，在使用时也只用到CS1 ，将CS2按信号真值表的要求接到高点平即可。 在使用中，只有当CS1为低电平时，WE和OE才起控制作用。,只读存储器，CPU只能将存储器中的数据通过数据线读到CPU中，不能将数据写入到存储器中。只能存放程序或数据，不能对存放的内容进行随意修改，工作原理和RAN基本相同，区别是不能把数据随机写入，写入时需专门的电路才能实现把数据写入。,4.3 只读存储器（ROM）,4.3.1典型的只读存储器-EPROM,图4-5 2716引脚,12
13、716的引线 2716是2K8bit的EPROM芯片。 A0A10为11条地址信号线，芯片的容量为2K单元。 D0D7为8条数据，每个存贮单元存放一个字节。 CS 为片选控制信号。 OE 为（读）输出允许信号。 PGM 为编程脉冲输入端。 Vpp 编程电源,图4-6 2764引线图,2764的引线 2764是8K8bit的EPROM芯片。 A0A12为13条地址信号线，芯片的容量为8K个单元。 D0D7为8条数据，每个存贮单元存放一个字节。 CS 为输入信号。 OE 输出允许信号。 PGM 为编程脉冲输入端。 Vpp 编程电源(+25V),各种不同类型ROM的特点 ROM在使用时，仅用于将其存
14、贮的内容读出。其过程与RAM的读出类似,即CPU送出要读出的地址，然后通过地址译码使该电路的CS 被选中，通过指令的类型使OE 有效(低电平)，则在芯片的D0D7上就可以输出要读出的数据。 注意:RAM和ROM 在设计是的区别是:ROM只使用读出控制线,不用写入控制。,4.4 CPU与存储器的硬件电路连接,问题的提出： 计算机如何找到所需的工作地址？地址是唯一的，在多个存储器芯片时，如何找到所需的地址芯片和唯一的地址？ 解决的方法：利用地址译码电路来寻找指定的地址芯片和寻址的唯一地址。 由上述存储器电路引脚知:各种存储器都有一个片选控制信号CS，该信号都为低电平有效。（微机中各种节电路也有片选
15、信号，而且都是低电平有效。,D15D8,D15D8,D15D8,D15D8,D7D0,D7D0,D7D0,D7D0,A11A0,A11A0,A11A0,A11A0,A10A0,A10A0,A10A0,A10A0,CS,CS,CS,CS,地址总线,数据总线,CS,CS,CS,CS,奇(2),奇(1),偶(2),偶(1),奇(2),偶(2),奇(1),偶(1),OE,WE,OE,WE,OE,WE,OE,WE,RD,WR,OE,OE,OE,OE,A12A1,A11A1,RAM的地址范围 选用6232 4K 有12条地址线A110,ROM的地址范围 选用2716 2K 有11条地址线A100,CS,C
16、S,有RAM和ROM各四片,计算机如何找到指令给出的地址所在的存储器芯片?,RD,4.4.1常用存储器地址译码电路,图3-7 74LS138引脚图,74LS138可用来作为存储器的译码电路。也称为3:8译码器,G2A、G2B、G1为控制信号 、为输出选择信号线 Y0-Y7是输出信号线,表3-1 74LS138的真值表,译码电路的特性： 1）每次只能有一位为低电平，其余都为高电平； 2）A、B、C三位输入决定了8种输出选择； 3）输出状态由A、B、C、G1、G2A、 G2B的逻辑组合而决定；,必须的条件,C、B、A的状态决定那位输出为低,译码电路的应用举例,Y0=0 10000H11FFFH 8K Y1=0 12000H13FFFH 8K Y2=0 14000
