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1、第五章 存储器及其与CPU接口 存储器分类及性能指标 随机读写存储器 只读存储器 存储器与CPU接口的基本技术 存储器是微型计算机系统中的重要组成部分。任何存储器是微型计算机系统中的重要组成部分。任何CPUCPU 构成的微机系统必须配备一定存储容量的存储器。存储器的构成的微机系统必须配备一定存储容量的存储器。存储器的 主要功能是用来存放主要功能是用来存放系统工作时的信息，即程序和数据。系统工作时的信息，即程序和数据。存存 储器容量愈大，能存放的信息就愈多，计算机的能力就愈强储器容量愈大，能存放的信息就愈多，计算机的能力就愈强 。 存储器作为计算机系统的重要组成部分，随着更好的存存储器作为计算机
2、系统的重要组成部分，随着更好的存 储载体材料的发现及生产工艺的不断改进，储载体材料的发现及生产工艺的不断改进，争取更大的存储争取更大的存储 容量、获得更快的存取速度、减小存储器载体的体积以及降容量、获得更快的存取速度、减小存储器载体的体积以及降 低单位存储容量性价比等低单位存储容量性价比等方面都获得快速的发展。方面都获得快速的发展。 5.1 存储器分类及性能指标 5.1.1 半导体存储器的分类 简单的二级结构简单的二级结构 主存主存 + + 辅存辅存 一般为半导体存一般为半导体存 储器，也称为短储器，也称为短 期存储器。解决期存储器。解决 读写速度问题。读写速度问题。 包括磁盘（中期包括磁盘（
3、中期 存储器）、磁带存储器）、磁带 、光盘（长期存、光盘（长期存 储）等。解决存储）等。解决存 储容量问题。储容量问题。 一、按存储器制造工艺分类 双极型存储器双极型存储器 TTLTTL型、型、ECLECL型、型、I I 2 2 L L型等。存取速率高型等。存取速率高 ，但集成度低，功耗大，成本高。主要用于高速的微型计算，但集成度低，功耗大，成本高。主要用于高速的微型计算 机和大型计算机中。机和大型计算机中。 MOSMOS型存储器型存储器 CMOS CMOS型、型、NMOSNMOS型、型、HMOSHMOS型等。制型等。制 造工艺简单，集成度高，功耗低，价格便宜。但在速率上比造工艺简单，集成度高
4、，功耗低，价格便宜。但在速率上比 TTLTTL型存储器要低。型存储器要低。 二、按存储器的读写功能分类 只读存储器只读存储器ROMROM 随机存取（读写）存储器随机存取（读写）存储器RAMRAM 三、随机存储器RAM 存储器中的信息既能随时读出，也能随时写入，存储器中的信息既能随时读出，也能随时写入，RAMRAM中信中信 息在关机后消失。息在关机后消失。 SRAMSRAM：静态静态RAMRAM。利用。利用半导体触发器半导体触发器的两个稳定状态表的两个稳定状态表 示示“ “1”1”和和“ “0”0”。电源不关掉，。电源不关掉，SRAMSRAM的信息不会消失，不需动的信息不会消失，不需动 态刷新电
5、路。态刷新电路。 DRAMDRAM：动态动态RAMRAM。利用。利用MOSMOS管的栅极对其衬底间的管的栅极对其衬底间的分布分布 电容电容保存信息，保存信息，DRAMDRAM的每个存储单元所需的每个存储单元所需MOSMOS管较少，因管较少，因 此集成度高，功耗小，价格便宜。此集成度高，功耗小，价格便宜。DRAMDRAM中的信息会因电容中的信息会因电容 漏电而逐渐消失，漏电而逐渐消失，需配置专门的动态刷新电路需配置专门的动态刷新电路。 四、只读存储器ROM 使用使只能读出，不能写入。使用使只能读出，不能写入。ROMROM中信息关机后不消失。中信息关机后不消失。 掩膜掩膜ROMROM（Masked
6、 ROMMasked ROM）：生产时已将程序、数据写入）：生产时已将程序、数据写入 其中，用户只能读出，不能修改。其中，用户只能读出，不能修改。 PROMPROM（Programmable ROMProgrammable ROM）：可编程的只读存储器。）：可编程的只读存储器。 PROMPROM中的程序是由用户自行写入的，但一经写入就无法更中的程序是由用户自行写入的，但一经写入就无法更 改了，是一种一次性写入的改了，是一种一次性写入的ROMROM。 EPROMEPROM（Erasable Programmable ROMErasable Programmable ROM ）：可擦除可编）：可擦
7、除可编 程存储器。程存储器。EPROMEPROM可由用户自行写入程序，写入后的内容可由用户自行写入程序，写入后的内容 可用紫外线灯照射来擦除，然后可重新写入内容。可用紫外线灯照射来擦除，然后可重新写入内容。EPROMEPROM 可多次改写。可多次改写。 E E 2 2 PROMPROM（Electrically Erasable Programmable ROMElectrically Erasable Programmable ROM ）：）： 电可擦除可编程电可擦除可编程ROMROM。可用电信号进行清除和重写的存储器。可用电信号进行清除和重写的存储器 。E E 2 2 PROMPROM使用
8、方便，但存取速度较慢，价格较贵。使用方便，但存取速度较慢，价格较贵。 半导体 存储器 磁介质存储器 光存储器 Multi-SRAM NV-SRAM FIFO Cache 双极型：存取速度快，但集成度低，一般用于大 型计算机或高速微机中； MOS型 掩膜ROM 一次性可编程PROM 紫外线可擦除EPROM 电可擦除E2PROM 可编程只读存储器FLASH 读写 存储器 RAM 只读 存储器 ROM （按读 写功能 分类) 静态 SRAM 动态DRAM： 集成度高但存取速度较低 一般用于需要较大容量的场合。 速度较快，集成 度较低，一般用 于对速度要求高 、而容量不大的 场合。 按存储介质分类按存
9、储介质分类 5.1.2 半导体存储器的主要技术指标 1. 1. 容量容量：指一个存储器芯片能存储的二进制信息。 存储器芯片容量存储器芯片容量= =存储单元数存储单元数 每单元的数据位数每单元的数据位数 例：6264 8KB = 8K 8bitbit 6116 2KB = 2K 8bitbit 1字节=8 bit；1KB=210字节=1024字节；1MB=210KB=1024KB； 1GB=210MB=1024MB；1TB=210GB=1024GB。 2. 2. 存取时间存取时间：存取时间是：存取时间是指向存储器单元写入数据及从存储器单指向存储器单元写入数据及从存储器单 元读出数据所需的时间元读
10、出数据所需的时间，有时又称为有时又称为读写周期读写周期。 3. 3. 功耗功耗：功耗是存储器的重要指标，不仅表示存储器芯片的功耗：功耗是存储器的重要指标，不仅表示存储器芯片的功耗 ，还确定了计算机系统中的散热问题。功耗通常是指每个存储元，还确定了计算机系统中的散热问题。功耗通常是指每个存储元 消耗功率的大小，单位为微瓦消耗功率的大小，单位为微瓦/ /位（位（W/W/位）或者毫瓦位）或者毫瓦/ /位（位（mW/mW/位位 ）。）。 4. 4. 可靠性可靠性：可靠性要求是指对电磁场及温度变化的抗干扰性：可靠性要求是指对电磁场及温度变化的抗干扰性 。存储器的可靠性用平均无故障时间。存储器的可靠性用平
11、均无故障时间MTBFMTBF（Mean Time Mean Time Between FailuresBetween Failures）来表征。）来表征。MTBFMTBF表示两次故障之间的平均表示两次故障之间的平均 时间间隔。时间间隔。MTBFMTBF越长，意味着存储器可靠性越高，保持正越长，意味着存储器可靠性越高，保持正 确运行的能力越强。确运行的能力越强。 5. 5. 性能性能/ /价格比价格比：“ “性能性能” ”主要包括存储容量、存取周期和可靠主要包括存储容量、存取周期和可靠 性等。性能价格比是一项综合性指标，对不同用途的存储器性等。性能价格比是一项综合性指标，对不同用途的存储器 有不
12、同的要求。选用芯片时，在满足性能要求的条件下，尽有不同的要求。选用芯片时，在满足性能要求的条件下，尽 量选择价格便宜的芯片。量选择价格便宜的芯片。 5.2 随机读写存储器 5.2.1 静态读写存储器SRAM 1.T1和T2组成一个双稳态 触发器，用于保存数据 。T3和T4为负载管。 2.如A点为数据D，则B点 为数据/D。 T1T2 AB T3T4 +5V T5T6 3.行选择线有效（高电 平 ）时，A 、B处的数据 信息通过门控管T5和T6 送至C、D点。 行选择线 CD 列选择线T7T8 I/OI/O 4.列选择线有效（高电 平 ）时，C 、D处的数据 信息通过门控管T7和T8 送至芯片的
13、数据引脚I/O 。 一、静态RAM基本存储电路 二、典型的静态RAM芯片 不同的静态RAM的内部结结构基本相同，只是在不同容 量时时其存储储体的矩阵阵排列结结构不同。典型的静态态RAM芯片 如Intel 6116（2K8位），6264（8K8位），62128（16K8 位）和62256（32K8位）等。 图为SRAM 6264芯片的引脚图，其容量为8K8位，即 共有8K（213）个单元，每单元8位。因此，共需地址线13条 ，即A12A0；数据线8条即I/O8I/O1、WE、OE、CE1、CE2 的共同作用决定了SRAM 6264的操作方式。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
14、 13 14 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 6264 NC A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 I/O1 I/O2 I/O3 GND VCC WE CE2 A3 A2 A1 OE A0 CE1 I/O8 I/O7 I/O6 I/O5 I/O4 6264的操作方式 I/O1 I/O8 ININ 写写 0 0 1 1 0 0 0 0 ININ 写写 1 1 1 1 0 0 0 0 OUTOUT 读读 0 0 1 1 0 0 1 1 高阻高阻输出禁止输出禁止 1 1 1 1 0 0 1 1 高阻高阻未选中未选中 0 0 高
15、阻高阻未选中未选中 1 1 I/OI/O 1 1 I/O I/O 8 8 方式方式 WECE1CE2OE SRAM 6264引脚图 三、SRAM存储器与CPU连接 8086CPU8086CPU WR WR RD RD 62646264 WE WE OE OE （一）62256 62256是32K*8的CMOS静态RAM 补充：典型存储器芯片和译码器芯片 62256工作表 （二）3-8译码器74LS138 74LS138引脚功能 （1）片选信号：G1G2AG2B （2）CBA译码Y0到Y7有效 5.2.2 动态读写存储器DRAM 一、基本存储元素 行选择线 T1 B 存储 电容 C A 列选 择线 T2 I/O 1 1. 设 T1导通时（行选线1），将 A1 写入，则C上有电荷。 2. 行选择线有效时，数据通过T1送 至B处； 3. 列选择线有效时，数据通过T2送 至芯片的数据引脚I/O； 4. 为防止存储电容C放电导致数据 丢失，必须定时进行刷新； 5. 动态刷新时行选择线有效，而列 选择线无效。（刷新是逐行进行 的。） 刷新放大
