第六章 内存储器接口

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1、第六章内存储器接口 6学时 第四节16位 32位及64位机存储器系统 现代计算机接口技术 退出 第一节内存储器件 2学时 知识概述 第二节地址译码 2学时 第三节内存储器扩展技术 2学时 第一节内存储器件 6 1 1内存储器概述 退出 现代计算机接口技术 1 存储器有两种基本操作 读和写 2 所有的存储芯片都设有地址引脚 数据引脚 读 写控制脚及片选脚 6 1 2内存储器的分类 退出 现代计算机接口技术 内存储器 ROM 双极RAMMOS型RAM掩模式ROM可编程的ROM可擦除PROM RAM SRAMDRAMEPROMEEROM 6 1 2 一 随机存取存储器RAM1 双极型RAM双极型RA

2、M的主要特点 存取时间短 通常为几纳秒到几十纳秒 其集成度低 功耗大 而且价格也较高 2 MOS型RAM用MOS器件构成的RAM又可分为SRAM和DRAM 退出 现代计算机接口技术 6 1 2 二 只读存储器ROM1 掩模式只读存储器这种芯片存储的信息稳定 成本最低 适用于存放一些可批量生产的固定不变的程序或数据 2 可编程ROM用户可以读出其内容 但再也无法改变它的内容 3 可擦除的PROM可擦除的PROM芯片因其擦除的方式不同可分为两类 1 一是通过是紫外线照射来擦除 这种用紫外线擦除的PROM称为EPROM 2 另外一种是通过电的方法来擦除 这种PROM称为EEPROM芯片内容擦除后仍可

3、以重新对它进行编程 写入新的内容 擦除和重新编程都可以多次进行 现代计算机接口技术 退出 6 1 3存储器芯片的主要技术指标 1 存储容量存储器芯片的存储容量用 存储单元个数 每存储单元的位数 来表示 当计算机的内存确定后 选用容量大的芯片则可以少用几片 这样不仅使电路连接简单 而且功耗也可以降低 2 存取时间和存取周期存取时间又称存储器访问时间 即启动一次存储器操作 读或写 到完成该操作所需要的时间 CPU在读写存储器时 其读写时间必须大于存储器芯片的额定存取时间 如果不能满足这一点 微型机则无法正常工作 存取周期是连续启动两次独立的存储器操作所需间隔的最小时间 若令存取时间为tA 存取周期

4、为TC 则二者的关系为TC tA 现代计算机接口技术 退出 6 1 3 3 可靠性目前所用的半导体存储器芯片的平均故障间隔时间约为5 l06 l 108小时左右 4 功耗使用功耗低的存储器芯片构成存储系统 不仅可以减少对电源容量的要求 而且还可以提高存储系统的可靠性 现代计算机接口技术 退出 6 1 4随机存取存储器的存储元及外部特性 一 静态存储器1 SRAM的存储元静态RAM的基本存储电路 即存储元 一般是由6个MOS管组成的双稳态电路 如图6 1所示 2 SRAM的外部特性6264芯片是一个8K 8bit的CMOSSRAM芯片 其引脚如图6 2所示 A0 Al2 13根地址信号线 一个存

5、储芯片上地址线的多少决定了该芯片有多少个存储单元 通常这13根地址线通常接到系统地址总线的低13位上 以便CPU能够寻址芯片上的各个单元 现代计算机接口技术 退出 6 1 4 D0 D7 8根双向数据线 对SRAM芯片来讲 数据线的根数决定了芯片上每个存储单元的二进制位数 使用时 这8根数据线与系统的数据总线相连 CS1 CS2 片选信号线 OE 输出允许信号 只有当为低电平时 CPU才能够从芯片中读出数据 通常与系统总线的MEMW相连 WE 写允许信号 当WE为低电平时 允许数据写入芯片 通常与系统总线的MEMW相连 其它引脚 Vcc为 5V电源 GND是接地端 NC表示空端 现代计算机接口

6、技术 退出 6 1 4 二 动态存储器1 DRAM的存储元单管动态存储元电路如图6 3所示 2 DRAM的外部特性图6 4所示为2164A的引脚图 其引脚功能如下 A0 A7 地址输入线 DRAM芯片在构造上的特点是芯片上的地址引脚是复用的 两次送到芯片上去的地址分别称为行地址和列地址 在相应的锁存信号控制下 它们被锁存到芯片内部的行地址锁存器和列地址锁存器中 DIN和DOUT 芯片的数据输入 输出线 RAS 行地址锁存信号 CAS 列地址锁存信号 WE 写允许信号 当它为低电平时 允许将数据写入 反之 当WE l时 可以从芯片读出数据 现代计算机接口技术 退出 6 1 5只读存储器的存储元及

7、外部特性 一 EPROM1 EPROM的存储元它的基本存储单元的结构和工作原理如图6 5所示 2 EPROM的外部特性27256的外部引脚如图6 6所示 这是一块32K 8bit的EPROM芯片 27256各引脚如下 A0 Al4 l5根地址输入线 D0 D7 8根双向数据线 CE 选片信号 低电平有效 OE 输出允许信号 低电平有效 当OE 0时 芯片中的数据可由D0 D7端输出 Vpp 编程电压输入端 编程时应在该端加上编程高电压 不同的芯片对VPP的值要求的不一样 可以是 12 5V 15V 21V 25V等 现代计算机接口技术 退出 6 1 5 二 EEPROM1 EEPROM的存储元

8、E2PROM存储元的结构示意图如图6 7所示 2 EEPROM的外部特性NMC98C64A为8K 8位的EEPROM 其引脚如图6 8所示 其中 A0 A12 13根地址线 D0 D7 8条数据线 CE 选片信号 低电平有效 OE 输出允许信号 低电平有效 WE 写允许信号 低电平有效 READY BUSY 状态输出端 98C64A正在执行编程写入时 此管脚为低电平 写完后 此管脚变为高电平 因为正在写入当前数据时 98C64A不接收CPU送来的下一个数据 所以CPU可以通过检查此管脚的状态来判断写操作是否结束 现代计算机接口技术 退出 第二节地址译码 CPU输出的地址引脚如何与存储芯片的地址

9、连接呢 通常将CPU的地址引脚与同名的存储芯片的地址引脚直接相连 CPU剩余的地址引脚 也即高位地址通过译码连接存储芯片的片选端 现代计算机接口技术 退出 6 2 1地址译码方式 存储器的地址译码方式可以分为两种 一种称为全地址译码 另一种称为部分地址译码 一 全地址译码方式所谓全地址译码 就是构成存储器时要使用全部地址总线信号 即所有的高位地址信号用来作为译码器的输入 低位地址信号接存储芯片的地址输入线 从而使得存储器芯片上的每一个单元在整个内存空间中具有唯一的一个地址 如图6 9所示 这是一片SRAM6264与8086 8088系统的连接图 可以看出 只要A19 A13为以下二进制位时 就

10、可访问6264存储单元 具体哪一个存储单元由低13位 A12 A0 决定 现代计算机接口技术 退出 6 2 1 0111101 该片6264的地址范围为 01111010000000000000 3E000H 到00111111111111111111 3FFFFH若将图6 9中的 与非 门改为 或 门 如图6 10所示 则6264的地址范围就变成84000H 85FFFH 二 部分地址译码方式顾名思义 部分地址译码就是仅把地址总线的一部分地址信号线与存储器连接 通常是用高位地址信号的一部分 而不是全部 作为片选译码信号 图6 11就是一个部分地址译码的例子 现代计算机接口技术 退出 6 2

11、1 从图6 11可以看出 A19 A0为以下二进制位时 就可访问6264存储单元 11111 低13位可取0000000000000 1111111111111 所以该片的地址范围为 11111 0000000000000 11111 1111111111111当A14A13 00 11111000000000000000 F8000H 到11111001111111111111 F9FFFH当A14A13 01 FA000H FBFFFH当A14A13 10 FC000H FDFFFH当A14A13 11 FE000H FFFFFH按这种地址译码方式 芯片占用的这4个8KB的区域决不可再分配

12、给其它芯片 否则 会造成总线竞争而使微机无法正常工作 现代计算机接口技术 退出 6 2 2常用的译码器件 一 3 8线译码器集成电路器件中有不少专用译码器 其中74LS138经常作为存储器的译码器件 其引脚图如图6 12所示 它的真值表如表6 1所示 例如 以8088为CPU的微型计算机系统 其RAM系统由8片6264组成 要求存储范围为50000H 5FFFFH 利用74LS138作为译码器件 采用全译码 其连接图如图6 13所示 现代计算机接口技术 退出 6 2 2 二 PROM地址译码图6 14描述了用82S147PROM 512 8 代替图6 14的74LS138译码器 表6 2描述了

13、编程到每个PROM单元的二进制值 由于一块新的PROM单元都为逻辑1 所以256个单元中只需写入8个单元 三 PAL可编程译码器图6 15描述了用PAL16L8代替图6 14PROM译码 其编程程序如下 现代计算机接口技术 退出 6 2 2 CHIPDECODERPAL16L8 pins12345678910A19A18A17A16A15A14A13NCNCGND pins11121314151617181920NCO8O7O6O5O4O3O2O1VCCEQUATIONS O1 A19 A18 A17 A16 A15 A14 A13 O2 A19 A18 A17 A16 A15 A14 A13

14、 O3 A19 A18 A17 A16 A15 A14 A13 O4 A19 A18 A17 A16 A15 A14 A13 O5 A19 A18 A17 A16 A15 A14 A13 O6 A19 A18 A17 A16 A15 A14 A13 O7 A19 A18 A17 A16 A15 A14 A13 O8 A19 A18 A17 A16 A15 A14 A13 现代计算机接口技术 退出 第三节内存储器扩展技术 6 3 1存储容量的位扩展 单个存储芯片字长就不能满足要求 这时就需要进行位扩展 以满足字长的要求 位扩展的电路连接方法是 将每个存储芯片的地址线和控制线 包括选片信号线 读

15、写信号线等 全部同名接在一起 而将它们的数据线分别引出连接至数据总线的不同位上 其连接方法如图6 16所示 现代计算机接口技术 退出 6 3 2存储容量的字扩展 字扩展是对存储器容量的扩展 字扩展的电路连接方法是 将每个芯片的地址信号 数据信号和读 写信号等控制信号线同名全部接在一起 只将选片端分别引出到地址译码器的不同输出端 即用片选信号来区别各个芯片的地址 其连接示意图如图6 17所示 现代计算机接口技术 退出 6 3 3存储容量的字位扩展 在构成一个实际的存储器时 往往需要同时进行位扩展和字扩展才能满足存储容量的需求 扩展时需要的芯片数量可以这样计算 要构成一个容量为M N位的存储器 若

16、使用p k位的芯片 p M k N 则构成这个存储器需要 M p N k 个这样的存储器芯片 例6 1用Intel2164构成容量为128KB的内存 分析 由于2164是64K 1的芯片 所以首先要进行位扩展 用8片2164组成64KB的内存模块 然后再用两组这样的模块进行字扩展 所需的芯片数为 128 64 8 1 16片 连接示意图如图6 18所示 现代计算机接口技术 退出 6 3 3 综上所述 存储器容量的扩展可以分为3步 第一 选择合适的芯片 第二 根据要求将芯片 多片并连 进行位扩展 设计出满足字长要求的存储模块 第三 将多组串联 对存储模块进行字扩展 构成符合要求的存储器系统 现代计算机接口技术 退出 第四节16位 32位及64位机存储器系统 6 4 116位机的存储系统 存储系统分为两个存储体 如图6 19所示 对于16位的CPU为此也都设置了用于存储体选择的两个控制信号和 表6 3描述了这两个引脚和所选择的存储体 在Intel系列的CPU通过产生独立的写信号来选择每个存储体的写操作 如图6 20所示 图6 21描述了一个8086存储系统的连接图 现代计算机接口技术 退出