5[1]1 存储器讲义资料

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1、MOV AL, BX,内存储器,CPU,CPU与内存的关系,存储器读操作,第5章 半导体存储器,随机存储器RAM 只读存储器ROM 存储器的连接设计,5.1 概述,存储器是计算机中实现记忆功能的重要部件，可存放程序和数据。存储器按与CPU的耦合关系分为两大类：一类是内部存储器，简称内存。另一类是外部存储器，简称外存。,我们只介绍内存，目前构成微机内存的主要是半导体存储器.,按存取方式分，半导体存储器分为两大类：随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。,半导体存储器因其存取速度快、集成度高、功耗小、价格低，常用作内存。,一、半导体存储器的分类,半 导 体 存 储 器,ROM,RAM,随机

2、存取存储器RAM,使用属性: 可读可写、断电信息丢失 按制造工艺分类 双极型：速度快、集成度低、功耗大 MOS型：速度慢、集成度高、功耗低 微机中几乎都用MOS型RAM,MOS型RAM的分类 静态RAM(SRAM)：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,但集成度低。 动态RAM(DRAM)：存储单元电路以电容为基础,电路简单,集成度高,功耗低,但因电容漏电,需定时刷新。 组合RAM(IRAM)：附有片上刷新逻辑的DRAM,兼有SRAM和DRAM的优点。,二. 主要性能指标,衡量半导体存储器的指标很多,如功耗,价格,可靠性等,但从选用来看主要考虑容量,存取时间和价格

3、。,1. 存储容量 指每一个存储芯片或模块能够存储的二进制位数。 芯片存储容量存储单元数M 每单元数据位数N,如：芯片有2048个单元，每单元存放8位二进制数，则容量为,简化表示：10248b1KB 10241KB1MB 10241MB1GB,20488b = 2K8b = 2KB = 16Kb,由于在微机中对存储器的读写是以字节为单位寻址的。存储芯片为适用于1位、4位、8位计算机的需要,或因工艺上的原因,其数据线也有1位、4位、8位之分。 例：Intel 2116为1位,2114为4位,6116为8位。 所以标定存储器容量时,经常标出存储单元的数目和位数,即:存储器容量=单元数数据线位数 例

4、: 2114芯片为1K4位/片、6116芯片为2K8位/片 虽然微机字长已达16位,32位甚至64位,但其内存仍以一个字节为一个单元,不过在这种微机中,一次可同时对2,4,8个单元进行访问。,常用单位： B（Byte）、KB、MB、GB等。 1字节=8bit； 1KB=210字节=1024字节；1MB=210KB；1GB=210MB=1024MB；1TB=210GB=1024GB。,3、其他指标 集成度、功耗、可靠性、价格等。,芯片从接收到读/写信号到完成读出或写入操作的时间。 CPU提供的读写时间必须比RAM芯片所要求的存取时间要长。存取时间直接决定了整个微机系统的运行速度。,2、存取时间,

5、2.存取速度 存取速度：从CPU给出有效的存储器地址到存储器输出有效数据所需要的时间。 超高速存储器的存取速度已小于20ns,中速存储器在100200ns之间,低速存储器在300ns以上。 选用存储器时,存取速度最好选与CPU时序相匹配的芯片。另外在满足存储器总容量前提下,尽可能选用集成度高,存储容量大的芯片。,三、半导体存储器芯片的结构,存储体：存储器芯片的主要部分，用来存储信息 地址译码电路：根据地址编码来选中芯片内某个特定单元 控制逻辑：选中存储芯片，控制读写操作, 存储体,存储单元 地址,可存储1位（位片结构）或多位（字片结构）二进制数据 存储容量与地址、数据线个数有关： 芯片容量存储

6、单元数存储单元的位数 2MN M：芯片的地址线根数 N：芯片的数据线根数,例：32K8的SRAM芯片62256,芯片引脚与容量的关系： 容量=单元数位数 =2地址线条数数据线条数 对于62256： 容量2158位 32K8位 32KB, 地址译码电路, 片选和读写控制逻辑,片选端 CS*或CE* 有效时，可以对该芯片进行读写操作 输出 OE* 控制读操作。有效时，片内数据输出 对应系统的RD* 写 WE* 控制写操作。有效时，数据进入芯片中 对应系统的WE*,5.2 随机存取存储器（RAM）,随机存取存储器，也称读写存储器，简称RAM（Random Access Memory）。 特点：存储单

7、元的内容能够根据需要读出或写入，但其保存的信息断电后不再保存，即具有“易失性”。常用于存放输入/输出数据、中间结果或用户应用程序。,动态RAM（Dynamic RAM）的基本存储电路利用MOS管和电容存储信息，电容泄漏须刷新。,静态RAM（Static RAM）的基本存储电路主要由R-S触发器构成，在有电源条件下，存入的数据可一直保存。,5.2 随机存取存储器（RAM）,静态RAM SRAM 6264 SRAM 2114,动态RAM DRAM 2164,一、静态RAM,2、SRAM典型芯片 从使用的角度出发了解芯片几个方面： 引脚功能地址线，数据线，控制线，如何与CPU连接 容量单元数，每单元

8、位数 工作方式如何读/写,1、结构特点： SRAM的基本存储电路由6个MOS管组成,为双稳态触发器。 外围电路包括地址译码、读/写控制、三态输出等。,SRAM芯片6264,28个引脚：,存储容量 可寻址的单元数：213 = 8K 每单元数据位数：8 容量21388K8 b,13根地址线 A12A0,控制线 片选 CS1*、CS2 读写 WE*、OE*,8根数据线 D7D0,SRAM芯片6264,工作方式,P115表5.1,2114芯片, 引脚信号 地址信号 A9A0 数据线 I/O4I/O1 控制线： 片选 CS 读/写控制信号 WE, 容量 可寻址的单元数：210 = 1K 每单元数据位数：

9、4 210 4 1K4 b,SRAM 的读周期,TA读取时间：从读命令发出到数据稳定出现的时间，给出地址到数据出现在总线上 TRC读取周期：两次读取存储器所允许的最小时间间隔，有效地址维持的时间,SRAM 的写周期,TW写入时间：从写命令发出到数据进入存储单元的时间，写信号有效时间 TWC写入周期：两次写入存储器所允许的最小时间间隔，有效地址维持的时间,二、动态RAM,1、结构特点： 基本存储电路为单管或三管存储电路。 外围电路：行、列地址译码，行、列地址锁存， 1/4门控，读/写控制等。,使用动态RAM芯片，必须有一定的辅助电路提供行/列地址选通信号，将CPU送出的地址分为行/列地址，在2m

10、s内刷新等，因此一般小系统中不使用。,动态RAM,DRAM的基本存储单元是单个场效应管及其极间电容 必须配备“读出再生放大电路”进行刷新 每次同时对一行的存储单元进行刷新 每个基本存储单元存储二进制数一位 许多个基本存储单元形成行列存储矩阵 DRAM一般采用“位结构”存储体： 每个存储单元存放一位 需要8个存储芯片构成一个字节单元 每个字节存储单元具有一个地址, 引脚信号, 容量 可寻址的单元数：216 = 64K 每单元数据位数：1 容量216164K1 b,数据线：Dout输出，Din输入。,地址线：A7A0 ，重复使用，分二次接受16位地址信号。,2、典型芯片Intel 2164,DRA

11、M芯片4116,存储容量为 16K1 16个引脚： 7根地址线 A6A0 1根数据输入线 DIN 1根数据输出线 DOUT 行地址选通 RAS* 列地址选通 CAS* 读写控制 WE*,DRAM 的读周期,行地址选通信号RAS*有效，开始传送行地址； 随后，列地址选通信号CAS*有效，传送列地址，CAS*相当于片选信号； 读写信号WE*读有效；数据从DOUT引脚输出,DRAM 的写周期,行地址选通信号RAS*有效，开始传送行地址 随后，列地址选通信号CAS*有效，传送列地址 读写信号WE*写有效 数据从DIN引脚进入存储单元,DRAM 的刷新,采用“仅行地址有效”方法刷新： 行地址选通RAS*

12、有效，传送行地址；CAS*无效，无列地址； 芯片内部实现一行存储单元的刷新；没有数据输入输出； 存储系统中所有芯片同时进行刷新 DRAM必须每隔固定时间就刷新,内存条,是将若干片大容量的DRAM芯片设计并组装在一块电路板上，并集成了动态刷新电路。,SDRAM(同步)：168线，数据宽度达64位。 DDR(双倍数据速率)：184线。,RAM芯片汇总,P114 图5.3,5.3 只读存储器ROM,只读存储器，简称ROM（Read-Only Memory）。 存储单元的内容在使用时只能读出不能写入或可以写入但速度很慢。但其保存的信息断电后仍然保存，即具有“非易失性”。常用于存放固定的程序和参数表，如

13、微机开机的引导程序等。,1、掩模ROM,2、可编程PROM Programmable ROM特点：为空白存储器,允许用户编程一次，存储电路由熔丝相连，当加入写脉冲，某些存储单元熔丝熔断，信息永久写入，不可再改写。适合批量生产 。,Masked ROM特点：其存储的信息在芯片制造时已确定，用户不可更改。掩模ROM成本低，适用于大批量生产。,3、可擦除可编程EPROM,（2）典型EPROM芯片,Intel 27系列是常用的EPROM芯片。芯片的容量2KB、4KB、8KB、16KB、32KB等。它们在容量上不同，但工作原理、编程及读操作上相似。,（1）Erasable Programmable RO

14、M 特点： 在线使用时，只能读出，不能写入。用户按规定方法可多次改写内容, 编程时，从电路板取下，在编程器上实现擦除和写入,适合于研制和开发。,EPROM,顶部开有一个圆形的石英窗口，用于紫外线透过擦除原有信息 一般使用专门的编程器（烧写器）进行编程 编程后，应该贴上不透光封条 出厂未编程前，每个存储单元都是信息1 编程就是将某些单元写入信息0,Intel 2764芯片, 引脚信号,可寻址的单元数：213 = 8K 每单元数据位数：8 21388KB, 容量,控制线： 片选 编程控制信号 输出允许信号,数据线D7D0,地址信号A12A0,EPROM 2764的功能,Intel 27芯片,4、电

15、擦除可编程EEPROM,E2PROM特点：电擦除可编程芯片的擦除和改写均用电信号进行，既可在编程器上擦除和编程，也可直接在印制电路板上在线进行。,5、快擦写存储器 Flash Memory,快擦写存储器简称闪存。闪存具有EEPROM电擦除可编程特点，其内部可自行产生编程所需电压，仅需Vcc供电。但内部组织不同于EEPROM，可提供全片擦除、块擦除、页面擦除能力，实现快速擦除。,闪存（Flash Memory）,采用一种非挥发性存储技术，即掉电后数据信息可以长期保存，在不加电的情况下，信息可以保持10年。 能在线擦除和重写。 由EEPROM发展起来，属于EEPROM 目前几乎所有主板中的BIOS

16、 ROM均采用Flash,单一电源,读取速度较快(100ns左右),低功耗,改写次数目前达100万次,价格接近EPROM。存储容量从64KB,256KB到32MB、64MB等。体积小,可靠性高,内部无可移动部分,无噪声,抗震动力强,是小型硬盘的代替品,也是代替EPROM和E2PROM的理想器件,市场前景看好。Flash有单片应用和固态盘应用，固态盘分卡式和盘式两种。闪速卡,用在可移动计算机中,如数字相机,手机,CD-ROM等。闪速固态盘,用于恶略环境中代替硬盘。目前几乎所有主板中的BIOS ROM均采用Flash。,闪存（Flash Memory）,80年代末推出的新型存储芯片,主要特点是在掉电情况下可长期保存信息,原理象ROM,但又能在线擦除与改写,功能象RAM,兼有E2PROM和SRAM的优点。,5.4 存储器设计,1、设计原则,根据存储器容量要求、应用场合、速度要求、价格、体积、功耗等方面综合考虑。 存储器设计应包含两个方面：,（1）选片,芯片类型选择：小系统中多使用SRAM，而DRAM的集成度较高多用于中、大系统中。掩模ROM、PROM成本低多用于