第5章存储器课件

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1、第5章 存储器,一、概述 二、典型芯片举例 三、主存储器设计 作业,2020/8/5,1,微机原理及应用,一、概述,存储器是计算机的重要组成部分，用来存放计算机系统工作时所用的信息 程序和数据。 1、 内存和外存 2、 存储器的分类 3、 存储器的性能指标 4、 存储器的基本结构,2020/8/5,2,微机原理及应用,1、内存和外存,（1）内存(或主存），用于存放当前正在使用的程序和数据，CPU可以对它直接访问，存取速度快，但容量较小。 （2）外存（或辅存），用于存放一些CPU暂时不处理的程序和数据。当CPU么处理这些信息时，必须先将其调入内存。 外存包括软盘，硬盘，光盘等等。 外存容量大，相

2、对内存来说，存取速度较慢。,2020/8/5,3,微机原理及应用,2、存储器的分类(应用),(1)只读存储器ROM (2)随机存取存储器RAM,2020/8/5,4,微机原理及应用,(1)只读存储器ROM,只读存储器(Read Only Memory ROM) 用户在使用时只能读出其中信息，不能修改或写入新的信息，断电后，其信息不会消失。 存储单元中的信息由ROM制造厂在生产时一次性写入，称为掩膜ROM（Masked ROM）； PROM(Programmable ROM 可编程ROM) PROM中的程序和数据是由用户自行写入的，但一经写入，就无法更改，是一次性的ROM；,2020/8/5,5

3、,微机原理及应用,(1)只读存储器ROM, EPROM(Eraseble Programmable ROM 可擦除可编程ROM) 可由用户自行写入程序和数据，写入后的内容可用紫外线灯照射擦除，然后可以重新写入新的内容，可以多次擦除，多次使用。 E2PROM(Electrically Eraseble Programmable ROM 电可擦除可编程ROM) 可用电信号进行清除和改写的存储器，使用方便。,2020/8/5,6,微机原理及应用,(2)随机存取存储器RAM,随机存取存储器(Random Access Memory) RAM的特点是存储器中的信息能读能写，且对存储器中任一单元的读或写操

4、作所需要的时间基本是一样的。断电后，RAM中的信息即消失。 分为两类： SRAM (Static RAM 静态RAM) SRAM是利用半导体触发器的两个稳定状态表示“1”和“0”。只要电源不撤除，信息不会消失，不需要刷新电路。,2020/8/5,7,微机原理及应用,(2)随机存取存储器RAM,DRAM (Dynamic RAM 动态RAM) DRAM是利用电容端电压的高低来表示“1”和“0”，为了弥补漏电需要定时刷新。一般微机系统中的内存采用DRAM，配有刷新电路，每隔12ms刷新一次。,2020/8/5,8,微机原理及应用,3、存储器的性能指标,(1)存储容量 (2)存储速度 (3)可靠性,

5、2020/8/5,9,微机原理及应用,(1)存储容量,存储容量 是指一块存储芯片上所能存储的二进制位数。 假设存储芯片的存储单元数是M， 一个存储单元所存储的信息的位数是N，则其存储容量为MN。,D7 D1D0,例题,2020/8/5,10,微机原理及应用,例题,1、已知单片6116芯片的地址线是11位， 每个存储单元是8位，求其存储容量? 解: 因为可编址范围211 ，即M 211 ， 每个存储单元可存8位，即N 8， 所以， 6116的存储容量 = 2118 = 210248 = 2K8 2KB,2020/8/5,11,微机原理及应用,例题,2、若要组成64K字节的存储器，以下芯片各需几片

6、? 6116(2K8) 4416(16K4),解: (64K8) ( 2K8)=32(片) (64K8) ( 16K4)= 8 (片),2020/8/5,12,微机原理及应用,区别：芯片的存储容量和微机的存储容量,微机的存储容量 由多片存储芯片组成的总存储容量。 微机的最大内存容量 由CPU的地址总线决定。 如：PC486，地址总线是32位， 则，内存容许最大容量是232=4G； 实际的装机容量 由实际使用的若干片存储芯片组成的总存储容量。,2020/8/5,13,微机原理及应用,(2)存储速度,存储器的存取速度是影响计算机运算速度的主要因素，用两个参数来衡量： 存取时间TA （Access

7、Time） 定义为启动一次存储器操作（读或写），到完成该操作所经历的时间。 存储周期TMC（Memory Cycle） 定义启动两次读（或写）存储器操作之间所需的最小时间间隔。,2020/8/5,14,微机原理及应用,(3)可靠性,存储器的可靠性用MTBF来衡量。 MTBF即Mean Time Between Failures 平均故障间隔时间，MBTF越长，表示可靠性越高。,2020/8/5,15,微机原理及应用,4、存储器的基本结构,1、存储体 由多个基本存储单元组成，容量即为MN； 2、地址寄存器（地址锁存器） 锁存CPU送来的地址信号； 3、地址译码器 对地址信号进行译码，选择存储体中

8、要访问的存储单元； 4、读/写驱动电路 包括读出放大和写入电路； 5、数据缓冲器 芯片数据信号经双向三态门挂在数据总线上，未选中该片，呈高阻状态；,6、读/写控制电路 接受来自CPU的片选信号、读/写信号。（对ROM只读；对DRAM刷新信号）,2020/8/5,16,微机原理及应用,“读”操作工作过程,（1）送地址 CPU通过地址总线将地址送入地址寄存器，并译码； （2）发出“读”命令 CPU通过控制总线将“存储器读”信号送入读/写控制电路；,（3）从存储器读出数据 读/写控制电路根据 “读”信号和片选信号选中存储体中的某一存储单元，从该单元读出数据，送到数据缓存器。再经过数据总线送到CPU。

9、,2020/8/5,17,微机原理及应用,“写”操作工作过程,（1）送地址 CPU通过地址总线将地址送入地址寄存器，并译码； （2）发出“写”命令 CPU通过控制总线将“写”信号送入读/写控制电路；,（3）写入数据到存储器 读/写控制电路根据 “写”信号和片选信号选中存储体中的某一存储单元，将数据总线上的数据，送到数据缓存器，再写入到选中的存储单元。,2020/8/5,18,微机原理及应用,二、典型芯片举例,1、SRAM芯片HM 6116(简称6116） 静态随机存取存储器，11条地址线，8位数据线，3条控制线，两条电源线，单片存储容量2K8 。,常用的SRAM还有6232，6264、6225

10、6，适用于较小系统。,2020/8/5,19,微机原理及应用,二、典型芯片举例,2、DRAM芯片Intel 2164A 动态随机存取存储器，8条地址线，2位数据线(输出和输入），3条控制线，两条电源线，单片存储容量64K1 。 地址线采用分时复用，由CAS（列选通）和RAS（行选通），从而实现16位地址线，M216 64K。,2020/8/5,20,微机原理及应用,三、主存储器设计,1、芯片选择 2、存储器芯片的基本地址 3、 存储器芯片的容量扩充 4、存储器芯片与CPU连接,2020/8/5,21,微机原理及应用,1、芯片选择,SRAM与CPU连接，不需要外围电路，连接简单，用于小型控制系统

11、。 DRAM常用于大型系统，因为需要刷新电路，比如PC机的内存条。 ROM通常用于存放固定的系统程序。,2020/8/5,22,微机原理及应用,2、存储器芯片的基本地址,6116的基本地址：000H7FFH,D7 D1D0,2020/8/5,23,微机原理及应用,2、存储器芯片的基本地址,6264的基本地址:0000H1FFFH,D7 D1D0,2020/8/5,24,微机原理及应用,2、存储器芯片的基本地址,2114的基本地址是000H3FFH,D3 D2 D1D0,2020/8/5,25,微机原理及应用,2、存储器芯片的基本地址,EPROM 27218基本地址是0000H3FFFH,D7

12、D1D0,2020/8/5,26,微机原理及应用,3、存储器芯片的容量扩充,对1#来说其地址范围 00 0000 0000 0000 00 0111 1111 1111 （即0000H07FFH）,用两片6116芯片（ 2K 8）即可扩展成4K 8位，这种扩展方式就称为字扩展。,对2#来说其地址范围 00 1000 0000 000000 1111 1111 1111 （即0800H0FFFH),译码和译码器,2020/8/5,27,微机原理及应用,3、存储器芯片的容量扩充,显然，我们可以用2片2114组成1K8位的存储器，这种扩展方式称为位扩展。,对2114来说，存储容量是1K4位，而正常数

13、据都以字节作为存储单元，显然需要进行扩展。,N= (1K8位)( 1K4位)= 2,2020/8/5,28,微机原理及应用,译码和译码器,全部CPU高位地址参与译码，称之为全译码。全译码方式能保证每个存储单元地址唯一。 若只选择CPU一部分高位地址参与译码，这称为部分译玛。每个存储单元会有多个地址对应， 地址译码可以选择专用芯片，在微机系统中常用的有74LS138（称3-8译码器）。 真值表,2020/8/5,29,微机原理及应用,74LS138真值表,2020/8/5,30,微机原理及应用,4、存储器芯片与CPU连接,1、地址总线 低位直接相连， 高位通过译码器相连。地址线的连接方式确定了芯

14、片的地址。 2、数据总线 8位芯片的数据线可以直接与8088CPU的相连， 与8086CPU连接，要分成两个存储体；低于8位的要进行位扩充后再与CPU相连。,例题5-1,2020/8/5,31,微机原理及应用,例5-1,所以27128地址范围： 0010 0000 0000 0000 0000 0010 0011 1111 1111 1111 即20000H23FFFH,1、如图是某一8088系统的存储器连接图，试确定其中各芯片的地址空间。,该片14条地址线，其基本地址00 0000 0000 0000 11 1111 1111 1111；,高6位： A19A18 A17 A16A15 A14

15、 0 0 1 0 0 0,2020/8/5,32,微机原理及应用,例题5-1,0011 0000 0000 0000 0000 0011 0001 1111 1111 1111 即30000H31FFFH,解： （2）6264是SRAM，13条地址线，用2片， 基本地址0 0000 0000 00001 1111 1111 1111；,16264的高7位：,则A19A18 A17 A16A15A14 0 0 1 1 0 0,16264地址范围：,2020/8/5,33,微机原理及应用,例题5-1,26264地址范围： 0011 0010 0000 0000 0000 0011 0011 111

16、1 1111 1111 即32000H33FFFH,解： （2）6264是SRAM，13条地址线，用2片， 基本地址0 0000 0000 00001 1111 1111 1111；,2 6264的高7位：,则A19A18 A17 A16A15A14 0 0 1 1 0 0,2020/8/5,34,微机原理及应用,习题五：P144,54 8088/8086CPU与存储器连接时，三总线应如何连接？,答：存储芯片与系统中线的链接分为地址总线、数据总线以及控制信号的 连接。,地址总线分为低位地址线和高位地址线。低位地址线直接接至芯片的地址引脚，用于片内寻址；高位地址线通过译码器接至存储器芯片的片选端，用于片间寻址。地址线的连接将确定芯片的地址空间。,数据总线的连接要注意，常用的1、4位结构的存储器芯片用位扩充原则与8088数据总线连接， 8位存储器芯片可与8088数据总线连接。与