微机原理与接口技术6章

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1、微机原理与接口技术第六章半导体存储器可以分为双极型和金属氧化物半导体型两类。 （1）双极型 双极型由TTL晶体管逻辑电路构成，在微机系统中常用 作高速缓存器（Cache）。 特点：工作速度快，与CPU处在同一量级； 集成度较低、功耗大、价格偏高。 （2）金属氧化物半导体型 金属氧化物半导体型又称MOS型，在微机系统中主要 用来构造内存。 根据制造工艺，可分为NMOS、HMOS、CMOS、 CHMOS等，可用来制作多种半导体存储器件，如静态 RAM、动态RAM、EPROM等。 特点是集成度高、功耗低、价格便宜，但速度较双极 型器件慢。按制造工艺分类第6章 半导体存储器按存储器存取方式分类：按存放

2、信息 原理不同随机存取存储器RAM (Random Access Memory) 只读存储器ROM (Read-Only Memory) 静态RAM动态RAM非易失RAM掩膜ROM（MROM）可编程ROM（PROM）可擦除编程ROM（EPROM）电擦除PROM（EEPROM）按工艺不同随机存取存储器RAM 静态RAM（Static RAM，SRAM） 静态RAM：用46个MOS管构成的触发器 作为基本存储单元；因此，集成度较低，成 本也较高； 由电路的结构保证存储的信息不会丢失（ 不停电时）； 由于不需要刷新，工作速度较高 一般用于规模较小的快速存储器。静态RAM 单端口SRAM：只有一组地址

3、、数据和读 写控制信号； 双端口SRAM：有两组独立的地址、数据 和读写控制信号。 SRAM还在CPU中用作高速缓存Cache， 以改善CPU的性能。随机存取存储器RAM动态RAM（Dynamic RAM，DRAM） 动态RAM：由一个MOS管组成基本存储单 元，依靠MOS管的栅极电容来存储信息，因 为栅极电阻高，使信息可以在栅极上保留一 段时间； 但栅极电容上的信息还是要丢失的，因此 动态RAM需要定时地刷新； 由于集成度高，成本低，适合制作大规模 和超大规模集成电路。只读存储器ROM ROM的分类和特点： 掩摸ROM，用掩摸改变MOS管的连接，也 就是改变芯片存储的信息。适于成批生产。 可

4、编程ROM，即PROM。可以现场写入信 息，但只能写入一次。 可擦除可改写的EPROM。可多次擦除，多 次改写。有用紫外线擦除的UVEPROM和用 电擦除改写的EEPROM，或称E2PROM。半导体存储器的主要性能指 标 存储容量：半导体存储器芯片的存储容量 是指存储器可以容纳的二进制信息量 用NM表示，N为存储单元数，M为每个 存储单元存储信息的位数。 例6-1 某存储器芯片的地址线为16位，存 储字长为8位，则其存储容量为多少？ 解：若某存储器芯片有M位地址总线、N位 数据总线其存储容量为N位。该存储器芯片中M 为16位，N为8位，则其存储容量为8位=64K8 位。字数每个字的字长半导体存

5、储器的主要性能指 标 存储速度 可以用两个时间参数表示： 存取时间（Access Time）TA，定义为从启 动一次存储器操作，到完成该操作所经历的时 间。 存储周期（Memory Cycle）TMC，定义为 启动两次独立的存储器操作之间所需的最小时 间间隔。 存储速度取决于内存储器的具体结构及工作 机制。半导体存储器的主要性能指 标 可靠性 存储器的可靠性用平均故障间隔时间（MTBF， Mean Time Between Failures）来衡量，MTBF越长 ，可靠性越高。 性能/价格比 性能主要包括上述三项指标存储容量、存储速度 和可靠性。 对不同用途的存储器有不同的要求 有的存储器要求

6、存储容量大，选择芯片时就以存储容 量为主，有的存储器如高速缓冲器，则要求以存储速度为主 。半导体存储器的结构 随机存储器（RAM） 静态随机存储器（SRAM） 典型的静态RAM芯片 典型的静态RAM芯片如HM 6116（2K8位） ，6264（8K8位），62128（16K8位）和 62256（32K8位）等。61166116是一种2 0488位的高速静态CMOS随机存取 存储器，其基本特征是： （1）高速度 存取时间为100 ns/120 ns/150 ns/200 ns（分别以 611610、611612、611615、611620为 标志。 （2）低功耗 运行时为150 mW，空载时为1

7、00 mW。 （3）与TTL兼容。 （4）管脚引出与标准的2K8b的芯片（例如2716 芯片）兼容。 （5）完全静态无需时钟脉冲与定时选通脉冲。SRAM 6116的引脚 SRAM 6116的工作方式 片选信号、写允许信号和输出允许信号 的组合控制SRAM 6116芯片的工作方式 SRAM 6116的内部功能框图 静态RAM的结构2K*816KbitSRAM 6264 容量为8K8位 地址线13条，即 A12A0； 数据线8条即 I/O8I/O1SRAM 6264 6264运行方式随机存储器RAM 静态RAM 静态RAM的引脚： 数据线：由RAM的位数决定； 地址线：由RAM的单元数决定； 控制

8、线：CE：片选，有效时，芯片才工作 ；WE：读写控制，为0时写， 为1时读；OE：输出控制，为0时，允 许输出。 和CPU的连接。动态随机存储器（DRAM） 信号存储在电容C上。 行选择信号有效时可以 刷新，也可以读出，但 读出时必须列选择信号 也有效。 破坏性读出 为使Cs上读出后仍能 保持原存信息（电荷）， 刷新放大器需要对这些电 容进行重写操作，以补充 电荷使之保持原信息不变- -回写（刷新）。 典型的动态RAM芯片 为了降低芯片的功耗，保证足够的集成度 ，减少芯片对外封装引脚数目和便于刷新 控制，DRAM芯片都设计成位结构形式， 即每个存储单元只有一位数据位 一个芯片上含有若干字，如4

9、K1位，8K1 位，16K1位， 64K1位或256K1位等。 存储体的这一结构形式是DRAM芯片的结 构特点之一。 DRAMIntel 2164 Intel 2164是64K1位的DRAM芯片， 基本特征： （1）存取时间为150 ns/200 ns（分别以 2164A-15、2164A-20为标志）。 （2）低功耗，工作时最大为275 mW，维持时 最大为27.5 mW。 （3）每2 ms需刷新一遍，每次刷新512个存 储单元，2 ms内需有128个刷新周期。Intel 2164A的引脚 动态RAM 动态RAM的位数都是1位 ； 动态RAM的地址引脚只是 实际地址线的一半。 为保证地址正确

10、读入，有 行、列地址控制输入CAS和 RAS，控制输入有效时，分 别读入一半地址。 2164是64K1位RAM。22164结构框图只读存储器（ROM） 掩摸ROM 生产厂家根据用户需要在ROM的制作阶段，通 过“掩膜”工序将信息做到芯片里，适合于批量生产 和使用。 掩膜ROM制成后，用户不能修改。可擦可编程ROM（EPROM ） 基本存储单元电路 核心部件是FAMOS场效应管（Floationg grid Avalanche injection MOS） 典型的EPROM芯片 EPROM芯片常用的有： 2716（2K8） 2732（4K8） 2764（8K8） 27128（16K8） 2725

11、6（32K8） 27512（64K8）等。Intel 2732A Intel 2732A是一种 4K8 b的EPROM 12条地址线A11A0 8条数据线O7O0。 为芯片允许信号 ，用来选择芯片； 为输出允许信号 ，用来把输出数据送上数 据线，只有当这两条控制 线同时有效时，才能从输 出端得到读出的数据。 2732A的工作方式 2732A有6种工作方式 存储器系统设计 存储器系统设计： 首先应该确定整机存储容量，再根据需要 确定选用存储芯片的类型和数量 划分RAM、ROM区，画出地址分配图 并根据地址分配图确定译码方法 最后选用合适器件，画出译码电路图。 存储器系统设计 存储器芯片的选择：

12、根据存储器的容量和芯片的容量决定需要 存储器芯片的数目： T=总容量/单片容量 注意：总容量是存储器单元数8 如：64KB存储器需要2164（64K1位 ）： (64K8) / (64K1)=8片 根据需要选择静态或动态RAM主存储器设计 存储器地址分配 对于8086CPU存储器地址和外设地址可以 分开考虑。但对有些CPU，必须将存储器和 外设的地址统一考虑。 8086的低端存储区(00000H003FFH)是用 作中断地址表，不能用作一般的程序区。 8086的高端(FFFF0H)是复位后的程序入口 ，使用时必须要注意。主存储器设计 存储器芯片和CPU的连接 数据线：CPU的数据总线和存储器的

13、数据 线直接连接。当存储器芯片的数据线不足8位 时，需要几个芯片并联，使数据线数目和 CPU需要的一致。 存储器芯片并联时，地址线、控制线是并 联的，但数据线是单独地接到数据总线。 这时的要求是同样的地址能选中并联在一 起的几个芯片。用Intel 2148 1K4位的RAM芯片组成1K8位的存储器 A9A0D7D4D3D021482148D3D0D3D0A9A0A9A0MWWRWR主存储器设计 8086 CPU与存储器连接的控制信号主要 有：地址锁存信号ALE、选择信号，读/写 信号和，准备就绪信号READY等， 存储器控制信号将与CPU上述的一些对应 信号线相连。主存储器设计 存储器的寻址方

14、法地址线的连接 要求：CPU发出一个地址，只能找到一 片（或一组）存储器芯片。 一般在总线上，总是有多组存储器芯片 ，存储器寻址就是要区分这些存储器芯片 。 存储器芯片的地址线一般总是少于CPU 的地址线，也就是说，除了直接连接到存 储器芯片的地址线外，还有一些没有连接 的地址线。这些地址线将通过译码器形成 存储器芯片的高位地址。地址线的连接 根据所选用的半导体存储器芯片地址线 的多少，把CPU的地址线分为芯片外（ 指存储器芯片）地址和芯片内的地址 片外地址经地址译码器译码后输出，作 为存储器芯片的片选信号，用来选中CPU 所要访问的存储器芯片。 片内地址线直接接到所要访问的存储器 芯片的地址

15、引脚，用来直接选中该芯片中 的一个存储单元。 片外地址译码电路实现片选的方法有3种 ：线选法、全译码法和部分译码法。主存储器设计 线选法 用一条多余的地址线连接一片存储器芯片 ，可以直接连接，或通过反相器连接。 用线选法寻址，需要增加的硬件电路最少 ，甚至不需要增加任何硬件。 但是，线选法所选择的芯片的地址是不连 续的，在使用中不方便。此外，线选法会产 生不可以使用的地址，地址的利用率受到影 响.。线选法存储器译码电路 主存储器设计 四片存储器芯片的地址分别是：A15 A14 A13 A12 A11 A0芯片地址 1 1 1 0 0 0 E000H EFFFH 1 1 1 1 0 1 0 0 D000H DFFFH 1 1 1 0 1 1 0 0 B000H BFFFH 1 1 0 1 1 1 0 0 7000H 7F