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1、Dalian University of Technology计算机原理电信学院 自动化系 卢伟 ADD：大黑楼B705 TEL：84706161 Email：5.1 存储器概述5.2 随机读写存储器（RAM）5.3 典型的存储芯片和译码芯片5.4 存储器与CPU的连接第五章 存储器系统2*存储器是用来存储微型计算机工作时使用的信息（程序和数据）的 部件，正是因为有了存储器，计算机才有信息记忆功能。越靠近 CPU的存储器速度越快而容量越小。CPUCache主存储器辅助存储器大容量存储器外存储器内存储器第五章 存储器系统第五章 存储器系统3*一、存储器分类 1、按存储介质和作用机理分类 磁存储器
2、，主要有磁芯、磁带、磁盘、磁泡和磁鼓。 光存储器，只读式CD-ROM、可擦写光盘，还有一种介于磁和 光之间的存储设备叫磁光盘（MO盘）。 半导体存储器，当前计算机系统的主存主要用半导体存储器。 它由大规模集成电路制成，体积小、速度快、功耗低。2、按存取速度和在计算机系统中的地位分类 内部存储器：速度较快，容量较小，价格较高，用于存储当前 计算机运行所需要的程序和数据，可与CPU直接交换信息，习惯上 称为主存，又称内存。内部存储器通常和系统总线相连。又可细分 为：第五章 存储器系统4*内部CACHE在CPU内作为一个高速的指令或数据缓冲区。一级CACHE，二级 CACHE均指内部CACHE。 外
3、部CACHE通常制作在主板上，比主存储器的速度快，介于内部CACHE和主存之间的一个缓冲区。主存储器计算机系统主要使用的空间。要求速度快，体积小，容量大。一般为半导体存储器。 (2)外部存储器:通常是通过总线接口电路与系统总线相连。速度较慢，容量较大，价格较低，用于存放计算机当前暂时不用的程序、数据或需要永久保持的信息。如磁盘、光盘等。第五章 存储器系统5*二、半导体存储器 1、按器件分类 (1)双极性TTL电路:速度较快(1050nS),集成度低,功耗大,成本高 (2)MOS:NMOS和CMOS两种，现大量使用CMOS存储器，存储速度 可达几纳秒。特点：集成度高(单片可达1Gb)、功耗小、成
4、本低 (3)电荷耦合器:速度快、但成本较高 2、按存储功能分类(1)读写存储器随机读写存储器(RAM , Random Access Memory)可对任一单元进行读写，是计算机主存储器。62*系列后进先出存储器(LIFO Last In First Out):寄存器、堆栈先进先出存储器(FIFO First In First Out):寄存器、队列第五章 存储器系统6*(2)只读存储器（ROM, Read Only Memory）只能读（用特殊方法可写入），掉电信息不丢失，可作为主存 储器存放系统软件和数据等。ROM可分为： 固定ROM（掩膜ROM） 由制造厂家固化内容，不可修改 可编程只读
5、存储器PROM 由用户固化内容，但不可修改 紫外线擦除只读存储器EPROM 27*系列：2716、2732、2764， 27040 电擦除只读存储器EEPROM、FLASH EEPROM（28*系列）：2817、28C64、28C256 FLASH：29F010、29F020第五章 存储器系统7*读写存储器 RAM半导体存储器只读存储器ROMMOS静态SRAM掩膜可编程序ROMPROM可擦去可编程ROMEPROM电可擦去可编程ROME2PROM双极性非易失 NVRAM动态DRAM第五章 存储器系统8*三、存储器的性能指标 1、存储器容量存储器容量是指存储器可以容纳的二进制信息总量，即存储信息
6、的总位（Bit）数。设微机的地址线和数据线位数分别是p和q，则该 存储器芯片的地址单元总数为2p，该存储器芯片的位容量为2pq。例如：存储器芯片6116，地址线有11根，数据线有8根则该芯片的 位容量是：位容量=211 8 = 2048 8 = 16384位。存储器通常是以字节为单位编址的，一个字节有8位，所以有时也 用字节容量表示存储器容量，例如上面讲的6116芯片的容量为2KB ，记作2K8，其中：1KB = 1024B(Byte)=1024 8 =8192位存储器容量越大，则存储的信息越多。目前存储器芯片的容量越 来越大，价格在不断地降低，这主要得益于大规模集成电路的发展 。 存储器容量
7、单元数数据线位数第五章 存储器系统9*2、存取速度存储器的速度直接影响计算机的速度。存取速度可用存取时间和存储周期这两个时间参数来衡量。存取时间是指CPU发出有效存储器地址从而启动一次存储器读写操作，到该读写操作完成所经历的时间，这个时间越小，则存取速度越快。目前，高速缓冲存储器 的存取时间已小于5ns。存储周期是连续启动两次独立的存储器操作所需要的最小时间间隔，这个时间一般略大于存取时间。 3、可靠性存储器的可靠性用MTBF(Mean Time Between Failures)平均故障间隔时间来衡量，MTBF越长，可靠性越高，内存储器常采用纠错编码技术来延长MTBF以提高可靠性。第五章 存
8、储器系统10*4、性能/价格比这是一个综合性指标，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。例如，有的存储器要求存储容量，则就以存储容量为主；有的存储器如高速缓冲器，则以存储速度为主。第五章 存储器系统11*一、分类 MOS型RAM一般可分为： SRAM(静态RAM):使用触发器存储信息,速度快。如:6264 8k*8、 62256 32K*8、62010 128K*8 DRAM(动态RAM):使用电容存储信息,速度慢,因电容有漏电， 所以需要定时刷新,DRAM的刷新是按行进行刷新的.计算机中的主 存多以DRAM为主。 计算机内存的两种常见形式： 计算
9、机上把内存芯片集成在一小条印刷电路板上，称为内存条。 常见的有30线、72线、168线、200线。这是指内存条与主板插接时 有多少个接点（又称金手指） SIMM：单列存储器模块。只将芯片做在电路板的一边 DIMM：双列存储器模块。将内存芯片做在内存条两边，即电路 板两边。第五章 存储器系统第五章 存储器系统12*二、半导体存储器的组成一般由存储体、地址选择电路、输入输出电路和控制电路组成 。1、存储体存储体是存储1和0信息的电路实体，它由许多个存储单元组成，每个存储单元一般由若干位(8位)组成，每一位需要一个存储元件，每个存储单元有一个编号，称为地址。存储器的地址用一组二进 制数表示，其地址线
10、的根数n与存储单元的数量N之间的关系为：2n = N一个1K*1的存储器，具有1024个存储单元，每个单元为1位，共有1024个存储元件，由10根地址线和1根数据线构成。第五章 存储器系统13*2、地址选择电路地址选择电路包括地址译码器和地址码寄存器。地址译码器用来对地址译码。设其输入端的地址线有n根，输出线数为N，则它分别对应2n个不同的地址码，作为对地址单元的选择线。这些输出的选择线又叫做字线。地址译码的方式有两种： 单译码方式它的全部地址码只用一个电路译码，译码输出的字选择线直接选中对应的存储单元，如下图所示。由10根线产生1024根存储单元选择线，每根线选中一个存储单元。这一方式需要的
11、选择线数较多，只适用于容量较小的存储器。第五章 存储器系统14*A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9CE OE WE011023Y0 Y1Y1023D(I/O)读写控制电路地 址 译 码 器单译码方式第五章 存储器系统15* 双译码方式（或称矩阵译码）双译码方式如下图所示。它将地址码分为X与Y两部分，用两个译 码电路分别译码。X向译码称为行译码，其输出线称为行选择线， 它选中存储矩阵中一行的所有存储单元。Y向译码又称为列译码， 其输出线称为列选择线，它选中一列的所有单元。只有X向和Y向的 选择线同时选中的那一位存储单元，才能进行读写操作。由图可见 ，具有1024个基本单元
12、的存储体排列成3232的矩阵，它的 X向和Y 向译码器各有32根译码输出线，共64根。若采用单译码方式，则要 1024根译码输出线。因此，双译码方式所需要的选择线数目较少 ， 也简化了存储器的结构，故它适用于大容量的存储器。 采用双译码方式时可将RAM看作一个矩阵，读数据时需给出行地址 信号RAS (Row Address Signal) 和列地址信号CAS (Column Address Signal) 。通常先给RAS，再给CAS，经过一段时间延时，便可以在 数据端读出数据。第五章 存储器系统16*A0A1 A2 A3 A4Y031-0Y31CEOE WED(I/O)读写 控制 电路行 译
13、 码 器0-00-3131-31A5A6A7A8A9X0X31列译码器双译码方式第五章 存储器系统17*SRAM的基本电路NMOS静态RAM的存储器单元电路(1)T1,T2为开关管，T3,T4为负载管，导通电阻r3,r4r1,r2。T1T3和T2T4构成两个反向器按正反馈连接，构成触发器。 (2)Xi高电平，T5,T6及其他与Xi相联的开关管导通，每一单元与数据 线相连。Yi为高电平，T7,T8导通，此时仅有XiYi单元与外部数据线连通，可对该单元进行读写。AB第五章 存储器系统18*3、读写控制电路读写控制电路包括读写放大器、数据寄存器（三态双向缓冲器）等。它是数据信息输入输出的通道。外界对
14、存储器的控制信号有读信号RD、写信号WR和片选信号CS。第五章 存储器系统19*1、62256 32K8的CMOS静态RAM1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 141516171819202122232425262728A14 A12 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D0 D1 D2 GNDD3D4D5D6D7CSA10OEA11A9A8A13WEVCC62256引脚图 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1A0OECSWED7 D6 D5 D4 D3 D2D1 D062256逻辑图输入LLL高阻HH
15、L输入HLL输出LHL高阻HD7D0OEWECS62256工作表第五章 存储器系统第五章 存储器系统20*2、27256 32K8 EPROM1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 141516171819202122232425262728VppA12 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D0 D1 D2 GNDD3D4D5D6D7CEA10OEA11A9A8A13A14VCC27256引脚图 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0CEOED7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D027256逻辑图
16、第五章 存储器系统21*3、74LS138 3/8译码器12345678910111213141516ABCG2AG2BG1Y7GNDY6Y5Y4Y3Y2Y1Y0VCC74LS138引脚图Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7G1G2AG2BCBA74LS138原理图第五章 存储器系统22*一、存储器与CPU连接时要考虑的问题 1、存储器的容量一个大的存储器系统有几十、几百M字节，一般要根据系统来定 。对于嵌入式或用户自己做的应用系统，可根据实际需要来设计存 储器的容量。 2、存储空间的安排微机内存包括ROM区和RAM区，它们都由许多芯片组成，所以要 安排地址空间，即地址分配；每个存储器芯片还需要片选信号，这 些信号如何产生等问题。 3、CPU总线的负载能力通常CPU总线的负载能力是一个TTL器件或20个MOS器件，当总线 上接的器件很多，超过允许值时，应该在总线上加接缓冲器或驱动 器，以增加CPU的负载能力。第五章 存储器系统第五章 存储器系统23*4、CPU的时序
