《微机原理与接口技术 教学课件 ppt 作者 李燕萍 华继钊 凌海云 05》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微机原理与接口技术 教学课件 ppt 作者 李燕萍 华继钊 凌海云 05（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2019/5/20,1,第5章 半导体存储器,2019/5/20,2,本章主要内容,5.1 存储器概述,5.2 读写存储器RAM,5.3 只读存储器ROM,5.4 内存接口技术,5.5 微机内存空间的形成,2019/5/20,3,5.1 存储器概述,2019/5/20,4,5.1.1 存储器的分类,1按存储器在计算机中的作用和位置分类 按存储器在计算机中的作用和位置可分为主存储器（内存）、辅助存储器（外存）、缓冲存储器等。 1）主存储器（内存） 主存储器又叫内部存储器，简称主存或内存，它是主机的组成部分。 2）辅助存储器（外存） 辅助存储器又称为外部存储器，简称辅存或外存。 3）缓冲存储器 缓
2、冲存储器设置在两个访问速度不同的存储部件之间，用以加快部件间的信息交换。,2019/5/20,5,2按工作方式分类 按存储器的工作方式可分为可读/写存储器和只读存储器。 1）可读/写存储器 可读/写存储器是一种既可读出信息又可写入信息的存储器。如主存储器、磁盘和磁带等。 2）只读存储器ROM（Read Only Memory） 只读存储器对于存储在其内部的信息只能读出使用，不能进行写入，即在使用中不能改变内部的内容。,2019/5/20,6,3按存取方式分类 1）随机存取存储器RAM（Random Access Memory） 随机存取存储器，可随机从任何位置进行信息的存取，其存取数据的时间与
3、信息在存储器中的位置无关。 2）顺序存取存储器SAM（Sequential Access Memory） 顺序存取存储器的存储内容，只能按某种顺序进行存取，即存取时间与存取单元的物理位置有关。 3）直接存取存储器DAM（Direct Access Memory） 直接存取存储器是不必经过顺序定位就可以直接定位存取位置的存储器。,2019/5/20,7,4按存储介质分类 按存储信息的介质材料，可将存储器分为磁存储器、半导体存储器、光存储器等。 1）磁存储器 磁存储器是采用磁性记录材料制造的存储器。 2）半导体存储器 采用半导体器件和技术制造的存储器为半导体存储器。分为双极型和MOS型两种。 3）
4、光存储器 采用激光技术控制访问的存储器。,2019/5/20,8,5.1.2 存储器的层次结构,1）CPU内部寄存器 包括通用寄存器和专用寄存器。 2）Cache 为了提高CPU读写程序和数据的速度，在内存和CPU之间增加了两级高速缓存（Cache）。 3）内存（主存） 内存和CPU直接进行信息交换，存放当前正在运行的程序及数据。 4）外存（辅存） 外存用于存放当前未运行的程序及数据。 5）虚拟内存 它是指在内存不足的情况下，用硬盘的一部分空间模拟内存的一种虚设内存，并不是真正的内存。,2019/5/20,9,5.1.3 存储器的基本结构与数据组织,1基本结构 （1）存储体：是存储器芯片的基础
5、和核心。 （2）地址总线：用来指出所需访问的存储单元的地址。 （3）地址寄存器：存放CPU访问的来自地址总线的地址信息。 （4）地址译码器：每个存储单元有唯一的地址编号，译码器接受CPU送来的地址信号并对它进行译码，选择与此地址码对应的存储单元。,2019/5/20,10,（5）读写控制电路：用来提供片选和读/写控制等信号，用来完成对被选中单元中各位的读/写操作。 （6）数据寄存器：用来暂存CPU与内存之间进行交换的数据信息，目的是为了协调CPU与存储器速度上的差异。 （7）数据总线：数据总线用来在CPU与内存之间传送数据信息。,2019/5/20,11,2数据组织 在计算机系统中，作为一个整
6、体一次存放或取出的数据称为“存储字”，例如8位机的存储字是8位字长；16位机的存储字是16位字长；32位机的存储字是32位字长等，在现代计算机系统中，内存一般是以字节编址，即一个存储地址对应一个8位存储单元，这样一个16位存储字就占了两个连续的8位存储单元，一个32位存储字就占了四个连续的8位存储单元等。,2019/5/20,12,5.1.4 半导体存储器的主要技术指标,1存储容量 2存储速度 3可靠性 4性价比 5功耗,2019/5/20,13,5.2 读写存储器RAM,2019/5/20,14,5.2.1 静态RAM（SRAM）,1基本存储电路 存储器存放信息，其实质是存放一位一位的二进制
7、码，每一位二进制码只有两个状态：0和1。任何有两个状态的器件都可作为存放二进制码的基本存储单元，静态存储器采用双稳态电路来作为存放一位二进制码的基本存储电路。,2019/5/20,15,2工作原理 下面介绍基本存储电路在读操作、写操作和保持信息时的工作原理。 1）写操作 2）保存信息 3）读出操作,2019/5/20,16,3芯片内部结构 典型芯片内部结构如下图所示。,2019/5/20,17,4典型SRAM芯片HM6116 常用的典型SRAM芯片有6116，6264，62256，62128等。6116芯片外部引脚简图及内部结构简图如下图所示。,2019/5/20,18,5.2.2 动态RAM
8、（DRAM）,1基本存储电路 动态RAM利用MOS管的栅极电容存储电荷的原理来存储信息。因电容的充电、放电、泄漏、补充是一个动态的过程，所以称为动态随机存储器（DRAM）。由于电容有泄漏，必须不断地补充电荷，这种补充电荷的过程即为动态RAM的刷新。 2工作原理 1）写入操作 2）读出操作 3）刷新,2019/5/20,19,5.2.3 几种现代RAM,1同步动态随机访问存储器SDRAM 2扩展数据输出动态随机访问存储器EDO DRAM 3双倍数据速率同步内存DDR SDRAM 4突发存取的高速动态随机存储器RDRAM 5显示随机存储器,2019/5/20,20,5.3 只读存储器ROM,201
9、9/5/20,21,5.3.1 掩膜式ROM,掩膜式ROM芯片所存储的信息是由芯片制造厂家根据用户给定的程序或数据对芯片图形（掩膜）进行二次光刻所决定的，所以称为掩膜ROM。掩膜式ROM又可分为MOS型和双极型两种。MOS型功耗小，但速度比较慢，微机系统中用的ROM主要是这种类型。双极型速度比MOS快，但功耗大，只用在速度要求比较高的系统中。,2019/5/20,22,5.3.2 可编程ROM （Programmable ROM）,PROM中的信息是在芯片制成后用户根据需要编程写入的。这种ROM一般由三极管矩阵组成，芯片出厂时，开关管与位线之间以熔丝相连。用户可根据需要，自行写入信息（熔断或保
10、留熔丝以区分1或0），但只能写入一次（熔断后不能再连通）。PROM的写入要由专用的电路（大电流，高电压）和程序完成。为了与RAM的随机写入过程区别，称PROM的写入过程为编程。,2019/5/20,23,5.3.3 可擦写PROM （Erasable PROM）,掩膜ROM和PROM中的信息一旦写入，就无法改变，但在实际操作过程中往往一个新设计的计算机程序在经过一段时间的试用后，都需要做些适当的修改，如果把这些程序放在PROM或ROM中，就无法修改了。而EPROM利用编程器写入信息后，就可以长久保存，当其内容要修改时，可以利用擦抹器（由紫外线灯照射）将其内容擦除，各位存储内容恢复为高电平（FF
11、H），再根据需要，利用编程器重新写入。EPROM可紫外线多次擦除，多次改写，但写入的次数是有限的。,2019/5/20,24,5.3.4 电擦写EPROM （E2PROM）,E2PROM的工作原理与EPROM类似，当浮空栅上没有电荷时，管子的漏极和源极之间不导电，若设法使浮空栅带上电荷，则管子就导通。在E2PROM中，使浮空栅带上电荷和消去电荷的方法与EPROM中是不同的。在E2PROM中漏极上面增加了一个隧道二极管，它在第二栅与漏极之间的电压UG作用下（在电场的作用下），可以使电荷通过它流向浮空栅（即起编程作用）；若UG的极性相反也可以使电荷从浮空栅流向漏极（起擦除作用）。而编程与擦除所用的
12、电流是极小的，可用极普通的电源供给UG。,2019/5/20,25,5.3.5 闪存（Flash ROM）,Flash ROM是1988年Intel公司采用ETOX 技术研制成功的新型存储器。它是从EPROM演化而来的，制作Flash ROM的处理过程与EPROM的处理过程有95%的兼容性。因而，Flash ROM与EPROM一样属于可更新的非易失性存储器，且它是在主机系统内电可重写的非易失性存储器。Flash ROM采用单管存储单元结构，比高密度的DRAM存储单元小30%，更比电可改写的EPROM结构简化。它与E2PROM的主要功能区别是E2PROM可按字节擦除及更新，而Flash ROM却
13、只能分块进行电擦除和重写。,2019/5/20,26,5.3.6 典型ROM芯片（2764）,Intel 2764是EPROM芯片，具有28个引脚，13根地址线A0A12，8根数据线O0O7，所以容量为2138b，即8K8b（8KB），8K个单元，每单元8位。 从使用的角度来看，2764芯片主要有4种工作方式。 1）读方式 2）备用方式 3）编程方式 4）校验方式,2019/5/20,27,5.4 内存接口技术,2019/5/20,28,5.4.1 连接中考虑的问题,1CPU的总线负载能力 2CPU的时序和存储器存储时序之间的配合 3存储器地址分配和片选控制 4控制信号的连接,2019/5/2
14、0,29,5.4.2 存储器的工作时序,1存储器的读周期 SRAM读出方式的时序参数如下图所示。,2019/5/20,30,2存储器写周期 存储器写入方式的时序参数如下图所示。,2019/5/20,31,5.4.3 存储器与CPU的连接方法,内存芯片与CPU连接的基本方法如右图所示。,2019/5/20,32,5.4.4 集成译码器及其应用,集成译码器74LS138是38线译码/分配器，其引脚简图如右图所示。 例：将2片6116通过74LS138连到8086上，地址范围如下，试画出该芯片与CPU的硬件连接图。（解答详见课本第5.4.4节例1）,2019/5/20,33,5.4.5 片选控制的译
15、码方法,1全译码法 全译码法是指CPU的所有地址线都参与地址译码，存储器芯片每个单元有唯一地址，即无地址间断和地址重叠现象。 2部分译码法 部分译码法是指CPU有的地址线不参与地址译码，这些未参加译码的地址线与存储器地址无关，取值可0可1。,2019/5/20,34,3线选法 当存储器容量不大，所使用的存储芯片数量不多，而CPU寻址空间远远大于存储器容量时，可用高位地址线直接作为存储芯片的片选信号，每一根地址线选通一块芯片，这种方法称为线选法。 4混合译码法 混合译码法是将线选法与部分译码法相结合的一种方法。该方法将用于片选控制的高位地址分为两组，其中一组的地址（通常为较低位）采用部分译码法，
16、经译码后的每一个输出作为一块芯片的片选信号；另一组地址为较高位，采用线选法，每一位地址线作为一块芯片的片选信号。,2019/5/20,35,5.5 微机内存空间的形成,2019/5/20,36,5.5.1 8位微机内存空间的形成,例：要求用2732和6116形成16KB的ROM和8KB的RAM，共24KB内存空间，试画出采用全译码法的硬件连接图并计算每个芯片的地址范围。（详解见课本第5.5.1节例3） 解： （1）总体分析。 （2）数据线的连接。 （3）地址线的连接。 （4）控制线的连接。,2019/5/20,37,5.5.2 16位微机内存空间的形成,116位微机系统中奇偶分体 对16位微机系统，CPU可以字节访问，即要求一次访问1字节，也可以字访问，要求一次访问1个字（16位，两个字节）。 28088/8086的存储器访问操作 8088是准16位微处理器，其外部数据线为8位，内部寄存器和运算器为16位，一个总线周期只能访问一个字节，要进行字操作，必须用两个总线周期，第一个总线周期访
