《微机原理与接口技术(第二版) 教学课件 ppt 作者 马维华 主编1,3,4,5,8,9,10,11章 十一五教材讲稿第5章存储器》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微机原理与接口技术(第二版) 教学课件 ppt 作者 马维华 主编1,3,4,5,8,9,10,11章 十一五教材讲稿第5章存储器（62页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第5章 微型计算机的存储器,【本章提要】本章首先介绍存储器分类、半导体存储器种类及性能指标，进而介绍随机读写存储器的SRAM、DRAM及高速RAM以及只读存储器中的MROM、PROM、ERPOM、EEPROM，Flash工作原理及典型芯片，对新型的铁电随机存储器FRAM及磁性随机存储器MRAM也作了必要的介绍。在介绍内存区域划分、内存层次结构之后，重点讨论了存储器的扩展技术以及CMOS/BIOS/Shadow RAM。 【学习目标】 半导体存储器种类及性能指标，掌握SRAM、DRAM、MROM、PROM、EPROM、EEPROM、Flash及FRAM的工作原理。 了解微机内存区域划分及层次结构
2、，了解864位不同结构的存储器组织，了解内存模块、Cache、虚拟存储器等概念。 掌握存储器的扩展技术 了解COMS、BIOS/Shadow RAM的含义及功能，掌握对CMOS RAM的读写技术。,第5章 微型计算机的存储器,5.1 存储器概述 5.2 易失性随机存取存储器 5.3 只读存储器 5.4 新型非易失性随机存取存储器 5.5 内存区域划分 5.6 存储器的扩展与组织 5.7 存储器层次结构 5.8 CMOSROM BIOS和Shadow RAM,2019年5月20日星期一,5.1 存储器概述 微机存储器分类,内存（RAM+ROM）：半导体存储器(本章内容) 软盘：普通1.44M+可
3、移动100MB 磁盘 硬盘：从10MB几十GB 光盘 CD-R、CD-R/W可擦写光盘 (650MB左右） 外存 磁光盘MO：高密度、大容量、快速、 “无限次”擦写、寿命长、可靠性高、 抗干扰强、性价比高 （1.3GB几个GB，甚至1TB）,存储器,U盘和移动硬盘（基于USB接口的电子盘）,2019年5月20日星期一,5.1.1 半导体存储器分类,2019年5月20日星期一,5.1.2半导体存储器主要指标,1.半导体存储器的存储容量：指每一个存储芯片或模块能够存储的二进制位数。 存储器容量=单元数数据位数 存储容量V与m、n之间的关系为：V=2mn 2.存取速度 存取速度：从CPU给出有效的存
4、储器地址到存储器输出有效数据所需要的时间。 内存的存取速度通常以ns为单位。 有：时钟周期(TCK)、存取时间(TAC)和 列选通延迟时间(CL) 3.带宽 存储器的带宽指每秒传输数据总量。 带宽=存储器总线频率数据宽度/8 （单位：字节/S）,2019年5月20日星期一,5.2 易失性随机存取存储器,一、静态随机存储器（SRAM）,2019年5月20日星期一,SRAM一般结构,A0,Y译码器,X 译码器,存储器逻辑控制,存储体阵列,Ai Ai+1Ai+2Am-1,A0 A1 A2 : Ai-1,OE WE CE,D0 D1 D2 D3 : Dn-1,:,:,输出缓冲器,2019年5月20日星
5、期一,典型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62V8512： 容量= 2198位 =292108位 =512K8位 =4096K位4M位,HM62V8512引脚,2019年5月20日星期一,二、DRAM,2019年5月20日星期一,DRAM一般结构,特点：外部地址线是内部地址的一半,2019年5月20日星期一,DRAM典型芯片,芯片容量 =2内部地址线条数*位数 =2外部地址线条数*2*位数 424256的容量 =29*2*4=218*4=256K*4位,424256,2019年5月20日星期一,高速RAM,1. EDO DRA
6、M(Extended Data Out)即扩展的数据输出。利用预测地址，可以在当前读写周期中启动下一个存取单元的读写周期，进而从宏观上缩短了地址选择的时间。由于EDO的设计仅适用于数据输出的时候，因此而得名。用于486 及Pentium 产品中。 2. SDRAM（Synchronous DRAM同步DRAM ）。将CPU和RAM通过一个相同的时钟锁在一起，使得RAM和CPU能够共享一个时钟周期，以相同的速度同步工作。PC-100及现在的PC-133即是。（效率75%，使用最广) 100MHz的SDRAM带宽=100MHz*（64/8）=800MB/S 3. RDRAM（Rambus DRAM
7、)一种全新有设计，工作速度高达400MHZ，RDRAM使用16位总线，使用时钟上升和下降沿传输数据。（效率85%价格太高，应用不广，如PC600和PC800） 400M的RDRAM带宽=400MHz*(16/8)*2=1600MB/S,2019年5月20日星期一,高速RAM续,4. DDR DRAM(Double Data Rate DRAM):双倍数据速率SDRAM，在时钟上升和下降沿传输数据，从而得到双倍带宽，同时增加双向数据控制引脚。如PC266 100MHz的DDR=100MHz*(64/8)*2=1600MB/S 即100MHz的DDR相当于400MHz的RDRAM DDR不足的是效
8、率不高（65%） 5. DDR2 DRAM 速度是DDR2的两倍,因此 100MHz的DDR2=100MHz*(64/8)*4=3200MB/S 6. DDR3 DRAM是DDR2的改进型,工作频率更高,功耗更小,成本更低.,2019年5月20日星期一,5.3.1 掩膜ROM（MROM） 5.3.2 一次可编程ROM（PROM） 5.3.3 紫外线可擦除可编程ROM（EPROM） 5.3.4 电可擦除可编程ROM（E2PROM） 5.3.5 闪速存储器（Flash Memory）,5.3 只读存储器,2019年5月20日星期一,5.3.1 掩膜ROM,原理： 掩膜ROM 存 储 信 息 是 靠
9、 MOS管是否跨接 来决定 0、1的 ， 当跨接MOS管 ， 对应位信息为0， 当没有跨接（被 光刻而去掉）， MOS的位置对应 的信息为1。,2019年5月20日星期一,5.3.2 PROM,原理： PROM 是靠存储单元中 的熔丝是否熔断 决定信息0和1的， 当熔丝未断时， 信息为1，熔丝 烧断时信息记录 0。,PROM一次可编程ROM,2019年5月20日星期一,5.3.3 EPROM,原理： EPROM 是靠FAMOS浮 置栅是否积累电 荷存储信息0和1 的，当浮置栅有 足够的电荷积累 时，记录的信息 为0，没有一定 的电荷积累时， 信息为1。,典型芯片,EPROM可擦除可编程ROM,
10、2019年5月20日星期一,5.3.4 E2PROM和Flash,E2PROM电可擦除可编程只读存储器（Electrically Erasable Programble Read Only Memory）可以在线擦除和改写。它主要用于智能工业仪器仪表中存储各种变化不频繁的数据和参数。EEPROM具有断电情况下保存数据的功能，又可以方便地在线改写。 闪速存储器（Flash Memory）也称快速擦写存储器或快闪存储器，是Intel公司首先开发，近年来发展起来的一种新型半导体存储器芯片。 它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。又能在线擦除和
11、重写。Flash是由EEPROM发展起来的，因此它属于EEPROM类型。 （目前几乎所有主板中的BIOS ROM均采用Flash）,典型芯片,2019年5月20日星期一,EPROM典型芯片27512,EPROM主要代表是27系列 对于EPROM掌握： 1. 型号与容量的关系 512为512K位=64K*8=64KB 再如27128为128K位=32KB 2. 引脚信号与容量的关系 容量=2地址线条数*数据线条数 如27512容量=216*8=64KB 3. 控制信号的含义,2019年5月20日星期一,5.3.5 E2PROM和Flash典型芯片,并行E2PROM典型代表28系列 Flash R
12、OM代表典型29系列 掌握： 1. 型号与容量的关系 28010和29010为1M位=128K*8=128KB 再如28040和29040为4M位=512K*8=512KB 2. 引脚信号与容量的关系 容量=2地址线条数*数据线条数 如29010容量=217*8=128KB 3. 控制信号的含义 Vpp,WE,OE,CE等,2019年5月20日星期一,5.4 铁电和磁性存储器,传统半导体存储器的缺点： 不可能既具有非易失性，又可快速无限多次读写。 铁电随机存储器（FRAM=Ferroelectric RAM）和磁性随机存储器（MRAM= Magnetic RAM），解决了传统半导体存储器没有解
13、决的问题。,2019年5月20日星期一,5.4.1 铁电存储器 FRAM,核心技术： FRAM的核心技术是铁电晶体材料。这一特殊材料使得铁电存储器同时拥有随机存取存储器(RAM)和非易失性存储产品的特性。 工作原理： 当一个电场被加到铁电晶体时，中心原子顺着电场的方向在晶体里移动。当原子移动时，它通过一个能量壁垒，从而引起电荷击穿。 内部电路感应到电荷击穿并设置存储器。移去电场后，中心原子保持不动，存储器的状态也得以保存。,2019年5月20日星期一,典型铁电存储器,FRAM产品有两种基本形式，一种是并行结构，一种是串行结构。 并行结构的FRAM与容量相同的SRAM芯片引脚兼容，如FM1808
14、与62256兼容；串行结构的FRAM与同容量的串行E2PROM引脚兼容，如FM24C64与AT24C64兼容。 有关网站： http:/,2019年5月20日星期一,5.4.2 磁性随机存储器MRAM,工作原理： （1）MRAM工作的基本原理与硬盘类似，数据以磁性的方向为依据，存储为0或1。 （2）MRAM的磁介质与硬盘有着很大的不同。它的磁密度要大得多，也相当薄，因此产生的自感和阻尼要少得多，这是MRAM速度大大快于硬盘的重要原因。 （3）当进行读写操作时，MRAM中的磁极方向控制单元会使用相反的磁力方向，以使能同时进行读写操作，不延误时间，因此速度快。,2019年5月20日星期一,5.5
15、微机内存区域划分,2019年5月20日星期一,5.6 存储器的扩展与组织,1为什么要扩展？ 任何存储器芯片（RAM和ROM）的容量都是 有限的，当实际系统需要更大存储容量时，就必 须采用多片现有的存储器芯片构成较大容量的存 储器模块，这就是所谓的存储器扩展。 2扩展存储器有三种基本方法 （1）字扩展：单元数的扩展（地址线增加） （2）位扩展：数据位的扩展（数据线增加） （3）字位全扩展：单元数和位数都扩展,2019年5月20日星期一,5.6.1 地址译码,一、地址译码方法 1.线译码方式 仅用一根高位地址线选择芯片。 2.部分译码方式 仅用部分高位地址线参与译码。 3.全译码方式。 所有地址线
16、全部译码工作。,2019年5月20日星期一,二、地址译码实现方法,1.门电路译码 用TTL或CMOS数字电路实现译码。 2.专用译码器译码 用专用译码器如2-4/3-8译码器译码。 3.用可编程器件PLD译码。 利用PLD编程译码。,2019年5月20日星期一,例1.门电路译码示例,要求：利用基本门电路产生地址为3E7H的低电平有效的片选信号。 分析:3E7H=11 1110 0111B,2019年5月20日星期一,不 变 地 址,变 地 址,例2.译码器译码示例,要求：产生地址为250H-257H共8个低电平有效的片选信号。 分析：对应的地址关系如下：,2019年5月20日星期一,常用译码器,416译码器,38译码器,24译码器,38译码器真值表,2019年5月20日星期
