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1、,第三章 存储器,计算机接口及信号处理,lijlon88存储器优秀课件,本章内容,存储器的组成与扩展,工作原理及典型芯片,存储器概述,一、存储器概述,存储器分类,存储器是计算机系统中必不可少的组成部分,用来存放计算机系统工作时所用的信息,包括程序和数据等。,一、存储器概述,按存储方式分类,(1)只读型存储器:在程序的执行过程中只能读出信息,如ROM半导体存储器芯片和普通光盘; (2)直接存储型:在正常工作条件下即可以直接对任一存储单元读出和写入信息,如磁盘和可读写光盘; (3)顺序存取型存储器:在读出和写入信息时只能按地址的先后顺序进行,其速度一般比较慢,如磁带。,一、存储器概述,按在计算机中
2、的作用分类,一、存储器概述,存储器的层次结构,存储器分层结构图,一、存储器概述,半导体存储器的分类,一、存储器概述,半导体存储器芯片的一般结构,半导体存储器芯片一般由存储体、地址锁存器、地址译码器、数据输入/输出电路和读写控制逻辑五个部分组成。,一、存储器概述,半导体存储器的主要技术指标,存储容量:存储器可以容纳的二进制信息量 存储容量 = 2M N 地址线数目为 M,数据线N位。 存取速度:一般采用两种参数描述 (1)存取时间TA(Access Time):指从CPU给出有效地址启动一次存储器读/写操作,到该操作完成所需的时间。读、写分别为TAR、TAW 。 (2)存取周期TMC(Memor
3、y Cycle):指连续两次存储器读/写操作之间的最小时间间隔,略大于TA。 可靠性:用MTBF(Mean Time Between Failures)来衡量,即平均故障间隔时间来衡量, MTBF 越长,可靠性越高。,二、半导体存储器的工作原理及典型芯片,静态RAM(SRAM),静态RAM基本电路,A 触发器非端,A 触发器原端,二、半导体存储器的工作原理及典型芯片,MOS六管静态存储 单元,Vcc,二、半导体存储器的工作原理及典型芯片, 静态 RAM 基本电路的 读 操作,二、半导体存储器的工作原理及典型芯片, 静态 RAM 基本电路的 写 操作,二、半导体存储器的工作原理及典型芯片,SRA
4、M芯片实例,常用SRAM芯片有6116(2KB8位)、6264(8KB8位)、62256(32KB8位)、628128(128KB8位)等。,11位地址线 8位数据线 3条控制引脚,即片选信号、写允许信号和输出允许信号 还有一条电源线和一条地线,二、半导体存储器的工作原理及典型芯片,动态RAM(DRAM),动态RAM基本单元电路,T,读出与原存信息相反,写入与输入信息相同,无电流,有电流,读出时数据线有电流 为“1”,写入时CS充电 为“1” 放电 为“0”,二、半导体存储器的工作原理及典型芯片,动态RAM刷新,为什么要使用刷新 破坏性读出 再生:读操作后,被读单元的内容被清为零,必须把刚读出
5、的内容立即写回去,通常称其为再生。它影响存储器的工作频率,在再生结束前不能开始下一次读。 刷新方式 (1)集中刷新 (2)分散刷新 (3)集中与分散相结合,二、半导体存储器的工作原理及典型芯片,DRAM芯片Intel2164,行地址选通信号和列地址选通信号 8条地址线 1位数据输入线和1位数据输出线 还有1条电源线和1条地线,二、半导体存储器的工作原理及典型芯片,DRAM和SRAM的比较,二、半导体存储器的工作原理及典型芯片,ROM的存储原理,掩膜ROM(MROM),行列选择线交叉处有 MOS 管为“0”; 行列选择线交叉处无 MOS 管为“1”。,特点:一次性写入不能修改,适合于保存可以成批
6、生产的、成熟的程序与数据,成本非常低。,二、半导体存储器的工作原理及典型芯片,PROM(一次性可编程),特点:出厂时为通用形式,用户可通过加高压、大电流的方法一次结构破坏性写入信息,写入的内容为永久的。,二、半导体存储器的工作原理及典型芯片,EPROM(可擦除可编程),EPROM的基本存储电路的关键器件是FAMOS(浮置栅雪崩注入型)场效应管,它具有存储电荷的能力,写入后的信息可通过紫外线擦除。,特点:可多次擦除和多次改写,但擦除和写入的时间一般比较长。,二、半导体存储器的工作原理及典型芯片,EEPROM(电可擦除可编程只读存储器),特点:擦除和编程均可联机进行,更加方便。 电可擦写 局部擦写
7、 全部擦写,Flash Memory(快擦型存储器,又称闪存、电子盘),特点:擦除和写入速度更快(1M位的芯片擦、写时间小于5s)。与EEPROM不同的是只能整体擦或分区擦。 由于闪速存储器具有非电易失性,且读取速度与DRAM接近,写入速度与硬盘接近,因此目前逐渐用来替代软、硬盘,称为半导体盘,具有无机械运动,抗震性好,可靠性高等优点,发展前景看好。,二、半导体存储器的工作原理及典型芯片,三、存储器的组成与扩展,内存芯片与系统总线的连接,数据线的连接,一般而言,存储器是按字节来构成的(每个存储单元存放8位数据),每组芯片的数据线是8根,存储芯片的数据线应与系统对应的8位数据总线相连。 数据线宽
8、度不同,所需连接的组数也不同。系统数据总线为8位,则需一组;系统数据总线为16位,则需两组;系统数据总线为32位,则需四组;系统数据总线为64位,则需八组。,三、存储器的组成与扩展,地址线的连接,根据所选用的存储器芯片地址线的多少,把系统的地址线分为片外地址和片内地址两部分。 片外地址经地址译码器译码后的输出,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。 片内地址线直接与所要访问的存储器芯片的地址引脚相连,用来直接选中该芯片中的一个存储单元。,74LS138引脚图,三、存储器的组成与扩展,74LS138的真值表,三、存储器的组成与扩展,控制线的连接,CPU的存储器读/写信号与
9、存储器芯片的控制信号线连接,才能实现对存储器的读写。 通常片选信号接地址译码器输出、写允许信号接写控制信号,输出允许信号接读控制信号。 形成存储器芯片的片选信号的方法有三种,即全译码、部分译码和线选法。,三、存储器的组成与扩展,存储芯片与CPU的配合,总线驱动能力,CPU的驱动能力有限,所以一般在较大的系统中,要在总线上加缓冲器和驱动器以增加CPU的负载能力。 对于单向传送的地址总线一般用三态锁存器(如74LS373 、8282 、8283)。 对于单向传送的数据总线一般用三态单向驱动器(如74LS244)。 对于双向传送的数据总线一般用三态双向驱动器(如74LS245)。,三、存储器的组成与
10、扩展,时序配合,存储器的存取周期应小于CPU的总线读写周期,并留出一定余量。 在存储芯片的读写周期中,数据稳定时间也应小于CPU控制信号的有效维持时间 。,三、存储器的组成与扩展,8位存储器系统,在8位微机系统中,系统数据总线的宽度为8位,则需一组按字节组织的存储芯片。,利用系统地址总线的高位经地址译码后形成各存储芯片的片选信号,系统地址总线的低位与各存储芯片的地址引脚相连,用于对片内存储单元的寻址,各存储芯片的数据引脚直接与8位数据总线相连即可。,三、存储器的组成与扩展,三、存储器的组成与扩展,三、存储器的组成与扩展,16位存储器系统,在16位微机系统中,系统数据总线的宽度为16位,则需两组
11、按字节组织的存储芯片。 8086系统将1M字节的内存地址空间分成两个512K存储体,一个偶地址存储体和一个奇地址存储体;这样既能够进行字节访问也能够进行字访问。 偶地址存储体与数据总线低8位D7D0相连,奇地址存储体与数据总线高8位D15D8相连,地址总线的A19A1与两个存储体的A18A0,并利用地址线A0(8086)和8086CPU的/BHE信号来选择两个存储体。,三、存储器的组成与扩展,当A0=0、/BHE=1时,访问偶地址存储体;当A0=1、/BHE=0时,访问奇地址存储体;当A0=0、/BHE=0时,偶地址存储体和奇地址存储体同时被访问。,三、存储器的组成与扩展,三、存储器的组成与扩展,三、存储器的组成与扩展,32位和64位存储器系统,在32位微机系统中,系统数据总线的宽度为32位,则需四组按字节组织的存储芯片。见图示,利用BE0-BE3来选择四个不同的存储体,这样可以访问32位的数据。,三、存储器的组成与扩展,在64位微机系统中,若系统数据总线的宽度为64位,则需八组按字节组织的存储芯片。见图示,利用BE0-BE7作为八个存储体的选择信号,这样可以访问64位的数据。,结束语,谢谢大家! Thank you for your attention!,