《chapter存储器原理与扩展实用实用教案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《chapter存储器原理与扩展实用实用教案（88页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、12024/7/24教学内容教学内容 本章在简要介绍半导体存储器的分类和基本存储元电路的基础上，重点介绍了常用的几种典型存储器芯片及其与CPU之间的连接与扩展问题，并简要介绍了目前常用的几种存储器器件。具体内容如下(rxi)：1、半导体存储器的分类2、随机读写存储器-RAM3、只读存储器-ROM、Flash4、存储器与CPU的连接5、存储器器件简介第1页/共87页第一页，共88页。22024/7/24学习学习(xux)(xux)要求要求 1、了解各种半导体存储器的特点及应用场合。2、了解随机读写存储器和只读存储器的结构原理及工作特点。3、掌握存储器芯片的位扩展(kuzhn)和字扩展(kuzhn
2、)方法。特别应注意掌握存储器芯片与地址总线的连接问题。第2页/共87页第二页，共88页。32024/7/24第五章第五章 存储器原理存储器原理(yunl)(yunl)与扩展与扩展5.1概述5.2随机(suj)存储器（了解）5.3只读存储器（了解）5.4Flash存储器（了解）5.5存储器的扩展（掌握）5.6存储器与CPU连接（掌握）第3页/共87页第三页，共88页。42024/7/24第五章第五章 存储器原理存储器原理(yunl)(yunl)与扩展与扩展5.1概述5.2随机存储器（了解）5.3只读存储器（了解）5.4Flash存储器（了解）5.5存储器的扩展(kuzhn)（掌握）5.6存储器与
3、CPU连接（掌握）第4页/共87页第四页，共88页。52024/7/245.1概述概述(ish)（了解）（了解）存存储储器器是是计计算算机机系系统统的的主主要要组组成成部部件件，是是计计算算机机记记忆忆设设备备，用用来来存存放放程程序序和和数数据据信信息息(xnx)。存存储储器器主主要要采采用用磁磁性性材材料料、半半导导体体器器件件和和光光学学存存储储材材料料等等介介质质来来实实现现。根根据据存存储储器器的的存存储储材材料料、性性能能和和用用途途不不同同，存存储储器器可可有有多多种种不不同的分类方法。同的分类方法。第5页/共87页第五页，共88页。62024/7/24（1 1）根据存储介质可分
4、为：）根据存储介质可分为： 半导体存储器：用半导体器件组成半导体存储器：用半导体器件组成(z chn)(z chn)的存储器。的存储器。 磁介质存储器：用磁性材料做成的存储器。磁介质存储器：用磁性材料做成的存储器。 光介质存储器：用光存储材料做成的存储器。光介质存储器：用光存储材料做成的存储器。（2 2）根据存储器的读写功能可分为：）根据存储器的读写功能可分为： 只读存储器（只读存储器（ROMROM）：存放的内容已固定，）：存放的内容已固定，只能读出不能写入的半导体存储器。只能读出不能写入的半导体存储器。 随机读写存储器（随机读写存储器（RAMRAM）：既可读出又可写）：既可读出又可写入的半导
5、体存储器。入的半导体存储器。第6页/共87页第六页，共88页。（3）根据处理器所访问的方式可分为：）根据处理器所访问的方式可分为：内存储器：存放内存储器：存放CPU要执行的程序和数据，要执行的程序和数据，CPU可对其直接访问。可对其直接访问。高速缓冲存储器：提高高速缓冲存储器：提高CPU访问内存的速度，访问内存的速度，CPU可对其直接访问。可对其直接访问。外存储器：保存外存储器：保存(bocn)计算机系统的信息和数计算机系统的信息和数据，据，CPU不能直接访问。不能直接访问。图图5.1计算机系统的三级存储计算机系统的三级存储(cnch)结构图结构图第7页/共87页第七页，共88页。82024/
6、7/245.1.1半导体存储器的分类(fnli)半导体存储器主要采用半导体存储器主要采用MOS型工艺制造，型工艺制造，MOS型型存储器具有集成度高、功耗低、价格便宜等特点，适合存储器具有集成度高、功耗低、价格便宜等特点，适合用作计算机内存等。半导体存储器根据保存信息的原理用作计算机内存等。半导体存储器根据保存信息的原理(yunl)不同可分为：不同可分为：u随机随机(su j)(su j)读写存储器读写存储器 RAM RAMu只读存储器只读存储器 ROM ROMu闪速存储器闪速存储器 Flash Memory Flash Memory第8页/共87页第八页，共88页。92024/7/24图5.2
7、半导体存储器的分类(fnli)第9页/共87页第九页，共88页。102024/7/245.1.2半导体存储器的名词(mngc)含义半导体存储器中最小的存储单位是存储元，它可存储半导体存储器中最小的存储单位是存储元，它可存储一个一个(y )(y )二进制信息代码。由若干个存储元组成一个二进制信息代码。由若干个存储元组成一个(y )(y )存储单元，由多存储单元组成一个存储单元，由多存储单元组成一个(y )(y )存储存储器。存储单元是存储器的最小访问单位，即对存储器的器。存储单元是存储器的最小访问单位，即对存储器的读写访问都是对其中的一个读写访问都是对其中的一个(y )(y )存储单元进行。存储
8、单元进行。存储器中的一个存储器中的一个(y )(y )存储单元上含有的存储元个存储单元上含有的存储元个数称为存储器字长，计算机中常将数称为存储器字长，计算机中常将8 8个存储元组成一个个存储元组成一个(y )(y )存储单元，称为存储单元，称为1 1个字节。一个个字节。一个(y )(y )存储器包存储器包含许多个存储单元，每个存储单元都有一个含许多个存储单元，每个存储单元都有一个(y )(y )编号，编号，即存储单元的地址。有关存储器的名词含义如图即存储单元的地址。有关存储器的名词含义如图5.35.3所示。所示。第10页/共87页第十页，共88页。112024/7/24图图5.3 5.3 存储
9、器的名词存储器的名词(mng c)(mng c)含义示意图含义示意图第11页/共87页第十一页，共88页。5.1.3半导体存储器的主要半导体存储器的主要(zhyo)性能指标性能指标l存储容量存储容量l存储器所能记忆二进制信息位的数量。存储器所能记忆二进制信息位的数量。l存取速度（周期）存取速度（周期）l存取周期是指从启动一次存储器操作到完成该操存取周期是指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间，用作所经历的时间，用来衡量存储器的存取速度。来衡量存储器的存取速度。l存储器功耗存储器功耗l存储器功耗是指它在正常工作时所消耗的电功率。存储器功耗是指它在正常工作时所消耗的电功率。l可靠性和工作寿
10、命可靠性和工作寿命l可靠性一般指存储器对外界电磁场及温度等变可靠性一般指存储器对外界电磁场及温度等变化的抗干扰能力。存储器的可靠性用平均无故障间隔化的抗干扰能力。存储器的可靠性用平均无故障间隔时间时间MTBF来衡量。来衡量。l集成度集成度l指在一块指在一块(ykui)芯片上能够集成的晶体管数目。芯片上能够集成的晶体管数目。l性能性能/价格比价格比第12页/共87页第十二页，共88页。132024/7/24第五章第五章 存储器原理存储器原理(yunl)(yunl)与扩展与扩展5.1概述5.2随机存储器（了解）5.3只读存储器（了解）5.4Flash存储器（了解）5.5存储器的扩展（掌握(zhng
11、w)）5.6存储器与CPU连接（掌握(zhngw)）第13页/共87页第十三页，共88页。142024/7/245.2随机(suj)读写存储器（了解）随着大规模集成电路技术的发展随着大规模集成电路技术的发展(fzhn)，半，半导体存储器集成度不断提高，存取速度加快，成本导体存储器集成度不断提高，存取速度加快，成本下降，体积缩小，容量增大。目前，计算机中的主下降，体积缩小，容量增大。目前，计算机中的主存都是采用半导体存储器存都是采用半导体存储器RAM。根据存储信息的。根据存储信息的原理不同，半导体存储器原理不同，半导体存储器RAM可分为：可分为：静态存储器静态存储器SRAM动态存储器动态存储器D
12、RAM第14页/共87页第十四页，共88页。152024/7/245.2.1静态存储器1.SRAM基本(jbn)存储元存储元是组成存储器的基础和核心，它用来存储一存储元是组成存储器的基础和核心，它用来存储一位二进制信息位二进制信息“0”或或“1”。图。图5.4所示是用六个所示是用六个MOS管构管构成的成的SRAM存储元的电路结构示意图。该存储元是由两存储元的电路结构示意图。该存储元是由两个个MOS反相器交叉耦合而成的触发器，一个存储元存储反相器交叉耦合而成的触发器，一个存储元存储一位二进制代码。这种电路结构状态稳定，并且一位二进制代码。这种电路结构状态稳定，并且A，B两两点的电位总是互为相反的
13、，因此它能表示点的电位总是互为相反的，因此它能表示(biosh)一位一位二进制的二进制的“0”或或“1”。下面我们详细分析说明该存储元的。下面我们详细分析说明该存储元的工作原理和读写操作过程。工作原理和读写操作过程。第15页/共87页第十五页，共88页。162024/7/24图5.4六个MOS管的基本存储(cnch)元电路结构示意图第16页/共87页第十六页，共88页。（1）图中虚线内表示静态）图中虚线内表示静态SRAM的一个存储元电路由的一个存储元电路由6个个MOS管构成管构成(guchng)。T1和和T2为工作管，为工作管，T3和和T4为负载管，为负载管，T5和和T6为开关管。为开关管。（
14、2）X地址译码线和地址译码线和Y地址译码线两个信号线同时有效时，该存储元被选中进行读地址译码线两个信号线同时有效时，该存储元被选中进行读/写。写。T7和和T8为开关管，控制数据位的导通（读为开关管，控制数据位的导通（读/写）。写）。（3）在上电瞬间，）在上电瞬间，T3和和T4管导通，使得管导通，使得A和和B两点电压上升。由于两点电压上升。由于A和和B两点电压上两点电压上升快慢不同，当升快慢不同，当A点电压上升较快时，点电压上升较快时，T2管较早导通，使得管较早导通，使得B点处于低电平，导致点处于低电平，导致T1管截止，管截止，A点处于高电平，使得点处于高电平，使得T2管更加导通，从而形成一个管
15、更加导通，从而形成一个A点高电平、点高电平、B点低电平点低电平的稳定工作状态；反之依然。的稳定工作状态；反之依然。（4）这种电路有两个稳定状态，并且，）这种电路有两个稳定状态，并且，A和和B两点电平总是互为相反的。所以，可用两点电平总是互为相反的。所以，可用A点电平的高或低来表示点电平的高或低来表示“1”或或“0”信息，即存放一个稳定的二进制信息值。信息，即存放一个稳定的二进制信息值。（5）当进行读）当进行读/写操作时，写操作时，X地址译码线和地址译码线和Y地址译码线两个信号线同时有效，导致地址译码线两个信号线同时有效，导致T5、T6、T7、T8开关管全部导通，开关管全部导通，A和和B两点通过
16、分别连接的位线两点通过分别连接的位线D和和/D，从而使两，从而使两点的存放信息被分别读出到点的存放信息被分别读出到I/O和和/I/O线上（或反过来写入），实现该存储元的信息线上（或反过来写入），实现该存储元的信息值读值读/写操作。读出信息后，原存放信息不会被改变。写操作。读出信息后，原存放信息不会被改变。（6）静态）静态RAM的基本存储元电路中的基本存储元电路中MOS管数目比较多，故集成度较低。此外，管数目比较多，故集成度较低。此外，T1和和T2管始终有一个处于导通状态，使得静态管始终有一个处于导通状态，使得静态RAM的功耗比较大。但是静态的功耗比较大。但是静态RAM存放存放的信息稳定，不需要
17、刷新电路，所以存储器外围电路比较简单。的信息稳定，不需要刷新电路，所以存储器外围电路比较简单。第17页/共87页第十七页，共88页。2.SRAM的组成(zchn)结构静态静态RAM的结构：地址译码器、存储矩阵、双向数据缓的结构：地址译码器、存储矩阵、双向数据缓冲器、存储器读冲器、存储器读/写控制逻辑写控制逻辑(luj)等组成。等组成。第18页/共87页第十八页，共88页。192024/7/24u存储矩阵存储矩阵u存储信息的载体存储信息的载体(zit)，由基本存储元构成。，由基本存储元构成。u存储器读存储器读/写控制逻辑写控制逻辑u对对CPU发来的存储器访问控制信号译码，控制存发来的存储器访问控
18、制信号译码，控制存储器进行相应的操作。储器进行相应的操作。u双向数据缓冲器双向数据缓冲器u存储器数据的输入和输出通道。存储器数据的输入和输出通道。u地址译码器地址译码器u用于选择存储矩阵中的存储单元。用于选择存储矩阵中的存储单元。第19页/共87页第十九页，共88页。图5.6单译码的电路(dinl)连接示意图图5.7双译码的电路(dinl)连接结构示意图单译码方式：适合于存储单元数目较少的存储矩阵使单译码方式：适合于存储单元数目较少的存储矩阵使用；用；双译码方式：双译码方式：X和和Y两个译码器，即将输入地址线分成两个译码器，即将输入地址线分成X地址和地址和Y地址两部分地址两部分(bfen)分别
19、进行译码。节省译分别进行译码。节省译码器的输出线，适合于存储单元数目很多的存储矩阵码器的输出线，适合于存储单元数目很多的存储矩阵使用。使用。第20页/共87页第二十页，共88页。128选1译码器第21页/共87页第二十一页，共88页。读时序(shx)写时序( s h x )datadata3. 静态(jngti)RAM的读写时序第22页/共87页第二十二页，共88页。3.静态(jngti)RAM的读写时序静态静态RAM通常通常(tngchng)可与可与CPU直接连接，作为内直接连接，作为内存使用。存使用。图5.8SRAM的读操作(cozu)时序图图5.9SRAM的写操作(cozu)时序图第23
20、页/共87页第二十三页，共88页。4.静态RAM芯片(xnpin)介绍常用的常用的6264芯片是高速芯片是高速SRAM芯片，它采用双芯片，它采用双列直插式（列直插式（DIP）封装，共有）封装，共有28个引脚，各引脚功能个引脚，各引脚功能(gngnng)说明如下：说明如下：A12A0：13根地址线；根地址线；D7D0：8根数据线；根数据线；CS1，/CS2：2根片选线；根片选线；/WE：1根读写线；根读写线；/OE：1根输出使能线；根输出使能线；Vcc和和Gnd：电源和地线；：电源和地线；第24页/共87页第二十四页，共88页。表5.16264芯片(xnpin)的工作方式选择。工作方式工作方式C
21、S2/CS1/OE/WED7 D0读读1001输出输出写写10x0输入输入未选通未选通x1xx高阻高阻未选通未选通0xxx高阻高阻注：“x”表示(biosh)可以是“0”或“1”图5.116264芯片(xnpin)的逻辑电路示意图第25页/共87页第二十五页，共88页。5.2.2动态(dngti)存储器1.四管动态(dngti)存储元上面介绍上面介绍(jisho)了静态了静态RAM的一个基本存储元是的一个基本存储元是由由6个个MOS管构成的。管构成的。在计算机系统中，一般都希望存储器容量越大越好。在计算机系统中，一般都希望存储器容量越大越好。因此，在相同的面积上放置更多的存储元，能够提高存储因
22、此，在相同的面积上放置更多的存储元，能够提高存储器的集成度。下面介绍器的集成度。下面介绍(jisho)四个四个MOS管和单个管和单个MOS管构成的管构成的DRAM基本存储元电路。基本存储元电路。四管四管DRAM基本存储元是在六管基本存储元是在六管SRAM基本存储元电基本存储元电路基础上，经过电路优化而成的。路基础上，经过电路优化而成的。下面主要分析说明该存储元的工作原理、读写操作和下面主要分析说明该存储元的工作原理、读写操作和定时刷新操作过程。定时刷新操作过程。不讲解(jingji)！第26页/共87页第二十六页，共88页。图5.12四管动态RAM基本(jbn)存储元不讲解(jingji)！第
23、27页/共87页第二十七页，共88页。DRAM的刷新是在位线上增加一个预充的刷新是在位线上增加一个预充MOS管来管来自动刷新所存储的信息值。刷新过程如下自动刷新所存储的信息值。刷新过程如下(rxi)：(1)、预充、预充MOS管导通，电源管导通，电源ED给数据线上的电容给数据线上的电容CD进行充电后，预充管截止。进行充电后，预充管截止。(2)、行选择线有效，让、行选择线有效，让T5和和T6两个开关管导通，然两个开关管导通，然后，数据线上的电容后，数据线上的电容CD给栅极电容给栅极电容C1或或C2补充电荷。补充电荷。(3)、行选择线无效，刷新结束。、行选择线无效，刷新结束。通过上述刷新步骤可以看出
24、，每次只是行选择线通过上述刷新步骤可以看出，每次只是行选择线有效，而列选择线无效。所以，存储器刷新采用读操有效，而列选择线无效。所以，存储器刷新采用读操作方式进行，每次可刷新所选择行上的所有存储元的作方式进行，每次可刷新所选择行上的所有存储元的内容。内容。不讲解(jingji)！第28页/共87页第二十八页，共88页。2.单管动态(dngti)存储元图5.13单管动态RAM基本(jbn)存储元为了更进一步缩小为了更进一步缩小(suxio)存储器的体积，提高单存储器的体积，提高单片存储器的集成度，片存储器的集成度，DRAM一般采用单管动态基本存一般采用单管动态基本存储元电路来实现。单管动态储元电
25、路来实现。单管动态RAM基本存储元电路由基本存储元电路由一个电容和一个一个电容和一个MOS管构成。管构成。不讲解！第29页/共87页第二十九页，共88页。302024/7/24 名 称 优 点 缺 点四管存储元电路外围电路比较简单，刷新时不需要另加外部逻辑管子多，占用的芯片面积大单管存储元电路元件数量少，集成度高需要有高鉴别能力的读出放大器配合工作，外围电路比较复杂单管存储元电路单管存储元电路(dinl)和四管存储元电路和四管存储元电路(dinl)对比对比不讲解(jingji)！第30页/共87页第三十页，共88页。312024/7/243.动态(dngti)RAM芯片介绍2164是动态存储器
26、是动态存储器DRAM芯片，它采用双列直插式芯片，它采用双列直插式封装，共有封装，共有16个引脚，工作电源个引脚，工作电源+5V，各引脚功能说明如，各引脚功能说明如下：下：A7A0：8根地址线；根地址线；Din，Dout：输入和输出数据线；：输入和输出数据线；/RAS：1根行根行(nxn)地址选择线；地址选择线；/CAS：1根列地址选择线；根列地址选择线；/WE：1根写信号线；根写信号线；VDD，Vss：电源和地线；：电源和地线；NC：无用线。：无用线。图5.142164芯片(xnpin)的引脚分配图不讲解！第31页/共87页第三十一页，共88页。4.DRAM与CPU的连接(linji) DRA
27、M DRAM集成度很高，但需硬件刷新电路支持工作。图集成度很高，但需硬件刷新电路支持工作。图5.165.16为为DRAMDRAM与与CPUCPU的连接逻辑框图。图中的虚线的连接逻辑框图。图中的虚线(xxin)(xxin)框框内称之为内称之为DRAMDRAM控制器。它是控制器。它是CPUCPU与与DRAMDRAM中间的接口电路，即中间的接口电路，即将将CPUCPU的信号变换成适合的信号变换成适合DRAMDRAM的连接信号。的连接信号。CPUCPU借助这个借助这个DRAMDRAM控制器，可把控制器，可把DRAMDRAM看做像看做像SRAMSRAM一样去使用。一样去使用。图5.16DRAM与CPU的
28、连接(linji)逻辑框图第32页/共87页第三十二页，共88页。332024/7/245.动态(dngti)RAM的读写时序图5.17DRAM的读操作(cozu)时序图图5.17DRAM的读操作(cozu)时序图第33页/共87页第三十三页，共88页。342024/7/24第五章第五章 存储器原理存储器原理(yunl)(yunl)与扩展与扩展5.1概述5.2随机(suj)存储器（了解）5.3只读存储器（了解）5.4Flash存储器（了解）5.5存储器的扩展（掌握）5.6存储器与CPU连接（掌握）第34页/共87页第三十四页，共88页。352024/7/245.3只读存储器（了解(lioji)
29、）ROM的分类的分类只读存储器简称只读存储器简称ROM，它只能读出，不能写，它只能读出，不能写入。它的最大优点是具有不易失性。入。它的最大优点是具有不易失性。根据编程方式不同，根据编程方式不同，ROM通常分为三类通常分为三类(sn li)： 掩模式掩模式ROM： 又称又称 mask ROM 一次编程一次编程ROM： 又称又称 PROM 多次编程多次编程ROM： 又称又称 EPROM,EEPROM第35页/共87页第三十五页，共88页。362024/7/245.3.1掩膜式ROMMaskROM是生产厂家按用户定制的要求，在芯是生产厂家按用户定制的要求，在芯片的生产过程中写入固定信息值，因而使用时
30、只可读片的生产过程中写入固定信息值，因而使用时只可读出，不能修改。出，不能修改。MaskROM的优点是可靠性高，集成度高，批量的优点是可靠性高，集成度高，批量生产成本低，适宜于大批量的定型专用产品生产成本低，适宜于大批量的定型专用产品(chnpn)。缺点是不可重写，不适用于需要多次修改的研究开发缺点是不可重写，不适用于需要多次修改的研究开发过程。过程。第36页/共87页第三十六页，共88页。372024/7/245.3.2一次编程式ROM一一次次编编程程式式只只读读存存储储器器PROM出出厂厂时时所所有有存存储储单单元元内内容容全全为为“1”或或“0”，用用户户可可用用专专用用的的PROM编编
31、程程器器将将信信息息写写入入。这这种种写写入入是是破破坏坏性性的的，也也就就是是说说只只能能进进行行一一次次编编程程，无无法法进进行行更更改改。根根据据(gnj)编程原理编程原理PROM可分为两种结构类型：可分为两种结构类型：一种是熔丝烧断型一种是熔丝烧断型一种是一种是PN结击穿型结击穿型由由于于PROM可可靠靠性性差差，加加上上只只能能一一次次性性编编程程，所以产品已经淘汰。所以产品已经淘汰。第37页/共87页第三十七页，共88页。382024/7/245.3.3多次编程式ROMPROM虽然可供用户进行一次编程，但仍有局虽然可供用户进行一次编程，但仍有局限性。为了便于研究工作，实验各种限性。
32、为了便于研究工作，实验各种(zhn)ROM程序方案，可擦除、可多次编程式程序方案，可擦除、可多次编程式ROM在实际中得到了广泛应用。这种存储器利用在实际中得到了广泛应用。这种存储器利用专用的编程器进行信息擦除和信息再写入，写入信专用的编程器进行信息擦除和信息再写入，写入信息后的芯片便可作为只读存储器来使用。目前，根息后的芯片便可作为只读存储器来使用。目前，根据擦除芯片内信息的方式不同，可擦除、可多次编据擦除芯片内信息的方式不同，可擦除、可多次编程式程式ROM分为两种类型：分为两种类型：紫外线擦除方式、可多次编程式，即紫外线擦除方式、可多次编程式，即EPROM电擦除方式、可多次编程式，即电擦除方
33、式、可多次编程式，即EEPROM第38页/共87页第三十八页，共88页。1.EPROM存储器图图5.19为一个为一个P沟道实现的沟道实现的EPROM的基本存储元物理构造示意图。它是在的基本存储元物理构造示意图。它是在N型基体片上生长了两个高浓度的型基体片上生长了两个高浓度的P型区，通过欧姆接触，分别引出源极型区，通过欧姆接触，分别引出源极(S)和和漏极漏极(D)。在。在S极和极和D极之间，有一个多晶硅做的栅极，它的周围被二氧化硅绝极之间，有一个多晶硅做的栅极，它的周围被二氧化硅绝缘物所包围，栅极是浮空的。这样的管子制造缘物所包围，栅极是浮空的。这样的管子制造(zhzo)好时，多晶硅栅极上没好时
34、，多晶硅栅极上没有电荷，所以有电荷，所以D极和极和S极之间是不导通的。极之间是不导通的。图5.19EPROM的基本存储元物理(wl)构造示意图图5.20EPROM基本存储元电路结构示意图不讲解(jingji)！第39页/共87页第三十九页，共88页。由这种由这种EPROM做成的存储器芯片，在封装上与做成的存储器芯片，在封装上与一般集成电路不同，其顶部中间部分有一个石英玻璃一般集成电路不同，其顶部中间部分有一个石英玻璃窗口，用于对存储器的擦除操作窗口，用于对存储器的擦除操作(cozu)。当用紫外。当用紫外线近距离直射窗口大约线近距离直射窗口大约20分钟时，电路中的浮空多晶分钟时，电路中的浮空多晶
35、硅栅极上的积聚电子全部形成光电流泄漏掉，硅栅极上的积聚电子全部形成光电流泄漏掉，D极和极和S极之间不再导通，即读出值为极之间不再导通，即读出值为“1”，恢复到初始状态。，恢复到初始状态。存放用户信息的存放用户信息的EPROM存储器为了防止因光线存储器为了防止因光线长期照射而引起的信息破坏，需用遮光胶纸贴于石英长期照射而引起的信息破坏，需用遮光胶纸贴于石英窗口上。一个窗口上。一个EPROM的封装外形如图的封装外形如图5.21(a)所示。所示。图5.21Intel2764芯片(xnpin)的封装外形图不讲解(jingji)！第40页/共87页第四十页，共88页。412024/7/242.EEPRO
36、M存储器介绍(jisho)EEPROM是一种采用金属氮氧化硅工艺生是一种采用金属氮氧化硅工艺生产的可电擦除，可再编程的只读存储器，具有产的可电擦除，可再编程的只读存储器，具有在线（或称在系统，即不用从电路板上拔出来）在线（或称在系统，即不用从电路板上拔出来）对单个存储单元对单个存储单元(cnchdnyun)电擦除和再电擦除和再编程的能力。擦除时只需加高电压对指定单元编程的能力。擦除时只需加高电压对指定单元产生电流，形成产生电流，形成“电子隧道电子隧道”，即可将该单元信，即可将该单元信息擦除，其他未通电流的单元内容保持不变。息擦除，其他未通电流的单元内容保持不变。不讲解(jingji)！第41页
37、/共87页第四十一页，共88页。422024/7/24第五章第五章 存储器原理存储器原理(yunl)(yunl)与扩展与扩展5.1概述5.2随机(suj)存储器（了解）5.3只读存储器（了解）5.4Flash存储器（了解）5.5存储器的扩展（掌握）5.6存储器与CPU连接（掌握）第42页/共87页第四十二页，共88页。5.4Flash存储器闪闪速速存存储储器器又又称称Flash存存储储器器，它它是是一一种种非非易易失失性性存存 储储 器器 （ Non-Volatile Memory， NVM） ， 是是 在在EPROM与与EEPROM基基础础上上发发展展起起来来的的。Flash存存储储器器集集
38、其其它它类类非非易易失失性性存存储储器器的的特特点点于于一一身身。与与EPROM相相比比较较，闪闪速速存存储储器器具具有有明明显显的的优优势势在在系系统统中中可可电电擦擦除除和和可可重重复复编编程程，而而不不需需要要(xyo)特特殊殊的的高高电电压压；与与EEPROM相相比比较较，闪闪速速存存储储器器具具有有编编程程速速度度快快，成成本本低低、密密度度大大的的特特点点。Flash存存储储器器以以其其集集成成度度高高、制制造造成成本本低低、使使用用方方便便等等诸诸多多优优点点广广泛泛地地应应用用于于办办公公设设备、通信设备、医疗设备、家用电器等领域。备、通信设备、医疗设备、家用电器等领域。不讲解
39、(jingji)！第43页/共87页第四十三页，共88页。442024/7/245.4.1Flash存储器类型(lixng)及特点1.Flash存储器的类型存储器的类型Flash存储器有多种实现技术存储器有多种实现技术(jsh)，目前主要，目前主要有两种技术有两种技术(jsh)类型：类型：NOR型型Flash存储器存储器NAND型型Flash存储器存储器第44页/共87页第四十四页，共88页。2.基本(jbn)工作原理两种类型的两种类型的Flash存储器都是用三端器件作存储器都是用三端器件作为存储单元，分别为源极、漏极和栅极。它们为存储单元，分别为源极、漏极和栅极。它们与场效应管的工作原理相同
40、，主要是利用电场与场效应管的工作原理相同，主要是利用电场效应来控制源极与漏极之间的通与断。不同点效应来控制源极与漏极之间的通与断。不同点是，场效应管为单栅极结构是，场效应管为单栅极结构(jigu)，而，而Flash为为双栅极结构双栅极结构(jigu)，即在栅极与硅衬底之间增，即在栅极与硅衬底之间增加了一个浮置栅极。浮置栅极是由氮化物夹在加了一个浮置栅极。浮置栅极是由氮化物夹在两层二氧化硅材料之间构成，图两层二氧化硅材料之间构成，图5.22所示为所示为Flash存储器的基本存储元物理构造示意图存储器的基本存储元物理构造示意图不讲解(jingji)！第45页/共87页第四十五页，共88页。图5.2
41、2Flash存储(cnch)器的存储(cnch)元物理构造示意图与场效应管一样，Flash存储器也是一种电压控制型器件。NAND型Flash存储器内容的擦除和写入均是基于隧道效应。图5.22中，电流穿过N型基体与浮置栅极之间的SiO2绝缘层，对浮置栅极进行充电，则完成数据(shj)写操作。相反，浮置栅极进行放电，则实现数据(shj)擦除操作。同理，NOR型Flash存储器数据(shj)的擦除也是通过浮置栅极的放电操作实现。但NOR型Flash存储器在写入数据(shj)时则是采用热电子注入方式，即电流从浮置栅极到源极。不讲解(jingji)！第46页/共87页第四十六页，共88页。3.NOR型F
42、lash存储器的特点(tdin)以以Intel和和AMD为代表的为代表的NOR型型Flash存储存储器是最早出现的一类，具有以下特点：器是最早出现的一类，具有以下特点：程序和数据可存放在一块芯片上，拥有独立的程序和数据可存放在一块芯片上，拥有独立的数据总线和地址总线，能快速随机读取，允许数据总线和地址总线，能快速随机读取，允许(ynx)系统直接从系统直接从Flash中读取代码执行。中读取代码执行。可以单字节或单字编程，但不能单字节擦除，可以单字节或单字编程，但不能单字节擦除，必须以块为单位或对整片执行擦除操作，必须以块为单位或对整片执行擦除操作，NOR技术的技术的Flash存储器的擦除和编程速
43、度较慢。存储器的擦除和编程速度较慢。4. NAND型Flash存储器的特点(tdin)以三星和东芝为代表的以三星和东芝为代表的NAND型型Flash存储器，有以下特点：存储器，有以下特点：l以页为单位进行读和编程操作，以块为单位进行擦除操作，具有快编程和快擦除功能，块擦除时间是2ms，而NOR技术的块擦除时间达几百ms。l数据、地址采用同一总线，实现串行读取。随机读取速度相对比较慢，且不能按字节随机编程。适合于纯数据和文件存储。l芯片尺寸小，引脚少，是位成本（bitcost）最低的固态存储器。l芯片包含有失效块，失效块不会影响有效块的性能，但需要屏蔽。不讲解！第47页/共87页第四十七页，共8
44、8页。5.4.2Flash芯片(xnpin)介绍1. SST39VF160芯片(xn pin)2. FlashK9F2808U0C芯片(xn pin)SST39VF160是SST公司的CMOS多功能Flash存储器，由SST特有的高性能SuperFlash技术制造而成。具有固定的擦除和编程时间，存储容量为1M16位，工作电压为2.7V3.6V，擦除/编程寿命10万次。该芯片属于NOR型Flash存储器，具有SRAM接口，采用48脚TSOP封装。 K9F2808U0C是三星公司生产的NAND型Flash存储器，存储容量为16M8位，工作电压为2.7V3.6V。528字节的页编程时间为200us，
45、16K字节的块擦除时间为2ms，页面的数据以每字50ns的速度被读出。数据输入/输出、地址输入和操作指令输入均是通过共用的8位I/O总线完成，所以NAND型Flash存储器的操作比较复杂。芯片内写控制自动实现所有编程和擦除功能，擦除/编程寿命10万次。 不讲解！第48页/共87页第四十八页，共88页。492024/7/24第五章第五章 存储器原理存储器原理(yunl)(yunl)与扩展与扩展5.1概述5.2随机存储器（了解(lioji)）5.3只读存储器（了解(lioji)）5.4Flash存储器（了解(lioji)）5.5存储器的扩展（掌握）5.6存储器与CPU连接（掌握）第49页/共87页
46、第四十九页，共88页。5.5 5.5 存储器扩展(kuzhn)(kuzhn)存储器芯片的存储容量都是有限的，要构成所需存储器芯片的存储容量都是有限的，要构成所需容量的存储器，往往单个芯片不能满足存储单元数目容量的存储器，往往单个芯片不能满足存储单元数目或字长的需求，甚至或字长的需求，甚至(shnzh)存储单元和字长数都不存储单元和字长数都不能满足需求。所以，需要用多个存储器芯片进行组合能满足需求。所以，需要用多个存储器芯片进行组合来满足存储容量需求。针对不同容量需求所进行的存来满足存储容量需求。针对不同容量需求所进行的存储器芯片组合称为存储器的扩展。存储器芯片的扩展储器芯片组合称为存储器的扩展
47、。存储器芯片的扩展方式包括：方式包括：位扩展（横向扩展）位扩展（横向扩展）字扩展（纵向扩展）字扩展（纵向扩展）字位同时扩展字位同时扩展第50页/共87页第五十页，共88页。512024/7/245.5.1位扩展(kuzhn)（字长方向的扩展(kuzhn)）单块存储芯片上的存储单元数目满足单块存储芯片上的存储单元数目满足(mnz)存储器需求，而字长不能满足存储器需求，而字长不能满足(mnz)需需求，需进行的存储器扩展称为位扩展。例如：已求，需进行的存储器扩展称为位扩展。例如：已有有8K1的的SRAM芯片，需要组成芯片，需要组成8K8的存储器，的存储器，这里芯片的存储单元数目与存储器需求一致，但这
48、里芯片的存储单元数目与存储器需求一致，但字长不够，需要进行位扩展来实现。图字长不够，需要进行位扩展来实现。图5.33所示所示为为8K1SRAM芯片，采用位扩展组成芯片，采用位扩展组成8K8的存的存储器电路连接示意图。储器电路连接示意图。第51页/共87页第五十一页，共88页。图5.33位扩展组成的8K8存储器电路(dinl)连接示意图由图看出，位扩展方式存储器的电路连接特点是：所有芯片的地址线和读/写线都连接到总线的对应位上，所有芯片共用一个片选信号(xnho)，而各芯片的数据线需要分别连接到数据总线的D7D0位上。第52页/共87页第五十二页，共88页。5.5.2字扩展(kuzhn)（单元个
49、数方向的扩展(kuzhn)）单块存储芯片上的存储字长单块存储芯片上的存储字长(zchn)满足存满足存储器需求，而存储单元数目不能满足需求，需进储器需求，而存储单元数目不能满足需求，需进行的存储器扩展称为字扩展，字扩展就是存储单行的存储器扩展称为字扩展，字扩展就是存储单元数量的扩展。图元数量的扩展。图5.34所示为所示为16K8SRAM芯片，芯片，采用字扩展方式，组成采用字扩展方式，组成64K8的存储器电路连接的存储器电路连接示意图。示意图。由图看出，字扩展方式存储器的电路连接特由图看出，字扩展方式存储器的电路连接特点是：所有芯片的数据线、地址线和读点是：所有芯片的数据线、地址线和读/写线都连写
50、线都连接到总线的对应位上，而由片选信号来指定各片接到总线的对应位上，而由片选信号来指定各片地址范围。地址范围。第53页/共87页第五十三页，共88页。图5.34字扩展组成的64K8存储器电路(dinl)连接示意图图中每个16K8位SRAM芯片，都有14位地址线，经过字扩展后，组成64K8位的存储器，则需要16位地址线。其中，这16位地址线的低14位（A13A0）直接与各芯片的地址线连接，用于进行片内寻址。另外的高2位地址线（A15和A14）经24译码器译出4位片选线，分别与4个芯片的片选信号相连接，用来选定(xundn)各芯片在整个存储空间中所属的地址范围。第54页/共87页第五十四页，共88
51、页。552024/7/245.5.3字位同时(tngsh)扩展在实际应用在实际应用(yngyng)中，单块存储芯片上的存储单元中，单块存储芯片上的存储单元数目和字长均不能满足存储器需求时，就需要同时进行位扩数目和字长均不能满足存储器需求时，就需要同时进行位扩展和字扩展，即字位同时扩展。展和字扩展，即字位同时扩展。例，现有例，现有1K4SRAM存储器芯片，要构成某计算机存存储器芯片，要构成某计算机存储系统所需储系统所需4K8的存储器，下面介绍如何通过的存储器，下面介绍如何通过1K4芯片构芯片构成成4K8的存储器。的存储器。单块单块1K4芯片的存储单元数目是芯片的存储单元数目是1K，字长是，字长是
52、4位。所需位。所需的存储器是的存储器是4K8。因此，该单块芯片的存储单元数目不满。因此，该单块芯片的存储单元数目不满足要求，需要将存储单元数目从足要求，需要将存储单元数目从1K扩展到扩展到4K；字长也不满；字长也不满足要求，需要将字长从足要求，需要将字长从4位扩展到位扩展到8位。所以，采用位。所以，采用1K4芯芯片构成片构成4K8的存储器，需要进行字扩展和位扩展，即字位的存储器，需要进行字扩展和位扩展，即字位同时扩展。同时扩展。第55页/共87页第五十五页，共88页。图5.351K4芯片位扩展(kuzhn)构成1K8存储模块的电路连接示意图第一步，先进行位扩展，由1K4芯片采用位扩展方式构成1
53、K8的存储模块。由位扩展方式可知，要达到存储模块所需的每个存储单元8位，需要使用(shyng)2块1K4芯片来扩展构成1K8的存储模块，扩展电路连接如图5.35所示。由图看出，两个单芯片的4位数据总线扩展后构成8位数据总线。第56页/共87页第五十六页，共88页。图5.361K8存储模块字扩展构成(guchng)4K8存储器的电路连接示意图第二步，再进行字扩展第二步，再进行字扩展(kuzhn)，由，由1K8的存储模块的存储模块采用字扩展采用字扩展(kuzhn)方式构成方式构成4K8存储器。通过计算存储器。通过计算可知，共需可知，共需4个个1K8的存储模块来扩展的存储模块来扩展(kuzhn)构成
54、构成4K8的存储器，其扩展的存储器，其扩展(kuzhn)电路连接如图电路连接如图5.36所所示。由图可知，经过字扩展示。由图可知，经过字扩展(kuzhn)后，寻址空间由后，寻址空间由1K增加到增加到4K，地址总线也由，地址总线也由10位增加到位增加到12位。其中，位。其中，地址线的高两位经过译码器后产生所需的地址线的高两位经过译码器后产生所需的4个片选信号。个片选信号。第57页/共87页第五十七页，共88页。上述分两步实现了存储器的扩展，第一步用上述分两步实现了存储器的扩展，第一步用2块芯片实现位扩块芯片实现位扩展，第二步用展，第二步用4个存储模块实现字扩展，计算可得共需使用个存储模块实现字扩
55、展，计算可得共需使用8块芯片完块芯片完成存储器的字位扩展。成存储器的字位扩展。如果选用如果选用1K4SRAM芯片，采用字位同时扩展方式，直接芯片，采用字位同时扩展方式，直接(zhji)构成构成4K8存储器，则其电路连接如图存储器，则其电路连接如图5.37所示。所示。图5.37字位同时(tngsh)扩展构成4K8存储器电路连接示意图第58页/共87页第五十八页，共88页。图中，将图中，将8个个1K4SRAM芯片分成了芯片分成了4组（每个虚线框为一组（每个虚线框为一组，共有组，共有4组），每组组），每组2片。组内采用位扩展法构成片。组内采用位扩展法构成1K8的存储模的存储模块，块，4个这样的存储模
56、块采用字扩展法便组成个这样的存储模块采用字扩展法便组成(zchn)了了4K8的的存储器。所组成存储器。所组成(zchn)的的4K8存储器共需存储器共需12位地址线，其中，位地址线，其中，地址线低地址线低10位（位（A9A0）用作）用作4个存储模块的片内寻址，地址线高个存储模块的片内寻址，地址线高2位（位（A11A10）经）经24译码器译出译码器译出4根片选线，分别与这根片选线，分别与这4组存储组存储模块的片选信号相连接，用来模块的片选信号相连接，用来选定选定4个存储模块在整个存储个存储模块在整个存储地址空间中所属的地址范围。地址空间中所属的地址范围。总结上述的字位同时扩展电路设计方法，并推广到
57、一般情总结上述的字位同时扩展电路设计方法，并推广到一般情况，可得知：若使用况，可得知：若使用jk位存储器芯片构成一个容量为位存储器芯片构成一个容量为MN位的存位的存储器（储器（Mj，Nk），那么共需要），那么共需要jk位存储器芯片的数量是：位存储器芯片的数量是：（M/j）（N/k）个。连接时可将这些芯片分成（）个。连接时可将这些芯片分成（M/j）个组，每）个组，每组有（组有（N/k）个芯片，组内采用位扩展法，组间采用字扩展法。）个芯片，组内采用位扩展法，组间采用字扩展法。第59页/共87页第五十九页，共88页。602024/7/24第五章第五章 存储器原理存储器原理(yunl)(yunl)与扩
58、展与扩展5.1概述(ish)5.2随机存储器（了解）5.3只读存储器（了解）5.4Flash存储器（了解）5.5存储器的扩展（掌握）5.6存储器与CPU连接（掌握）第60页/共87页第六十页，共88页。612024/7/245.6存储器与CPU连接(linji)在微机系统中，在微机系统中，CPU对存储器读对存储器读/写操作，是写操作，是通过通过CPU总线读总线读/写周期完成的。写周期完成的。CPU总线包括：总线包括：地址总线，数据总线，控制总线，又称三总线。地址总线，数据总线，控制总线，又称三总线。CPU总线的读总线的读/写操作，首先由地址总线给出地址写操作，首先由地址总线给出地址信号，然后发
59、出读信号，然后发出读/写控制信号，最后在数据总线写控制信号，最后在数据总线上进行数据的读上进行数据的读/写操作。所以，存储器必须正确写操作。所以，存储器必须正确的连接的连接(linji)到到CPU总线上，才能进行读总线上，才能进行读/写访写访问。问。第61页/共87页第六十一页，共88页。622024/7/245.6.1连接时应注意(zhy)的问题存储器在与存储器在与CPU总线连接时，应注意总线连接时，应注意(zhy)下述几点问题下述几点问题:1.CPU总线的带负载能力总线的带负载能力CPU在设计时，一般输出线的带负在设计时，一般输出线的带负载能力是有限的。采用载能力是有限的。采用MOS管的半
60、导体管的半导体存储器，直流负载很小，主要是电容负载。存储器，直流负载很小，主要是电容负载。所以所以(suy)，在简单系统中，在简单系统中，CPU可直接可直接与存储器相连，而在复杂系统中，与存储器相连，而在复杂系统中，CPU需要通过驱动器来增强输出带负载的能力。需要通过驱动器来增强输出带负载的能力。第62页/共87页第六十二页，共88页。632024/7/242.CPU与存储器之间的时序配合与存储器之间的时序配合CPU对存储器读写访问都有固定对存储器读写访问都有固定的时序要求。具体地说，当的时序要求。具体地说，当CPU读操读操作时，从作时，从CPU发出发出(fch)地址和读信地址和读信号后，存储
61、器必须在限定时间内输出号后，存储器必须在限定时间内输出有效数据；而当有效数据；而当CPU写操作时，存储写操作时，存储器必须在写脉冲规定的时间内将数据器必须在写脉冲规定的时间内将数据写入指定存储单元上。否则，就无法写入指定存储单元上。否则，就无法保证准确地传送数据。所以，需要选保证准确地传送数据。所以，需要选择能够满足择能够满足CPU读读/写时序要求的存储写时序要求的存储器芯片来使用。器芯片来使用。第63页/共87页第六十三页，共88页。642024/7/243.CPU与与DRAM的连接（需要刷新）的连接（需要刷新）当采用当采用SRAM芯片做系统存储器时，芯片做系统存储器时，可以直接与可以直接与
62、CPU总线连接；而采用总线连接；而采用DRAM芯片时，因为芯片时，因为DRAM存储器需要存储器需要定时刷新，所以，一般需要通过定时刷新，所以，一般需要通过DRAM控制器连接到控制器连接到CPU总线上。此外，由于总线上。此外，由于不同类型的存储器其控制信号不完全相不同类型的存储器其控制信号不完全相同。不同型号同。不同型号CPU的读的读/写控制信号也不写控制信号也不一样。在进行一样。在进行(jnxng)存储器连接时，要存储器连接时，要注意这些信号连接的正确性。注意这些信号连接的正确性。第64页/共87页第六十四页，共88页。4.存储器的组织方式（构建存储体）存储器的组织方式（构建存储体）在各种微机
63、系统中，数据总线可能是在各种微机系统中，数据总线可能是8位、位、16位或位或32位等，存储容量可能需要位等，存储容量可能需要64K、640K或或4M等。因此，就可能需要使用多片等。因此，就可能需要使用多片存储器进行存储器进行(jnxng)组织，构成微机系统所组织，构成微机系统所需的存储容量。例：用需的存储容量。例：用8片片16K8位位RAM构构成成128K8Bit、64K16Bit或或32K32Bit的的存储器。存储器。5.地址空间划分及存储器连接地址空间划分及存储器连接(linji)微机系统的地址空间上，包含有微机系统的地址空间上，包含有ROM区、区、RAM区等。区等。ROM区用来存放基本程
64、区用来存放基本程序（如：序（如：BIOS），），RAM区用来存放工作区用来存放工作程序和数据。而程序和数据。而RAM区又分为系统区和用区又分为系统区和用户区。所以合理划分内存地址空间，正确户区。所以合理划分内存地址空间，正确连接连接(linji)各种类型的存储器到指定的地各种类型的存储器到指定的地址空间是必要的。址空间是必要的。第65页/共87页第六十五页，共88页。5.6.2地址(dzh)空间划分及存储器连接1.地址空间的划分地址空间的划分CPU在设计时，地址空间划分和地址编码，是在设计时，地址空间划分和地址编码，是靠地址线来实现。在微机系统中，靠地址线来实现。在微机系统中，CPU型号型号(
65、xngho)不同，其地址总线数目不同，可寻址的空不同，其地址总线数目不同，可寻址的空间大小也不一样。间大小也不一样。表5.5各型号(xngho)CPU可寻址的空间表CPU型号型号数据总线数据总线地址总线地址总线寻址空间寻址空间Intel 80888位位20位位1 MBIntel 8028616位位24位位16 MBIntel 8038632位位32位位4 GBIntel 8058664位位36位位64 GBARM7TDMI32位位32位位4 GBARM9TDMI32位位32位位4 GB第66页/共87页第六十六页，共88页。图5.25LPC2200芯片(xnpin)的地址空间分配图LPC220
66、0芯片的芯片的CPU采用采用ARM7TDMI核，共有核，共有32条地址线，可条地址线，可寻址的地址空间为寻址的地址空间为0x0000_00000xFFFF_FFFF，共，共4GB。系统系统(xtng)的地址空间主要划分为：片内存储区、片外储存区的地址空间主要划分为：片内存储区、片外储存区和外设地址区。片内和片外又可分为和外设地址区。片内和片外又可分为ROM区和区和RAM区。区。第67页/共87页第六十七页，共88页。682024/7/242.存储器的连接(linji)对于一个指定对于一个指定(zhdng)的存储器地址空间，的存储器地址空间，如何将选定的存储器芯片连接到该地址空间上去，如何将选定
67、的存储器芯片连接到该地址空间上去，通常是采用片选信号线，同时附加不同数目的地址通常是采用片选信号线，同时附加不同数目的地址线配合来完成。片选信号线用于选通指定线配合来完成。片选信号线用于选通指定(zhdng)的存储器地址空间范围，而地址线是用的存储器地址空间范围，而地址线是用于对指定于对指定(zhdng)存储器地址空间内部的存储单存储器地址空间内部的存储单元寻址。产生片选信号的方法一般是元寻址。产生片选信号的方法一般是:线选法线选法译码法译码法第68页/共87页第六十八页，共88页。692024/7/24（1）线选法）线选法线选法就是用线选法就是用CPU的低位地址线对存储器模块的低位地址线对存
68、储器模块内的存储单元进行寻址，所需地址线数目就是存储器内的存储单元进行寻址，所需地址线数目就是存储器模块的地址线数目，而高位地址线（或经过反相器后）模块的地址线数目，而高位地址线（或经过反相器后）直接用做片选信号，可分别连接到各存储器模块的片直接用做片选信号，可分别连接到各存储器模块的片选端。选端。用线选法构成用线选法构成(guchng)的存储器系统，优点的存储器系统，优点是不需增加逻辑电路，线路简单；缺点是各模块间的是不需增加逻辑电路，线路简单；缺点是各模块间的地址不连续，存储单元的地址不唯一，即存在地址重地址不连续，存储单元的地址不唯一，即存在地址重叠。重叠的空间不准使用，因而会造成系统存
69、储空间叠。重叠的空间不准使用，因而会造成系统存储空间的浪费。线选法适合于地址空间划分简单的微机系统。的浪费。线选法适合于地址空间划分简单的微机系统。第69页/共87页第六十九页，共88页。（2）译码法）译码法译码法就是用译码法就是用CPU的低位地址线对存储器模块的低位地址线对存储器模块(mkui)内的存储单元进行寻址，所需地址线数目就是存储内的存储单元进行寻址，所需地址线数目就是存储器模块器模块(mkui)的地址线数目，而高位地址线经过译码器的地址线数目，而高位地址线经过译码器译码后，输出用做各模块译码后，输出用做各模块(mkui)的片选信号。译码法可的片选信号。译码法可以分为全译码和部分译码
70、两种。以分为全译码和部分译码两种。全译码就是把高位地址线全部进行译码后，输出做全译码就是把高位地址线全部进行译码后，输出做片选信号的方法。采用全译码时各模块片选信号的方法。采用全译码时各模块(mkui)的地址范的地址范围是唯一的，没有地址重叠，地址空间可以得到充分利用。围是唯一的，没有地址重叠，地址空间可以得到充分利用。部分译码就是用高位地址线其中的一部分进行译码部分译码就是用高位地址线其中的一部分进行译码后，输出做片选信号的方法。采用部分译码时，会产生地后，输出做片选信号的方法。采用部分译码时，会产生地址码重叠的存储区域。与全译码法比较，部分译码法电路址码重叠的存储区域。与全译码法比较，部分
71、译码法电路比较简单。比较简单。第70页/共87页第七十页，共88页。712024/7/243.常用(chnyn)译码器芯片介绍74LS138：38译码器芯片译码器芯片74LS139：双：双24译码器芯片译码器芯片74LS154：416译码器芯片译码器芯片各译码器用法基本各译码器用法基本(jbn)类似，在此简单类似，在此简单介绍介绍74LS138芯片。芯片。第71页/共87页第七十一页，共88页。图5.2674LS138引脚分配(fnpi)图图5.2774LS138译码逻辑电路图由图可看到，译码器由图可看到，译码器74LS138的工作条件是同时满足：的工作条件是同时满足：G1=1、/G2A=0、
72、/G2B=0。译码输入为。译码输入为C、B、A三个信号，三个信号，译码输出有八种状态译码输出有八种状态(zhungti)，输出是低电平有效。当，输出是低电平有效。当不满足编译条件时，输出全为高电平，相当于译码器未工不满足编译条件时，输出全为高电平，相当于译码器未工作。作。第72页/共87页第七十二页，共88页。 G1CBA译码输出： 10000001111111100001101111111000101101111110001111101111100100111101111001011111101110011011111101100111111111100xxxxx11111111x1xxxx
73、11111111xx1xxx1111111174LS138译码器真值表第73页/共87页第七十三页，共88页。4.应用(yngyng)示例示例1：IBM-PC/XT机是早期一款最流行的微机机是早期一款最流行的微机系统，采用系统，采用intel8088做做CPU，共有，共有20条地址线，条地址线，可寻址的地址空间为可寻址的地址空间为00000HFFFFFH，共，共1MB。系统地址划分。系统地址划分(hufn)是将低是将低640KB空空间用做主存储器区，而把其后的间用做主存储器区，而把其后的384KB空间用空间用做内存保留区。内存保留区包括做内存保留区。内存保留区包括256KB的的ROM空间和空间
74、和128KB的的I/O通道保留空间。该微通道保留空间。该微机系统的地址空间分配如图机系统的地址空间分配如图5.28所示。所示。第74页/共87页第七十四页，共88页。图5.28IBM-PC/XT系统的地址(dzh)空间分配图第75页/共87页第七十五页，共88页。由图可知，系统分配给主板上的主存空间由图可知，系统分配给主板上的主存空间(kngjin)是是00000H7FFFFH，寻址范围，寻址范围512K；分配；分配给给IO通道主存空间通道主存空间(kngjin)是是80000H9FFFFH，寻，寻址范围址范围128K；分配给保留显示用存储空间；分配给保留显示用存储空间(kngjin)是是A0
75、000HBFFFFH，寻址范围，寻址范围128K。线选法和译码法的电路设计如下图所示。线选法和译码法的电路设计如下图所示。第76页/共87页第七十六页，共88页。772024/7/24 C B A A19 A18 A17译码器译码器译码输出译码输出译码地址空间译码地址空间空间内地址线空间内地址线及寻址范围及寻址范围结果结果0 0 0/Y0=0，其余为，其余为100000H1FFFFH00000H7FFFFH选中主存空间选中主存空间每根线选择每根线选择128K空间空间共计：共计：512K0 0 1/Y1=0，其余为，其余为120000H3FFFFH0 1 0/Y2=0，其余为，其余为140000
76、H5FFFFH0 1 1/Y3=0，其余为，其余为160000H7FFFFH1 0 0/Y4=0，其余为，其余为180000H9FFFFH00000H1FFFFH选中选中IO通道空间：通道空间：128K1 0 1/Y5=0，其余为，其余为1A0000HBFFFFH00000H1FFFFH选中显示用空间：选中显示用空间：128K上图中，使用了一片上图中，使用了一片74LS138进行译码，其地址空间进行译码，其地址空间译码说明译码说明(shumng)如下表所示。如下表所示。表5.7译码器地址(dzh)空间译码说明第77页/共87页第七十七页，共88页。782024/7/24计算机系统中，计算机系统
77、中，CPU地址总线为地址总线为16位位(A15A10)，数，数据总线为据总线为8位位(D7D0)。系统主存地址空间分配如下：。系统主存地址空间分配如下：08KB为系统程序区（为系统程序区（ROM）；）；8KB32KB为用户程为用户程序区（序区（RAM）；最后；最后(zuhu)的的2KB地址空间用作系地址空间用作系统程序工作区（统程序工作区（RAM）。现有存储器芯片型号如下：）。现有存储器芯片型号如下：EPROM:8K8位；位；SRAM:1K8位位,2K8位位,4K8位位,8K8位；位；需要从已有的型号中选择适当芯片，设计配置该微机需要从已有的型号中选择适当芯片，设计配置该微机的存储系统，并画出
78、存储系统的逻辑连接电路图。的存储系统，并画出存储系统的逻辑连接电路图。示例(shl)2：第78页/共87页第七十八页，共88页。微机系统地址空间分配如图微机系统地址空间分配如图5.31所示。其中，用所示。其中，用户程序区和系统程序工作区，都属于随机户程序区和系统程序工作区，都属于随机(suj)读写读写操作的存储空间，所以需要配置为操作的存储空间，所以需要配置为RAM存储器。存储器。图5.31微机系统地址(dzh)空间分配图根据微机根据微机(wij)存存储系统的需求，选用储系统的需求，选用8K8位的位的1片片EPROM做系统程序区存储器；做系统程序区存储器；选用选用3片片8K8位的位的SRAM做
79、用户程序区存做用户程序区存储器；选用储器；选用1片片2K8位位的的SRAM做系统程序工做系统程序工作区存储器。作区存储器。第79页/共87页第七十九页，共88页。图5.32存储器连接(linji)逻辑电路图第80页/共87页第八十页，共88页。812024/7/24使用使用38译码器分配存储器地址空间，其地址空间译码器分配存储器地址空间，其地址空间译码说明译码说明(shumng)如下表所示。如下表所示。 C B A A19 A18 A17译码器译码器译码输出译码输出译码地址空间译码地址空间 二次译码二次译码各空间内地址线各空间内地址线及寻址范围及寻址范围结果结果0 0 0/Y0=0，其余为，其
80、余为10000H1FFFH无无A12A00000H1FFFH 选中选中1号芯片号芯片:8K0 0 1/Y1=0，其余为，其余为12000H3FFFH无无A12A00000H1FFFH 选中选中2号芯片号芯片:8K0 1 0/Y2=0，其余为，其余为14000H5FFFH无无A12A00000H1FFFH 选中选中3号芯片号芯片:8K0 1 1/Y3=0，其余为，其余为16000H7FFFH无无A12A00000H1FFFH 选中选中4号芯片号芯片:8K1 1 1/Y7=0，其余为，其余为1E000HFFFFHA10A00000H07FFH 选中选中5号芯片号芯片:2K第81页/共87页第八十一
81、页，共88页。822024/7/24本章小结本章主要介绍了半导体存储器的分类、工作原理、本章主要介绍了半导体存储器的分类、工作原理、常用芯片，存储器与常用芯片，存储器与CPU的连接和存储器的扩展等内容的连接和存储器的扩展等内容(nirng)。存储器是计算机硬件系统中的主要部件之一，是信息存储器是计算机硬件系统中的主要部件之一，是信息存储和记忆的功能部件。存储和记忆的功能部件。半导体存储器可分为随机读写存储器和只读存储器。半导体存储器可分为随机读写存储器和只读存储器。随机读写存储器由可分为随机读写存储器由可分为SRAM和和DRAM；只读存储器；只读存储器由可分为由可分为ROM、PROM、EPRO
82、M和和EEPROM。各类存。各类存储器的工作原理，主要性能有所不同，各有特点。半导储器的工作原理，主要性能有所不同，各有特点。半导体存储器主要性能指标是存储容量和存取速度。体存储器主要性能指标是存储容量和存取速度。第82页/共87页第八十二页，共88页。一个存储器包含许多个存储单元，每个存储单元都有一个存储器包含许多个存储单元，每个存储单元都有一个编号，即地址。存储单元是存储器的基本单位，对存一个编号，即地址。存储单元是存储器的基本单位，对存储器的读写访问是按存储单元进行的。储器的读写访问是按存储单元进行的。SRAM的基本存储元需要的基本存储元需要6个个MOS管构成，因此管构成，因此SRAM的
83、集成度低，但工作稳定，与的集成度低，但工作稳定，与CPU连接电路简单；连接电路简单；DRAM一般采用单管存储电路实现，所以集成度高，容量大，但一般采用单管存储电路实现，所以集成度高，容量大，但电容存在漏电问题，需要定时刷新电路。电容存在漏电问题，需要定时刷新电路。MaskROM芯片的内容在生产过程中已定制，用户只芯片的内容在生产过程中已定制，用户只能使用能使用(shyng)，不能修改，其批量生产成本很低；，不能修改，其批量生产成本很低；PROM芯片出厂后，用户只能进行一次编程，目前产品已芯片出厂后，用户只能进行一次编程，目前产品已经淘汰；经淘汰；EPROM具有可光擦除、可多次编程性，适合研发具
84、有可光擦除、可多次编程性，适合研发工作中使用工作中使用(shyng)。Flash存储器是在存储器是在EPROM与与EEPROM基础上发展起来的，相比较而言，基础上发展起来的，相比较而言，Flash存储器存储器性能更优，发展更快，应用更广。性能更优，发展更快，应用更广。第83页/共87页第八十三页，共88页。842024/7/24存储器必须正确的连接到存储器必须正确的连接到CPU总线上，才能进行读总线上，才能进行读/写访问。连接时应注意的问题：写访问。连接时应注意的问题：CPU时序与存储器的时序与存储器的配合；配合；DRAM存储器需要定时刷新存储器需要定时刷新(shuxn)；存储器；存储器连接到
85、指定的地址空间；通过片选信号来区分不同地址连接到指定的地址空间；通过片选信号来区分不同地址空间，片选信号由地址线译码方式产生等。空间，片选信号由地址线译码方式产生等。实际应用中，经常需要使用各种不同芯片组成所需实际应用中，经常需要使用各种不同芯片组成所需的存储器系统，称为存储器扩展。方式包括：位扩展、的存储器系统，称为存储器扩展。方式包括：位扩展、字扩展和字位同时扩展三种。位扩展是存储单元数目不字扩展和字位同时扩展三种。位扩展是存储单元数目不变，存储字长加大的过程；字扩展是存储字长不变，存变，存储字长加大的过程；字扩展是存储字长不变，存储单元数目增多的过程；字位同时扩展就是存储单元数储单元数目
86、增多的过程；字位同时扩展就是存储单元数目增多，并且存储字长加大的过程。目增多，并且存储字长加大的过程。第84页/共87页第八十四页，共88页。852024/7/24作业作业(zuy)(zuy)：第五章： 作业(zuy)：1、4、6、7、8 练习：3、5、10 第85页/共87页第八十五页，共88页。862024/7/24结束用“0/1” 描述(mio sh)大千世界，简单 神奇！第86页/共87页第八十六页，共88页。西安邮电学院(xuyun)计算机学院(xuyun)872024/7/24感谢您的观赏(gunshng)！第87页/共87页第八十七页，共88页。内容(nirng)总结1。读出信息后，原存放信息不会被改变。CPU借助这个DRAM控制器，可把DRAM看做像SRAM一样去使用。一次编程式只读存储器PROM出厂时所有存储单元内容全为“1”或“0”，用户可用专用的PROM编程器将信息写入。Flash存储器有多种实现技术，目前主要有两种技术类型：。随机读取速度相对比较慢，且不能按字节随机编程。而当CPU写操作时，存储器必须(bx)在写脉冲规定的时间内将数据写入指定存储单元上。感谢您的观赏第八十八页，共88页。
