1、微機原理與接口技術微機原理與接口技術第四章第四章 存儲器系統存儲器系統第一節第一節 概述概述在現代計算機中，存儲器是核心組成部分之一。因在現代計算機中，存儲器是核心組成部分之一。因為有了它，計算機才具有為有了它，計算機才具有“記憶記憶”功能，才能把程序及數功能，才能把程序及數據的代碼保存起來，才能使計算機系統脫離人的干預，而據的代碼保存起來，才能使計算機系統脫離人的干預，而自動完成信息處理的功能。自動完成信息處理的功能。存儲器的性能指標有：容量、速度和成本。存儲器的性能指標有：容量、速度和成本。容量容量：存儲器系統的容量越大，表明其能夠保存的信息量：存儲器系統的容量越大，表明其能夠保存的信息量

2、越多，相應計算機系統的功能越強；越多，相應計算機系統的功能越強；速度速度：一般情況下，相對于高速：一般情況下，相對于高速CPU，存儲器的存取速度存儲器的存取速度總要慢總要慢12個數量級；個數量級；成本成本：存儲器的位成本也是存儲器的重要性能指標。：存儲器的位成本也是存儲器的重要性能指標。從整體看，其速度接近高速緩存的速度，其容量從整體看，其速度接近高速緩存的速度，其容量接近輔助存儲器的容量，而位成本接近廉價慢速接近輔助存儲器的容量，而位成本接近廉價慢速輔存的平均價格。輔存的平均價格。在計算機系統中常采用三級存儲器結構在計算機系統中常采用三級存儲器結構存儲器分類存儲器分類 隨著計算機系統結構的發

3、展和器件的發展，存隨著計算機系統結構的發展和器件的發展，存儲器的種類日益繁多，分類的方法也有很多種。儲器的種類日益繁多，分類的方法也有很多種。1)按構成存儲器的器件和存儲介質分類按構成存儲器的器件和存儲介質分類從理論上講，只要有兩個明顯穩定的物理狀態的器件和介從理論上講，只要有兩個明顯穩定的物理狀態的器件和介質都能用來存儲二進制信息。質都能用來存儲二進制信息。磁芯存儲器磁芯存儲器半導體存儲器半導體存儲器光電存儲器光電存儲器磁膜，磁泡存儲器磁膜，磁泡存儲器光盤存儲器光盤存儲器存儲器存儲器2) 按存取方式分類按存取方式分類RAM(Random Access MemoryRAM(Random Acc

4、ess Memory隨機存取存儲器隨機存取存儲器) )：通過指令可以隨機地、個別地對各個存儲單元進通過指令可以隨機地、個別地對各個存儲單元進行訪問。訪問所需時間基本固定，而與存儲單元行訪問。訪問所需時間基本固定，而與存儲單元地址無關。計算機的內存主要采用隨機存儲器。地址無關。計算機的內存主要采用隨機存儲器。隨機存儲器多采用隨機存儲器多采用MOS(MOS(金屬氧化物半導體金屬氧化物半導體) )型半導型半導體集成電路芯片制成。易失性。體集成電路芯片制成。易失性。DRAMDRAM（動態隨機存取存儲器）動態隨機存取存儲器）SRAMSRAM（靜態隨機存取存儲器）靜態隨機存取存儲器）ROMROM（Read

5、 Only MemoryRead Only Memory只讀存儲器）只讀存儲器）只能讀出不能寫入的存儲器，它通常用來存放固只能讀出不能寫入的存儲器，它通常用來存放固定不變的程序、漢字字型庫、字符及圖形符號等定不變的程序、漢字字型庫、字符及圖形符號等。由于它和。由于它和RAMRAM分享主存的地址空間，所以仍屬于分享主存的地址空間，所以仍屬于主存的一部分。主存的一部分。Mask ROMMask ROM（掩膜掩膜ROMROM）PROMPROM（Programmable ROMProgrammable ROM）和和EPROMEPROM（Erasable Programmable ROMErasable

6、 Programmable ROM）Flash ROMFlash ROM（快擦除快擦除ROMROM，或閃速存儲器）或閃速存儲器）3) 按在計算機中的作用分類按在計算機中的作用分類可分為主存可分為主存(內存內存), 輔存輔存(外存外存), 緩沖存儲器等。主緩沖存儲器等。主存速度快，容量小，位價格較高；輔存速度慢，存速度快，容量小，位價格較高；輔存速度慢，容量大，位價格低；緩沖存儲器用在兩個不同工容量大，位價格低；緩沖存儲器用在兩個不同工作速度的部件之間作速度的部件之間, 在交換信息過程中起緩沖作用。在交換信息過程中起緩沖作用。半導體半導體存儲器存儲器只只 讀讀存儲器存儲器ROM隨機存隨機存取存儲

7、取存儲器器RAM靜態隨機存儲器靜態隨機存儲器SRAM（高速）高速）動態隨機存儲器動態隨機存儲器DRAM（低速）低速）掩膜掩膜ROM（Mask ROM）可編程可編程ROM（PROM）可擦除可擦除PROM（EPROM）快擦除存儲器（快擦除存儲器（Flash ROM）（用于（用于Cache） （用于主存儲器）（用于主存儲器）（BIOS存儲器）存儲器）主存儲器主存儲器RAMROM快擦型存儲器快擦型存儲器輔助存儲器輔助存儲器緩沖存儲器緩沖存儲器存儲器存儲器雙極型半導體存儲器雙極型半導體存儲器MOS存儲器存儲器(動態動態, 靜態靜態)可編程只讀存儲器可編程只讀存儲器PROM可擦除可編程只讀存儲器可擦除可編

8、程只讀存儲器 EPROM,EEPROM掩膜型只讀存儲器掩膜型只讀存儲器MROM磁盤存儲器磁盤存儲器磁帶存儲器磁帶存儲器光盤存儲器光盤存儲器一般使用一般使用DRAMDRAM芯片組成芯片組成 存儲容量存儲容量 含義：指存儲器所包含的存儲單元的總數含義：指存儲器所包含的存儲單元的總數 單位：單位：MBMB（1MB1MB2 22020字節）或字節）或GBGB（1GB1GB2 23030字節）字節） 每個存儲單元（一個字節）都有一個地址，每個存儲單元（一個字節）都有一個地址，CPUCPU按地址按地址對存儲器進行訪問對存儲器進行訪問 存取時間存取時間 含義：在存儲器地址被選定后，存儲器讀出數據并送到含義：

9、在存儲器地址被選定后，存儲器讀出數據并送到CPUCPU（或者是把或者是把CPUCPU數據寫入存儲器）所需要的時間數據寫入存儲器）所需要的時間 單位：單位：nsns（1ns = 101ns = 10-9-9秒）秒）主存儲器主存儲器存儲器體系結構存儲器體系結構在微型機系統中，存儲器是很重要的組成部在微型機系統中，存儲器是很重要的組成部分，雖然存儲器的種類很多，但它們在系統中的分，雖然存儲器的種類很多，但它們在系統中的整體結構及讀寫的工作過程是基本相同的。一般整體結構及讀寫的工作過程是基本相同的。一般情況下，一個存儲器系統由以下幾部分構成。情況下，一個存儲器系統由以下幾部分構成。1) 基本存儲單元基

10、本存儲單元一個基本存儲單元可以存放一位二進制信息，一個基本存儲單元可以存放一位二進制信息，其內部有兩個穩定且互相對立的狀態，并能夠在其內部有兩個穩定且互相對立的狀態，并能夠在外部對其狀態進行識別和改變。外部對其狀態進行識別和改變。雙穩電路雙穩電路(高，低電平高，低電平); 磁化單元磁化單元(正向，反向正向，反向)2) 存儲體存儲體一個基本存儲單元只能保存一位二進制信息，一個基本存儲單元只能保存一位二進制信息，若要存放若要存放MN個二進制信息，就要用個二進制信息，就要用MN個基個基本存儲單元，它們按一定的規則排列起來，這些本存儲單元，它們按一定的規則排列起來，這些由基本存儲單元所構成的陣列稱為存

11、儲體或存儲由基本存儲單元所構成的陣列稱為存儲體或存儲矩陣。矩陣。微機系統的內存是按字節組織的，每個字節由微機系統的內存是按字節組織的，每個字節由8個基本的存儲單元構成，能存放個基本的存儲單元構成，能存放8位二進制信息，位二進制信息，CPU把這把這8位二進制信息作為一個整體來進行處理。位二進制信息作為一個整體來進行處理。3) 地址譯碼器地址譯碼器由于存儲器系統是由許多存儲單元構成的，由于存儲器系統是由許多存儲單元構成的，每個存儲單元存放每個存儲單元存放8位二進制信息，每個存儲單元位二進制信息，每個存儲單元都用不同的地址加以區分。都用不同的地址加以區分。CPU要對某個存儲單要對某個存儲單元進行讀元

12、進行讀/寫操作，必須先通過地址總線，向存儲寫操作，必須先通過地址總線，向存儲器系統發出所需訪問的存儲單元的地址碼。器系統發出所需訪問的存儲單元的地址碼。地址地址譯碼器的作用是用來接受譯碼器的作用是用來接受CPU送來的地址信號并送來的地址信號并對它們進行譯碼，選擇與地址碼相對應的存儲單對它們進行譯碼，選擇與地址碼相對應的存儲單元，以便對該單元進行操作元，以便對該單元進行操作。地址譯碼有兩種方式：單譯碼和雙譯碼。地址譯碼有兩種方式：單譯碼和雙譯碼。內存儲器結構與工作過程示意圖內存儲器結構與工作過程示意圖0000000000000000000000000000000110110111Write信號信

13、號內存內存CBAY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7000111001010011100101110有有n根地址線，最多可選通根地址線，最多可選通2n個地址個地址單譯碼：適用于小容量存儲器，存儲器線性排列，單譯碼：適用于小容量存儲器，存儲器線性排列，以字選擇線來選擇某個字的所有位以字選擇線來選擇某個字的所有位，特點是譯碼，特點是譯碼輸出線較多。當地址碼有輸出線較多。當地址碼有10根時，有根時，有2101024根根輸出線，分別控制輸出線，分別控制1024條字選擇線。條字選擇線。雙譯碼：存儲器以矩陣的形式排列，雙譯碼：存儲器以矩陣的形式排列，將地址線分將地址線分成兩部分，對應的地址譯碼器也是兩部分，即

14、行成兩部分，對應的地址譯碼器也是兩部分，即行譯碼器和列譯碼器譯碼器和列譯碼器，行譯碼器輸出行地址選擇信，行譯碼器輸出行地址選擇信號，列譯碼器輸出列地址選擇信號，行列選擇線號，列譯碼器輸出列地址選擇信號，行列選擇線交叉處即為選中的內存單元。其特點是譯碼輸出交叉處即為選中的內存單元。其特點是譯碼輸出線較少，適合于較大的存儲器系統。線較少，適合于較大的存儲器系統。例，將例，將n根地址線分成根地址線分成MN，相應的存儲單元為相應的存儲單元為2M2N, 地址選擇線共有地址選擇線共有2M+2N條條, 大大小于大大小于2n條。條。存存儲儲單單元元列列譯譯碼碼器器N根根M根根n根根行行譯譯碼碼器器2M選擇線選

15、擇線2N選擇線選擇線4) 片選與讀寫控制信號片選與讀寫控制信號片選信號用以實現芯片的選擇，對于一個芯片選信號用以實現芯片的選擇，對于一個芯片來說，只有片選信號有效，才能對其進行讀寫片來說，只有片選信號有效，才能對其進行讀寫操作。應首先使芯片的片選信號有效操作。應首先使芯片的片選信號有效(大地址大地址)，才，才能選擇其中的存儲單元進行操作。能選擇其中的存儲單元進行操作。讀寫控制信號用來實現對存儲器中數據的流讀寫控制信號用來實現對存儲器中數據的流向的控制。向的控制。b7b6b0b0b6b7數數據據總總線線DBb0b6b7b7b6b0b0b6b7RD(讀讀)WR(寫寫)譯譯碼碼器器地地址址總總線線A

16、B12345輸出地址輸出地址地址選通地址選通讀信號有效讀信號有效數據從內存輸出數據從內存輸出數據上數據總線數據上數據總線b7b6b0b0b6b7數數據據總總線線DBb0b6b7b7b6b0b0b6b7RD(讀讀)WR(寫寫)譯譯碼碼器器地地址址總總線線AB12345輸出地址輸出地址地址選通地址選通寫信號有效寫信號有效數據進入內存數據進入內存數據從數據從CPU上數據總線上數據總線I/O電路位于系統數據總線與被選中的存儲單元之間，電路位于系統數據總線與被選中的存儲單元之間，用來控制信息的讀出與寫入，必要時，還可包含對用來控制信息的讀出與寫入，必要時，還可包含對I/O信信號的驅動及放大處理功能。號的

17、驅動及放大處理功能。5) I/O電路電路6) 集電極開路或三態輸出緩沖器集電極開路或三態輸出緩沖器為了擴充存儲器系統的容量，常常需要將幾片為了擴充存儲器系統的容量，常常需要將幾片RAM芯片的數據線并聯使用或與雙向的數據線相連，這就要用芯片的數據線并聯使用或與雙向的數據線相連，這就要用到集電極開路或三態緩沖器。到集電極開路或三態緩沖器。7) 其他外圍電路其他外圍電路對不同類型的存儲器系統，有時需要一些特殊的外圍對不同類型的存儲器系統，有時需要一些特殊的外圍電路，如動態刷新電路等。電路，如動態刷新電路等。第二節第二節 讀寫存儲器讀寫存儲器RAMRAM在微機系統的工作過程中可以隨時地對其中的各在微機

18、系統的工作過程中可以隨時地對其中的各個存儲單元進行讀個存儲單元進行讀/寫操作。寫操作。一、一、 靜態靜態RAM1) 基本存儲單元基本存儲單元ABVcc(+5V)T3T4T1T2T1，T2控制管控制管T3，T4負載管負載管T1截止，截止，A=1(高電平高電平) T2導通，導通，B=0(低電平低電平)T1導通，導通，A=0(低電平低電平) T2截止，截止，B=1(高電平高電平)雙穩雙穩電路電路ABVcc(+5V)T3T4T1T2T5T6T8T70D0D)/(OI)/(OIX地地址址譯譯碼碼線線接接Y地地址址譯譯碼碼線線寫過程寫過程X譯碼線為高譯碼線為高, T5, T6導通；導通；Y譯碼線為高譯碼線

19、為高, T7, T8導通導通; 數據信號從兩邊數據信號從兩邊I/O輸入輸入, 使使T1,T2分別導通或截止；分別導通或截止；X, Y譯碼信號消失譯碼信號消失, 存儲單元狀態穩定存儲單元狀態穩定保持。保持。T7, T8是公用的，不屬是公用的，不屬于具體的存儲單元。于具體的存儲單元。ABVcc(+5V)T3T4T1T2T5T6T8T70D0D)/(OI)/(OIX地地址址譯譯碼碼線線接接Y地地址址譯譯碼碼線線讀過程讀過程X譯碼線為高譯碼線為高, T5, T6導通；導通；Y譯碼線為高譯碼線為高, T7, T8導通導通; 數據信號從數據信號從A, B輸出輸出, 送至兩邊的送至兩邊的I/O線上，驅動差線

20、上，驅動差動放大器，判斷動放大器，判斷信號值；信號值；4) X, Y譯碼信號消失譯碼信號消失, 存儲單元存儲單元狀態保持不變。狀態保持不變。2) 靜態靜態RAM存儲芯片存儲芯片Intel2114Intel2114是一種是一種1K4的靜態存儲芯片，其最的靜態存儲芯片，其最基本的存儲單元是六管存儲電路?；镜拇鎯卧橇艽鎯﹄娐?。10位地址線，位地址線，4位數據線。位數據線。有有1024個個4bit的存儲單元。的存儲單元。4096個基本存儲電個基本存儲電路，排列形式為路，排列形式為6464，存儲單元的排列形式是，存儲單元的排列形式是6416，6根地址線用于行譯碼，根地址線用于行譯碼，4根用于列譯

21、碼，根用于列譯碼，即每行中每即每行中每4個基本存儲電路是同一地址，但分個基本存儲電路是同一地址，但分別接不同的別接不同的I/O線。線。6464存存儲儲矩矩陣陣行行選選擇擇輸輸入入數數據據控控制制列列I/O電電路路列列選選擇擇A0A2A1A9A3A4A5A6A7A8I/O0I/O1I/O2I/O3CSWRVCCGNDCS為高電平，封鎖與為高電平，封鎖與門，使輸入輸出緩沖門，使輸入輸出緩沖器高阻，數據不能進器高阻，數據不能進行讀寫操作。行讀寫操作。CS為低電平，為低電平，WR為高電平，讀控制為高電平，讀控制線有效，數據從存線有效，數據從存儲器流向數據總線。儲器流向數據總線。讀控制線讀控制線寫控制線

22、寫控制線CS為低電平，為低電平，WR為低電為低電平，寫控制線有效，數據平，寫控制線有效，數據從數據總線流向存儲器。從數據總線流向存儲器。9GND181A62A5A43A3418171615VCCA7A8A95A06A1A27814131211I/O0I/O1I/O2I/O3CSWRIntel 2114引腳圖引腳圖A0A9:地址信號地址信號輸入，輸入，選通選通1024個地址單元個地址單元。I/O0I/O3:數據信號數據信號雙向，雙向，每個地址單元每個地址單元4位二進制位二進制。CS：片選，低電平有效，有效：片選，低電平有效，有效時才能對芯片操作。時才能對芯片操作。WR：讀：讀/寫控制線，寫控制線

23、，低電平時，數據由數據總線低電平時，數據由數據總線寫入存儲器寫入存儲器；高電平時，數據由存儲器輸出高電平時，數據由存儲器輸出至數據總線至數據總線。二、二、 動態動態RAM1) 基本存儲單元基本存儲單元字選線字選線數據線數據線T1CESDESCD由由T1與與C構成，當構成，當C充有充有電荷，存儲單元為電荷，存儲單元為1，反，反之為之為0。依靠依靠C的充放電原的充放電原理來保存信息。理來保存信息。寫操作寫操作：字選線為高，：字選線為高，T1導通，數據信息通過數據導通，數據信息通過數據線進入存儲單元；線進入存儲單元；讀操作：讀操作：字選線為高，字選線為高，T1導通，導通，C上的電荷輸出到數上的電荷輸

24、出到數據線上。據線上。分布分布電容電容電容電容C上的電荷會泄漏，上的電荷會泄漏，所以要定時對存儲單元進所以要定時對存儲單元進行刷新操作，補充電荷。行刷新操作，補充電荷。2) 動態動態RAM存儲芯片存儲芯片Intel2164AIntel2164A是一種是一種64K1的動態存儲芯片，其最基本的動態存儲芯片，其最基本的存儲單元是單管存儲電路。的存儲單元是單管存儲電路。8位地址線，位地址線，1位數據線位數據線。存儲單元為存儲單元為641024個，應該有個，應該有16根地址線選擇唯一根地址線選擇唯一的存儲單元，由于封裝的限制，該芯片只有的存儲單元，由于封裝的限制，該芯片只有8位數據線引位數據線引腳，腳，

25、所以所以16位地址信息分兩次進行接收位地址信息分兩次進行接收，相應的分別有，相應的分別有行行選通選通和和列選通列選通加以協調，在芯片內部，加以協調，在芯片內部，還有還有8位地址鎖存位地址鎖存器對一次輸入的器對一次輸入的8位地址進行保存位地址進行保存。由于有由于有8位行地址選擇線，位行地址選擇線，8位列地址選擇線，所以存位列地址選擇線，所以存儲體為儲體為256256，分成，分成4個個128128的存儲陣列。每存儲的存儲陣列。每存儲陣列內的存儲單元用陣列內的存儲單元用7位行列地址唯一選擇，再用剩下的位行列地址唯一選擇，再用剩下的1位行列地址控制位行列地址控制I/O口進行口進行4選選1。1/128行

26、、列譯碼器行、列譯碼器：分別用來接收：分別用來接收7位的行、列地址，經位的行、列地址，經譯碼后，從譯碼后，從128128個存儲單元中選擇出一個確定的存儲個存儲單元中選擇出一個確定的存儲單元，以便進行讀寫操作。單元，以便進行讀寫操作。4個存儲單元選中后，經過個存儲單元選中后，經過1位位行列地址譯碼，通過行列地址譯碼，通過I/O門選擇門選擇1位輸入輸出位輸入輸出。128 128存存儲儲矩矩陣陣128 讀讀出出放放大大器器1/2 (1/128列列譯譯碼碼器器)128 128存存儲儲矩矩陣陣128 讀讀出出放放大大器器1/128行行譯譯碼碼器器1/128行行譯譯碼碼器器128 128存存儲儲矩矩陣陣1

27、28 讀讀出出放放大大器器1/2 (1/128列列譯譯碼碼器器)128 128存存儲儲矩矩陣陣128 讀讀出出放放大大器器8 位位地地 址址鎖鎖存存器器A0A1A2A3A4A5A6A71/4I/O門門輸輸出出緩緩沖沖器器Dout行行時時鐘鐘緩緩沖沖器器列列時時鐘鐘緩緩沖沖器器寫寫允允許許時時鐘鐘緩緩沖沖器器數數據據輸輸入入緩緩沖沖器器WERASCASDINVDDVSS由列選通由列選通控制輸出控制輸出128 128存存儲儲矩矩陣陣128 讀讀出出放放大大器器1/2 (1/128列列譯譯碼碼器器)128 128存存儲儲矩矩陣陣128 讀讀出出放放大大器器1/128行行譯譯碼碼器器1/128行行譯譯

28、碼碼器器128 128存存儲儲矩矩陣陣128 讀讀出出放放大大器器1/2 (1/128列列譯譯碼碼器器)128 128存存儲儲矩矩陣陣128 讀讀出出放放大大器器8 位位地地 址址鎖鎖存存器器A0A1A2A3A4A5A6A71/4I/O門門輸輸出出緩緩沖沖器器Dout行行時時鐘鐘緩緩沖沖器器列列時時鐘鐘緩緩沖沖器器寫寫允允許許時時鐘鐘緩緩沖沖器器數數據據輸輸入入緩緩沖沖器器WERASCASDINVDDVSS行、列時鐘緩沖器行、列時鐘緩沖器：用以協調行、列地址的選通信號：用以協調行、列地址的選通信號128讀出放大器讀出放大器：與：與4個個128128存儲陣列相對應，接收存儲陣列相對應，接收行行地

29、址選通的地址選通的4128個存儲單元的信息個存儲單元的信息，經放大，經放大(刷新刷新)后，后，再寫回原存儲單元。再寫回原存儲單元。Intel2164A的外部結構的外部結構1N/C2DIN3416151413CSSDOUTA65A06A2A1781211109A3A4A5A7WRRASV VD DD DCASA0A7:地址信號地址信號輸入，輸入，分時分時接收接收CPU選送的行、列地址選送的行、列地址。DIN : 數據輸入引腳數據輸入引腳DOUT:數據輸出引腳數據輸出引腳RAS：行地址選通行地址選通，低電平有效，有效時表明芯片當，低電平有效，有效時表明芯片當前接收的是行地址。前接收的是行地址。:讀

30、讀/寫控制線寫控制線, 低電平時低電平時, 寫操作寫操作；高電平時高電平時, 讀操作讀操作。WRCAS：列列地址選通，低電平有效，有效時表明芯片當地址選通，低電平有效，有效時表明芯片當前接收的是前接收的是列列地址。地址。此時，此時， 應為低電平。應為低電平。RASN/C: 未用引腳未用引腳Intel2164A的工作方式和及其時序關系：的工作方式和及其時序關系：讀操作讀操作tRASRASCAS地地址址行行地地址址列列地地址址tASCtASR有有效效數數據據輸輸出出tCACtRAC高高阻阻狀狀態態WRDOUT行地址領先于行選通先有效，行選通后將行地址鎖存，然行地址領先于行選通先有效，行選通后將行地

31、址鎖存，然后列地址上地址線，列地址選通鎖存。讀寫信號為高電平，后列地址上地址線，列地址選通鎖存。讀寫信號為高電平，控制數據從存儲單元輸出到控制數據從存儲單元輸出到DOUT。寫操作：寫操作：tRASRASCAS地地址址行行地地址址列列地地址址tASCtASR有有效效數數據據輸輸入入tWCStDH高高阻阻狀狀態態WRDINtDSDOUT對行、列選通信號要求不變。寫信號先于列選通有效，寫對行、列選通信號要求不變。寫信號先于列選通有效，寫入的數據信息必須在列選通有效前送入入的數據信息必須在列選通有效前送入DIN，且在列選通且在列選通有效后，繼續保持一段時間，才能保證數據能正確寫入。有效后，繼續保持一段

32、時間，才能保證數據能正確寫入。讀改寫操作：讀改寫操作：在指令中，在指令中，常常需要對指定單元的內容讀出并修常常需要對指定單元的內容讀出并修改后寫回到原單元中改后寫回到原單元中，這種指令稱為讀改寫，這種指令稱為讀改寫指令。如：指令。如： AND BX, AX ADD SI, BX為了加快操作速度，在動態存儲器中專門設計了為了加快操作速度，在動態存儲器中專門設計了針對讀改寫指令的時序，遇到讀改寫指針對讀改寫指令的時序，遇到讀改寫指令，存儲器自動用該時序進行操作。令，存儲器自動用該時序進行操作。tRASRASCAS地地址址行行地地址址列列地地址址tCRWtASR有有效效數數據據輸輸出出tCRPtCA

33、C高高阻阻狀狀態態WRDIN有有效效tCWDDOUTtOFF類似于讀操作和寫操作的結合，在行選通和列選通類似于讀操作和寫操作的結合，在行選通和列選通同時有效的情況下，同時有效的情況下，寫信號高電平，先讀出寫信號高電平，先讀出，在，在CPU內修內修改后，改后，寫信號變低，再實現寫入寫信號變低，再實現寫入。刷新操作：刷新操作：由于存儲單元中存儲信息的電容上的電荷會泄由于存儲單元中存儲信息的電容上的電荷會泄漏，所以要在一定的時間內漏，所以要在一定的時間內，對存儲單元進行刷對存儲單元進行刷新操作，補充電荷。芯片內部有新操作，補充電荷。芯片內部有4個個128單元的讀單元的讀放大器，在進行刷新操作時，放大

34、器，在進行刷新操作時，芯片只接收從地址芯片只接收從地址總線上發來的總線上發來的低低7位位的行地址，的行地址，1次次從從4個個128128的存儲矩陣中各選中一行的存儲矩陣中各選中一行，共，共4128個單元，分個單元，分別將其所保存的別將其所保存的信息輸出到信息輸出到4個個128單元的讀放大單元的讀放大器中器中，經放大后，經放大后，再寫回原存儲單元再寫回原存儲單元，這樣實現，這樣實現刷新操作。刷新操作。128 128存存儲儲矩矩陣陣1/2 (1/128列列譯譯碼碼器器)128 128存存儲儲矩矩陣陣128 讀讀出出放放大大器器1/128行行譯譯碼碼器器1/128行行譯譯碼碼器器128 128存存儲

35、儲矩矩陣陣1/2 (1/128列列譯譯碼碼器器)128 128存存儲儲矩矩陣陣128 讀讀出出放放大大器器8 位位地地 址址鎖鎖存存器器A0A1A2A3A4A5A6A71/4I/O門門輸輸出出緩緩沖沖器器Dout行行時時鐘鐘緩緩沖沖器器列列時時鐘鐘緩緩沖沖器器寫寫允允許許時時鐘鐘緩緩沖沖器器數數據據輸輸入入緩緩沖沖器器WERASCASDINVDDVSS128 讀讀出出放放大大器器128 讀讀出出放放大大器器由列選通由列選通控制輸出控制輸出低低7位位高高1位位因此，在刷新操作中，因此，在刷新操作中，只有行選通起作用只有行選通起作用，即芯片，即芯片只讀取行地址，只讀取行地址，由于列選通控制輸出緩沖

36、器由于列選通控制輸出緩沖器，所以在刷新，所以在刷新時，時，數據不會送到輸出數據線數據不會送到輸出數據線DOUT上上。tRASRASCAS地地址址行行地地址址tASR高高阻阻狀狀態態DOUT可見，由行選通信號把刷新地址鎖存進行地址可見，由行選通信號把刷新地址鎖存進行地址鎖存器，則選中的鎖存器，則選中的4128個單元都讀出和重寫。個單元都讀出和重寫。列選通信號在刷新過程中無效，所以數據不會輸列選通信號在刷新過程中無效，所以數據不會輸入與輸出。入與輸出。第三節第三節 只讀存儲器只讀存儲器ROMROM掩膜掩膜ROM 掩膜掩膜ROM所保存的信息取決于制造工藝，一所保存的信息取決于制造工藝，一旦芯片制成后

37、，用戶是無法變更其結構的。這種旦芯片制成后，用戶是無法變更其結構的。這種存儲單元中保存的信息，在電源消失后，也不會存儲單元中保存的信息，在電源消失后，也不會丟失，將永遠保存下去。丟失，將永遠保存下去。字字地地址址譯譯碼碼器器A0A100011011D3D2D1D0VDD字字線線1字字線線2字字線線3字字線線4若地址信號為若地址信號為00，則選中第一條字線，該線輸出為，則選中第一條字線，該線輸出為1，若若有有MOS管與其相連，該管與其相連，該MOS管導通管導通，對應的位線就輸對應的位線就輸出為出為0，若沒有管子與其相連，輸出為若沒有管子與其相連，輸出為1，所以，選中字線，所以，選中字線00后輸出

38、為后輸出為0110。同理，字線。同理，字線01輸出為輸出為0101。可編程序的可編程序的ROM ：PROM如果用戶需要寫入程序，則要通過專門的如果用戶需要寫入程序，則要通過專門的PROM寫入電路，寫入電路，產生足夠大的電流把要寫入產生足夠大的電流把要寫入“1”的那個存儲位上的二極管擊穿的那個存儲位上的二極管擊穿，就意味著，就意味著寫入了寫入了“1”。讀出的操作同掩膜。讀出的操作同掩膜ROM。字字線線位位線線地地址址這種存儲器在出廠時，存儲體中這種存儲器在出廠時，存儲體中每條字線和位線的交叉處都是兩每條字線和位線的交叉處都是兩個反向串聯的二極管的個反向串聯的二極管的PN結，結，字線與位線之間不導

39、通，此時，字線與位線之間不導通，此時，意味著該存儲器中所有的存儲內意味著該存儲器中所有的存儲內容均為容均為“0”。可擦除可編程序的可擦除可編程序的ROM ：EPROMP+P+SiO2浮浮空空多多晶晶硅硅柵柵SDN基基體體首先，柵極浮空，沒有電荷，首先，柵極浮空，沒有電荷，沒有導電通道，漏源級之間不沒有導電通道，漏源級之間不導電，表明存儲單元保存的信導電，表明存儲單元保存的信息為息為“1”。字字線線位位線線如果在漏源級之間加上如果在漏源級之間加上+25V的的電壓，漏源極被瞬間擊穿，電子電壓，漏源極被瞬間擊穿，電子通過通過SiO2絕緣層注入到浮動柵，絕緣層注入到浮動柵，浮動柵內有大量的負電荷。當高

40、浮動柵內有大量的負電荷。當高電壓去除后，由于浮動柵周圍是電壓去除后，由于浮動柵周圍是SiO2絕緣層，負電荷無法泄漏，絕緣層，負電荷無法泄漏，在在N基體內感應出導電溝道。基體內感應出導電溝道。P+P+SiO2浮浮空空多多晶晶硅硅柵柵SDN基基體體導電導電溝道溝道字字線線位位線線表明相應的存儲單元導通，這時存表明相應的存儲單元導通，這時存儲單元所保存的信息為儲單元所保存的信息為“0”。一般。一般情況下，浮動柵上的電荷不會泄漏，情況下，浮動柵上的電荷不會泄漏，并且在微機系統的正常運行過程中，并且在微機系統的正常運行過程中，其信息只能讀出而不能改寫。其信息只能讀出而不能改寫。如果要清除存儲單元中所保存

41、的信如果要清除存儲單元中所保存的信息，就必須將浮動柵內的負電荷釋息，就必須將浮動柵內的負電荷釋放掉。用一定波長的紫外光照射浮放掉。用一定波長的紫外光照射浮動柵，負電荷可以獲得足夠的能量動柵，負電荷可以獲得足夠的能量擺脫擺脫SiO2的包圍，以光電流的形式的包圍，以光電流的形式釋放掉，這時，原來存儲的信息也釋放掉，這時，原來存儲的信息也就不存在了。就不存在了。由這種存儲單元所構成的由這種存儲單元所構成的ROM存儲芯片，存儲芯片，在其上方有一個石英玻璃的窗口，紫外線正在其上方有一個石英玻璃的窗口，紫外線正是通過這個窗口來照射其內部電路而擦除信是通過這個窗口來照射其內部電路而擦除信息的，一般擦除信息需

42、用紫外線照射息的，一般擦除信息需用紫外線照射1520分鐘。分鐘。EPROM芯片芯片Intel 2716Intel 2716是一種是一種2K8的的EPROM存儲器芯存儲器芯片，其最基本的存儲單元就是帶有浮動柵的片，其最基本的存儲單元就是帶有浮動柵的MOS管，有管，有11條地址線，條地址線，8條數據線，地址信條數據線，地址信號采用雙譯碼的方式來尋址存儲單元。相應的號采用雙譯碼的方式來尋址存儲單元。相應的系列還有：系列還有：Intel 2732(4K8), 2764(8K8), 27128(16K8) , 27512(64K8) 等。等。在微機系統中，該種類型的芯片是常用芯在微機系統中，該種類型的芯

43、片是常用芯片，通常用來做程序存儲器。片，通常用來做程序存儲器。Intel 2716的內部結構的內部結構OE輸輸出出允允許許片片選選和和編編程程邏邏輯輯y譯譯碼碼x譯譯碼碼輸輸出出緩緩沖沖y門門16K Bit存存儲儲矩矩陣陣CEVCC地地VPP數數據據輸輸出出O0O7地地址址輸輸入入A0A10 x譯碼器：可以對譯碼器：可以對7位行地址位行地址進行譯碼，共尋址進行譯碼，共尋址128個單元；個單元；y譯碼器：可以對譯碼器：可以對4位列地址位列地址進行譯碼，共尋址進行譯碼，共尋址16個單元；個單元；16Kbit存儲陣列：有存儲陣列：有128行，行，16列，列，每個存儲單元有每個存儲單元有8個基個基本存

44、儲單元本存儲單元，各存儲，各存儲1位數據信息。位數據信息。128128bit存儲陣列存儲陣列。2KB存存儲單元儲單元輸出允許和片選和編程邏輯：輸出允許和片選和編程邏輯：用以實現片選和控用以實現片選和控制信息的讀寫；制信息的讀寫；數據輸出緩沖器：數據輸出緩沖器：實現對輸出數據的緩沖，選中實現對輸出數據的緩沖，選中地址的存儲單元中的地址的存儲單元中的8位數據并行輸出。位數據并行輸出。OE輸輸出出允允許許片片選選和和編編程程邏邏輯輯y譯譯碼碼x譯譯碼碼輸輸出出緩緩沖沖y門門16K Bit存存儲儲矩矩陣陣CEVCC地地VPP數數據據輸輸出出O0O7地地址址輸輸入入A0A10Intel 2716的外部結

45、構的外部結構5A36A210O79O010O1O2111216151413O6O5O4O31A72A6A53424232221VCCA8A9VPPA4A0地地OECEA10A0: 地址信號地址信號輸入輸入，可尋址，可尋址211=2048(2K)個存儲單元，每個存儲個存儲單元，每個存儲單元內包括單元內包括8個個1bit基本存儲單元；基本存儲單元；D0D7: 雙向雙向數據信號數據信號輸入輸出輸入輸出，在常規電壓在常規電壓(5V)下只能用作輸出下只能用作輸出，在，在編程電壓編程電壓(25V)和滿足一定的編程條和滿足一定的編程條件時可作為程序代碼的輸入端；件時可作為程序代碼的

46、輸入端；CE：片選信號片選信號輸入輸入，低電平有效，只有片選端為低電，低電平有效，只有片選端為低電平，才能對相應的芯片進行操作；平，才能對相應的芯片進行操作；OE：數據輸出允許信號，數據輸出允許信號，輸入輸入，低電平有效，該信號有，低電平有效，該信號有效時，開啟輸出數據緩沖器，允許數據信號輸出。效時，開啟輸出數據緩沖器，允許數據信號輸出。5A36A210O79O010O1O2111216151413O6O5O4O31A72A6A53424232221VCCA8A9VPPA4A0地地OECEVCC: +5V電源，用于在一般情況下電源，用于在一般情況下的讀的讀(程序程序)

47、操作；操作；VPP: +25V電源，用于電源，用于在專用的裝在專用的裝置上寫操作置上寫操作，即在大電壓的作用下，即在大電壓的作用下將數據固化輸入到存儲單元。速度將數據固化輸入到存儲單元。速度較慢。在輸入的過程中不斷將數據較慢。在輸入的過程中不斷將數據讀出進行校驗。讀出進行校驗。GND: 地地Intel 2716的工作方式及操作時序的工作方式及操作時序1) 讀方式讀方式這是這是EPROM的主要工作方式，在讀操作的過程中，的主要工作方式，在讀操作的過程中，片選信號片選信號和和輸出允許信號輸出允許信號要同時有效。要同時有效。地地址址地地址址有有效效tOEtACCtCEOECE有有效效數數據據輸輸出出

48、高高阻阻高高阻阻2) 禁止方式禁止方式片選信號為低電平片選信號為低電平，數據輸出允許信號為高電平數據輸出允許信號為高電平，禁止該，禁止該芯片輸出，芯片輸出，數據線為高阻狀態數據線為高阻狀態；3) 備用方式備用方式片選信號為片選信號為高電平高電平，芯片的功耗降低，芯片的功耗降低，數據輸出端高阻數據輸出端高阻；4) 寫入方式寫入方式片選信號為低電平，片選信號為低電平，數據輸出允許信號為高電數據輸出允許信號為高電平平，VPP接接25V，將將地址碼地址碼及該地址欲固化寫入的及該地址欲固化寫入的數據數據分別送到分別送到地址線地址線和和數據線數據線上，待信號穩定后，上，待信號穩定后，在在片選端輸入一寬度為

49、片選端輸入一寬度為50ms的正脈沖，即可寫入的正脈沖，即可寫入一個存儲單元的信息。一個存儲單元的信息。5) 校驗方式校驗方式在編程過程中，為了檢查編程時寫入的數據是在編程過程中，為了檢查編程時寫入的數據是否正確，通常在編程的過程中包含校驗操作。在否正確，通常在編程的過程中包含校驗操作。在一個字節的編程完成后，一個字節的編程完成后，電源接法不變，但數據電源接法不變，但數據輸出允許信號為低電平輸出允許信號為低電平，則，則同一單元的數據就在同一單元的數據就在數據線上輸出數據線上輸出，這樣就可與輸入數據相比較，來，這樣就可與輸入數據相比較，來校驗編程的結果是否正確。校驗編程的結果是否正確。電可擦除可編

50、程電可擦除可編程ROM ( Electronic Erasible Programmable ROM ) EEPROM E2PROMn+n+P基基體體第第一一級級多多晶晶硅硅柵柵第第二二級級多多晶晶硅硅柵柵+VG+VD原理與原理與EPROM類似，類似，當浮動柵上沒有電荷時，當浮動柵上沒有電荷時，漏源極不導電，數據信漏源極不導電，數據信息為息為“1”，當浮動柵帶，當浮動柵帶上電荷，漏源極導通，上電荷，漏源極導通，數據信息為數據信息為“0”。在第一級浮動柵上面增加了第二級浮動柵在第一級浮動柵上面增加了第二級浮動柵，當，當VG電壓為電壓為正，電荷流向第一級浮動柵正，電荷流向第一級浮動柵(編程編程)，

51、當當VG電壓為負，電荷電壓為負，電荷從浮動柵流向漏極從浮動柵流向漏極(擦除擦除)，這個過程要求電流極小，可用，這個過程要求電流極小，可用普通電源普通電源(5V)供給供給VG。另外，另外，EEPROM擦除可以按字節分別進行，擦除可以按字節分別進行，即改寫某一地址中的數據，字節的編程和擦除即改寫某一地址中的數據，字節的編程和擦除需需10ms，因此可以進行在線編程寫入。因此可以進行在線編程寫入。快擦型存儲器快擦型存儲器(Flash Memory)快擦型存儲器是不用電池供電的、高速耐用的非易失快擦型存儲器是不用電池供電的、高速耐用的非易失性半導體存儲器，但價格較貴。性半導體存儲器，但價格較貴。快擦型存

52、儲器具有快擦型存儲器具有EEPROM的特點，又可在計算機的特點，又可在計算機內進行擦除和編程，它的讀取瞬間與內進行擦除和編程，它的讀取瞬間與DRAM相似，而寫相似，而寫時間與磁盤驅動器相當。時間與磁盤驅動器相當。快擦型存儲器可代替快擦型存儲器可代替EEPROM，在某些應用場合還在某些應用場合還可取代可取代SRAM，尤其是對于需要配備電池后援的尤其是對于需要配備電池后援的SRAM系系統，使用快擦型存儲器后可省去電池。快擦型存儲器還可統，使用快擦型存儲器后可省去電池。快擦型存儲器還可用于激光打印機、條形碼閱讀器、各種一起設備易記計算用于激光打印機、條形碼閱讀器、各種一起設備易記計算機的外部設備中。

53、機的外部設備中。第四節第四節 存儲器芯片擴展及其存儲器芯片擴展及其與與CPUCPU的連接的連接存儲器芯片與存儲器芯片與CPU的連接的連接CPU對存儲器進行讀寫操作，首先要由地址總對存儲器進行讀寫操作，首先要由地址總線給出存儲器的存儲單元的地址信號，再由線給出存儲器的存儲單元的地址信號，再由CPU發出相應的讀寫信號，最后才能在數據總線上進發出相應的讀寫信號，最后才能在數據總線上進行信息交流，因此，連接有三部分：行信息交流，因此，連接有三部分： 地址線的連接；地址線的連接； 數據線的連接；數據線的連接； 控制線的連接?？刂凭€的連接。在連接中考慮的問題：在連接中考慮的問題：1) CPU總線的負載能力

54、總線的負載能力一般輸出線的直流負載能力為帶一個一般輸出線的直流負載能力為帶一個TTL負負載，故在小型系統中，載，故在小型系統中，CPU可以直接與存儲器相可以直接與存儲器相連，而在較大的系統中，一般需要連接緩沖器做連，而在較大的系統中，一般需要連接緩沖器做中介。中介。2) CPU的時序和存儲器的存取速度的配合問題的時序和存儲器的存取速度的配合問題考慮考慮CPU和存儲器的讀寫速度，必要時需設和存儲器的讀寫速度，必要時需設計電路使計電路使CPU加上固定的延時周期加上固定的延時周期TW 。3) 存儲器的地址分配和片選問題存儲器的地址分配和片選問題在一個大型的系統中，存儲器往往要由多片存儲在一個大型的系

55、統中，存儲器往往要由多片存儲器芯片組成，要通過片選信號來合理設置每一片器芯片組成，要通過片選信號來合理設置每一片存儲器芯片地址。存儲器芯片地址。4) 控制信號的連接控制信號的連接不同的存儲器芯片控制信號的定義各不相同，正不同的存儲器芯片控制信號的定義各不相同，正確連接控制信號才能正確啟動讀寫周期，使存儲確連接控制信號才能正確啟動讀寫周期，使存儲器正常工作。常用的控制信號有器正常工作。常用的控制信號有RD, WR, WAIT等。等。存儲器芯片的擴展存儲器芯片的擴展1) 存儲器芯片的位擴充存儲器芯片的位擴充如果如果CPU的數據線為的數據線為8位，而存儲器的一個存儲單位，而存儲器的一個存儲單元中只有

56、元中只有4bit數據，這時，就要用兩片這樣的存儲數據，這時，就要用兩片這樣的存儲芯片通過位擴充的方式滿足芯片通過位擴充的方式滿足CPU系統的要求。系統的要求。例：用例：用1K4的的2114芯片構成芯片構成1K8的存儲器系統的存儲器系統分析：分析：1K4有有10根地址線，根地址線，4根數據線，而要求的存儲根數據線，而要求的存儲器系統器系統1K8需要有需要有10根地址線，根地址線，8根數據線，所以，用根數據線，所以，用2片片2114組成，組成，其地址線一一對應接在一起其地址線一一對應接在一起，數據線則數據線則分高分高4位低位低4位分別接在系統的數據線上位分別接在系統的數據線上，2片片2114地址一

57、地址一樣樣。第第1步：將存儲器芯片的步：將存儲器芯片的10根地址線連接在一起，并與根地址線連接在一起，并與CPU的低位地址一一相連。的低位地址一一相連。A10A9A0A9A11A0D0D3D4D7IOM /I/O0WRWEI/O3CS2114(1)A9A0I/O0WEI/O3CS2114(2)8088A10A9A0A9A11A0D0D3D4D7IOM /I/O0WRWEI/O3CS2114(1)A9A0I/O0WEI/O3CS2114(2)8088第第2步：將步：將1號芯片號芯片的的4位數據線與位數據線與CPU的的低低4位位連接，將連接，將2號芯片號芯片的的4位數據線與位數據線與CPU的的高高

58、4位位連接，形成連接，形成8位數據線。位數據線。A10A9A0A9A11A0D0D3D4D7IOM /I/O0WRWEI/O3CS2114(1)A9A0I/O0WEI/O3CS2114(2)8088第第3步：將步：將1號芯片和號芯片和2號芯片的讀寫控制線相連，并與號芯片的讀寫控制線相連，并與CPU的的WR(寫有效寫有效)相連。相連。A10A9A0A9A11A0D0D3D4D7IOM /譯譯碼碼器器I/O0WRWEI/O3CS2114(1)A9A0I/O0WEI/O3CS2114(2)8088Y0存儲器地址分配存儲器地址分配片片1與片與片2的地址是一樣的，的地址是一樣的，對對CPU來說，當來說，

59、當A10,A11均均為為0時，時，Y0有效，即片選有有效，即片選有效，選中這兩片存儲器。效，選中這兩片存儲器。地址碼地址碼地址范圍地址范圍A15A12A11A10A9A8A0000000000H000010001HA10A9A0A9A11A0D0D3D4D7IOM /譯譯碼碼器器I/O0WRWEI/O3CS2114(1)A9A0I/O0WEI/O3CS2114(2)8088Y0第第4步：步：用用CPU的高端地址譯碼產生片選信號的高端地址譯碼產生片選信號，同時，用，同時，用CPU的的M/IO信號控制譯碼器輸出，信號控制譯碼器輸出，只有當執行讀寫存儲只有當執行讀寫存儲器的指令時片選才有效器的指令時

60、片選才有效。2) 存儲器芯片的字擴充存儲器芯片的字擴充存儲器芯片內每個存儲單元的位數滿足存儲器數存儲器芯片內每個存儲單元的位數滿足存儲器數據線的要求，但每個芯片的容量不夠，這時，也據線的要求，但每個芯片的容量不夠，這時，也需要多片芯片連接，合成一個大的存儲系統。需要多片芯片連接，合成一個大的存儲系統。例：用例：用2K8的的2716組成組成8K8的存儲器系統。的存儲器系統。分析：分析：2K8有有11根地址線，根地址線，8根數據線，而要求的存儲根數據線，而要求的存儲器系統器系統8K8需要有需要有13根地址線根地址線，8根數據線，所以，用根數據線，所以，用4片片2716組成，組成，其低位地址線、其低