1、3.1 概述概述3.2 半導體存儲器的工作原理半導體存儲器的工作原理3.3 RAM的結構及其常用芯片的結構及其常用芯片3.4 ROM的結構及其常用芯片的結構及其常用芯片3.5 存儲器與存儲器與CPU的連接的連接3.1 概述概述一、基本概念一、基本概念計算機的記憶部件計算機的記憶部件輸入設備輸入設備程序程序數據數據存儲器存儲器CPU提取提取程序程序輸出設備輸出設備早期：磁性材料早期：磁性材料現代：半導體集成電路芯片現代：半導體集成電路芯片二、存儲器的性能指標二、存儲器的性能指標1、存儲容量、存儲容量 存儲器所能容納的二進制信息的數量，以存儲單存儲器所能容納的二進制信息的數量，以存儲單元的總位數表

2、示。如果計算機的存儲器由多塊存儲元的總位數表示。如果計算機的存儲器由多塊存儲器芯片組成，則存儲容量即為各芯片存儲容量之和。器芯片組成，則存儲容量即為各芯片存儲容量之和。 存儲容量的常用單位還有字節存儲容量的常用單位還有字節(Byte)，千字節，千字節(KB)、兆字節、兆字節(MB)、和吉字節、和吉字節(GB)。1KB=210B=1024B 1MB=1024KB=1048576B=220B1GB=1024MB=1048576KB=1073741824B=230B 存儲總位數存儲總位數=地址寄存器編址數地址寄存器編址數*存儲字位數存儲字位數(存儲芯片容量存儲芯片容量=芯片的地址單元數芯片的地址單元

3、數*數據線位數數據線位數)e.g.2:Intel 2114芯片容量為芯片容量為1024*4位位/片片 6264芯片容量為芯片容量為8192*8位位/片片 6116芯片容量為芯片容量為2K*8位位/片片210*4位位/片片213*8位位/片片211*8位位/片片e.g.1:一個一個16位字長的計算機，地址線為位字長的計算機，地址線為16位，則存儲總位，則存儲總位數位數(容量容量)？216*16=64K*16位位e.g.3:一臺一臺8位微機的地址總線為位微機的地址總線為16條，其條，其RAM存存儲容量為儲容量為32KB。首地址為。首地址為4000H，且地址連續，且地址連續，問可用的最高地址是多少？

4、問可用的最高地址是多少？解：解：RAM存儲容量為存儲容量為32KB =215*8位位 8位數據線，位數據線，RAM占占15位地址線位地址線 若首地址為若首地址為0000H, 范圍：范圍：0000H7FFFH (215=7FFFH) 若首地址為若首地址為4000H, 范圍：范圍：4000H0BFFFH從存儲器接到讀從存儲器接到讀/寫的命令到完成讀寫的命令到完成讀/寫操作所用的時間，寫操作所用的時間，也稱為存儲器存取時間。在納秒也稱為存儲器存取時間。在納秒(ns)到幾十納秒數量級。到幾十納秒數量級。 存儲器完成一次完整的存取操作所需的時間，即存儲器存儲器完成一次完整的存取操作所需的時間，即存儲器進

5、行兩次獨立的操作進行兩次獨立的操作(讀讀/寫寫)所需的時間間隔，也稱存儲所需的時間間隔，也稱存儲周期周期。 TM TA2、存取速度、存取速度 影響計算機工作速度影響計算機工作速度(1) 讀讀/寫時間寫時間TA(2) 讀讀/寫周期寫周期TM(3) 存取速度存取速度BM每秒從存儲器讀寫信息的數量每秒從存儲器讀寫信息的數量, 設設W為存儲器傳送的數據為存儲器傳送的數據寬度寬度(位或字節位或字節), 則則BM=W/TA, 單位為位單位為位/秒或字節秒或字節/秒。秒。存儲器存儲器內存內存 CPU內存內存外存外存 外存外存 ：硬盤、光盤、磁盤：硬盤、光盤、磁盤1、內存內存，也稱主存，也稱主存(主存儲器主存

6、儲器)，可以由，可以由CPU的地址線的地址線直接訪問到的存儲單元，以較快的速度進行讀寫操作，直接訪問到的存儲單元，以較快的速度進行讀寫操作，主要用來存放計算機當前運行所需的程序和數據。主要用來存放計算機當前運行所需的程序和數據。 2、外存外存，也稱輔存，也稱輔存(外存儲器外存儲器)，其工作速度較低，不，其工作速度較低，不能直接與能直接與CPU進行數據交換，只有先將程序和數據送入進行數據交換，只有先將程序和數據送入內存，才能被內存，才能被CPU處理。處理。 三、存儲器的分類三、存儲器的分類一、半導體存儲器的分類一、半導體存儲器的分類半導體半導體存儲器存儲器只讀存儲器只讀存儲器 （ROM）隨機存取

7、存儲器隨機存取存儲器（RAM）靜態靜態RAM（SRAM）動態動態RAM（DRAM） 集成集成RAM掩膜式掩膜式ROM可編程可編程ROM（PROM） 可擦除可編程可擦除可編程ROM（EPROM）電擦除可編程電擦除可編程ROM（EEPROM）3.2 半導體存儲器的工作原理半導體存儲器的工作原理1. RAM特點：存放臨時程序和數據，可讀可寫，速度快，特點：存放臨時程序和數據，可讀可寫，速度快，但掉電后信息丟失。但掉電后信息丟失。(1) 靜態靜態RAM：集成度低，功耗大，不掉電信息不丟：集成度低，功耗大，不掉電信息不丟失；失；(2) 動態動態RAM：集成度高：集成度高, 需外加刷新電路需外加刷新電路(

8、每隔每隔2ms對高電平電容重新充電對高電平電容重新充電)；(3) 集成集成RAM：屬于動態：屬于動態RAM，刷新電路集成在芯，刷新電路集成在芯片內，兼具靜態、動態片內，兼具靜態、動態RAM特點。特點。2. ROM特點：只能讀取，不能隨意改變，斷電后，信息特點：只能讀取，不能隨意改變，斷電后，信息不會丟失，用于存儲固定不變的程序和數據。不會丟失，用于存儲固定不變的程序和數據。(1) 掩膜掩膜ROM：存儲的信息在制造過程中產生，此后：存儲的信息在制造過程中產生，此后不可改變；不可改變；(2) 可編程可編程ROM：信息由用戶用特殊手段寫入，一經：信息由用戶用特殊手段寫入，一經寫入不可改變；寫入不可改

9、變；(3) 可擦除可編程可擦除可編程ROM：信息由用戶編程寫入，并可：信息由用戶編程寫入，并可將信息擦除重寫；將信息擦除重寫；(4) 電擦除可編程電擦除可編程ROM：信息可多次寫入，采用電擦：信息可多次寫入，采用電擦除法除法(+5V)，能在應用系統中在線改寫。，能在應用系統中在線改寫。二、半導體存儲器的基本組成二、半導體存儲器的基本組成地地址址寄寄存存地地址址譯譯碼碼存儲體存儲體控制電路控制電路AB數數據據寄寄存存讀讀寫寫電電路路DBOE WE CS1. 存儲器的結構存儲器的結構 存儲體存儲體l存儲器芯片的主要部分，用來存儲信息存儲器芯片的主要部分，用來存儲信息 地址譯碼電路地址譯碼電路l根據

10、輸入的地址編碼來選中芯片內某個特定根據輸入的地址編碼來選中芯片內某個特定的存儲單元的存儲單元 片選和讀寫控制邏輯片選和讀寫控制邏輯l選中存儲芯片，控制讀寫操作選中存儲芯片，控制讀寫操作l12條地址線條地址線A11A0, 8條數據線條數據線D7D0 存儲容量：存儲容量：212*8bit=4KB, 4K個單元個單元 每個存儲單元有相應地址，每個存儲單元有相應地址，4KB容量的存儲單元容量的存儲單元地址為地址為000H0FFFHl工作過程：工作過程： A11A0送來的地址存入地址寄存器，經地址譯碼送來的地址存入地址寄存器，經地址譯碼器譯碼選中一個單元器譯碼選中一個單元(eg. 001H:0000 0

11、000 0001B)進進行讀寫操作，行讀寫操作，I/O控制電路接收控制電路接收CPU的讀寫信號的讀寫信號(CS*=0) 當當WE*=1時，時，001H的數據送的數據送I/O7I/O0 WE*=0時，時，I/O7I/O0的數據送的數據送001H 存儲體（存儲矩陣）存儲體（存儲矩陣） 地址譯碼電路地址譯碼電路譯譯碼碼器器A5A4A3A2A1A06301存儲單元存儲單元64個單元個單元行行譯譯碼碼A2A1A0710列譯碼列譯碼A3A4A501764個單元個單元單譯碼雙譯碼l單譯碼結構單譯碼結構l雙譯碼結構雙譯碼結構l雙譯碼可簡化芯片設計雙譯碼可簡化芯片設計l主要采用的譯碼結構主要采用的譯碼結構 片選

12、和讀寫控制邏輯片選和讀寫控制邏輯l片選端片選端CS*或或CE*l有效時，可以對該芯片進行讀寫操作有效時，可以對該芯片進行讀寫操作l輸出輸出OE*l控制讀操作。有效時，芯片內數據輸出控制讀操作。有效時，芯片內數據輸出l該控制端對應系統的讀控制線該控制端對應系統的讀控制線l寫寫WE*l控制寫操作。有效時，數據進入芯片中控制寫操作。有效時，數據進入芯片中l該控制端對應系統的寫控制線該控制端對應系統的寫控制線2. 地址譯碼器原理地址譯碼器原理小容量存儲器可以只有一個地址譯碼器。小容量存儲器可以只有一個地址譯碼器。單譯碼單譯碼大容量的存儲器通常有行大容量的存儲器通常有行(X)、列、列(Y)兩個地址譯碼。

13、兩個地址譯碼。 雙譯碼雙譯碼譯碼器輸入端接受存儲器地址信號，輸出行選或列選譯碼器輸入端接受存儲器地址信號，輸出行選或列選信號。地址譯碼器根據不同的地址線選中相應的唯一信號。地址譯碼器根據不同的地址線選中相應的唯一的存儲單元。的存儲單元。3. 輸入輸入/輸出控制電路輸出控制電路采用三態緩沖器結構，地址譯碼時，先選中芯片，再采用三態緩沖器結構，地址譯碼時，先選中芯片，再選中芯片單元。選中芯片單元。三、半導體存儲器的讀三、半導體存儲器的讀/寫操作寫操作 1.CPU發出發出讀讀存儲器命令時，主存儲器順序完成：存儲器命令時，主存儲器順序完成：CPU地址寄存器地址寄存器地址碼地址碼地址譯碼器地址譯碼器地址

14、碼地址碼相應行、列信號相應行、列信號控制電路控制電路讀命令讀命令讀讀/寫電路寫電路存儲單元內容存儲單元內容數據線數據線數據線數據線CPU內部指定部件內部指定部件信息信息2.CPU發出發出寫寫存儲器命令時，主存儲器順序完成：存儲器命令時，主存儲器順序完成：CPU地址寄存器地址寄存器地址碼地址碼地址譯碼器地址譯碼器地址碼地址碼相應行、列信號相應行、列信號CPU數據線數據線某部件內容某部件內容控制電路控制電路寫命令寫命令讀讀/寫電路寫電路數據線上內容數據線上內容指定單元指定單元3.3 RAM的結構及其常用芯片的結構及其常用芯片 一、一、RAM的結構的結構l基本存儲單元是觸發器電路基本存儲單元是觸發器

15、電路l每個基本存儲單元存儲二進制數一位每個基本存儲單元存儲二進制數一位l許多個基本存儲單元形成行列存儲矩陣許多個基本存儲單元形成行列存儲矩陣二、常用二、常用RAM芯片芯片lSRAM2114l存儲容量為存儲容量為1K4l18個引腳：個引腳：l10根地址線根地址線A9A0l4根數據線根數據線I/O4I/O1l片選片選CS*l讀寫讀寫WE*123456789181716151413121110VccA7A8A9I/O1I/O2I/O3I/O4WE*A6A5A4A3A0A1A2CS*GNDlSRAM6116l存儲容量為存儲容量為2K8l24個引腳：個引腳：l11根地址線根地址線A10A0l8根數據線根

16、數據線I/O7I/O1l片選片選CE*l讀寫讀寫WE*l輸出允許輸出允許OE*+5VA8A9WE*OE*A10CE*IO7IO6IO5IO4IO3A7A6A5A4A3A2A1A0IO0IO1IO2GND123456789101112242322212019181716151413lSRAM6264l存儲容量為存儲容量為8K8l28個引腳：個引腳：l13根地址線根地址線A12A0l8根數據線根數據線D7D0l片選片選CE1*、CE2l讀寫讀寫WE*、OE*+5VWE*CE2A8A9A11OE*A10CE1*IO7IO6IO5IO4IO3NCA12A7A6A5A4A3A2A1A0IO0IO1IO2

17、GND123456789101112131428272625242322212019181716151. 掩膜掩膜ROM3.4 ROM的結構及其常用芯片的結構及其常用芯片一、一、ROM的結構的結構A1A0W0W1W2W3001000010100100010110001W0=A1*A0*W1=A1*A0W2=A1A0*W3=A1A0D3=W0+W2D2=W1+W3D1=W0+W2+W3D0=W2+W3e.g. 若若A1A0=10時，時，W2=1，則則D3D2D1D0=1011連有二極管的位存連有二極管的位存“1”，沒有二極管存，沒有二極管存“0”。每位是否有二極管由廠家固定，用戶無法修改。每位是

18、否有二極管由廠家固定，用戶無法修改。2. EPROMl頂部開有一個圓形的石英窗口，用于紫外線透頂部開有一個圓形的石英窗口，用于紫外線透過擦除原有信息過擦除原有信息l一般使用專門的編程器（燒寫器）進行編程一般使用專門的編程器（燒寫器）進行編程l編程后，應該貼上不透光封條編程后，應該貼上不透光封條l出廠未編程前，每個基本存儲單元都是信息出廠未編程前，每個基本存儲單元都是信息1l編程就是將某些單元寫入信息編程就是將某些單元寫入信息0二、常用二、常用EPROM芯片芯片lEPROM2716l存儲容量為存儲容量為2K8l24個引腳：個引腳：l11根地址線根地址線A10A0l8根數據線根數據線O7O0l片選

19、片選/編程編程CE*(編程時編程時接接50ms脈沖脈沖)l讀寫讀寫OE*l編程電壓編程電壓VPP(25V或或21V)242322212019181716151413VCCA8A9VPPOE*A10CE*O7O6O5O4O3123456789101112A7A6A5A4A3A2A1A0O0O1O2GND242322212019181716151413l EPROM芯片芯片2764l存儲容量為存儲容量為8K8l28個引腳：個引腳：l13根地址線根地址線A12A0l8根數據線根數據線O7O0l片選片選CE*l編程編程PGM*l讀寫讀寫OE*l編程電壓編程電壓VPPVppA12A7A6A5A4A3A2

20、A1A0O0O1O2GNDVccPGM*未用未用A8A9A11OE*A10CE*O7O6O5O4O312345678910111213142827262524232221201918171615EPROM芯片芯片2725612345678910111213141516171819202122232425262728VppA12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GNDD3D4D5D6D7CEA10OEA11A9A8A13A14Vcc27256引腳圖引腳圖A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0CEOED7D6D5D4D3D2D1D027256邏輯圖邏輯圖3

21、.5 存儲器與存儲器與CPU的連接的連接連接原則：按照三總線結構進行連接。連接原則：按照三總線結構進行連接。一、主存與一、主存與CPU的連接的連接過程：過程：系統提出存儲容量的要求系統提出存儲容量的要求選擇存儲器芯片選擇存儲器芯片與微機系統與微機系統(地址總線地址總線: A19A0, 數據總線數據總線: D15D0, 控控制總線制總線: RD*, WR*, M/IO*)連接連接對存儲單元地址進行分配對存儲單元地址進行分配二二、存儲容量的擴展、存儲容量的擴展(一片一片ROM、RAM不夠時不夠時)存儲容量存儲容量=2n*m位位=地址單元數地址單元數*數據位數數據位數=字線字線*位線位線可進行數據寬

22、度、字節數的擴充，擴充時涉及地址線、可進行數據寬度、字節數的擴充，擴充時涉及地址線、數據線和控制線的連接。數據線和控制線的連接。1. 片選信號的產生方法片選信號的產生方法存儲器芯片容量有限，存儲器總容量需求很大，需要存儲器芯片容量有限，存儲器總容量需求很大，需要多個存儲芯片組合才能滿足存儲容量的需求，對存儲多個存儲芯片組合才能滿足存儲容量的需求，對存儲器的讀器的讀/寫需要片選信號。片選信號由高位地址線構成，寫需要片選信號。片選信號由高位地址線構成，產生方法有如下幾種：線選法、全譯碼法、部分譯碼產生方法有如下幾種：線選法、全譯碼法、部分譯碼法、混合譯碼法。法、混合譯碼法。(1) 線選法線選法直接

23、用地址線作為片選信號，每條地址線選一個直接用地址線作為片選信號，每條地址線選一個芯片，這種方法用在存儲容量小，存儲芯片也少芯片，這種方法用在存儲容量小，存儲芯片也少的小系統中。的小系統中。e.g. 存儲容量為存儲容量為4KB，每個芯片，每個芯片1KB，只要，只要4個芯片，個芯片，對應片內對應片內1KB的容量，只要的容量，只要10位就可完成對存儲單位就可完成對存儲單元的尋址。所以在元的尋址。所以在20位地址線的系統位地址線的系統(8086)中，可中，可利用高利用高10位地址線中的任意位地址線中的任意4位產生片選信號，比位產生片選信號，比如選擇如選擇A13A10，每條線連接一個芯片的片選端即可。，

24、每條線連接一個芯片的片選端即可。缺點缺點: 整個存儲器地址常常不連續；整個存儲器地址常常不連續； 同一個單元可對應不同的地址，從而形成地址重疊。同一個單元可對應不同的地址，從而形成地址重疊。例如，上述例子中，例如，上述例子中，A19A14這這6條地址線沒有用，所以當條地址線沒有用，所以當A19A14為任何組合時，如果為任何組合時，如果A13A0的值不變，其實對應了的值不變，其實對應了同一個存儲單元。同一個存儲單元。(2) 全譯碼法全譯碼法l所有的系統地址線所有的系統地址線均參與對存儲單元的譯碼尋址均參與對存儲單元的譯碼尋址l包括低位地址線對芯片內各存儲單元的譯碼尋址包括低位地址線對芯片內各存儲

25、單元的譯碼尋址（片內譯碼片內譯碼），高位地址線對存儲芯片的譯碼尋），高位地址線對存儲芯片的譯碼尋址（址（片選譯碼片選譯碼）l采用全譯碼，每個存儲單元的采用全譯碼，每個存儲單元的地址都是唯一的地址都是唯一的，不存在地址重復不存在地址重復l譯碼電路可能比較譯碼電路可能比較復雜、連線也較多復雜、連線也較多存儲器存儲器芯片芯片譯譯碼碼器器低位地址低位地址高位地址高位地址全全部部地地址址片選信號片選信號e.g. P.57 圖圖3-142732的存儲容量為：的存儲容量為：4K*8bit。連接到。連接到8086系統時，系統時，構成構成4K*16bit，需兩片。，需兩片。全譯碼方式下由全譯碼方式下由8個個27

26、64芯片構成芯片構成64KB的存儲器的存儲器 l只有部分（高位）地址線參與對存儲芯片只有部分（高位）地址線參與對存儲芯片的譯碼的譯碼l每個存儲單元將對應多個地址每個存儲單元將對應多個地址（地址重（地址重復），需要選取一個可用地址復），需要選取一個可用地址l可簡化譯碼電路的設計可簡化譯碼電路的設計l但系統的部分地址空間將被浪費但系統的部分地址空間將被浪費(3) 部分譯碼法部分譯碼法D0D7A0A12WEOECS1CS2A0A12MEMWMEMRD0D7G1G2AG2BCBA&A19A14A13A17A16A15+5VY0下圖中下圖中A18不參與譯碼，故不參與譯碼，故6264的地址范圍為：

27、的地址范圍為：6264 部分譯碼示例部分譯碼示例2. 數據寬度擴展（位擴展）數據寬度擴展（位擴展）存儲芯片的數據線有存儲芯片的數據線有4位、位、8位，在與位，在與8086CPU的的16位數據線相連時需要進行位數擴展。位數據線相連時需要進行位數擴展。e.g.1 兩片兩片2732與與8086CPU的連接，的連接，4K*8bit擴展為擴展為4K*16bit EPROM8086CPUe.g.2 兩片兩片6116與與8086CPU的連接，的連接，2K*8bit擴展為擴展為2K*16bit RAM8086CPUA111A100A100D70D158OEWECEOEWECE61166116I/O70I/O1

28、58RDWRA0BHE偶存儲體偶存儲體奇存儲體奇存儲體位擴展方法：位擴展方法： 將每片的地址線、控制線并聯，將每片的地址線、控制線并聯，數據線分別引出。數據線分別引出。位擴展特點：位擴展特點： 存儲器的單元數不變，位數增加。存儲器的單元數不變，位數增加。3. 字節擴展（字擴展）字節擴展（字擴展）e.g. 用用8片片8K*8的的RAM構成構成64K*8的的RAM A19 A18 A17 A16 A15 A14 A13 A12A0 8K*8=64K 0 1 0 0 0 0 0 (40000 41FFF) 第一組第一組 1 1 1 (4E000 4FFFF) 第八組第八組用用8片片8K*8的的RAM芯片進行字擴展，將每個芯片的地址芯片進行字擴展，將每個芯片的地址線線A120、OE*、WE*分別連在一起，但片選信號分別連在一起，但片選信號CE*要要分開，并由地址譯碼電路的不同輸出端來提供。這樣，分開，并由地址譯碼電路的不同輸出端來提供。這樣，在某一時刻，在某一時刻，8片中有一片被選中，通過這種方法，用片中有一片被選中，通過這種方法，用8片片8K*8bit構成構成64K*8bit的的RAM.字擴展方法：字擴展方法： 每個芯片的地址線、數據線、控制線并聯，每個芯片的地址線、數據線、控制線并聯，僅片選端僅片選端分別引出分別引出，以實現每個芯片占據不