存儲器系統5.1存儲器概述存儲器是用來保存計算機工作所必需的程序和數據，并用來存放在運行過程中的有用信息。1.存儲器的分類內存：也稱主存，通過系統總線與CPU聯接，存放正在執行的程序和數據；特點：快，容量小，隨機存取，CPU可直接訪問，通常由半導體存儲器構成外存：需通過專門的接口電路和主機聯接，存放暫不執行的程序或不被處理的數據。特點：慢，容量大，順序存取/塊存取。需調入內存后

CPU才能訪問，通常由磁、光存儲器構成，也可以由半導體存儲器構成半導體存儲器由能夠表示二進制數“0”和“1”的、具有記憶功能的一些半導體器件組成。如觸發器、MOS管的柵極電容等。能存放一位二進制數的器件稱為一個存儲元。若干存儲元構成一個存儲單元。半導體存儲器（Memory）RAMROM

SRAM

DRAM掩膜ROM

RAM具有易失性，可讀，可寫，常用于存放數據、中間結果等

ROM在程序執行時只能讀不能寫。常用于存放固定的程序或數據。掩膜ROM不可改寫。可編程PROM、EPROM、E2PROM及FLASH在一定條件下可改寫。內存：根據數據的存取方式可分為隨機讀寫存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)?？删幊蘎OM（PROM）紫外線可擦除的PROM（EPROM）電可擦除的PROM（EEPROM）快擦寫存儲器（FlashMemory）存儲容量：存儲單元個數M×每單元位數N存取時間：從啟動讀(寫)操作到操作完成的時間存取周期：兩次獨立的存儲器操作所需間隔的最小時間平均故障間隔時間MTBF（可靠性）功耗：要求功耗低2.存儲器的性能指標5.2隨機讀寫存儲器要求掌握：SRAM與DRAM的主要特點幾種常用存儲器芯片及其與系統的連接存儲器擴展技術5.2.1靜態隨機存儲器SRAM特點：用雙穩態觸發器存儲信息外圍電路比較簡單，但集成度低，功耗大存取速度高，SRAM被廣泛地用作高速緩沖存儲器Cache不需刷新，非破壞性讀出

一、基本存儲電路

（1）6個MOS管組成雙穩態電路，T1截止，T2導通為0，T1導通，T2截止為1（2）T1T2工作管，T3T4負載管，T5T6T7T8控制管（T7T8共用）（3）寫入：X和Y線有效，使T5T6T7T8導通，寫控制有效，使單元數據線與外部數據線連通，靠T1T2的截止和導通記錄信息（4）讀出：X和Y線有效，使T5T6T7T8導通，讀控制有效，使單元數據線與外部數據線連通，從T2端讀出信息二、典型SRAM芯片SRAM6116容量：2K×8地址線：A0～A10，數據線：D0～D7輸出允許信號：OE，寫允許信號：WE片選信號：CE24個引腳，雙列直插式A0～A10D0～D7VCCGNDWEOECE2.SRAM6264容量：8K×8地址線：A0～A12，數據線：D0～D7輸出允許信號：OE，寫允許信號：WE選片信號：CS1，CS228個引腳，雙列直插式三、SRAM芯片與CPU的連接

存儲器與CPU的連接包括三部分內容：

與地址總線的連接與數據總線的連接與相應控制總線的連接

關鍵在于片選信號的連接，而片選信號由譯碼電路產生譯碼電路：將輸入的一組高位地址信號通過變換，產生一個有效的控制信號，用于選中某一個存儲器芯片，從而確定該存儲器芯片在內存中的地址范圍。片選信號有三種設計方法：線性片選法全地址譯碼部分地址譯碼1、全地址譯碼片內尋址未用的全部高位地址線都參加譯碼，譯碼輸出作為片選信號，使得每個存儲單元地址唯一。存儲器芯片譯碼電路低位地址高位地址全部地址片選信號D0~D7A0A12???WEOECS1CS2???A0A12MEMWMEMRD0~D71A15A14A13A18A17A16+5V6264A191&全地址譯碼例（邏輯門電路）6264芯片的地址范圍：3E000H~3FFFFH001111100……00~001111111……11注：MEMW=IO/M+WRMEMR=IO/M+RD全地址譯碼例（譯碼器）D0~D7A0A12WEOECS1CS2???A0A12MEMWMEMRD0~D7G1G2BG2ACBA&&A15A14A13A17A18A16+5VY76264≥1A19地址范圍：001111100……00~001111111……112、部分地址譯碼用部分高位地址信號（而不是全部）作為譯碼信號，使得被選中的存儲器芯片占有幾組不同的地址范圍。同一物理存儲器占用兩組地址：A18不參與譯碼

101100000……00~101100011……11

B0000H~B1FFFHA19A17A16A15A14A13&≥16264CS1

111100000……00~111100011……11

F0000H~F1FFFHD0~D7A0A12WEOECS1CS2???A0A12MEMWMEMRD0~D7G1G2AG2BCBA&&A19A14A13A17A16A15+5VY0例：將SRAM6264芯片與系統連接，使其地址范圍為：38000H~39FFFH和78000H~79FFFH。6264

001110000……00~001110011……11

011110000……00~011110011……11A18不參與譯碼5.2.2動態隨機存儲器DRAM特點：DRAM是靠MOS管的柵極電容來存儲信息由于電容上的電荷會逐漸泄漏，需要定時充電以維持存儲內容不丟失（稱為刷新），所以動態RAM需要設置刷新電路，相應外圍電路就較為復雜刷新定時間隔一般為幾微秒～幾毫秒DRAM的地址線分時作行地址和列地址使用，集成度高，功耗低DRAM內部結構的特點：具有行地址鎖存器和列地址鎖存器一、單管動態基本存儲電路（由一個MOS管和一個電容組成）

①

寫入：字選線有效，T1導通，信息寫入存儲電容C。

②

讀出：字選線有效，T1導通，C上的數據送上數據線電容C通常小于數據線上的分布電容CD，每個數據讀出后，C上的電荷經CD釋放，信息被破壞。所以需要刷新——周期性不斷充電。字選線“1”數據線D”1”CDCT1SDG二、典型DRAM芯片2164容量：64K×1，行列地址分時傳送，共用一組地址線RAS：行地址選通信號，用于鎖存行地址，對應低8位地址CAS：列地址選通信號，對應高8位地址。

地址總線上先送上行地址，后送上列地址，它們分別在RAS和CAS有效期間被鎖存在地址鎖存器中。2164在系統中的連接

LS158是2選1的選擇器，S=0選A，S=1選BADDSEL=0與RAS=0同時有效

ADDSEL=1與CAS=0同時有效5.2.3存儲器擴展技術位擴展——擴展每個存儲單元的位數字擴展——擴展存儲單元的個數字位擴展——二者的綜合當單片存儲器芯片的容量不能滿足系統容量要求時，用多片存儲芯片構成一個需要的內存空間，它們在整個內存中占據不同的地址范圍，任一時刻僅有一片(或一組)被選中。1、位擴展存儲器的存儲容量等于：

單元數×每單元的位數當構成內存的存儲器芯片的位數小于內存單元的位數時，就要進行位擴展將每片的地址線、控制線并聯，數據線分別引出。位擴展特點：存儲器的單元數不變，位數增加用4K×4的SRAM芯片進行擴展，構成容量為4KB的存儲器用2164芯片構成64KB存儲器。2164:64K×1，需8片構成64K×82、字擴展地址空間的擴展。芯片每個單元中的位數滿足，但存儲單元個數不滿足。擴展原則：每個芯片的地址線、數據線、控制線并聯，僅片選線分別引出，以實現每個芯片占據不同的地址范圍。用SRAM芯片6116構成一個容量4KVB的存儲器，要求其地址范圍：78000H～78FFFH之間≥101111000

000000000000～01111000

01111111111101111000

100000000000～01111000

11111111111178000H

～787FFH78800H

～78FFFH例：例：用8KB的6264擴展成32KB的存儲區,需要的8KB芯片數為：

32K/8K=4（片）3、字位擴展根據內存容量及芯片容量確定所需存儲芯片數；進行位擴展以滿足位數要求；進行字擴展以滿足容量要求。若已有存儲芯片的容量為L×K，要構成容量為M×N的存儲器，需要的芯片數為：（M/L）×（N/K）用256×4位的芯片組成1KB的存儲器擴成256×8——2片再擴成1KB——2×4=8片存儲器與8088系統總線的連接的要點是：存儲器的地址范圍根據要求的地址范圍可確定用哪幾根地址線進行片選，哪幾根地址線做片內尋址以及如何進行片選譯碼。譯碼電路的構成（譯碼器的連接方法）系統地址空間一般比存儲芯片的容量大（即總線中的地址線數多于存儲芯片的地址線數），物理內存實際只占用系統地址空間的一小塊區域。把物理內存分配到系統地址空間的哪一塊區域，取決于如何進行地址譯碼。8088系統中存儲器連接涉及到的總線信號包括：地址線A19-A0數據線D7-D0存儲器讀信號MEMR存儲器寫信號MEMW需要考慮的存儲芯片引腳地址線An-1-A0：接地址總線的An-1-A0數據線D7-D0：接數據總線的D7-D0片選信號CS(CE)(可能有多根)：接地址譯碼器的片選輸出輸出允許OE(有時也稱為讀出允許)：接MEMR寫入允許WE：接MEMW5.3只讀存儲器（ROM）掩模ROM一次性可寫ROM分類EPROM（紫外線擦除）EEPROM（電擦除）掩膜ROM芯片所存儲的信息由芯片制造廠家完成，用戶不能修改。

一、掩膜ROM（ReadOnlyMemory）二、EPROM（紫外線可擦除）特點：可多次編程寫入；掉電后內容不丟失；內容的擦除需用紫外線擦除器。典型芯片EPROM27648K×8bit芯片，其引腳與SRAM6264完全兼容地址信號：A0~A12數據信號：D0~D7輸出信號：OE片選信號：CE編程脈沖輸入：PGM2764的工作方式數據讀出編程寫入擦除標準編程方式快速編程方式工作方式編程寫入的特點：每出現一個編程負脈沖就寫入一個字節數據三、E2PROM(電可擦除)特點：1.在線改寫，在單一5V電源下即可完成。2.擦除與寫入同步。3.引腳與2764完全兼容，編程與工作電壓均為5V。98C64AA12～A0D7～D0典型E2PROM芯片98C64A（8KB）可通過編寫程序實現對芯片的寫入，但每寫入一個字節都需判斷READY/BUSY端的狀態，僅當該端為高電平時才可寫入下一個字節5.4高速緩存（Cache)CPU工作速度與內存工作速度不匹配解決：CPU插入等待周期——降低了運行速度；采用高速