1、微型計算機原理及其運用微型計算機原理及其運用第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口合肥工業大學計算機與信息學院合肥工業大學計算機與信息學院第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口 概述概述 只讀存儲器只讀存儲器ROM 隨機存儲器隨機存儲器RAM 存儲器芯片的擴展及其與系統總線的銜接存儲器芯片的擴展及其與系統總線的銜接 典型的半導體芯片舉例典型的半導體芯片舉例 第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口 概述概述 只讀存儲器只讀存儲器ROM 隨機存儲器隨機存儲器RAM 存儲器芯片的擴展及其與系統總線的銜接存儲器芯片的擴展及其與系統總線的銜接 典型的半導體芯片舉例典型的半導體芯片舉例第

2、五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口概述概述 存儲器是計算機存儲器是計算機(包括微機包括微機)硬件系統的重要組成部分，有了硬件系統的重要組成部分，有了存儲器，計算機才具有存儲器，計算機才具有“記憶功能，才干把程序及數據的代碼保管記憶功能，才干把程序及數據的代碼保管起來，才干使計算機系統脫離人的干涉，而自動完成信息處置的功能。起來，才干使計算機系統脫離人的干涉，而自動完成信息處置的功能。 第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口概述概述第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口概述概述 存儲器的分類存儲器的分類 按存儲介質分類按存儲介質分類磁芯存儲器、半導體存儲器、磁芯存儲器、半導體

3、存儲器、光電存儲器、磁膜、磁泡和其它磁外表存儲器以光電存儲器、磁膜、磁泡和其它磁外表存儲器以及光盤存儲器等。及光盤存儲器等。 按存取方式分類按存取方式分類隨機存儲器隨機存儲器(內存和硬盤內存和硬盤)、順序存儲器順序存儲器(磁帶磁帶)。 按存儲器的讀寫功能分類按存儲器的讀寫功能分類只讀存儲器只讀存儲器(ROM)、隨機存儲器、隨機存儲器(RAM)。 按信息的可保管性分類按信息的可保管性分類非永久記憶的存儲器、非永久記憶的存儲器、永久性記憶的存儲器。永久性記憶的存儲器。 按在計算機系統中的作用分類按在計算機系統中的作用分類主存儲器、輔主存儲器、輔助存儲器、緩沖存儲器、控制存儲器等。助存儲器、緩沖存儲

4、器、控制存儲器等。第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口概述概述 存儲器的性能目的存儲器的性能目的 存儲器系統的三項主要性能目的是【容量】、存儲器系統的三項主要性能目的是【容量】、【速度】和【可靠性】。【速度】和【可靠性】。 存儲容量：是存儲器系統的首要性能目的，由于存儲容量：是存儲器系統的首要性能目的，由于存儲容量越大，那么系統可以保管的信息量就越存儲容量越大，那么系統可以保管的信息量就越多，相應計算機系統的功能就越強；多，相應計算機系統的功能就越強； 存取速度：直接決議了整個微機系統的運轉速度，存取速度：直接決議了整個微機系統的運轉速度，因此，存取速度也是存儲器系統的重要的性能目因此

5、，存取速度也是存儲器系統的重要的性能目的；的； 存儲器可靠性：也是存儲器系統的重要性能目的。存儲器可靠性：也是存儲器系統的重要性能目的。通常用平均缺點間隔時間來衡量。通常用平均缺點間隔時間來衡量。 為了在存儲器系統中兼顧以上三個方為了在存儲器系統中兼顧以上三個方面的目的，目前在計算機系統中通常采用三級存面的目的，目前在計算機系統中通常采用三級存儲器構造，即使用高速緩沖存儲器、主存儲器和儲器構造，即使用高速緩沖存儲器、主存儲器和輔助存儲器，由這三者構成一個一致的存儲系統。輔助存儲器，由這三者構成一個一致的存儲系統。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

6、量接近輔存的容量，而其本錢那么接近廉價慢速的接近輔存的容量，而其本錢那么接近廉價慢速的輔存平均價錢。輔存平均價錢。 第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口概述概述 微機系統存儲體構造微機系統存儲體構造第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口概述概述 存儲器的分類存儲器的分類第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口概述概述 半導體存儲器半導體存儲器 什么叫半導體？什么叫半導體？ 導電性能介于導體與絕緣體之間的資料，叫做半導電性能介于導體與絕緣體之間的資料，叫做半導體導體例如：鍺、硅、砷化鎵等例如：鍺、硅、砷化鎵等 半導體在科學技術，工農業消費和生活中有著廣半導體在科學技術，工農業消

7、費和生活中有著廣泛的運用例如：泛的運用例如： 電視、半導體收音機、電子計算機等電視、半導體收音機、電子計算機等 半導體的一些電學特性：半導體的一些電學特性： 壓敏性：有的半導體在遭到壓力后電阻發生較壓敏性：有的半導體在遭到壓力后電阻發生較大的變化大的變化 用途：制成壓敏元件，接入電路，測出電流變化，用途：制成壓敏元件，接入電路，測出電流變化，以確定壓力的變化以確定壓力的變化 熱敏性：有的半導體在受熱后電阻隨溫度升高熱敏性：有的半導體在受熱后電阻隨溫度升高而迅速減小而迅速減小 用途：制成熱敏電阻，用來丈量很小范圍內的溫用途：制成熱敏電阻，用來丈量很小范圍內的溫度變化度變化 第五章：存儲器及其接口

8、第五章：存儲器及其接口概述概述 半導體存儲器的分類半導體存儲器的分類 半導體半導體存儲器存儲器RAMROMSRAMDRAM掩膜掩膜ROMPROMEPROMEEPROMFlash ROM第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口 概述概述 只讀存儲器只讀存儲器ROM 隨機存儲器隨機存儲器RAM 存儲器芯片的擴展及其與系統總線的銜接存儲器芯片的擴展及其與系統總線的銜接 典型的半導體芯片舉例典型的半導體芯片舉例第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口只讀存儲器只讀存儲器ROMROM只讀存儲器只讀存儲器(Read Only Memory,ROM)(Read Only Memory,ROM)：內容

9、只可讀出不可寫入，最：內容只可讀出不可寫入，最大優點是所存信息可長期保管，斷電時，大優點是所存信息可長期保管，斷電時，ROMROM中的信息不會消逝。主中的信息不會消逝。主要用于存放固定的程序和數據，通常用它存放引導裝入程序。要用于存放固定的程序和數據，通常用它存放引導裝入程序。 半導體半導體存儲器存儲器RAMROMSRAMDRAM掩膜掩膜ROMPROMEPROMEEPROMFlash ROM第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口只讀存儲器只讀存儲器ROMROM 掩膜掩膜ROM 在出廠在出廠前由芯片廠家將程序前由芯片廠家將程序寫到寫到rom里，以后永里，以后永遠不能修正。遠不能修正。 如圖

10、是一如圖是一個簡單的個簡單的44位的位的MOS ROM存儲陣列，存儲陣列，兩位地址輸入，經譯兩位地址輸入，經譯碼后，輸出四條字選碼后，輸出四條字選擇線，每條字選擇線擇線，每條字選擇線選中一個字，此時位選中一個字，此時位線的輸出即為這個字線的輸出即為這個字的每一位。此時，假的每一位。此時，假設有管子與其相連設有管子與其相連如位線如位線1和位線和位線4，那么相應的，那么相應的MOS管就導通，輸管就導通，輸出低電平，表示邏輯出低電平，表示邏輯“0；否那么如位；否那么如位線線2和位線和位線3輸出輸出高電平，表示邏輯高電平，表示邏輯“1。(0110、0101、1010、0000) 第五章：存儲器及其接口

11、第五章：存儲器及其接口只讀存儲器只讀存儲器ROMROM 可編程的可編程的ROM(Programmable-ROM，PROM) 掩模掩模ROM的存儲單元在消費完成之后，的存儲單元在消費完成之后，其所保管的信息就曾經固定下來了，這給運用者帶其所保管的信息就曾經固定下來了，這給運用者帶來了不便。為理處理這個矛盾，設計制造了一種可來了不便。為理處理這個矛盾，設計制造了一種可由用戶經過簡易設備寫入信息的由用戶經過簡易設備寫入信息的ROM器件，即可器件，即可編程的編程的ROM，又稱為，又稱為PROM。 PROM 的類型有多種，如二極管破壞的類型有多種，如二極管破壞型型PROM存儲器，在出廠時，存儲體中每條

12、字線存儲器，在出廠時，存儲體中每條字線和位線的交叉處都是兩個反向串聯的二極管的和位線的交叉處都是兩個反向串聯的二極管的PN結，字線與位線之間不導通，此時，意味著該存儲結，字線與位線之間不導通，此時，意味著該存儲器中一切的存儲內容均為器中一切的存儲內容均為“1。假設用戶需求寫。假設用戶需求寫入程序，那么要經過專門的入程序，那么要經過專門的PROM寫入電路，產寫入電路，產生足夠大的電流把要寫入生足夠大的電流把要寫入“1的那個存儲位上的的那個存儲位上的二極管擊穿，呵斥這個二極管擊穿，呵斥這個PN結短路，只剩下順向的結短路，只剩下順向的二極管跨連字線和位線，這時，此位二極管跨連字線和位線，這時，此位

13、就意味著寫就意味著寫入了入了“1。讀出的操作同掩模。讀出的操作同掩模ROM。 除此之外，還有一種熔絲式除此之外，還有一種熔絲式PROM，用戶編程時，靠公用寫入電路產生脈沖電流，來燒用戶編程時，靠公用寫入電路產生脈沖電流，來燒斷指定的熔絲，以到達寫入斷指定的熔絲，以到達寫入“1的目的。的目的。 對對PROM來講，這個寫入的過程稱之來講，這個寫入的過程稱之為固化程序。由于擊穿的二極管不能再正常任務，為固化程序。由于擊穿的二極管不能再正常任務，燒斷后的熔絲不能再接上，所以這種燒斷后的熔絲不能再接上，所以這種ROM器件只器件只能固化一次程序，數據寫入后，就不能再改動了。能固化一次程序，數據寫入后，就不

14、能再改動了。 第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口只讀存儲器只讀存儲器ROMROM可擦除可編程可擦除可編程ROM(Erasable Programmable ROM,EPROM) EPROM芯片有一個很明顯的特征，在其正面的陶芯片有一個很明顯的特征，在其正面的陶瓷封裝上，開有一個玻璃窗口，透過該窗口，可以看到其內部的瓷封裝上，開有一個玻璃窗口，透過該窗口，可以看到其內部的集成電路，紫外線透過該孔照射內部芯片就可以擦除其內的數據，集成電路，紫外線透過該孔照射內部芯片就可以擦除其內的數據，完成芯片擦除的操作要用到完成芯片擦除的操作要用到EPROM擦除器。普通擦除信息需用擦除器。普通擦除信息

15、需用紫外線照射紫外線照射l520分鐘。分鐘。 第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口只讀存儲器只讀存儲器ROMROM電可擦除可編程電可擦除可編程ROM (Electronic Erasible Programmable ROM, EEPROM) EEPROM內資料的寫入要用公用的編程器，并且往內資料的寫入要用公用的編程器，并且往芯片中寫內容時必需求加一定的編程電壓芯片中寫內容時必需求加一定的編程電壓(1224V，隨不同，隨不同的芯片型號而定的芯片型號而定)。 EEPROM在寫入數據時，仍要利用一定的在寫入數據時，仍要利用一定的編程電壓，此時，只需用廠商提供的公用刷新程序就可以輕而易編程電

16、壓，此時，只需用廠商提供的公用刷新程序就可以輕而易舉地改寫內容，所以，它屬于雙電壓芯片。借助于舉地改寫內容，所以，它屬于雙電壓芯片。借助于EPROM芯片芯片的雙電壓特性，可以使的雙電壓特性，可以使BIOS具有良好的防毒功能，在晉級時，具有良好的防毒功能，在晉級時，把跳線開關打至把跳線開關打至“ON的位置，即給芯片加上相應的編程電壓，的位置，即給芯片加上相應的編程電壓，就可以方便地晉級；平常運用時，那么把跳線開關打至就可以方便地晉級；平常運用時，那么把跳線開關打至“OFF的位置，防止病毒對的位置，防止病毒對BIOS芯片的非法修正。芯片的非法修正。第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口只讀存

17、儲器只讀存儲器ROMROM 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，它以性能好、功速耐用的非易失性半導體存儲器，它以性能好、功耗低、體積小、分量輕等特點活潑于便攜機存儲器耗低、體積小、分量輕等特點活潑于便攜機存儲器市場。市場。 快擦型存儲器具有快擦型存儲器具有EEPROM的特點，的特點，可在計算機內進展擦除和編程，它的讀取時間與可在計算機內進展擦除和編程，它的讀取時間與DRAM類似，而寫時間與磁盤驅動器相當。快擦類似，而寫時間與磁盤驅動器相當。快擦型存儲器有型存儲器有5V或或12V兩種供

18、電方式。對于便攜機兩種供電方式。對于便攜機來講，用來講，用5V電源更為適宜。快擦型存儲器操作簡電源更為適宜。快擦型存儲器操作簡便，編程、擦除、校驗等任務均已編成程序，可由便，編程、擦除、校驗等任務均已編成程序，可由配有快擦型存儲器系統的中央處置機予以控制。配有快擦型存儲器系統的中央處置機予以控制。 快擦型存儲器可替代快擦型存儲器可替代EEPROM，在某，在某些運用場所還可取代些運用場所還可取代SRAM，尤其是對于需求配備，尤其是對于需求配備電池后援的電池后援的SRAM系統，運用快擦型存儲器后可省系統，運用快擦型存儲器后可省去電池。快擦型存儲器的非易失性和快速讀取的特去電池。快擦型存儲器的非易失

19、性和快速讀取的特點，能滿足固態盤驅動器的要求，同時，可替代便點，能滿足固態盤驅動器的要求，同時，可替代便攜機中的攜機中的ROM，以便隨時寫入最新版本的操作系，以便隨時寫入最新版本的操作系統。快擦型存儲器還可運用于激光打印機、條形碼統。快擦型存儲器還可運用于激光打印機、條形碼閱讀器、各種儀器設備以及計算機的外部設備中。閱讀器、各種儀器設備以及計算機的外部設備中。 第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口 概述概述 只讀存儲器只讀存儲器ROM 隨機存儲器隨機存儲器RAM 存儲器芯片的擴展及其與系統總線的銜接存儲器芯片的擴展及其與系統總線的銜接 典型的半導體芯片舉例典型的半導體芯片舉例第五章：存

20、儲器及其接口第五章：存儲器及其接口隨機存儲器隨機存儲器RAMRAM隨機存儲器隨機存儲器(Random Access Memory,RAM)(Random Access Memory,RAM)：在微機系統的任務過程：在微機系統的任務過程中，可以隨機地對其中的各個存儲單元進展讀寫操作。中，可以隨機地對其中的各個存儲單元進展讀寫操作。 半導體半導體存儲器存儲器RAMROMSRAMDRAM掩膜掩膜ROMPROMEPROMEEPROMFlash ROM第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口隨機存儲器隨機存儲器RAMRAM 靜態隨機存儲器靜態隨機存儲器(Static RAM,SRAM) SRAM其存

21、儲電路是以雙穩態觸發器為其存儲電路是以雙穩態觸發器為根底，只需不掉電，信息永不會喪失，不需求刷新根底，只需不掉電，信息永不會喪失，不需求刷新電路。電路。SRAM的主要性能是：存取速度快、功耗較的主要性能是：存取速度快、功耗較大、容量較小。它普通適用于構成高速緩沖存儲器大、容量較小。它普通適用于構成高速緩沖存儲器Cache。 VCC(+5V)T3T2T1T4VCCT3T1T4T2X地址譯碼線ABD0D0T5T6T7T8(I/O)I/O接Y地址譯碼器AB第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口隨機存儲器隨機存儲器RAMRAM 動態隨機存儲器(Dynamic RAM,DRAM) DRAM是依托電

22、容來存儲信息，電路簡單集成度高，但電容漏電，信息會喪失，故需求公用電路定期進展刷新。DRAM的主要性能是：容量大、功耗較小、速度較慢。它被廣泛地用作內存貯器的芯片。 第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口 概述概述 只讀存儲器只讀存儲器ROM 隨機存儲器隨機存儲器RAM 存儲器芯片的擴展及其與系統總線的銜接存儲器芯片的擴展及其與系統總線的銜接 典型的半導體芯片舉例典型的半導體芯片舉例第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口存儲器芯片的擴展與銜接存儲器芯片的擴展與銜接 存儲器的系統構造存儲器的系統構造 普通情況下，一個存儲器系統由以下幾部分組成。普通情況下，一個存儲器系統由以下幾部分組

23、成。 根本存儲單元：一個根本存儲單元可以存放一位二進制信根本存儲單元：一個根本存儲單元可以存放一位二進制信息，其內部具有兩個穩定的且相互對立的形狀，并可以在息，其內部具有兩個穩定的且相互對立的形狀，并可以在外部對其形狀進展識別和改動。不同類型的根本存儲單元，外部對其形狀進展識別和改動。不同類型的根本存儲單元，決議了由其所組成的存儲器件的類型不同。決議了由其所組成的存儲器件的類型不同。 存儲體：一個根本存儲單元只能保管一位二進制信息，假存儲體：一個根本存儲單元只能保管一位二進制信息，假設要存放設要存放MN個二進制信息，就需求用個二進制信息，就需求用MN個根本存儲單個根本存儲單元，它們按一定的規那

24、么陳列起來，由這些根本存儲單元元，它們按一定的規那么陳列起來，由這些根本存儲單元所構成的陣列稱為存儲體或存儲矩陣。所構成的陣列稱為存儲體或存儲矩陣。 地址譯碼器：由于存儲器系統是由許多存儲單元構成的，地址譯碼器：由于存儲器系統是由許多存儲單元構成的，每個存儲單元普通存放每個存儲單元普通存放8位二進制信息，為了加以區分，我位二進制信息，為了加以區分，我們必需首先為這些存儲單元編號，即分配給這些存儲單元們必需首先為這些存儲單元編號，即分配給這些存儲單元不同的地址。地址譯碼器的作用就是用來接受不同的地址。地址譯碼器的作用就是用來接受CPU送來的送來的地址信號并對它進展譯碼，選擇與此地址碼相對應的存儲

25、地址信號并對它進展譯碼，選擇與此地址碼相對應的存儲單元，以便對該單元進展讀單元，以便對該單元進展讀/寫操作。存儲器地址譯碼有兩寫操作。存儲器地址譯碼有兩種方式，通常稱為單譯碼與雙譯碼。種方式，通常稱為單譯碼與雙譯碼。單譯碼：單譯碼方式又稱字構造，適用于小容量存儲器。單譯碼：單譯碼方式又稱字構造，適用于小容量存儲器。雙譯碼：雙譯碼構造中，將地址譯碼器分成兩部分，即行雙譯碼：雙譯碼構造中，將地址譯碼器分成兩部分，即行譯碼器譯碼器(又叫又叫X譯碼器譯碼器)和列譯碼器和列譯碼器(又叫又叫Y譯碼器譯碼器)。X譯碼器譯碼器輸出行地址選擇信號，輸出行地址選擇信號，Y譯碼器輸出列地址選擇信號，行列譯碼器輸出列

26、地址選擇信號，行列選擇線交叉處即為所選中的單元。選擇線交叉處即為所選中的單元。第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口存儲器芯片的擴展與銜接存儲器芯片的擴展與銜接 存儲器的系統構造存儲器的系統構造 4. 片選與讀片選與讀/寫控制電路：片選信號用以實現芯片寫控制電路：片選信號用以實現芯片的選擇。對于一個芯片來講，只需當片選信號有效的選擇。對于一個芯片來講，只需當片選信號有效時，才干對其進展讀時，才干對其進展讀/寫操作。片選信號普通由地寫操作。片選信號普通由地址譯碼器的輸出及一些控制信號來構成，而讀址譯碼器的輸出及一些控制信號來構成，而讀/寫寫控制電路那么用來控制對芯片的讀控制電路那么用來控制

27、對芯片的讀/寫操作。寫操作。 I/O電路：電路：I/O電路位于系統數據總線與被選中的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，還可包含對時，還可包含對I/O信號的驅動及放大處置功能。信號的驅動及放大處置功能。 集電極開路或三態輸出緩沖器：為了擴展存儲器系集電極開路或三態輸出緩沖器：為了擴展存儲器系統的容量，經常需求將幾片統的容量，經常需求將幾片RAM芯片的數據線并芯片的數據線并聯運用或與雙向的數據線相連，這就要用到集電極聯運用或與雙向的數據線相連，這就要用到集電極開路或三態輸出緩沖器。開路或三態輸出緩沖器。 其它外

28、圍電路：對不同類型的存儲器系統，有時，其它外圍電路：對不同類型的存儲器系統，有時，還專門需求一些特殊的外圍電路，如動態還專門需求一些特殊的外圍電路，如動態RAM中中的預充電及刷新操作控制電路等，這也是存儲器系的預充電及刷新操作控制電路等，這也是存儲器系統的重要組成部分。統的重要組成部分。 第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口存儲器芯片的擴展與銜接存儲器芯片的擴展與銜接 存儲器的系統構造存儲器的系統構造CPU時序/控制控制信號控制信號存儲體MB讀寫驅動器MDR地址譯碼器MARN位數據總線M位地址總線第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口存儲器芯片的擴展與銜接存儲器芯片的擴展與銜接

29、存儲器的系統構造存儲器的系統構造3232=1024存儲單元驅動器X譯碼器地址反向器I/O電路Y譯碼器地址反向器控制電路輸出驅動12321232輸入輸出321231讀/寫選片1A0A2A3A4A5A6A7A8A9A321231第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口存儲器芯片的擴展與銜接存儲器芯片的擴展與銜接 根本存儲器芯片模型根本存儲器芯片模型 在微型系統中，在微型系統中，CPU對存儲器進展讀寫對存儲器進展讀寫操作，首先要由地址總線給出地址信號，選擇要進操作，首先要由地址總線給出地址信號，選擇要進展讀展讀/寫操作的存儲單元，然后經過控制總線發出寫操作的存儲單元，然后經過控制總線發出相應的讀

30、相應的讀/寫控制信號，最后才干在數據總線上進寫控制信號，最后才干在數據總線上進展數據交換。所以，存儲器芯片與展數據交換。所以，存儲器芯片與CPU之間的銜之間的銜接，本質上就是其與系統總線的銜接，包括接，本質上就是其與系統總線的銜接，包括(1)地地址線的銜接；址線的銜接；(2)數據線的銜接；數據線的銜接；(3)控制線的銜接。控制線的銜接。第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口存儲器芯片的擴展與銜接存儲器芯片的擴展與銜接 根本存儲器芯片模型根本存儲器芯片模型 地址線的位數：從圖中可看出地址線的位數決議了地址線的位數：從圖中可看出地址線的位數決議了芯片內可尋址的單元數目，如芯片內可尋址的單元數

31、目，如Intel2114(1K4)有有10條地址線，那么可尋址的單元數為條地址線，那么可尋址的單元數為1024個；個；Intel2116(16K1)有有14條地址線，那么可尋址條地址線，那么可尋址的單元數為的單元數為16K個。個。 數據線的根數：數據線的根數：RAM芯片的數據線多數為芯片的數據線多數為1條，條，靜態靜態RAM芯片普通有芯片普通有4條和條和8條。假設為條。假設為1條數據條數據線，那么稱為位片存貯芯片；假設有線，那么稱為位片存貯芯片；假設有4條數據線，條數據線，那么該芯片可作為數據的低那么該芯片可作為數據的低4位或高位或高4位；假設有位；假設有8條數據線，那么該芯片正好作為一個字節

32、數，其條數據線，那么該芯片正好作為一個字節數，其引腳已指定相應數據位的稱號。引腳已指定相應數據位的稱號。 控制線：控制線：RAM芯片的控制引腳信號普通有：芯片芯片的控制引腳信號普通有：芯片選擇信號、讀選擇信號、讀/寫控制信號，對動態寫控制信號，對動態RAMDRAM還有行、列地址選通訊號。還有行、列地址選通訊號。 第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口存儲器芯片的擴展與銜接存儲器芯片的擴展與銜接 根本存儲器芯片模型 存儲芯片型號存儲芯片型號 存儲容量存儲容量 地址線地址線數據線數據線2101（1K1B）10241BA0A9D02114（1K4B）10244BA0A9D0D34118（1K8

33、B） 10248B A0A9D0D76116（2K8B） 20488B A0A10D0D76232（4K8B）410248BA0A11 D0D76264（8K8B）810248BA0A12D0D761256（32K8B） 3210248B A0A14D0D72732（4K8B）410248BA0A11D0D7第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口存儲器芯片的擴展與銜接存儲器芯片的擴展與銜接 存儲器芯片與CPU的銜接 在實踐運用中，進展存儲器與CPU的銜接需求思索以下幾個問題：CPU的總線負載才干；CPU與存儲器之間的速度匹配；存儲器地址分配和片選；控制信號的銜接。 (1)控制線的銜接：即

34、如何用CPU的存儲器讀寫信號同存儲器芯片的控制信號線銜接，以實現對存儲器的讀寫操作。簡單系統：CPU讀寫信號與存儲器芯片的讀寫信號直接相連。復雜系統：CPU讀寫信號和其它信號組合后與存儲器芯片的讀寫信號直接相連。 CPU讀信號最終和存儲器的讀信號相連，CPU寫信號最終和存儲器的寫信號相連。第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口存儲器芯片的擴展與銜接存儲器芯片的擴展與銜接 存儲器芯片與CPU的銜接 (2) 數據線的銜接：假設一個芯片內的存儲單元是8位，那么它本身就作為一組，其引腳D0D7可以和系統數據總線D0D7或D8D15直接相連。假設一組芯片(4個或8個)才干組成8位存儲單元的構造，那

35、么組內不同芯片應與不同的數據總線相連。 61168086D7D0I/O8I/O12164(0)8086D7D0DIN(DOUT)2164(6)DIN(DOUT)2164(7)DIN(DOUT)D6第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口存儲器芯片的擴展與銜接存儲器芯片的擴展與銜接 存儲器芯片與CPU的銜接存儲器芯片分組 位擴展(加大字長) 例 用8個16K1bit芯片組成16K8bit的存儲器。A0A13D0D1D2D716K1CSCSCSCSWEWEWEWE16K1D0D1D2D7第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口存儲器芯片的擴展與銜接存儲器芯片的擴展與銜接 存儲器芯片與CPU

36、的銜接 (3) 地址線的銜接：將用以“字選的低位地址總線直接與存貯芯片的地址引腳相連，將用以“片選的高位地址總線送入譯碼器。 可以根據所選用的半導體存儲器芯片地址線的多少，把CPU的地址線分為芯片外(指存儲器芯片)地址和芯片內的地址，片外地址經地址譯碼器譯碼后輸出。作為存儲器芯片的片選信號，用來選中CPU所要訪問的存儲器芯片。片內地址線直接接到所要訪問的存儲器芯片的地址引腳，用來直接選中該芯片中的一個存儲單元。對4K8b的2732而言，片外地址線為A19A12，片內地址線為A11A0；對2K8b的6116而言，片外地址線為A19A11，片內地址線為A10A0。27328086譯碼器A19A12

37、A11A0A11A061168086譯碼器A19A11A10A0A10A0第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口存儲器芯片的擴展與銜接存儲器芯片的擴展與銜接 存儲器芯片與CPU的銜接 字擴展(擴展地址) CSWECSWECSWECSWE16K416K416K416K4A0A13WED0D1D2D3譯碼器譯碼器A14A15123D0 D3D0 D3D0 D3D0 D3第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口存儲器芯片的擴展與銜接存儲器芯片的擴展與銜接 存儲器芯片與CPU的銜接 組成一個存儲系統通常是由多個存儲芯片組成。CPU每次訪問內存只能對一個存儲單元進展讀或寫，這個單元位于某個芯片

38、中或一組芯片中。因此，首先要找到這個或這組芯片，這就是所謂的片選問題。換句話說，就是每當CPU訪問內存，如何產生相應芯片的片選信號。指定一個存貯單元是由CPU給出的地址來決議的，硬件尋址的方法是將地址總線分成兩部分。一部分直接送入芯片進展“片內地址譯碼，確定片內單元的位置；另一部分送入譯碼器進展“片外地址譯碼產生片選信號。 通常我們有三種片選方法：線選法、全譯碼法、部分譯碼法。 第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口存儲器芯片的擴展與銜接存儲器芯片的擴展與銜接 存儲器芯片與CPU的銜接線選法 在剩余的高位地址總線中，任選一位作為片選信號直接與存貯芯片的CS引腳相連，這種方式就稱為線選法。

39、其特點是無需譯碼器，但有較多的地址重疊區。該方法適用于存儲器容量不大，所運用的存儲芯片數量不多，而CPU尋址空間遠遠大于存儲器容量。11KBCS21KBCS31KBCS41KBCSA10A11A13A11A0A9第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口存儲器芯片的擴展與銜接存儲器芯片的擴展與銜接 存儲器芯片與CPU的銜接線選法 例5-1：用5片Intel6116(2K8)組成10K8位的存儲器系統。求每塊芯片的地址范圍。RAM2KBRAM2KBRAM2KBCSCSCSCSCSA11A12A13A14A15D0-D7A0-A10345RAM2KBRAM2KB12第五章：存儲器及其接口第五章：

40、存儲器及其接口存儲器芯片的擴展與銜接存儲器芯片的擴展與銜接 存儲器芯片與CPU的銜接線選法 A15 A14 A13 A 12 A11 A10-A0 地 址范圍 0 1 1 1 1 0 0 7800H 0 1 1 1 1 1 1 7FFFH 1 0 1 1 1 0 0 B800H 1 0 1 1 1 1 1 BFFFH 1 1 0 1 1 0 0 C800H 1 1 0 1 1 1 1 CFFFH 1 1 1 0 1 0 0 E800H 1 1 1 0 1 1 1 EFFFH 1 1 1 1 0 0 0 F000H 1 1 1 1 0 1 1 F7FFH存儲器存儲器5地址范圍地址范圍存儲器存儲器

41、4地址范圍地址范圍存儲器存儲器3地址范圍地址范圍存儲器存儲器2地址范圍地址范圍存儲器存儲器1地址范圍地址范圍第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口存儲器芯片的擴展與銜接存儲器芯片的擴展與銜接 存儲器芯片與CPU的銜接線選法 A19 A18 A17 A16 A15 A14 A13 A 12 A11 A10-A0 地 址范圍? 0 1 1 1 1 0 0 ?7800H? 0 1 1 1 1 1 1 ?7FFFH ? 1 0 1 1 1 0 0 ?B800H? 1 0 1 1 1 1 1 ?BFFFH ? 1 1 0 1 1 0 0 ?C800H? 1 1 0 1 1 1 1 ?CFFFH?

42、1 1 1 0 1 0 0 ?E800H? 1 1 1 0 1 1 1 ?EFFFH ? 1 1 1 1 0 0 0 ?F000H? 1 1 1 1 0 1 1 ?F7FFH第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口存儲器芯片的擴展與銜接存儲器芯片的擴展與銜接 存儲器芯片與CPU的銜接全譯碼法 除去與存儲芯片直接相連的低位地址總線之外，將剩余的地址總線全部送入“片外地址譯碼器中進展譯碼的方法就稱為全譯碼法。其特點是物理地址與實踐存儲單元一一對應，但譯碼電路復雜。 8KB(2)CS8KB(1)CS 8KB(8)CS 3-8譯碼器A0A12A13A15Y0Y1Y7第五章：存儲器及其接口第五章：存

43、儲器及其接口存儲器芯片的擴展與銜接存儲器芯片的擴展與銜接 存儲器芯片與CPU的銜接全譯碼法 例5-2：用16片Intel6232(4K8)組成64K8位的存儲器系統。求每塊芯片的地址范圍。4KB (1)4KB (2)4KB (16)譯譯碼碼器器CSCSCSY0Y1Y15A15-A12.第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口存儲器芯片的擴展與銜接存儲器芯片的擴展與銜接 存儲器芯片與CPU的銜接全譯碼法 A15 A14 A13 A 12 A11 A10-A0 地地 址址范圍范圍 0 0 0 0 0 0 0 Y1 0000H-0FFFH 0 0 0 1 0 0 0 Y2 1000H-1FFFH

44、 0 0 1 0 0 0 0 Y3 2000H-2FFFH 1 1 0 1 0 0 0 Y14 D000H-DFFFH 1 1 1 0 0 0 0 Y15 E000H-EFFFH 1 1 1 1 0 0 0 Y16 F000H-FFFFH 存儲器存儲器1地址范圍地址范圍存儲器存儲器2地址范圍地址范圍存儲器存儲器3地址范圍地址范圍存儲器存儲器14地址范圍地址范圍存儲器存儲器15地址范圍地址范圍存儲器存儲器16地址范圍地址范圍第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口存儲器芯片的擴展與銜接存儲器芯片的擴展與銜接 存儲器芯片與CPU的銜接部分譯碼法 除去與存儲芯片直接相連的低位地址總線之外，剩余的

45、部分不是全部參與譯碼的方法就稱為部分譯碼。其特點是譯碼電路比較簡單，但出現“地址重疊區，一個存貯單元可以由多個地址對應。 第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口存儲器芯片的擴展與銜接存儲器芯片的擴展與銜接 存儲器芯片與CPU的銜接部分譯碼法 例5-3：用8片Intel6116(2K8)組成16K8位的存儲器系統。求每塊芯片的地址范圍。2KB (1)2KB (2)2KB (8)譯譯碼碼器器CSCSCSY0Y1Y7A0-A10地址總線數據總線D0-D7A15-A11中任三根.第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口存儲器芯片的擴展與銜接存儲器芯片的擴展與銜接 存儲器芯片與CPU的銜接地址

46、譯碼器 將CPU與存儲器銜接時，首先根據系統要求，確定存儲器芯片地址范圍，然后進展地址譯碼，譯碼輸出送給存儲器的片選引腳CS。可以進展地址譯碼功能的部件叫做地址譯碼器。常見的地址譯碼器如74LS電路。第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口存儲器芯片的擴展與銜接存儲器芯片的擴展與銜接 存儲器芯片與CPU的銜接地址譯碼器 如圖給出了該譯碼器的引腳和譯碼邏輯框圖。由圖可看到，譯碼器74LS的任務條件是控制端G1=1,G2A*=0,G2B*=0，譯碼輸入端為C、B、A，故輸出有八種狀態，因規定CS*低電平選中存儲器，故譯碼器輸出也是低電平有效。當不滿足編譯條件時，74LS輸出全為高電平，相當于譯

47、碼器未任務。74LS的真值表如下表。 0Y0Y2Y3Y4Y5Y0Y7YCA2GB2GBA1G第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口存儲器芯片的擴展與銜接存儲器芯片的擴展與銜接 存儲器芯片與CPU的銜接地址譯碼器 2Y3Y4Y5Y6Y7Y0Y G1 C B A譯碼輸出1 0 00 0 0=0，其他為11 0 00 0 1=0，其他為11 0 00 1 0=0，其他為11 0 00 1 1=0，其他為11 0 01 0 0=0，其他為11 0 01 0 1=0，其他為11 0 01 1 0=0，其他為11 0 01 1 1=0，其他為1不是上述情況 全為17Y0Y1YAG2BG2第五章：存儲

48、器及其接口第五章：存儲器及其接口 概述概述 只讀存儲器只讀存儲器ROM 隨機存儲器隨機存儲器RAM 存儲器芯片的擴展及其與系統總線的銜接存儲器芯片的擴展及其與系統總線的銜接 典型的半導體芯片舉例典型的半導體芯片舉例第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口典型的半導體芯片舉例典型的半導體芯片舉例 SRAM芯片HM6116 6116芯片的容量為2 K8 bit，有2048個存儲單元，需11根地址線，7根用于行地址譯碼輸入，4根用于列譯碼地址輸入，每條列線控制8位，從而構成了128128個存儲陣列，即16 384個存儲體。6116的控制線有三條，片選CS、輸出允許OE和讀寫控制WE。A71A62

49、A53A44A35A26A17A08D09D110D211GND12242322212019181716151413VCCA8A9WEOEA10CSD7D6D5D4D3行譯碼128128存儲矩陣A10A4列I/O列譯碼輸入數據控制邏輯D7D0CSWEOEA3A0第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口典型的半導體芯片舉例典型的半導體芯片舉例 SRAM芯片HM6116 Intel 6116存儲器芯片的任務過程如下： 讀出時，地址輸入線A10A0送來的地址信號經地址譯碼器送到行、列地址譯碼器，經譯碼后選中一個存儲單元(其中有8個存儲位)，由CS、OE、WE構成讀出邏輯(CS=0，OE=0，WE

50、=1)，翻開右面的8個三態門，被選中單元的8位數據經I/O電路和三態門送到D7D0輸出。寫入時，地址選中某一存儲單元的方法和讀出時一樣，不過這時CS=0，OE=1，WE=0，翻開左邊的三態門，從D7D0端輸入的數據經三態門和輸入數據控制電路送到I/O電路，從而寫到存儲單元的8個存儲位中。當沒有讀寫操作時，CS=1，即片選處于無效形狀，輸入輸出三態門至高阻形狀，從而使存儲器芯片與系統總線“脫離。6116的存取時間在85150 ns之間。第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口典型的半導體芯片舉例典型的半導體芯片舉例 DRAM芯片2164 A7A0RASCASDINDOUTWE12345678

51、NCDINWERASA0A2A1VDD161514131211109A7A5A4A3A6DOUTCASVSSCASRASWEA7A0VDDVSS地址輸入列地址選通行地址選通寫允許5V地第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口典型的半導體芯片舉例典型的半導體芯片舉例 DRAM芯片2164 DRAM芯片2164A的容量為64 K1 bit，即片內有65 536個存儲單元，每個單元只需1位數據，用8片2164A才干構成64 KB的存儲器。假想象在2164A芯片內尋址64 K個單元，必需用16條地址線。但為減少地址線引腳數目，地址線又分為行地址線和列地址線，而且分時任務，這樣DRAM對外部只需引出

52、8條地址線。芯片內部有地址鎖存器，利用多路開關，由行地址選通訊號RAS(Row Address Strobe)，把先送來的8位地址送至行地址鎖存器，由隨后出現的列地址選通訊號CAS(Column Address Strobe)把后送來的8位地址送至列地址鎖存器，這8條地址線也用手刷新，刷新時一次選中一行，2 ms內全部刷新一次。Intel 2164A的內部構造表示圖如下圖。第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口典型的半導體芯片舉例典型的半導體芯片舉例 DRAM芯片2164 128128存儲矩陣1/128行譯碼器128128存儲矩陣128讀出放大器1/128列譯碼128讀出放大器12812

53、8存儲矩陣1/128行譯碼器128128存儲矩陣128讀出放大器1/128列譯碼128讀出放大器A0A1A2A3A4A5A6A78位地址鎖存器行時鐘緩沖器列時鐘緩沖器寫允許時 鐘緩沖器RASCASWEDIN數據輸入緩 沖 器1/4I/O門輸 出緩沖器DOUTVDDVSS第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口典型的半導體芯片舉例典型的半導體芯片舉例 DRAM芯片2164 圖中64 K存儲體由4個128128的存儲矩陣組成，每個128128的存儲矩陣，由7條行地址線和7條列地址線進展選擇，在芯片內部經地址譯碼后可分別選擇128行和128列。鎖存在行地址鎖存器中的七位行地址RA6RA0同時加到

54、4個存儲矩陣上，在每個存儲矩陣中都選中一行，那么共有512個存儲電路可被選中，它們存放的信息被選通至512個讀出放大器，經過鑒別后鎖存或重寫。鎖存在列地址鎖存器中的七位列地址CA6CA0(相當于地址總線的A14A8)，在每個存儲矩陣中選中一列，然后經過4選1的I/O門控電路(由RA7、CA7控制)選中一個單元，對該單元進展讀寫。2164A數據的讀出和寫入是分開的，由WE信號控制讀寫。當WE為高時，實現讀出，即所選中單元的內容經過三態輸出緩沖器在DOUT腳讀出。而WE當為低電平常，實現寫入，DIN引腳上的信號經輸入三態緩沖器對選中單元進展寫入。2164A沒有片選信號，實踐上用行選RAS、列選CA

55、S信號作為片選信號。第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口典型的半導體芯片舉例典型的半導體芯片舉例 EPROM芯片2732A 4K8位 存取時間為200ns、250ns； 1引腳功能： 24腳，圖5-12a 地址線：12條，A11A0 數據線：8條，O7O0 控制線：2條，-CE片選-OE：輸出允許復用 電氣引腳：3條，Vcc+5V，GND地 Vpp+21V，編程高壓，與-OE引腳復用。第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口典型的半導體芯片舉例典型的半導體芯片舉例 EPROM芯片2732A 2任務方式：6種 1讀方式： 當地址有效后，-CE和-OE同時有效，讀 2待用方式： -CE

56、無效時，堅持形狀，輸出高阻，-OE不起作用，自動進入低功耗125mA降到35mA 3編程方式： -OE/Vpp引腳加21V高壓時，進入編程方式。 編程地址送地址引腳，數據引腳輸入8位編程數據，地址和數據穩定后，-CE端加1個低有效的50ms55ms編程脈沖直流信號不起作用，寫入1個單元。然后可換地址、數據寫第2個單元。第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口典型的半導體芯片舉例典型的半導體芯片舉例 EPROM芯片2732A 2任務方式：6種 4編程制止方式： -OE/Vpp加21V高壓，-CE加高電平，制止編程，輸出高阻。 5輸出制止方式： -CE有效，-OE加高電平，制止輸出，數據線高阻。 6Intel標識符方式： A9引腳加高壓，-CE、-OE有效時，可從數據線上讀出制造廠和器件類型的編碼。第五章：存儲器及其接口第五章：存儲器及其接口典型的半導體芯片舉例典型的半導體芯片舉例 例：有一個8086CPU與半導體芯片的接口如下