1、第第5 5章章 存儲器存儲器第第5章章 存儲器存儲器隨機存儲器（隨機存儲器（RAM）5.2存儲器的設計方法存儲器的設計方法5.4半導體存儲器半導體存儲器5.1只讀存儲器（只讀存儲器（ROM）5.3第第5章章 復習題復習題第第5章章 存儲器存儲器存儲器是計算機內部具有記憶功能的部件，是微型計算存儲器是計算機內部具有記憶功能的部件，是微型計算機系統中必不可少的組成部分，用來存放計算機系統工作時機系統中必不可少的組成部分，用來存放計算機系統工作時所用的信息所用的信息程序和數據。程序和數據。 存儲器根據在計算機系統中的地位可分為存儲器根據在計算機系統中的地位可分為內存儲器內存儲器（簡（簡稱內存）或主存

2、儲器（簡稱主存）和稱內存）或主存儲器（簡稱主存）和外存儲器外存儲器（簡稱外存）（簡稱外存）或輔助存儲器（簡稱輔存）。或輔助存儲器（簡稱輔存）。 內存儲器通常由半導體存儲器組成，本章主要介紹半導內存儲器通常由半導體存儲器組成，本章主要介紹半導體存儲器。體存儲器。 第第5章章 存儲器存儲器存儲器存儲器內存儲器內存儲器外存儲器外存儲器磁存儲器（磁芯、磁鼓、磁帶、磁盤等）磁存儲器（磁芯、磁鼓、磁帶、磁盤等）光存儲器光存儲器隨機存儲器隨機存儲器RAM只讀存儲器只讀存儲器ROM雙極型雙極型RAMMOS型型RAM掩模掩模ROM 可編程可編程PROM可擦除可擦除PROMEPROME2PROMF L A S H

3、 ROM靜態靜態RAM動態動態RAM圖圖5-1 5-1 存儲器的分類存儲器的分類第第5章章 存儲器存儲器5.1 半導體存儲器半導體存儲器半導體存儲器是一種能存儲二值信息的大規模集成電路，半導體存儲器是一種能存儲二值信息的大規模集成電路，具有集成度高、體積小、可靠性高、外圍電路簡單且易于接具有集成度高、體積小、可靠性高、外圍電路簡單且易于接口、便于自動化批量生產等特點。口、便于自動化批量生產等特點。 5.1.1 概述概述 半導體存儲器內部的存儲單元分配了相應的地址。半導體存儲器內部的存儲單元分配了相應的地址。 CPU通過數據總線、地址總線和控制總線與內存儲器通過數據總線、地址總線和控制總線與內存

4、儲器（半導體存儲器）進行程序和數據的傳送。（半導體存儲器）進行程序和數據的傳送。 第第5章章 存儲器存儲器1內存儲器的基本結構內存儲器的基本結構CPU控制總線控制總線數據總線數據總線地址總線地址總線時序時序/控制控制存儲體存儲體MBMARMDR地地址址譯譯碼碼器器讀讀寫寫驅驅動動器器圖圖5-2 內存儲器的基本結構內存儲器的基本結構第第5章章 存儲器存儲器2存儲器中的數據組織存儲器中的數據組織在微機系統中，內存都以字節編址，即一個存儲地址對在微機系統中，內存都以字節編址，即一個存儲地址對應一個應一個8位的存儲單元，叫做位的存儲單元，叫做字節單元字節單元。用符號。用符號B表示表示 。1KB=102

5、4B, 1MB=1024KB, 1GB=1024MB作為一個整體一次存放或取出內存儲器的數據稱為作為一個整體一次存放或取出內存儲器的數據稱為“存存儲字儲字” 。 1字字=2字節，雙字字節，雙字=4字節字節在在8086系統中，系統中，16位存儲字的地址是位存儲字的地址是2個字節單元中最個字節單元中最低端的字節單元的地址，該最低端字節單元中存放的是低端的字節單元的地址，該最低端字節單元中存放的是16位位字中的低字中的低8位。位。 第第5章章 存儲器存儲器例如，雙字例如，雙字12345678H存放在內存中的情況如圖存放在內存中的情況如圖5-3所示，所示，占有占有30100H30103H 4個地址的字

6、節單元，最低字節個地址的字節單元，最低字節78H存存放在放在30100H中，則該中，則該32位雙字字的地址即為位雙字字的地址即為30100H。 30100H30103H78H56H34H12H圖圖 3232位存儲字的存放情況位存儲字的存放情況第第5章章 存儲器存儲器5.1.2 半導體存儲器的分類半導體存儲器的分類半導體存儲器按照存取功能可以分為半導體存儲器按照存取功能可以分為隨機存儲器隨機存儲器和和只讀存儲器只讀存儲器兩大類。兩大類。1.隨機存儲器（隨機存儲器（Random Access Memory，簡稱，簡稱RAM）RAM在在CPU執行程序中就可以隨時向存儲器里寫入數據或從中讀執行程序中就

7、可以隨時向存儲器里寫入數據或從中讀出數據。出數據。 2.只讀存儲器（只讀存儲器（Read-Only Memory，簡稱，簡稱ROM） ROM正常工作狀態下只能從中讀取數據，而不能寫入數據。正常工作狀態下只能從中讀取數據，而不能寫入數據。 ROM的優點是電路結構簡單，而且斷電以后數據也不丟失的優點是電路結構簡單，而且斷電以后數據也不丟失 。第第5章章 存儲器存儲器5.1.3 半導體存儲器的主要技術指標半導體存儲器的主要技術指標1存儲容量存儲容量存儲容量指存儲器能存放的二進制信息有多少個，存儲存儲容量指存儲器能存放的二進制信息有多少個，存儲容量越大，說明它能存儲的信息量越多。容量越大，說明它能存儲

8、的信息量越多。 存儲器中的一個基本存儲單元能存儲二進制數據的位數存儲器中的一個基本存儲單元能存儲二進制數據的位數（也就是每次可以讀（寫）的二值代碼位數）叫做（也就是每次可以讀（寫）的二值代碼位數）叫做存儲器的存儲器的字長字長；存儲器中基本存儲單元的數量，也就是輸入地址代碼；存儲器中基本存儲單元的數量，也就是輸入地址代碼的數量，叫做的數量，叫做存儲器的字數存儲器的字數，所以存儲器的：，所以存儲器的： 存儲容量存儲容量=字數與字長的乘積。字數與字長的乘積。 第第5章章 存儲器存儲器2存取時間存取時間存儲器的存取時間一般用讀（或寫）周期來描述，連續存儲器的存取時間一般用讀（或寫）周期來描述，連續兩次

9、讀取（或寫入）操作所間隔的最短時間稱為讀（或寫）兩次讀取（或寫入）操作所間隔的最短時間稱為讀（或寫）周期。讀（或寫）周期短，即存取時間短，存儲器的工作速周期。讀（或寫）周期短，即存取時間短，存儲器的工作速度就高。度就高。 3可靠性可靠性存儲器的可靠性一般是指存儲器對電磁場及溫度等參數存儲器的可靠性一般是指存儲器對電磁場及溫度等參數變化的抗干擾能力，通常用平均無故障時間變化的抗干擾能力，通常用平均無故障時間MTBF（Mean Time Between Failures）來衡量，）來衡量，MTBF越長，存儲器的可越長，存儲器的可靠性越高。靠性越高。第第5章章 存儲器存儲器4功耗和集成度功耗和集成度

10、功耗反映存儲器耗電的多少，集成度是指一片數平方毫功耗反映存儲器耗電的多少，集成度是指一片數平方毫米的芯片上能集成多少個基本存儲元件。雙極型存儲器功耗米的芯片上能集成多少個基本存儲元件。雙極型存儲器功耗比比MOS型存儲器大，發熱的程度也高，所以雙極型存儲器型存儲器大，發熱的程度也高，所以雙極型存儲器的集成度比的集成度比MOS型存儲器低。型存儲器低。5性能價格比性能價格比存儲器的綜合性能指標包括以上幾項，存儲器的成本在存儲器的綜合性能指標包括以上幾項，存儲器的成本在計算機成本中占很大比重。存儲器的性能價格比反映了存儲計算機成本中占很大比重。存儲器的性能價格比反映了存儲器選擇方案的優劣。器選擇方案的

11、優劣。 第第5章章 存儲器存儲器5.2 隨機存儲器（隨機存儲器（RAM）5.2.1 RAM芯片的內部結構芯片的內部結構隨機存儲器一般由存儲矩陣、地址譯碼器和輸入隨機存儲器一般由存儲矩陣、地址譯碼器和輸入/輸出輸出控制電路三部分組成，如圖所示。控制電路三部分組成，如圖所示。 存儲矩陣存儲矩陣地址譯碼器地址譯碼器地址輸入地址輸入控制信號輸入控制信號輸入輸入輸入/ /輸出控制電路輸出控制電路數據輸入數據輸入/ /輸出輸出第第5章章 存儲器存儲器1存儲矩陣存儲矩陣一個存儲器內有許多字存儲單元，一般按矩陣形式排列，一個存儲器內有許多字存儲單元，一般按矩陣形式排列，排成排成n行和行和m例。例。 X31A4

12、A3A2A1A0Y7Y0Y1X0X1列地址譯碼器列地址譯碼器行地址譯碼器行地址譯碼器A7 A6 A5第第5章章 存儲器存儲器2地址譯碼器地址譯碼器通過地址譯碼器對輸入地址進行譯碼輸出選擇相應的地通過地址譯碼器對輸入地址進行譯碼輸出選擇相應的地址單元。址單元。在大容量存儲器中，一般采用雙譯碼結構，即有在大容量存儲器中，一般采用雙譯碼結構，即有行地址行地址和和列地址列地址，分別由行地址譯碼器和列地址譯碼器譯碼。行地，分別由行地址譯碼器和列地址譯碼器譯碼。行地址和列地址共同決定一個地址單元。址和列地址共同決定一個地址單元。地址單元個數地址單元個數N與二進制地址碼的位數與二進制地址碼的位數n有以下關系

13、有以下關系 N=2n即即n條地址線的最大尋址空間為條地址線的最大尋址空間為2n個存儲單元個存儲單元。3輸入（寫）輸入（寫） 輸出（讀）控制電路輸出（讀）控制電路RAM中的讀中的讀寫控制電路除了對存儲器實現讀或寫操作寫控制電路除了對存儲器實現讀或寫操作的控制外，為了便于控制，還需要一些其他控制信號。下圖的控制外，為了便于控制，還需要一些其他控制信號。下圖是一個簡單的讀是一個簡單的讀寫控制電路，不僅有讀寫控制電路，不僅有讀/寫控制信號寫控制信號R/ ，還有片選控制信號，還有片選控制信號 。 WCSDDG2G1G3G4G5R/WI/O&CScpu3輸入（寫）輸入（寫） 輸出（讀）控制電路輸出（讀）控

14、制電路讀讀/寫控制信號寫控制信號R/ R/ =1 ；讀存儲器中的數據；讀存儲器中的數據R/ =0 ；向存儲器寫入數據；向存儲器寫入數據片選控制信號片選控制信號 低電平有效低電平有效 =1，存儲器不工作，存儲器不工作 =0 ，存儲器工作，存儲器工作WCSWWCSCS第第5章章 存儲器存儲器5.2.2 RAM存儲元件存儲元件存儲元件可以存放一位二進制數據。按工作原理不同可存儲元件可以存放一位二進制數據。按工作原理不同可以分為以分為靜態存儲元件靜態存儲元件和和動態存儲元件動態存儲元件。 1靜態靜態RAM中存儲元件中存儲元件 靜態靜態RAM靠觸發器保存數據，存取速度快，只要不斷靠觸發器保存數據，存取速

15、度快，只要不斷電，數據就能長久保存。電，數據就能長久保存。一般靜態一般靜態RAM 的集成度較低，成本較高。的集成度較低，成本較高。第第5章章 存儲器存儲器數據線數據線存儲元件存儲元件位線位線B行選擇線行選擇線XiVDDVDDT3T4T1T2T6T5T8T7Yj列選擇線列選擇線DD圖圖5-7 六管靜態存儲元件六管靜態存儲元件 第第5章章 存儲器存儲器2動態動態RAM中存儲元件中存儲元件動態動態RAM存儲數據的原理是靠存儲數據的原理是靠MOS管柵極電容的電荷管柵極電容的電荷存儲效應，充上電荷存入存儲效應，充上電荷存入“1”，未充電荷存入，未充電荷存入“0”。由于漏電流的存在，柵極電容上存儲的數據（

16、電荷）不由于漏電流的存在，柵極電容上存儲的數據（電荷）不能長期保持，必須定期給電容補充電荷，以免數據能長期保持，必須定期給電容補充電荷，以免數據丟丟失，這失，這種操作稱為刷新。種操作稱為刷新。 在硬件系統中要設置相應的刷新電路來完成動態在硬件系統中要設置相應的刷新電路來完成動態RAM 的刷新，增加了硬件系統的復雜程度的刷新，增加了硬件系統的復雜程度 。第第5章章 存儲器存儲器存儲存儲元件元件行選擇線行選擇線Xi寫位線寫位線讀位線讀位線T3T2CT11&VDDR/WT5T4DIDOYj列選擇線列選擇線圖圖5-8 三管動態存儲元件三管動態存儲元件 第第5章章 存儲器存儲器5.2.3 RAM操作的時

17、序操作的時序為保證存儲器正確地工作，加到存儲器的地址、數據和為保證存儲器正確地工作，加到存儲器的地址、數據和控制信號之間存在一種時間制約關系，把這種關系叫做時序。控制信號之間存在一種時間制約關系，把這種關系叫做時序。 1 RAM讀操作時序讀操作時序tRC讀出單元地址讀出單元地址ADDRCStACSI/O讀出數據讀出數據tAA第第5章章 存儲器存儲器2 RAM寫操作時序寫操作時序tWC寫入單元地址寫入單元地址ADDRCSR/WI/OtAStWPtWR寫入數據寫入數據tDWtDH第第5章章 存儲器存儲器5.2.4 集成集成RAM芯片介紹芯片介紹 1SRAM芯片芯片 6264(后后2位是位是容量容量

18、)存儲容量：存儲容量：8K8位位 引腳數：引腳數：28條條地址線：地址線：13條條 A0A12（地址空間（地址空間8K=213）數據線：數據線：8條條I/O 0 I/O 7控制線：控制線：4條（片選條（片選2條，條，讀允許讀允許1條，寫允許條，寫允許1條）條）電源線：電源線：2條條 GND, VccNC1A122A73A64A55A46A37A28A19A010I/O0111213GND1415I/O416I/O517I/O618I/O719CE120A1021OE22A1123A924A825CE226WE27VCC286264I/O1I/O2I/O3第第5章章 存儲器存儲器引腳引腳工作方式

19、工作方式 1 1 2 2I/OI/O7 7I/OI/O0 0未選中未選中V VIHIH任意任意任意任意任意任意高阻高阻任意任意V VILIL輸出禁止輸出禁止V VILILV VIHIHV VIHIHV VIHIH高阻高阻讀出讀出V VILILV VIHIHV VILILV VIHIHD DOUTOUT寫入寫入V VILILV VIHIHV VIHIHV VILIL D DININ6264的工作方式的工作方式 ：通過：通過4條控制線的組合可以實現對條控制線的組合可以實現對6264的讀寫控制，具體見下表。的讀寫控制，具體見下表。CECEOEWE第第5章章 存儲器存儲器2 DRAM芯片芯片 4125

20、6 (后后3位數字表示容量位數字表示容量)DRAM芯片芯片 41256是是256K1位的。由于位的。由于DRAM集成度集成度高，存儲容量大，因此需要的地址引線就多。高，存儲容量大，因此需要的地址引線就多。DRAM一般都一般都采用行、列地址分時輸入芯片內部地址鎖存器的方法，為減采用行、列地址分時輸入芯片內部地址鎖存器的方法，為減少芯片外部引線數量，從而外部地址線數量減少一半。少芯片外部引線數量，從而外部地址線數量減少一半。 片選信號：片選信號：RAS（低電平有效）（低電平有效）行選通行選通RAS 、列選通、列選通CAS、寫使能寫使能WE 都是低電平：寫入數據都是低電平：寫入數據行選通行選通RAS

21、 、列選通、列選通CAS低電平低電平寫使能寫使能WE 高電平：讀出數據高電平：讀出數據A8A0WECASRASDOUTDIN第第5章章 存儲器存儲器5.3 只讀存儲器（只讀存儲器（ROM）5.3.1 ROM芯片的內部結構芯片的內部結構 存儲矩陣存儲矩陣地址譯碼器地址譯碼器地址輸入地址輸入輸出控制電路輸出控制電路數據輸出數據輸出控制信號輸入控制信號輸入第第5章章 存儲器存儲器5.3.2 集成集成ROM芯片介紹芯片介紹12764的引腳功能的引腳功能 地址線：共地址線：共13條；條；數據線：共數據線：共8條，條，存儲容量：存儲容量：8K8位位 控制線：片選和輸出選通；控制線：片選和輸出選通；VCC：

22、電源；：電源；VPP：編程電源；：編程電源；GND：地線；：地線；PGM：編程脈沖輸入線；：編程脈沖輸入線；VPP1A122A73A64A55A46A37A28A19A010D0111213GND1415D416D517D618D719CE20A1021OE22A1123A924A825NC26PGM27Vcc282764D1D2D3第第5章章 存儲器存儲器22764的工作方式的工作方式（1）讀出方式）讀出方式2764的主要工作方式。片選信號和輸出允許信號都為低的主要工作方式。片選信號和輸出允許信號都為低電平。電平。（2）維持方式）維持方式當片選信號為高電平，即無效時，就使芯片進入維持方當片選

23、信號為高電平，即無效時，就使芯片進入維持方式。此時數據線處于高阻狀態，芯片功耗降為式。此時數據線處于高阻狀態，芯片功耗降為200 mW。（3）編程方式（用于燒寫）編程方式（用于燒寫ROM）當片選信號低電平有效、輸出允許信號無效，當片選信號低電平有效、輸出允許信號無效，VPP端外端外接接25V電壓，編程脈沖端接入編程脈沖，即可實現編程。電壓，編程脈沖端接入編程脈沖，即可實現編程。第第5章章 存儲器存儲器（4）檢驗方式）檢驗方式此方式和編程方式配合使用，在每次寫入此方式和編程方式配合使用，在每次寫入1個字節數據個字節數據之后，緊接著將寫入的數據讀出，為檢驗編程結果是否正確。之后，緊接著將寫入的數據

24、讀出，為檢驗編程結果是否正確。各信號狀態類似讀出方式，但各信號狀態類似讀出方式，但VPP在編程電壓。在編程電壓。（5）禁止編程）禁止編程VPP接編程電壓，但片選為無效，不能進行編程操作。接編程電壓，但片選為無效，不能進行編程操作。EPROM與與CPU連接時處于正常工作方式，處于讀出方連接時處于正常工作方式，處于讀出方式或維持方式；式或維持方式；EPROM與編程器連接時，處于編程、檢驗與編程器連接時，處于編程、檢驗或禁止編程方式。或禁止編程方式。 第第5章章 存儲器存儲器 引腳引腳 工作方式工作方式(20)(20)(22)(22)(27)(27)Vpp/VVpp/V(1)(1)Vcc/VVcc/

25、V(28)(28)輸出輸出讀出讀出LLH+5+5+5+5D DOUTOUT維持維持H任意任意任意任意+5+5+5+5高阻高阻編程編程LH正脈沖正脈沖+25+25+5+5D DININ檢驗檢驗LLH+25+25+5+5D DOUTOUT禁止編程禁止編程H任意任意任意任意+25+25+5+5高阻高阻CEOEPGM表表5-3 27645-3 2764工作方式選擇工作方式選擇第第5章章 存儲器存儲器5.4 存儲器的設計方法存儲器的設計方法用若干片存儲器芯片和相關組合邏輯電路構成存儲器子用若干片存儲器芯片和相關組合邏輯電路構成存儲器子系統的方法叫做系統的方法叫做存儲器的設計方法存儲器的設計方法。在進行存

26、儲器設計時，要考慮所設計的問題：在進行存儲器設計時，要考慮所設計的問題：存儲器特性、數據線條數、存儲器容量、存儲器特性、數據線條數、存儲器容量、存儲器地址空存儲器地址空間范圍、與間范圍、與CPU的連接的連接、讀寫時間等。、讀寫時間等。第第5章章 存儲器存儲器5.4.1 存儲器芯片的選擇存儲器芯片的選擇1存儲器芯片類型的選擇存儲器芯片類型的選擇 選選ROM還是還是RAM ？速度、時序、性價比的選擇等？速度、時序、性價比的選擇等2存儲器芯片容量的選擇存儲器芯片容量的選擇 根據給定的總設計容量來選擇根據給定的總設計容量來選擇 ，如果存儲器芯片容，如果存儲器芯片容量不夠時，要進行容量擴展量不夠時，要進

27、行容量擴展（字擴展字擴展） 。3存儲器芯片數據線條數的選擇存儲器芯片數據線條數的選擇 根據根據CPU的數據總線條數來選擇。如果存儲器芯片的數據總線條數來選擇。如果存儲器芯片數據線條數少于數據線條數少于CPU的數據總線條數，就要對存儲器芯片進的數據總線條數，就要對存儲器芯片進行行位擴展位擴展第第5章章 存儲器存儲器5.4.2 存儲器容量的擴展存儲器容量的擴展由于單片存儲器芯片的容量有限，很難滿足實際的需要，由于單片存儲器芯片的容量有限，很難滿足實際的需要，因此，必須將若干存儲器芯片連在一起才能組成足夠容量的因此，必須將若干存儲器芯片連在一起才能組成足夠容量的存儲器子系統，這就叫做存儲器子系統，這

28、就叫做存儲器容量的擴展存儲器容量的擴展，按擴展方式不同主要分為：按擴展方式不同主要分為：（1）位擴展：存儲器芯片的數據線條數少于）位擴展：存儲器芯片的數據線條數少于CPU的數的數據總線條數；據總線條數；（2）字擴展：存儲器芯片的字容量小于實際的需要字）字擴展：存儲器芯片的字容量小于實際的需要字數。數。第第5章章 存儲器存儲器1位擴展位擴展將多片將多片ROM或或RAM組合成位數更多的存儲器。組合成位數更多的存儲器。位擴展的方法：把相同類型的多片存儲器芯片的地址線位擴展的方法：把相同類型的多片存儲器芯片的地址線并聯、片選線并聯、讀寫控制線并聯，數據線單獨引出。并聯、片選線并聯、讀寫控制線并聯，數據

29、線單獨引出。 例子：用例子：用8片容量為片容量為1K1b（位）的（位）的RAM芯片來擴充芯片來擴充為為1K8b的的RAM存儲器系統，連線方法如下：存儲器系統，連線方法如下：每個每個1K1b RAM芯片有芯片有10根地址線，把根地址線，把8片的片的10根地根地址線都并聯起來，址線都并聯起來，8個該芯片共用一個片選線和讀寫控制線，個該芯片共用一個片選線和讀寫控制線，每個該芯片的每個該芯片的1根數據線單獨引出。連線見下圖。根數據線單獨引出。連線見下圖。第第5章章 存儲器存儲器D7I/O1K1bA9A0CSR/WA0A9R/WCSD1I/O1K1bA9A0CSR/WD0I/O1K1bA9A0CSR/W

30、圖圖5-16 5-16 存儲器的位擴展存儲器的位擴展 擴展后擴展后 ，該存儲器系統的，該存儲器系統的地址范圍為：地址范圍為：000H - 3FFH000H - 3FFH第第5章章 存儲器存儲器2字擴展字擴展字擴展的應用場合：在數據位數滿足存儲器系統設計要字擴展的應用場合：在數據位數滿足存儲器系統設計要求的前提下，所選用的存儲芯片的字數小于所設計的存儲器求的前提下，所選用的存儲芯片的字數小于所設計的存儲器系統需要的字數。字擴展實際就是存儲容量的擴展，需要將系統需要的字數。字擴展實際就是存儲容量的擴展，需要將多片所選用的存儲器芯片接成一個字數更多的存儲器系統。多片所選用的存儲器芯片接成一個字數更多

31、的存儲器系統。字擴展的方法：將存儲器芯片的地址線、數據線、讀寫字擴展的方法：將存儲器芯片的地址線、數據線、讀寫控制線并聯，由不同的片選信號來區分各個存儲器芯片所占控制線并聯，由不同的片選信號來區分各個存儲器芯片所占據的不同地址空間范圍。據的不同地址空間范圍。 第第5章章 存儲器存儲器2字擴展字擴展例子：用例子：用4片片16K8b的的ROM芯片組合成芯片組合成64K8bROM存儲器系統。已知：每片存儲器系統。已知：每片16K8b 的的ROM芯片有芯片有14根地址根地址線，線，8根數據線。字擴展的方法：根數據線。字擴展的方法：（1） 4片片16K8b 的的ROM芯片的芯片的8根數據線都并聯根數據線

32、都并聯（2）4片片16K8b 的的ROM芯片共用一個輸出允許線芯片共用一個輸出允許線OE第第5章章 存儲器存儲器2字擴展字擴展（3）地址線的連接）地址線的連接由所設計的由所設計的64K8bROM存儲器系統，知道其地址線存儲器系統，知道其地址線應該有應該有16條，地址范圍是條，地址范圍是0000HFFFFH. 而選用的每片而選用的每片16K8b 的的ROM芯片有芯片有14根地址線，可以得到：根地址線，可以得到：(a) 把把4片片16K8b 的芯片的的芯片的14根地址線根地址線A0A13都并聯都并聯(b)所設計的所設計的64K8bROM存儲器系統的高存儲器系統的高2位地址線位地址線A14 、A15

33、 分別與分別與2-4譯碼器譯碼器74LS139的的2個輸入端連接，個輸入端連接，該譯碼器的該譯碼器的4個輸出端分別和個輸出端分別和4片片16K8b 芯片的片選線芯片的片選線CS連接。連接。A15 A14 (00時，選中時，選中CS0 ; 01時，選中時，選中CS1; 10時，選中時，選中CS2 10; 11 ，選中，選中CS23) 第第5章章 存儲器存儲器補：補：2-4譯碼器譯碼器 74LS139（2個輸入，個輸入，4個輸出）個輸出）A、B 譯碼地址輸入端譯碼地址輸入端 G1、G2 選通端（低電平有效）選通端（低電平有效） Y0Y3 譯碼輸出端（低電平有效）譯碼輸出端（低電平有效） 74LS1

34、39的真值表如下的真值表如下GBAY3Y2Y1Y01xx11110001110001110101010110110111第第5章章 存儲器存儲器圖圖5-17 5-17 存儲器的字擴展存儲器的字擴展D7OEA13A0CSOEA0A13CS0D0A13A0CSOED016K8b（1）A13A0CSOED7A13A0CSOED0D7D0D7D0D7CS1CS2CS32-42-4譯碼器譯碼器A14A1516K8b（2）16K8b（3）16K8b（4）第第5章章 存儲器存儲器2字擴展字擴展（4）4個存儲器芯片所占據的不同地址空間范圍個存儲器芯片所占據的不同地址空間范圍:由由 A15 A14 (00時，選

35、中時，選中CS0 ; 01時，選中時，選中CS1; 10時，選中時，選中CS2 10; 11 ，選中，選中CS23)得到得到4個個16K8b的的ROM芯片所占據的地址空間范圍芯片所占據的地址空間范圍第第1片（片（A15 A14 =00） 0000H 3FFFH , 共共16K第第2片（片（A15 A14 =01） 4000H 7FFFH , 共共16K第第3片（片（A15 A14 =10） 8000H BFFFH , 共共16K第第4片（片（A15 A14 =11） C000H FFFFH , 共共16K4個個16K8b的的ROM芯片合計所占據的地址空間為：芯片合計所占據的地址空間為：0000

36、H FFFFH (共共64K) 。 第第5章章 存儲器存儲器如果存儲器芯片的數據位數和字數都不夠用時，存儲器需要如果存儲器芯片的數據位數和字數都不夠用時，存儲器需要字擴展字擴展和和位位擴展擴展同時進行。同時進行。假設需要存儲容量為假設需要存儲容量為MN位存儲器，若使用存儲器容量為位存儲器，若使用存儲器容量為KL位的存位的存儲器芯片進行字位擴展，那么需要儲器芯片進行字位擴展，那么需要M/KN/L個該存儲器芯片。連接時個該存儲器芯片。連接時先按先按N/L個該存儲器芯片分組進行位擴展方式連接，然后再把各組存儲個該存儲器芯片分組進行位擴展方式連接，然后再把各組存儲器芯片按字擴展方式連接，這樣便構成了存

37、儲容量為器芯片按字擴展方式連接，這樣便構成了存儲容量為MN位存儲器。位存儲器。舉例：舉例： M=256KB, N=8 , K=32KB , L=4, 那么需要那么需要M/KN/L=82=16個個 32KB4位的存儲器芯片位的存儲器芯片連接時按連接時按N/L=2個該存儲器芯片分組，先進行位擴展方式連接個該存儲器芯片分組，先進行位擴展方式連接;然后再把然后再把8組（組（ 每組每組2個）存儲器芯片按字擴展方式連接。個）存儲器芯片按字擴展方式連接。第第5章章 存儲器存儲器5.4.3 存儲器與存儲器與CPU的連接的連接CPU對存儲器進行訪問時，首先要在地址總線上發地址對存儲器進行訪問時，首先要在地址總線

38、上發地址信號，選擇要訪問的存儲單元，還要向存儲器發出讀信號，選擇要訪問的存儲單元，還要向存儲器發出讀/寫控制寫控制信號，最后在數據總線上進行信息交換。信號，最后在數據總線上進行信息交換。因此，存儲器與因此，存儲器與CPU的連接實際上就是存儲器與的連接實際上就是存儲器與CPU的的三總線（三總線（控制總線、數據總線、地址總線控制總線、數據總線、地址總線）中相關信號線的）中相關信號線的連接。連接。第第5章章 存儲器存儲器1存儲器與存儲器與CPU控制總線的連接控制總線的連接在在CPU的控制總線中，與存儲器相連的信號線為數不多，的控制總線中，與存儲器相連的信號線為數不多，如如8086/8088 CPU最

39、小方式下的最小方式下的M/IO、RD和和WR，最大方式，最大方式下的下的MRDC、MWTC、IORC和和IOWC等，連接也非常簡單，等，連接也非常簡單，有時這些控制線有時這些控制線(如如M/IO)也與地址線一同參與地址譯碼，生也與地址線一同參與地址譯碼，生成片選信號。成片選信號。 第第5章章 存儲器存儲器2存儲器與存儲器與CPU數據總線的連接數據總線的連接對于不同型號的對于不同型號的CPU，數據總線的數目不一定相同，連，數據總線的數目不一定相同，連接時要特別注意。接時要特別注意。8086 CPU的數據總線有的數據總線有16根，其中高根，其中高8位數據線位數據線D15 D8接存儲器的高位體，低接

40、存儲器的高位體，低8位數據線位數據線D7 D0接存儲器的低位體，接存儲器的低位體，根據根據(BHE選擇奇地址體選擇奇地址體)和和A0(選擇偶地址體選擇偶地址體)的不同狀態組的不同狀態組合決定對存儲器進行字操作還是字節操作。合決定對存儲器進行字操作還是字節操作。第第5章章 存儲器存儲器3存儲器與存儲器與CPU地址總線的連接地址總線的連接可以根據所選用的存儲器芯片地址線的多少，把可以根據所選用的存儲器芯片地址線的多少，把CPU的的地址線分為芯片外（指存儲器芯片）地址和芯片內地址，片地址線分為芯片外（指存儲器芯片）地址和芯片內地址，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外地址經地址譯

41、碼器譯碼后輸出，作為存儲器芯片的片選信號，用來選中號，用來選中CPU所要訪問的存儲器芯片。片內地址線直接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。連接時只需片中的一個存儲單元。連接時只需CPU相應數目的低位地址相應數目的低位地址總線與存儲芯片的地址線引腳相連，片選信號通常要由總線與存儲芯片的地址線引腳相連，片選信號通常要由CPU高位地址總線經譯碼電路生成。高位地址總線經譯碼電路生成。 第第5章章 存儲器存儲器5.4.4 存儲器地址空間的分配方法存儲器地址空間的分配方法8086

42、CPU有有20根地址線，那么可以尋找根地址線，那么可以尋找220（1MB）個）個地址空間，分為地址空間，分為16個邏輯段，每段容量為個邏輯段，每段容量為64KB，每段需，每段需16條地址線。所設計的存儲器的地址空間處于條地址線。所設計的存儲器的地址空間處于8086CPU可尋址可尋址空間空間00000HFFFFFH之內的確切地址段之內的確切地址段, 與與8086CPU與存儲與存儲器的連接方式有關，采用不同的連接方式就為存儲器分配了器的連接方式有關，采用不同的連接方式就為存儲器分配了不同的地址空間段。所謂不同的地址空間段。所謂連接方式連接方式主要是：存儲器地址線的主要是：存儲器地址線的連接和片選線

43、的連接。存儲器片選信號的產生一般有兩種方連接和片選線的連接。存儲器片選信號的產生一般有兩種方法，法，線選法線選法和和譯碼法譯碼法。 第第5章章 存儲器存儲器1存儲器片選信號的產生方法之一存儲器片選信號的產生方法之一-線選法線選法線選法線選法片選信號的產生方法：任取一根片選信號的產生方法：任取一根CPU的片外高位的片外高位地址線（指存儲器芯片外）作為片選線。地址線（指存儲器芯片外）作為片選線。線選法線選法的優點是電路簡單，不需要其他外圍器件，體積的優點是電路簡單，不需要其他外圍器件，體積小，成本低。線選法片選信號的產生不需要地址譯碼器，只小，成本低。線選法片選信號的產生不需要地址譯碼器，只用高位

44、地址線與用高位地址線與8086CPU的的M/IO 進行簡單邏輯組合，就可進行簡單邏輯組合，就可以產生有效的片選信號。以產生有效的片選信號。例例5.1 假設某一計算機系統，共有假設某一計算機系統，共有16條地址線，需要外條地址線，需要外接接1KB的的RAM和和1KB的的ROM，要求，要求ROM的地址范圍為的地址范圍為0000H03FFH、RAM的地址范圍為的地址范圍為0400H07FFH。第第5章章 存儲器存儲器A A1010M/IOM/IO與非與非門門與非與非門門CE 1KB ROMCE 1KB RAM地址線的連接：地址線的連接：CPU的的A9 A0共共10條地址線同時連接到條地址線同時連接到

45、1KB的的RAM和和1KB的的ROM的的10條地址線上；條地址線上；線選法線選法產生產生片選信號：用片選信號：用CPU的的A10地址線作為片選信號，地址線作為片選信號，A10為為0時選時選中中ROM芯片，芯片，A10為為1時選中時選中RAM芯片，則芯片，則ROM芯片的地址范圍是芯片的地址范圍是0000H03FFH，而，而RAM芯片的地址范圍就是芯片的地址范圍就是0400H07FFH，（注意：沒，（注意：沒有使用的有使用的 CPU地址線地址線A15 A11全是全是0），可見這），可見這2個地址是連續的，連線個地址是連續的，連線見下圖見下圖 第第5章章 存儲器存儲器線選法線選法產生產生片選信號：如

46、果用片選信號：如果用CPU的的A11地址線作為片選信號，地址線作為片選信號，A11為為0時時選中選中ROM芯片，芯片，A11為為1時選中時選中RAM芯片，則芯片，則ROM芯片的地址范圍是芯片的地址范圍是0000H03FFH，而，而RAM芯片的地址范圍就是芯片的地址范圍就是0800H0BFFH，（注意：，（注意：沒有使用的沒有使用的 CPU地址線地址線A15 A12、A10全是全是0），可見這），可見這2個地址就不連續個地址就不連續了，連線見下圖了，連線見下圖 第第5章章 存儲器存儲器2存儲器片選信號的產生方法存儲器片選信號的產生方法2-譯碼法譯碼法線選法的缺點是存儲器的地址空間不連續，不能充分

47、利線選法的缺點是存儲器的地址空間不連續，不能充分利用存儲空間，每一個存儲單元的地址不唯一，這會給程序設用存儲空間，每一個存儲單元的地址不唯一，這會給程序設計帶來一些不方便。所以線選法一般只用于計帶來一些不方便。所以線選法一般只用于1或或2片存儲芯片片存儲芯片的系統中，復雜系統一般采用譯碼法實現。的系統中，復雜系統一般采用譯碼法實現。 譯碼法譯碼法就是取存儲器內部尋址線以外的就是取存儲器內部尋址線以外的CPU的高位地址的高位地址線，通過地址譯碼器產生片選信號，如果取全部高位地址進線，通過地址譯碼器產生片選信號，如果取全部高位地址進行地址譯碼稱為行地址譯碼稱為全譯碼法全譯碼法，如果取部分高位地址進

48、行譯碼稱，如果取部分高位地址進行譯碼稱為為部分譯碼法部分譯碼法。第第5章章 存儲器存儲器采用譯碼法得到的存儲器的地址空間是連續的，但必須采用采用譯碼法得到的存儲器的地址空間是連續的，但必須采用地址譯碼器地址譯碼器，常用的譯碼器有常用的譯碼器有74LS138、74LS139、74LS154等。以等。以3-8譯碼器譯碼器74LS138為例介紹地址譯碼器的使用和譯碼法產生片選信號的辦法。為例介紹地址譯碼器的使用和譯碼法產生片選信號的辦法。 （1） 3-8譯碼器譯碼器74LS138簡介簡介 3個輸入端：個輸入端：A、B、C 3個使能端：個使能端：G1（高電平有效）、（高電平有效）、G2B、G2A （低

49、電平有效）（低電平有效）8個輸出端：個輸出端： Y0、 Y1 、 Y2 、 Y3 、 Y4 、 Y5、 Y6 、 Y7功能：使能端有效時，由選擇輸入端確定哪個輸出端輸出有效（低電功能：使能端有效時，由選擇輸入端確定哪個輸出端輸出有效（低電平）。平）。第第5章章 存儲器存儲器輸輸 入入輸輸 出出使使 能能選選 擇擇G G1 12B2B2A2AC CB BA A7 76 65 54 43 32 21 10 0L LH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HH HL LL LL LL L

50、L LH HH HH HH HH HH HH HL LH HL LL LL LL LH HH HH HH HH HH HH HL LH HH HL LL LL LH HL LH HH HH HH HH HL LH HH HH HL LL LL LH HH HH HH HH HH HL LH HH HH HH HL LL LH HL LL LH HH HH HL LH HH HH HH HH HL LL LH HL LH HH HH HL LH HH HH HH HH HH HL LL LH HH HL LH HL LH HH HH HH HH HH HH HL LL LH HH HH HL L

51、H HH HH HH HH HH HH HGGYYYYYYYY表表5-4 74LS1385-4 74LS138的功能表（的功能表（H:H:高電平，高電平，L L：低電平，：低電平，X X：無關）：無關）第第5章章 存儲器存儲器例例5.2 假設某一計算機系統，共有假設某一計算機系統，共有20條地址線，如下圖條地址線，如下圖所示，系統中所示，系統中4片片4K存儲器芯片的片選用譯碼法實現，列出存儲器芯片的片選用譯碼法實現，列出各存儲器芯片的地址分配范圍。各存儲器芯片的地址分配范圍。A11A16A17A18A19A0A12A11A0A11A0A11A0A11A012121212BCG1A13A14A1

52、574LS138&AY0CECECECEY1Y2Y3第第5章章 存儲器存儲器分析分析: (1) CPU的低的低12條地址線條地址線A0A11接接4片片4KB存儲器芯片的存儲器芯片的12條地址線條地址線, 用于用于片內尋址；（片內尋址；（2） CPU的較高的較高3條地址線條地址線A12A14 接接3-8譯碼器譯碼器74LS138的的3個輸個輸入端入端A、B、C（地址譯碼法）；（地址譯碼法）； CPU的地址線的地址線A15接接譯碼器譯碼器74LS138的使能端的使能端G1； CPU的地址線的地址線A16A19經過與非門接經過與非門接74LS138的的使能端使能端G2A ，74LS138的的前前4個

53、輸出端個輸出端Y0、Y1 、Y2 、Y3 分別作為分別作為4片片4KB存儲器的片選信號。由此分析，存儲器的片選信號。由此分析，可以得到表可以得到表5-5 譯碼法實現片選的地址空間分配表，譯碼法實現片選的地址空間分配表，A11A16A17A18A19A0A12A11A0A11A0A11A0A11A012121212BCG1A13A14A1574LS138&AY0CECECECEY1Y2Y3第第5章章 存儲器存儲器表表5-5 5-5 譯碼法實現片選的地址分配表譯碼法實現片選的地址分配表二二 進進 制制 表表 示示十六進制表示十六進制表示A19A18A17A16A15A14A13A12A11 A0A

54、19 A0存儲器存儲器000010110B000H0BFFFH存儲器存儲器000010100A000H0AFFFH存儲器存儲器0000100109000H09FFFH存儲器存儲器0000100008000H08FFFH可見：采用譯碼法得到的存儲器的地址空間是連續的，地址不重疊可見：采用譯碼法得到的存儲器的地址空間是連續的，地址不重疊第第5章章 存儲器存儲器表表5-6 5-6 譯碼法片選的地址分配（譯碼法片選的地址分配（ A15通過反相器后與通過反相器后與74LS138的的G1連接連接）二二 進進 制制 表表 示示十六進制表示十六進制表示A19A18A17A16A15A14A13A12A11 A

55、0A19 A0存儲器存儲器0000001103000H03FFFH存儲器存儲器0000001002000H02FFFH存儲器存儲器0000000101000H01FFFH存儲器存儲器000000000000H00FFFH如果如果A15通過反相器后再與通過反相器后再與74LS138的使能端的使能端G1連接；得到的地址分配表就是連接；得到的地址分配表就是上表了，上表了，得到的存儲器的地址空間是得到的存儲器的地址空間是00000H03FFFH，可見仍然連續的。，可見仍然連續的。第第5章章 存儲器存儲器5.4.5 存儲器設計舉例存儲器設計舉例例例5.3 已知某已知某CPU有有16條地址線（條地址線（A

56、15A0），），8條數據條數據線（線（D7D0）和讀寫控制線（）和讀寫控制線（RD、WR）。設計一個）。設計一個32K8b的的RAM存儲器子系統，計算各存儲器芯片的地址空存儲器子系統，計算各存儲器芯片的地址空間。間。 方法一、方法一、62256 SRAM芯片實現芯片實現（1）選擇芯片種類和數量）選擇芯片種類和數量62256 SRAM芯片容量為芯片容量為32K8b，與給定設計的，與給定設計的RAM存儲器子系統相同，只需要存儲器子系統相同，只需要1片片62256芯片即可。芯片即可。第第5章章 存儲器存儲器（2）確定芯片用的地址線）確定芯片用的地址線由于由于62256內有內有32K（215）個存儲單

57、元，所以其地址線）個存儲單元，所以其地址線為為15條，與條，與CPU的低的低15位地址線（位地址線（A14A0）連接。）連接。（3）確定片選方法）確定片選方法由于只采用由于只采用1片存儲器芯片，所以片選信號采用線選法片存儲器芯片，所以片選信號采用線選法實現，接線簡單。片選信號由實現，接線簡單。片選信號由CPU的高位地址（存儲器芯片的高位地址（存儲器芯片不用的地址線）提供，在本例中，已知不用的地址線）提供，在本例中，已知CPU提供提供16條地址線，條地址線， 62256芯片占用了低芯片占用了低15位地址線（位地址線（A14A0），可選用），可選用A15作為作為片選線。片選線。 第第5章章 存儲器

58、存儲器（4）畫出邏輯原理圖）畫出邏輯原理圖 （5）計算存儲器的地址空間：）計算存儲器的地址空間：A15為為0時選中時選中62256芯片，所以存儲器芯片，所以存儲器的地址空間是的地址空間是0000H7FFFH 6225632K8bA15CEA14A0D7D0WEOEWRRD第第5章章 存儲器存儲器方法二、方法二、6264 SRAM芯片實現芯片實現（1）選擇芯片種類和數量）選擇芯片種類和數量6264 SRAM芯片容量為芯片容量為8K8b，需要芯片的數量為，需要芯片的數量為4。（2）確定芯片用的地址線）確定芯片用的地址線由于由于6264內有內有8K（213）個存儲單元，所以有）個存儲單元，所以有13

59、根地址線，與根地址線，與CPU的低的低13位地址線（位地址線（A12A0）連接。）連接。 （3）確定片選方法）確定片選方法采用譯碼法實現，因采用采用譯碼法實現，因采用4片存儲器芯片，可以選擇片存儲器芯片，可以選擇2-4譯碼器。片外地譯碼器。片外地址線址線A14、A13作為譯碼器的輸入，作為譯碼器的輸入，A15作為譯碼器的使能作為譯碼器的使能ST輸入（低電輸入（低電平有效），譯碼器的平有效），譯碼器的4個輸出端分別接個輸出端分別接4片片6264芯片的片選線（低電平有芯片的片選線（低電平有效）。效）。 4片存儲器芯片共用讀片存儲器芯片共用讀/寫控制線。據此分析可以畫出邏輯連線圖寫控制線。據此分析可

60、以畫出邏輯連線圖第第5章章 存儲器存儲器（4）畫出邏輯圖）畫出邏輯圖: 4片片6264 SRAM芯片與芯片與CPU連接圖連接圖第第5章章 存儲器存儲器（5）計算每片）計算每片6264芯片的地址空間：結果見下表芯片的地址空間：結果見下表表表5-6 5-6 圖圖5-215-21中每片中每片62646264芯片占據的地址范圍芯片占據的地址范圍器件編號器件編號A A1515A A1414 A A1313CSCS0 0 CS CS1 1 CS CS2 2 CS CS3 3A A1212 A A1111 A A1010 A A9 9 A A8 8 A A7 7 A A6 6 A A5 5 A A4 4 A