微機(jī)原理與接口技術(shù)漆強(qiáng)版第7章存儲(chǔ)器

1、第第7 7章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器第第7 7章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類1 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的主要技術(shù)指標(biāo)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的主要技術(shù)指標(biāo) 2 典型存儲(chǔ)器芯片典型存儲(chǔ)器芯片3 存儲(chǔ)器與系統(tǒng)的連接存儲(chǔ)器與系統(tǒng)的連接4第第7 7章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器v存儲(chǔ)器用來存放程序和數(shù)據(jù)，是計(jì)算機(jī)各存儲(chǔ)器用來存放程序和數(shù)據(jù)，是計(jì)算機(jī)各種信息的存儲(chǔ)和交流中心。存儲(chǔ)器可與種信息的存儲(chǔ)和交流中心。存儲(chǔ)器可與CPUCPU、輸入輸出設(shè)備交換信息，起存儲(chǔ)、緩沖、輸入輸出設(shè)備交換信息，起存儲(chǔ)、緩沖、傳遞信息的作用。傳遞信息的作用。v衡量存儲(chǔ)器有三個(gè)指標(biāo)：容量、速度和價(jià)衡量存儲(chǔ)器有三個(gè)指標(biāo)：容

2、量、速度和價(jià)格格/ /位。位。第第7 7章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)第第7 7章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器7.1 7.1 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類v內(nèi)存儲(chǔ)器一般由一定容量的速度較快的半內(nèi)存儲(chǔ)器一般由一定容量的速度較快的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器組成，導(dǎo)體存儲(chǔ)器組成，CPUCPU可直接對(duì)內(nèi)存執(zhí)行讀可直接對(duì)內(nèi)存執(zhí)行讀/ /寫操作。寫操作。v內(nèi)存儲(chǔ)器按存儲(chǔ)信息的特性可分為隨機(jī)存內(nèi)存儲(chǔ)器按存儲(chǔ)信息的特性可分為隨機(jī)存取存儲(chǔ)器取存儲(chǔ)器RAMRAM（Random Access MemoryRandom Access Memory）和）和只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器ROMROM（Read Only Memo

3、ryRead Only Memory）兩類。）兩類。第第7 7章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器第第7 7章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器7.2 7.2 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的主要技術(shù)指標(biāo)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的主要技術(shù)指標(biāo)v存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量就是以字或字節(jié)為單位來表示存儲(chǔ)器存儲(chǔ)存儲(chǔ)容量就是以字或字節(jié)為單位來表示存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元的總數(shù)。單元的總數(shù)。v讀寫速度讀寫速度 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的速度一般用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的速度一般用存取時(shí)間存取時(shí)間和和存儲(chǔ)周存儲(chǔ)周期期兩個(gè)指標(biāo)來衡量。兩個(gè)指標(biāo)來衡量。v可靠性可靠性 通常指存儲(chǔ)器對(duì)溫度、電磁場等環(huán)境變化的抵通常指存儲(chǔ)器對(duì)溫度、電磁場等環(huán)境變化的抵抗能力和工作壽命?？鼓芰凸ぷ鲏勖?。又稱存儲(chǔ)器訪問時(shí)間，是指又

4、稱存儲(chǔ)器訪問時(shí)間，是指從啟動(dòng)一次存儲(chǔ)器操作到完從啟動(dòng)一次存儲(chǔ)器操作到完成該操作所經(jīng)歷的時(shí)間。成該操作所經(jīng)歷的時(shí)間。指連續(xù)啟動(dòng)兩次獨(dú)立的存儲(chǔ)指連續(xù)啟動(dòng)兩次獨(dú)立的存儲(chǔ)器操作器操作(例如連續(xù)兩次讀操例如連續(xù)兩次讀操作作)所需間隔的最小時(shí)間。所需間隔的最小時(shí)間。第第7 7章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器7.3 7.3 典型存儲(chǔ)器芯片介紹典型存儲(chǔ)器芯片介紹1. Intel 21141. Intel 21141K1K4 4位的位的SRAM SRAM 六管存儲(chǔ)元電路六管存儲(chǔ)元電路單一的單一的+5V+5V電源供電電源供電所有的引腳都與所有的引腳都與TTLTTL電電平兼容平兼容第第7 7章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器7.3 7.3 典型

5、存儲(chǔ)器芯片介紹典型存儲(chǔ)器芯片介紹2. Intel 62642. Intel 62648K 8K 8 8位的位的SRAMSRAM0.8mCMOS0.8mCMOS工藝制造工藝制造單一的單一的+5V+5V電源供電電源供電高速度、低功耗高速度、低功耗全靜態(tài)，無須時(shí)鐘和全靜態(tài)，無須時(shí)鐘和定時(shí)選通信號(hào)定時(shí)選通信號(hào)I/OI/O端口是雙向、三態(tài)端口是雙向、三態(tài)控制，與控制，與TTLTTL電平兼容電平兼容第第7 7章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器Intel 62Intel 62系列系列第第7 7章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器7.3 7.3 典型存儲(chǔ)器芯片介紹典型存儲(chǔ)器芯片介紹3. Intel 512563. Intel 5125632K

6、32K8 8位的位的SRAMSRAMIntel 51256工作方式工作方式第第7 7章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器7.3 7.3 典型存儲(chǔ)器芯片介紹典型存儲(chǔ)器芯片介紹4. Intel 21644. Intel 216464K64K1bit1bit的的DRAMDRAM址線只有址線只有8 8位，位，1616位的位的地址信號(hào)分為行地址和地址信號(hào)分為行地址和列地址，分兩次送入芯列地址，分兩次送入芯片。片。第第7 7章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器第第7 7章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器Intel 21Intel 21系列系列第第7 7章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器7.3 7.3 典型存儲(chǔ)器芯片介紹典型存儲(chǔ)器芯片介紹5. Intel 412565. I

7、ntel 41256 256K 256K1 1位位DRAMDRAM，存取時(shí)間，存取時(shí)間200200300ns300ns，地址線，地址線只有一半的位數(shù)，行地址和列地址分兩次輸入。只有一半的位數(shù)，行地址和列地址分兩次輸入。第第7 7章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器7.3 7.3 典型存儲(chǔ)器芯片介紹典型存儲(chǔ)器芯片介紹6. Intel 271286. Intel 27128128K128K（16K16K8 8位）的位）的EPROMEPROM1414條地址線，經(jīng)過譯條地址線，經(jīng)過譯碼在碼在16K16K地址中選中一個(gè)地址中選中一個(gè)單元單元最大訪問時(shí)間最大訪問時(shí)間250ns250ns，與高速與高速8MHz8MHz的的iP

8、AX186iPAX186兼兼容容第第7 7章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器2712827128的工作模式的工作模式第第7 7章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器7.3 7.3 典型存儲(chǔ)器芯片介紹典型存儲(chǔ)器芯片介紹7. 28C647. 28C64 28C 28C系列是包含不同容量的系列是包含不同容量的E E2 2PROMPROM芯片。芯片。 與與EPROMEPROM相比，相比，E E2 2PROMPROM的優(yōu)點(diǎn)是：編程與擦寫所的優(yōu)點(diǎn)是：編程與擦寫所需的電流極小，速度快（需的電流極小，速度快（10ms10ms）；擦寫可以按字節(jié)）；擦寫可以按字節(jié)分別進(jìn)行。分別進(jìn)行。第第7 7章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器28C6428C64的兩種封裝的兩種封

9、裝第第7 7章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器7.3 7.3 典型存儲(chǔ)器芯片介紹典型存儲(chǔ)器芯片介紹8. K9F6408U0A8. K9F6408U0A典型的典型的NAND FlashNAND Flash芯片芯片數(shù)據(jù)寬度為數(shù)據(jù)寬度為8 8位，可復(fù)用，既可位，可復(fù)用，既可作為地址和數(shù)據(jù)的輸入作為地址和數(shù)據(jù)的輸入/ /輸出引腳輸出引腳，又可作命令的輸入引腳，根據(jù)時(shí)，又可作命令的輸入引腳，根據(jù)時(shí)序采用分時(shí)循環(huán)序采用分時(shí)循環(huán)芯片內(nèi)部存儲(chǔ)單元按頁和塊的結(jié)芯片內(nèi)部存儲(chǔ)單元按頁和塊的結(jié)構(gòu)組織構(gòu)組織寫和讀以頁為單位，而擦除以塊寫和讀以頁為單位，而擦除以塊為單位。讀、寫和擦除操作均通過為單位。讀、寫和擦除操作均通過命令完成命令完

10、成寫入每頁的時(shí)間為寫入每頁的時(shí)間為200us200us，平均，平均每寫一個(gè)字節(jié)約每寫一個(gè)字節(jié)約400ns400ns，即約，即約20Mb/s20Mb/s。此芯片可擦寫。此芯片可擦寫1 1百萬次，百萬次，掉電數(shù)據(jù)不丟失，數(shù)據(jù)可保存十年掉電數(shù)據(jù)不丟失，數(shù)據(jù)可保存十年第第7 7章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器7.4 7.4 存儲(chǔ)器與系統(tǒng)的連接存儲(chǔ)器與系統(tǒng)的連接vCPUCPU對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀/ /寫操作時(shí)，首先由地寫操作時(shí)，首先由地址總線給出地址信號(hào)，然后要對(duì)存儲(chǔ)器發(fā)址總線給出地址信號(hào)，然后要對(duì)存儲(chǔ)器發(fā)出讀操作或?qū)懖僮鞯目刂菩盘?hào)，最后在數(shù)出讀操作或?qū)懖僮鞯目刂菩盘?hào)，最后在數(shù)據(jù)總線上進(jìn)行信息交換。據(jù)總線上進(jìn)

11、行信息交換。v存儲(chǔ)器與系統(tǒng)之間通過存儲(chǔ)器與系統(tǒng)之間通過ABAB、DBDB及有關(guān)的控及有關(guān)的控制信號(hào)線相連接，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器體系制信號(hào)線相連接，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器體系時(shí)需要將這三類信號(hào)線正確連接。時(shí)需要將這三類信號(hào)線正確連接。第第7 7章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器7.4.1 7.4.1 存儲(chǔ)器擴(kuò)展存儲(chǔ)器擴(kuò)展v若干存儲(chǔ)芯片和系統(tǒng)進(jìn)行連接擴(kuò)展，通常若干存儲(chǔ)芯片和系統(tǒng)進(jìn)行連接擴(kuò)展，通常有三種方式：有三種方式：位擴(kuò)展位擴(kuò)展字?jǐn)U展字?jǐn)U展字位擴(kuò)展字位擴(kuò)展第第7 7章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器位擴(kuò)展（位并聯(lián)法）位擴(kuò)展（位并聯(lián)法）v位擴(kuò)展指用多個(gè)存儲(chǔ)器器件對(duì)字長進(jìn)行擴(kuò)位擴(kuò)展指用多個(gè)存儲(chǔ)器器件對(duì)字長進(jìn)行擴(kuò)充。一個(gè)地址同時(shí)控制多個(gè)存儲(chǔ)

12、器芯片。充。一個(gè)地址同時(shí)控制多個(gè)存儲(chǔ)器芯片。第第7 7章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器字?jǐn)U展（地址串聯(lián)法）字?jǐn)U展（地址串聯(lián)法）v字?jǐn)U展指的是增加存儲(chǔ)器中字的數(shù)量。字?jǐn)U展指的是增加存儲(chǔ)器中字的數(shù)量。第第7 7章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器字位擴(kuò)展字位擴(kuò)展v實(shí)際存儲(chǔ)器往往需要字向和位向同時(shí)擴(kuò)充實(shí)際存儲(chǔ)器往往需要字向和位向同時(shí)擴(kuò)充。v一個(gè)存儲(chǔ)器的容量為一個(gè)存儲(chǔ)器的容量為M MN N位，若使用位，若使用L LK K位存儲(chǔ)器芯片，那么，這個(gè)存儲(chǔ)器共需要位存儲(chǔ)器芯片，那么，這個(gè)存儲(chǔ)器共需要（M/LM/L）（）（N/KN/K）個(gè)存儲(chǔ)器芯片。）個(gè)存儲(chǔ)器芯片。第第7 7章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器7.4.2 7.4.2 存儲(chǔ)器地址譯碼存儲(chǔ)器地址譯

13、碼v存儲(chǔ)單元的地址由片內(nèi)地址信號(hào)線和片選存儲(chǔ)單元的地址由片內(nèi)地址信號(hào)線和片選信號(hào)線的狀態(tài)共同決定。信號(hào)線的狀態(tài)共同決定。v常用的片選信號(hào)產(chǎn)生方法有以下三種：常用的片選信號(hào)產(chǎn)生方法有以下三種：全地址譯碼全地址譯碼部分地址譯碼部分地址譯碼線選擇譯碼線選擇譯碼片選信號(hào)由地址線中所有不在存儲(chǔ)器片選信號(hào)由地址線中所有不在存儲(chǔ)器上的地址線譯碼產(chǎn)生，存儲(chǔ)器芯片中上的地址線譯碼產(chǎn)生，存儲(chǔ)器芯片中的每一個(gè)存儲(chǔ)單元只對(duì)應(yīng)內(nèi)存空間的的每一個(gè)存儲(chǔ)單元只對(duì)應(yīng)內(nèi)存空間的一個(gè)地址一個(gè)地址特點(diǎn)：尋址范圍大，地址連續(xù)，不會(huì)特點(diǎn)：尋址范圍大，地址連續(xù)，不會(huì)發(fā)生因高位地址不確定而產(chǎn)生的地址發(fā)生因高位地址不確定而產(chǎn)生的地址重復(fù)現(xiàn)象重

14、復(fù)現(xiàn)象也稱局部地址譯碼。片選信號(hào)不是由也稱局部地址譯碼。片選信號(hào)不是由地址線中所有不在存儲(chǔ)器上的地址線地址線中所有不在存儲(chǔ)器上的地址線譯碼產(chǎn)生，而是只有部分高位地址線譯碼產(chǎn)生，而是只有部分高位地址線被送入譯碼電路產(chǎn)生片選信號(hào)。被送入譯碼電路產(chǎn)生片選信號(hào)。特點(diǎn)：某些高位地址線被省略而不參特點(diǎn)：某些高位地址線被省略而不參加地址譯碼，簡化了地址譯碼電路，加地址譯碼，簡化了地址譯碼電路，但地址空間有重疊。但地址空間有重疊。線選法是指高位地址線中的某一條作線選法是指高位地址線中的某一條作為存儲(chǔ)器芯片的片選控制信號(hào)的譯碼為存儲(chǔ)器芯片的片選控制信號(hào)的譯碼方式。方式。優(yōu)點(diǎn)：選擇芯片不需要外加邏輯電路，優(yōu)點(diǎn)：選

15、擇芯片不需要外加邏輯電路，譯碼線路簡單。缺點(diǎn)：地址重疊區(qū)域譯碼線路簡單。缺點(diǎn)：地址重疊區(qū)域多，適用于擴(kuò)展容量較小的系統(tǒng)。多，適用于擴(kuò)展容量較小的系統(tǒng)。第第7 7章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器7.4.3 8086CPU7.4.3 8086CPU與存儲(chǔ)器的連接與存儲(chǔ)器的連接第第7 7章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器7.4.3 8086CPU7.4.3 8086CPU與存儲(chǔ)器的連接與存儲(chǔ)器的連接第第7 7章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器1.CPU1.CPU與存儲(chǔ)器的接口與存儲(chǔ)器的接口v8086CPU8086CPU有最小與最大兩種工作模式。有最小與最大兩種工作模式。最小模式的控制信號(hào)僅由最小模式的控制信號(hào)僅由80868086產(chǎn)生。產(chǎn)生。最大

16、模式需用總線控制器最大模式需用總線控制器82888288協(xié)同產(chǎn)生控制信協(xié)同產(chǎn)生控制信號(hào)。號(hào)。第第7 7章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器1.CPU1.CPU與存儲(chǔ)器的接口與存儲(chǔ)器的接口最小模式最小模式 最大模式最大模式第第7 7章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器2.2.存儲(chǔ)器接口分析存儲(chǔ)器接口分析vROMROM接口電路接口電路 只讀存儲(chǔ)器在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的功能主要只讀存儲(chǔ)器在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的功能主要是存儲(chǔ)程序、常數(shù)和系統(tǒng)參數(shù)等。目前常是存儲(chǔ)程序、常數(shù)和系統(tǒng)參數(shù)等。目前常用的有用的有2727系列和系列和2828系列系列EPROMEPROM芯片。芯片。第第7 7章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器【例【例6-16-1】設(shè)計(jì)一】設(shè)計(jì)一ROMROM擴(kuò)展電

17、路，容量為擴(kuò)展電路，容量為32K32K字，地字，地址從址從00000H00000H開始。開始。EPROMEPROM芯片采用芯片采用2725627256。第第7 7章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器32K字字EPROM的地址范圍表的地址范圍表第第7 7章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器2.2.存儲(chǔ)器接口分析存儲(chǔ)器接口分析vRAMRAM接口電路接口電路 隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的功能隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的功能主要是：存儲(chǔ)程序、變量等。常用的有主要是：存儲(chǔ)程序、變量等。常用的有6161和和6262系列系列SRAMSRAM芯片。芯片。第第7 7章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器2.2.存儲(chǔ)器接口分析存儲(chǔ)器接口分析v與與ROMROM接口電

18、路不同，接口電路不同，CPUCPU對(duì)對(duì)RAMRAM不僅要進(jìn)行不僅要進(jìn)行1616位讀操作，還要進(jìn)行寫操作。寫操作有位讀操作，還要進(jìn)行寫操作。寫操作有3 3種類型：寫種類型：寫1616位數(shù)據(jù)、寫低位數(shù)據(jù)、寫低8 8位數(shù)據(jù)和寫高位數(shù)據(jù)和寫高8 8位數(shù)據(jù)。位數(shù)據(jù)。第第7 7章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器【例【例6-26-2】設(shè)計(jì)一】設(shè)計(jì)一RAMRAM擴(kuò)展電路，容量為擴(kuò)展電路，容量為32K32K字，地字，地址從址從10000H10000H開始。芯片采用開始。芯片采用6225662256。第第7 7章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器32K字字RAM的地址范圍表的地址范圍表第第7 7章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器3.3.存儲(chǔ)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例存儲(chǔ)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例【例【例6-36-3】某】某80868086系統(tǒng)工作于最小模式下的存儲(chǔ)器系統(tǒng)工作于最小模式下的存儲(chǔ)器系統(tǒng)如圖系統(tǒng)如圖6-176-17所示。圖中所示。圖中8086CPU8086CPU芯片上的地址、芯片上的地址、數(shù)據(jù)信號(hào)線經(jīng)鎖存、驅(qū)動(dòng)后成為地址總線數(shù)據(jù)信號(hào)線經(jīng)鎖存、驅(qū)動(dòng)后成為地址總線A A1919-A-A0 0、數(shù)、數(shù)據(jù)總線據(jù)總線D D1515-D-D0 0。兩片。兩片EEPROMEEPROM為為2725627256。兩片。兩片RAMRAM為為6225662256。譯碼器。譯碼器7413874138擔(dān)任片選譯碼。擔(dān)任片選譯碼。第第7 7章章 存儲(chǔ)器存