第五章存儲(chǔ)器1ppt課件

1、第五章第五章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器5-1 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器簡(jiǎn)介半導(dǎo)體存儲(chǔ)器簡(jiǎn)介5-2 5-2 典型芯片介紹典型芯片介紹5-3 5-3 高速緩沖存儲(chǔ)器高速緩沖存儲(chǔ)器CacheCache）5-4 5-4 存儲(chǔ)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)存儲(chǔ)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)5-1 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器簡(jiǎn)介半導(dǎo)體存儲(chǔ)器簡(jiǎn)介CPURAM讀寫(xiě)ROM只讀數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線接接口口硬盤(pán)硬盤(pán)軟盤(pán)軟盤(pán)光盤(pán)光盤(pán)磁帶磁帶一、微機(jī)存儲(chǔ)器一、微機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)存內(nèi)存外存外存控制總線控制總線地址地址總線總線地地址址譯譯碼碼器器二、主要技術(shù)指標(biāo)二、主要技術(shù)指標(biāo) 存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量 存取時(shí)間和存取周期存取時(shí)間和存取周期 功耗功耗 平均故障間隔時(shí)間平均故障間隔時(shí)間MTBFMTBF）（可靠性）（可靠

2、性） （Mean Time Between Mean Time Between Failure Failure ）存儲(chǔ)器芯片的容量存儲(chǔ)器芯片的容量CPU直接尋址的內(nèi)存容量直接尋址的內(nèi)存容量請(qǐng)分清：請(qǐng)分清：5-1 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器簡(jiǎn)介半導(dǎo)體存儲(chǔ)器簡(jiǎn)介存儲(chǔ)容量？存儲(chǔ)容量？由由CPU地址線的條數(shù)決定地址線的條數(shù)決定例例8088CPU地址線地址線20條，可尋址條，可尋址220個(gè)單元個(gè)單元存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量地址線地址線 A13A12A11A10 A9.A0 地址范圍地址范圍 10條條 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 000H （1KB） 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3FFH 14條條 0

3、0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0000H（16KB） 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3FFFH5-1 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器簡(jiǎn)介半導(dǎo)體存儲(chǔ)器簡(jiǎn)介地址單元數(shù)地址單元數(shù)每單元的位數(shù)每單元的位數(shù)2地址線數(shù)量地址線數(shù)量數(shù)據(jù)線數(shù)量數(shù)據(jù)線數(shù)量1K B = 210 8 1M B = 220 8 1G B = 230 85-1 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器簡(jiǎn)介半導(dǎo)體存儲(chǔ)器簡(jiǎn)介三、按存儲(chǔ)性質(zhì)分類三、按存儲(chǔ)性質(zhì)分類半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器隨機(jī)存取存儲(chǔ)器隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM只讀存取存儲(chǔ)器只讀存取存儲(chǔ)器ROM可讀、寫(xiě)，存放用可讀、寫(xiě)，存放用戶當(dāng)前程序戶當(dāng)前程序斷電后內(nèi)容消失斷電后內(nèi)容消失只讀，存

4、放引導(dǎo)程只讀，存放引導(dǎo)程序加電運(yùn)行）序加電運(yùn)行）斷電后內(nèi)容不消失斷電后內(nèi)容不消失靜態(tài)存儲(chǔ)器靜態(tài)存儲(chǔ)器SRAM動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器DRAM集成度低、速度快、集成度低、速度快、容量小容量小集成度高、速度慢、集成度高、速度慢、容量大容量大掩膜式掩膜式ROM可編程可編程ROM：PROM可擦除可擦除PROM：EPROM可擦除可編程可擦除可編程PROM：E2PROM 存放引導(dǎo)程序；存放引導(dǎo)程序； 只讀；只讀； 斷電內(nèi)容不消失斷電內(nèi)容不消失2、只讀存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器ROMRead Only Memory）5-1 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器簡(jiǎn)介半導(dǎo)體存儲(chǔ)器簡(jiǎn)介VCC行線行線列線列線熔絲熔絲 接通接通（1掩膜掩膜ROM：批量

5、；：批量；（2PROM：一次性編程；：一次性編程；“1”（3EPROM：可編程、紫外線照射擦除；：可編程、紫外線照射擦除；（4） E2PROM：可編程、電信號(hào)擦除，方便，價(jià)格較貴。：可編程、電信號(hào)擦除，方便，價(jià)格較貴。四、存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)組織四、存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)組織存儲(chǔ)字：一次讀取的數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)字：一次讀取的數(shù)據(jù)。一個(gè)內(nèi)存單元存放一個(gè)內(nèi)存單元存放8位二進(jìn)制數(shù)，位二進(jìn)制數(shù)，2000H2019H2019H2019HM4433221132位的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：位的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：11223344H5-1 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器簡(jiǎn)介半導(dǎo)體存儲(chǔ)器簡(jiǎn)介5-2 5-2 典型芯片介紹典型芯片介紹一、靜態(tài)一、靜態(tài)RAMSRAM） 要點(diǎn)：要點(diǎn)

6、：主要引腳功能主要引腳功能工作時(shí)序工作時(shí)序與系統(tǒng)連接與系統(tǒng)連接Intel典型芯片：典型芯片：6264 （8K*8位）位）6212816K*8位）位）6225632K*8位）位）6264A12 A0D7 D0 VCCCS1NCGNDCS2WEOE靜態(tài)靜態(tài)RAM芯片芯片6264引腳介紹：引腳介紹：地址線地址線 A12 A0；數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線 D7 D0 ；容量容量 8K*8位位WE：寫(xiě)允許信號(hào)：寫(xiě)允許信號(hào)OE；讀允許信號(hào)；讀允許信號(hào)CS1、CS2：片選信號(hào)：片選信號(hào) CS2 CS1WE OE讀讀 1 0 1 0寫(xiě)寫(xiě) 1 0 0 6264A12 A0D7 D0 VCCCS1NCGNDCS2WEOE5-2

7、 5-2 典型芯片介紹典型芯片介紹6264芯片與芯片與CPU系統(tǒng)的連接系統(tǒng)的連接D0D7A0A12WEOECS1CS2A0A12MEMWMEMR譯碼譯碼電路電路高位地高位地址信號(hào)址信號(hào)D0D75-2 5-2 典型芯片介紹典型芯片介紹8088CPU6264二、動(dòng)態(tài)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器二、動(dòng)態(tài)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器DRAM）1、電容存儲(chǔ)、電容存儲(chǔ) “1或或“0”, 存儲(chǔ)信息不穩(wěn)定存儲(chǔ)信息不穩(wěn)定;2、刷新電路：將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)讀出、經(jīng)放大后再寫(xiě)入、刷新電路：將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)讀出、經(jīng)放大后再寫(xiě)入3、由、由DRAM控制器使行列地址線分時(shí)輸入控制器使行列地址線分時(shí)輸入行選擇線行選擇線列列選選擇擇線線刷新刷新放大器放大器QC數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線

8、5-2 5-2 典型芯片介紹典型芯片介紹Intel 2164DRAM 芯片芯片64K*1）數(shù)據(jù)輸出線數(shù)據(jù)輸出線 DOUT ，數(shù)據(jù)輸入線，數(shù)據(jù)輸入線 DIN地址線地址線 A7A0行列分時(shí)）行列分時(shí)）容量容量 216*1=64K*1bit2164A7A0VSSDI NRASVDDCASDOUTWE行地址選擇兼片選信號(hào)行地址選擇兼片選信號(hào) RAS列地址選擇列地址選擇 CAS5-2 5-2 典型芯片介紹典型芯片介紹2：1行列轉(zhuǎn)換行列轉(zhuǎn)換延時(shí)延時(shí)2164CASRASA15A0100ns60ns8控制信號(hào)控制信號(hào)A7A0圖圖5-10 2164內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 返回本節(jié)返回本節(jié) 下面以下面以DR

9、AM的的2164A為例來(lái)說(shuō)明為例來(lái)說(shuō)明DRAM的外部特性及工作過(guò)程。的外部特性及工作過(guò)程。A0A7存儲(chǔ)矩陣256256行地址鎖存及譯碼列地址鎖存及譯碼.列放大器.DoutDin控制電路RAS#CAS#WE#DRAM的工作過(guò)程的工作過(guò)程數(shù)據(jù)讀出：首先將行地址加在數(shù)據(jù)讀出：首先將行地址加在A0A7上，然后上，然后使使RAS行地址鎖存信號(hào)有效，在其下降沿將行地址鎖存信號(hào)有效，在其下降沿將行地址鎖存在芯片內(nèi)部。接著將列地址加到行地址鎖存在芯片內(nèi)部。接著將列地址加到芯片芯片 的的A0A7上，再使上，再使CAS地址鎖存信號(hào)有地址鎖存信號(hào)有效，其下降沿將列地址鎖存在芯片內(nèi)部。然效，其下降沿將列地址鎖存在芯片

10、內(nèi)部。然后保持后保持WE=1，則在，則在CAS有效期間低電平），有效期間低電平），數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)由DOUT端輸出并保持。端輸出并保持。數(shù)據(jù)寫(xiě)入：與數(shù)據(jù)讀出的過(guò)程基本類似，區(qū)別數(shù)據(jù)寫(xiě)入：與數(shù)據(jù)讀出的過(guò)程基本類似，區(qū)別是送完列地址后，要將是送完列地址后，要將WE端置為低電平，然端置為低電平，然后把要寫(xiě)入的數(shù)據(jù)從后把要寫(xiě)入的數(shù)據(jù)從DIN端輸入。端輸入。 刷新：將動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器中存放的每一位信息刷新：將動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器中存放的每一位信息讀出并重新寫(xiě)入過(guò)程。讀出并重新寫(xiě)入過(guò)程。 刷新方法：使列地址鎖存信號(hào)無(wú)效刷新方法：使列地址鎖存信號(hào)無(wú)效CAS=1），送上行地址并使行地址鎖存），送上行地址并使行地址鎖存信號(hào)信號(hào)RAS

11、有效有效RAS=0），然后芯片內(nèi)部），然后芯片內(nèi)部刷新電路就會(huì)將所選中行各單元上的信息刷新電路就會(huì)將所選中行各單元上的信息進(jìn)行刷新。每次送出不同的行地址，就可進(jìn)行刷新。每次送出不同的行地址，就可以刷新不同行的存儲(chǔ)單元，只要將行地址以刷新不同行的存儲(chǔ)單元，只要將行地址循環(huán)一遍，則可刷新整個(gè)芯片的所有存儲(chǔ)循環(huán)一遍，則可刷新整個(gè)芯片的所有存儲(chǔ)單元。單元。 DRAM要求每隔要求每隔28ms刷新一次，這個(gè)刷新一次，這個(gè)時(shí)間稱為刷新周期。在刷新期間，時(shí)間稱為刷新周期。在刷新期間，DRAM不能進(jìn)行正常的讀寫(xiě)操作的，是由刷新控不能進(jìn)行正常的讀寫(xiě)操作的，是由刷新控制電路來(lái)保證。制電路來(lái)保證。2164A0A7RA

12、S#CAS#WE#ALS158BA0A7A8A15ADDSELLS245A BDR ED0D7MEMRRAMADSELD0D7Intel 2764的引腳簡(jiǎn)介：的引腳簡(jiǎn)介：地址線地址線 A12A0數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線 D7D0容量容量 213*8=8K*8編程脈沖編程脈沖 PGMOE 輸出允許輸出允許片選片選 CSIntel 2716 （2K*8）Intel 2732 （4K*8）Intel 2764 （8K*8） Intel 27256 （32K*8）2764A12A0VCCCSGNDVPPPGMD7D0OE三、可編程可擦除三、可編程可擦除EPROM芯片芯片5-2 5-2 典型芯片介紹典型芯片介紹27

13、64 EPROM工作方式工作方式工作方式 CE OE PGM VPP VCC 數(shù)據(jù)線狀態(tài)數(shù)據(jù)線狀態(tài) 讀出讀出 0 0 1 +5V +5V DOUT 維持維持 1 x x +5V +5V 高阻態(tài)高阻態(tài) 編程編程 0 1 0 +21V +5V DIN編程檢驗(yàn)編程檢驗(yàn) 0 0 1 +21V +5V DOUT編程禁止編程禁止 1 x x +21V +5V 高阻態(tài)高阻態(tài)1.讀方式讀方式 是是2764正常的工作方式。首先把要讀出的存儲(chǔ)單正常的工作方式。首先把要讀出的存儲(chǔ)單元地址送到元地址送到A0A12地址線上，然后使地址線上，然后使CE=0、OE=0，就可在芯片的就可在芯片的D0D7上讀出需要的數(shù)據(jù)。上讀

14、出需要的數(shù)據(jù)。2.維持方式維持方式 有效功耗從有效功耗從100mA降到降到40mA。3.編程編程 在原始狀態(tài)或每次擦除之后，在原始狀態(tài)或每次擦除之后，2764所所有各位均處于有各位均處于“1狀態(tài)，編程就是將數(shù)狀態(tài)，編程就是將數(shù)據(jù)按程序有選擇地把據(jù)按程序有選擇地把“0態(tài)置入相應(yīng)的態(tài)置入相應(yīng)的各位。各位。 編程狀態(tài)，編程狀態(tài)，PGM=0，VPP=+21V誤誤差正負(fù)一伏），差正負(fù)一伏），OE=1，CE=0，被編程，被編程的的8位數(shù)據(jù)并行輸入到位數(shù)據(jù)并行輸入到2764的數(shù)據(jù)輸入端。的數(shù)據(jù)輸入端。編程負(fù)脈沖編程負(fù)脈沖PGM的最大脈寬為的最大脈寬為50 + 5ms。 2764有兩種編程方式：標(biāo)準(zhǔn)編程和靈有

15、兩種編程方式：標(biāo)準(zhǔn)編程和靈巧編程。巧編程。 標(biāo)準(zhǔn)編程標(biāo)準(zhǔn)編程 VCC=+5V，VPP=+21V，在地址線，在地址線A0A12上給出要編程存儲(chǔ)單元的地址信號(hào)，上給出要編程存儲(chǔ)單元的地址信號(hào)，然后使然后使CE=0，OE=1，在數(shù)據(jù)線上給出要寫(xiě)，在數(shù)據(jù)線上給出要寫(xiě)入的數(shù)據(jù)。上述信號(hào)穩(wěn)定以后，在入的數(shù)據(jù)。上述信號(hào)穩(wěn)定以后，在PGM端上端上加加505ms的負(fù)脈沖，這樣將一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)的負(fù)脈沖，這樣將一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)寫(xiě)到相應(yīng)地址單元中。不斷重復(fù)這個(gè)過(guò)程。寫(xiě)到相應(yīng)地址單元中。不斷重復(fù)這個(gè)過(guò)程。 如果其他信號(hào)狀態(tài)不變，只是在每寫(xiě)入如果其他信號(hào)狀態(tài)不變，只是在每寫(xiě)入一個(gè)單元的數(shù)據(jù)后將一個(gè)單元的數(shù)據(jù)后將OE變低，則可以立即對(duì)變低，則可以立即對(duì)剛寫(xiě)入的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)。當(dāng)然也可以寫(xiě)完所剛寫(xiě)入的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)。當(dāng)然也可以寫(xiě)完所有單元后再統(tǒng)一進(jìn)行校驗(yàn)。若寫(xiě)入數(shù)據(jù)有錯(cuò)，有單元后再統(tǒng)一進(jìn)行校驗(yàn)。若寫(xiě)入數(shù)據(jù)有錯(cuò)，則必須全部擦除，再重寫(xiě)。則必須全部擦除，再重寫(xiě)。 靈巧編程靈巧編程 每次用每次用1ms的的PGM進(jìn)行編程，接著進(jìn)行編程，接著進(jìn)行校驗(yàn)。若不成功，再加進(jìn)行校驗(yàn)。若不成功，再加1ms的的PGM脈沖，最多進(jìn)行脈沖，最多進(jìn)行15次。次。 靈巧編程比標(biāo)準(zhǔn)編程快靈巧編程比標(biāo)準(zhǔn)編程快5倍左右，且倍左右，且有更高的可靠性和安全性。有更高的可靠性和安全性。