第八講存儲器接口設(shè)計(jì)

第八講存儲器接口設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容存儲器的類型和各自特點(diǎn)；存儲器接口設(shè)計(jì)；教學(xué)目的了解存儲器的分類和各自特點(diǎn)；掌握存儲器的接口設(shè)計(jì)方法靜態(tài)RAM的數(shù)據(jù)線、地址線如何與CPU系統(tǒng)連接；靜態(tài)RAM的控制線(OE/CS/CE/WE等)如何與CPU系統(tǒng)連接；進(jìn)一步理解一些常用IC的功能（244/245、273/373、138、各種與門、或門、非門、與非門、或非門）；培養(yǎng)看懂電路框圖、原理圖的能力；能夠配合硬件電路編寫相應(yīng)的軟件代碼。8.1存儲器基本概念作用：存放程序代碼和各種數(shù)據(jù)；CPU通過Cache讀取內(nèi)存中的程序、數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理、運(yùn)算、控制；分類：Cache/內(nèi)存/外存（讀寫速度從高到低，容量從小到大）；存儲介質(zhì)：半導(dǎo)體/磁/光；RAM(RandomAccessMemory)和ROM(ReadOnlyMemory)RAM：可讀可寫，斷電后信息丟失；存放程序運(yùn)行中的臨時(shí)數(shù)據(jù)。PC系統(tǒng)中的內(nèi)存、COMS屬于RAM；ROM：可讀，不能按照普通方法寫；斷電后信息不丟失；存放程序代碼、掉電后需要保存的數(shù)據(jù)等。BIOS芯片。RAM可進(jìn)一步分為靜態(tài)（SRAM）和動態(tài)（DRAM）；ROM有ROM/PROM/EPROM/EEPROM；目前還有能按常規(guī)方法(無需紫外線擦、高壓寫)可讀、可寫的Flash；8.1存儲器基本概念分類：RAM可進(jìn)一步分為靜態(tài)RAM和動態(tài)RAM；SRAM——StaticRAM

靜態(tài)RAM依靠雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器存儲信息，即一個(gè)雙穩(wěn)態(tài)電路單元存放一位二進(jìn)制信息，一種穩(wěn)態(tài)為0，另一種穩(wěn)態(tài)為1。只要電源正常就能長期保存信息，不需動態(tài)刷新，所以稱為靜態(tài)存儲器。本課中所用的6116/6264等即屬于靜態(tài)RAM。靜態(tài)RAM的速度快，功耗較大，集成度較低，常用于小容量的存儲器中。

DRAM——DynamicRAM

動態(tài)RAM依靠電容暫存電荷來存儲信息，電容充電至高電平為1，放電至低電平為0。由于暫存電荷會逐漸泄漏，需要定期補(bǔ)充電荷來維持為1的存儲內(nèi)容，這種方法稱為動態(tài)刷新。動態(tài)RAM即使在不斷電的時(shí)候，也必須定時(shí)刷新，但這種刷新是自動進(jìn)行的并不需要使用人員干預(yù)。動態(tài)RAM功耗較小，集成度較高，但速度稍慢一些。常用來構(gòu)成容量較大的存儲器。

DRAM還可分為DRAM/EDO-RAM/SDRAM/DDR-SDRAM8.1存儲器基本概念分類：DRAM還可分為DRAM/EDO-RAM/SDRAM/DDR-SDRAM；DRAM——DynamicRAM

DRAM沒有系統(tǒng)時(shí)鐘，存取速度慢，其接口多為72線的SIMM類型。已淘汰；EDO-RAM——ExtendedDataOutRAM

EDORAM同DRAM相似，它取消了擴(kuò)展數(shù)據(jù)輸出內(nèi)存與傳輸內(nèi)存兩個(gè)存儲周期之間的時(shí)間間隔，故而速度比普通DRAM快15-30%。早期的Pentium/K6中使用，已淘汰。SDRAM——SynchronizedDynamicRAM

利用一個(gè)單一的系統(tǒng)時(shí)鐘同步所有的地址數(shù)據(jù)和控制信號。使用SDRAM不但能提高系統(tǒng)表現(xiàn)，還能簡化設(shè)計(jì)、提供高速的數(shù)據(jù)傳輸。訪問速度最大可達(dá)到133MHz。810/815(E/P)/KT133(A)等芯片組搭配的內(nèi)存都為SDRAM。8.1存儲器基本概念分類：DRAM還可分為DRAM/EDO-RAM/SDRAM/DDR-SDRAM；DDR-SDRAM——DoubleDataRateSDRAM

現(xiàn)代PC中的CPU處理速度越來越快，對內(nèi)存的要求也更高。若內(nèi)存的訪問速度不能提高，CPU速度再快，整個(gè)系統(tǒng)的性能也會受到影響。 DDR，是“雙倍速率SDRAM”的意思，它在時(shí)鐘的上、下沿都能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，其性能為SDRAM的兩倍，制造成本只比SDRAM略高一些（約為10%左右）。

目前主流PC的內(nèi)存都是DDR型的。8.1存儲器基本概念分類：ROM有ROM/PROM/EPROM/EEPROM；Flash；ROM中的信息只能被讀出，而不能被操作者修改或刪除，故一般用于存放固定的程序，如監(jiān)控程序、匯編程序等，以及存放各種表格，通常為OTP(OneTimeProgrammable)型，即只能一次性編程，不能重復(fù)使用； 若要重復(fù)使用，需用PROM：EPROM/EEPROM在系統(tǒng)：可以在用戶程序運(yùn)行過程中，由用戶程序進(jìn)行擦除、寫入操作。8.1存儲器基本概念分類：ROM有ROM/PROM/EPROM/EEPROM；Flash；EPROM（ErasableProgrammableROM）可擦除可編程ROM

擦除內(nèi)部信息需要用紫外燈照射；寫時(shí)需要專門編程器；EEPROM（ElectricallyErasableProgrammableROM）電可擦除可編程ROM）：擦除、寫入都需要專門編程器；IC芯片編號：27Cxxx(16/32..)——28Cxxx(64/128)——29Cxxx(1024b)——8.1存儲器基本概念分類：ROM有ROM/PROM/EPROM/EEPROM；Flash；Flash：又稱閃存，由于擦除、寫入無需額外的高電壓；支持在線、在系統(tǒng)編程；可重復(fù)擦、寫萬次以上；數(shù)據(jù)至少可以保持10年；擦寫速度較快(幾個(gè)ms內(nèi))等特性，在在數(shù)碼相機(jī)、USB接口閃盤等電子產(chǎn)品中大顯身手，其透人的優(yōu)異性能得到了廣大用戶的青睞。

IC芯片編號：27Cxxx(16/32..)——28Cxxx(64/128)——29Cxxx(1024b)——8.1存儲器基本概念有關(guān)性能參數(shù)：內(nèi)存條的工作頻率、總線寬度、帶寬 一根內(nèi)存條上面通常有8/16塊DRAM芯片，每塊DRAM的容量視內(nèi)存條的容量而定； 當(dāng)前SDRAM/DDR內(nèi)存條的工作頻率為100MHz/133MHz/150MHz等，由主板上的時(shí)鐘電路提供； 當(dāng)前內(nèi)存條的總線寬度為64位； 帶寬=工作頻率×內(nèi)存總線寬度； 帶寬越大，說明和CPU交換數(shù)據(jù)時(shí)，其數(shù)據(jù)吞吐能力越強(qiáng)，系統(tǒng)性能越高。例如：

PC-100SDRAM內(nèi)存帶寬＝100MHz*64bit=800MB/s DDR-200內(nèi)存帶寬＝100MHz*2*64bit=1600MB/s DDR-266內(nèi)存帶寬＝133MHz*2*64bit=2100MB/s8.1存儲器基本概念有關(guān)性能參數(shù)：容量：1B=8b；1KB=1024B；1MB=1024KB；1GB=1024KB；(部分廠家也按1K=1000，1M=1000K，1G=1000M換算)

如何通過芯片編號看其容量？ 除通過查閱芯片的Datasheet獲知芯片容量外，還可通過其編號得出其容量： ①公司縮寫 ②存儲器類別：61/62—SRAM；27—EPROM；

28—EEPROM；29—FLASH ③制造工藝：C—Cmos ④以Kb為單位的容量數(shù)字：16—16Kb=2KB；

64—64Kb=8KB 8.1存儲器基本概念有關(guān)性能參數(shù)：都以字節(jié)編址：內(nèi)部每一個(gè)字節(jié)存儲單元都有一個(gè)地址——存儲單元地址； 如：2KB的存儲器就有2K(2×1024)個(gè)存儲地址，需要用11根地址線(A10-A0)來尋址各個(gè)存儲單元；

思考：

8KB/32KB/128KB的存儲器分別需要多少根地址線來尋址各個(gè)存儲單元？

8KB：需要13根地址線(A12-A0)尋址各個(gè)存儲單元；

32KB：需要15根地址線(A14-A0)尋址各個(gè)存儲單元；

128KB：需要17根地址線(A16-A0)尋址各個(gè)存儲單元；8.2存儲器接口設(shè)計(jì)SRAM—6116接口設(shè)計(jì)8.2存儲器接口設(shè)計(jì)SRAM—6116接口設(shè)計(jì)6116的管腳功能表——CS/OE/WE如何控制6116的工作CS——芯片片選控制信號管腳：只有該管腳電平為0，芯片才工作；OE——輸出使能：只有該管腳電平為0，有效數(shù)據(jù)才能從D7-D0輸出；WE——寫使能：只有該管腳電平為0，有效數(shù)據(jù)才能從D7-D0寫入；

CS/OE組合控制芯片的讀取操作；

CS/WE組合控制芯片的寫入操作；具體如何控制？——時(shí)序8.2存儲器接口設(shè)計(jì)SRAM—6116接口設(shè)計(jì)6116的讀時(shí)序(圖中時(shí)間均為ns級)要求讀操作期間CS一直保持低電平(其時(shí)間長短由程序控制)；有效數(shù)據(jù)在OE變?yōu)榈秃笞疃郥OE時(shí)間后出現(xiàn)在D7-0，直到OE或CS變?yōu)楦邽橹?；OE/CS變?yōu)楦吆笞疃郥OHZ/TCHZ后D7-0數(shù)據(jù)變無效(高阻態(tài))。8.2存儲器接口設(shè)計(jì)SRAM—6116接口設(shè)計(jì)6116的寫時(shí)序（WE控制）(圖中時(shí)間均為ns級)要求寫操作期間CS一直保持低電平(其時(shí)間長短由程序控制)；CS變?yōu)榈秃?，CPU將有效地址/數(shù)據(jù)送至A10-0/D7-0；此后，若WE管腳出現(xiàn)一寬度至少為TWP的負(fù)脈沖，便可以將D7-0有效數(shù)據(jù)寫入相應(yīng)存儲單元。6116寫操作也可由CS控制8.2存儲器接口設(shè)計(jì)SRAM—6116接口設(shè)計(jì)6116的寫時(shí)序（CS控制）(圖中時(shí)間均為ns級)寫操作期間WE先于CS變?yōu)榈碗娖?；WE保持低期間，CPU將有效地址/數(shù)據(jù)送至A10-0/D7-0；此后，若CS管腳出現(xiàn)一寬度至少為TCW的負(fù)脈沖，便可以將D7-0有效數(shù)據(jù)寫入相應(yīng)存儲單元；啟示： 可以根據(jù)芯片的控制時(shí)序，靈活地進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)； 理解芯片管腳功能、工作時(shí)序是正確設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。8.2存儲器接口設(shè)計(jì)SRAM—6116接口設(shè)計(jì)存儲器芯片通常都有獨(dú)立的地址線(Axx-A0：根數(shù)和容量有關(guān))、數(shù)據(jù)線(D7-D0)、控制線(CS/OE/WE/RE等)；此類存儲器芯片與CPU系統(tǒng)的接口設(shè)計(jì)相對簡單：它的8位數(shù)據(jù)線和CPU系統(tǒng)的8位數(shù)據(jù)線直接相連；它的所有地址線和CPU系統(tǒng)的低位地址線直接相連；輸出使能信號OE受CPU系統(tǒng)MEM讀信號MEMR控制；寫使能信號WE受CPU系統(tǒng)MEM寫信號MEMW控制； 結(jié)合CPU系統(tǒng)MEM的讀、寫時(shí)序以及存儲器芯片的工作時(shí)序，不難理解上述連接方法的原理。 此類存儲器芯片接口設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于：其CS該如何被控制？用CPU系統(tǒng)中的高位地址線控制CS8.2存儲器接口設(shè)計(jì)SRAM—6116接口設(shè)計(jì)此類存儲器芯片接口設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于：用CPU系統(tǒng)中的高位地址線控制CS？線選法

用未使用的高位地址中的某一位直接控制CS。連線簡單；同一存儲單元具有多個(gè)地址：如右圖中6116的2KB空間000H～7FFH中的000H存儲單元的存儲地址可以是：

A19-1615-1211-87-0 xx7/4/2/000PC系統(tǒng)中較少使用，MCU系統(tǒng)中多用(且用I/O口線選)。8.2存儲器接口設(shè)計(jì)SRAM—6116接口設(shè)計(jì)此類存儲器芯片接口設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于：用CPU系統(tǒng)中的高位地址線控制CS？全譯碼法

用未使用的高位地址中的所有位間接控制CS，即當(dāng)所有高位滿足一定條件時(shí)才選中CS。右圖中6116的2KB空間在系統(tǒng)中的實(shí)際地址為：00000H～007FFH，即當(dāng)A19-11=000000000時(shí)，CS為低；地址無重疊；思考：若6116的地址范圍為FF000～FF7FFH，高9為地址線該如何全譯碼？若為80800H～80FFFH又該如何？8.2存儲器接口設(shè)計(jì)SRAM—6116接口設(shè)計(jì)此類存儲器芯片接口設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于：用CPU系統(tǒng)中的高位地址線控制CS？思考：若6116的地址范圍為FF000～FF7FFH，高9為地址線該如何全譯碼？若為80800H～80FFFH又該如何？8.2存儲器接口設(shè)計(jì)SRAM—6116接口設(shè)計(jì)此類存儲器芯片接口設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于：用CPU系統(tǒng)中的高位地址線控制CS？線選法全譯碼法實(shí)際應(yīng)用中，更多地采用全譯碼方式，因?yàn)槿g碼方式不會產(chǎn)生地址重疊區(qū)；但在具體應(yīng)用時(shí)，又有一些技巧：用剩余高位中的高位產(chǎn)生組選信號；剩余高位中的低位再和組選信號組合進(jìn)一步控制MEM芯片CS；

這樣便于系統(tǒng)中MEM的擴(kuò)展(MEM的類型、容量有別)；

產(chǎn)生組選信號以及進(jìn)一步產(chǎn)生CS信號時(shí)，既可以使用基本的門電路，也可以使用138譯碼器，還可以使用其它芯片，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際靈活選擇、設(shè)計(jì)。8.2存儲器接口設(shè)計(jì)EPROM—27xxx管腳功能、操作時(shí)序EPROM需要用專門設(shè)備——編程器才能進(jìn)行擦除、寫入操作（需要在VPP管腳上施加高電壓），因此此類存儲器芯片比RAM少了WE，多了VPP、PGM管腳，在系統(tǒng)中多作為只讀設(shè)備來使用。8.2存儲器接口設(shè)計(jì)27xxx管腳功能、操作時(shí)序27xxx的讀時(shí)序(與6116的讀時(shí)序類似)所有IC器件的操作時(shí)序中對各階段的時(shí)間長短(如TCE、TOE等)都有基本的要求，具體可參看器件的Datasheet文檔。操作、控制它們時(shí)不能違背這些基本要求。8.2存儲器接口設(shè)計(jì)27xxx管腳功能、操作時(shí)序27xxx的擦、寫時(shí)序(復(fù)雜，設(shè)計(jì)其編程器時(shí)有用)所有IC器件的操作時(shí)序中對各階段的時(shí)間長短(如TCE、TOE等)都有基本的要求，不能違背，具體可參看器件的Datasheet文檔。8.2存儲器接口設(shè)計(jì)綜合例：8088系統(tǒng)中，使用一片6264和一片2764組成存儲器，要求6264的地址空間為00000H～01FFFH，2764的地址空間為02000H～03FFFH，該如何設(shè)計(jì)硬件電路？解：6264容量為8KB，用13根地址線A12～0尋址；2764容量為8KB，用13根地址線A12～0尋址；系統(tǒng)總的存儲器容量為16KB，需要14根地址線A13～A0，存儲空間范圍為00000H～03FFFH，8088系統(tǒng)高六位地址A19～A14始終為000000B；僅當(dāng)A19～A14A13=0000000B時(shí)，選中6264；僅當(dāng)A19～A14A13=0000001B時(shí)，選中2764；8.2存儲器接口設(shè)計(jì)綜合例：8088系統(tǒng)中，使用一片6264和一片2764組成存儲器，要求6264的地址空間為00000H～01FFFH，2764的地址空間為02000H～03FFFH，該如何設(shè)計(jì)硬件電路？解：僅當(dāng)A19～A14A13=0000000B時(shí)，選中6264；僅當(dāng)A19～A14A13=0000001B時(shí)，選中2764;也可用138譯碼器實(shí)現(xiàn)8.2存儲器接口設(shè)計(jì)綜合例：8088系統(tǒng)中，要求6264的地址空間為00000H～01FFFH，2764的地址空間為02000H～03FFFH，該如何設(shè)計(jì)硬件電路？解：A19-16A15-13=0000000時(shí)，Y0=0，選中62