微機原理第五章存儲器

微機原理第五章存儲器第一頁，共四十七頁，2022年，8月28日5.1概述CPUCACHE主存（內(nèi)存）輔存（外存）第二頁，共四十七頁，2022年，8月28日半導(dǎo)體存儲器的分類

隨機存取存儲器RAM半導(dǎo)體存儲器

只讀存儲器

ROM

靜態(tài)SRAM

掩膜ROM

可編程序ROM

PROM

紫外線可擦除ROM

EPROM

電可擦除ROM

EEPROM

動態(tài)DRAM第三頁，共四十七頁，2022年，8月28日隨機存取存儲器RAM組成單元速度集成度應(yīng)用SRAM觸發(fā)器快低小容量系統(tǒng)DRAM極間電容慢高大容量系統(tǒng)第四頁，共四十七頁，2022年，8月28日只讀存儲器ROM掩膜ROM：信息制作在芯片中，不可更改PROM：允許一次編程，此后不可更改EPROM：用紫外光擦除，擦除后可編程；并允許用戶多次擦除和編程EEPROM（E2PROM）：采用加電方法在線進(jìn)行擦除和編程，也可多次擦寫FlashMemory（閃存）：能夠快速擦寫的EEPROM，但只能按塊（Block）擦除第五頁，共四十七頁，2022年，8月28日半導(dǎo)體存儲器的主要指標(biāo)容量：每個存儲器芯片所能存儲的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)。 存儲器容量＝單元數(shù)×每單元數(shù)據(jù)位數(shù)(1、4或8)例：Intel2114芯片的容量為1K×4位，Intel6264芯片為8K×8位。注：微機（8/16/32/64位字長）兼容8位機==>以字節(jié)BYTE為單元存取速度：只從CPU給出有效的存儲器地址到存儲器給出有效數(shù)據(jù)需要的時間第六頁，共四十七頁，2022年，8月28日半導(dǎo)體存儲器的主要指標(biāo)易失性指存儲器的供電電源斷開后，存儲器中的內(nèi)容是否丟失功耗半導(dǎo)體存儲器在額定工作電壓下，外部電源保證它正常工作的前提下所提供的最大電功率稱之為功耗可靠性指它抵抗干擾，正確完成讀/寫數(shù)據(jù)的性能第七頁，共四十七頁，2022年，8月28日5.2隨機存取存儲器RAM地址寄存地址譯碼存儲體控制電路AB數(shù)據(jù)寄存讀寫電路DBOEWECS第八頁，共四十七頁，2022年，8月28日存儲體每個存儲單元具有一個唯一的地址，可存儲1位（位片結(jié)構(gòu)）或多位（字片結(jié)構(gòu)）二進(jìn)制數(shù)據(jù)存儲容量與地址、數(shù)據(jù)線個數(shù)有關(guān)：芯片的存儲容量＝2M×N＝存儲單元數(shù)×存儲單元的位數(shù)

M：芯片的地址線根數(shù)

N：芯片的數(shù)據(jù)線根數(shù)第九頁，共四十七頁，2022年，8月28日地址譯碼電路譯碼器A5A4A3A2A1A06301存儲單元64個單元行譯碼A2A1A0710列譯碼A3A4A501764個單元單譯碼雙譯碼(顯著減少驅(qū)動電路數(shù)目)第十頁，共四十七頁，2022年，8月28日單譯碼結(jié)構(gòu)第十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日雙譯碼方式第十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日片選和讀寫控制邏輯片選端CS*或CE*有效時，可以對該芯片進(jìn)行讀寫操作輸出OE*（或RD*）控制讀操作。有效時，芯片內(nèi)數(shù)據(jù)輸出該控制端對應(yīng)系統(tǒng)的讀控制線寫WE*（或WR*）控制寫操作。有效時，數(shù)據(jù)進(jìn)入芯片中該控制端對應(yīng)系統(tǒng)的寫控制線第十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日片選和讀寫控制邏輯操作

1╳╳無操作

001RAM→CPU操作

010CPU→RAM操作

000非法

011無操作第十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日存儲器芯片的I/O控制第十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日靜態(tài)RAM 靜態(tài)隨機存取存儲器SRAM的基本存儲單元一般由六管靜態(tài)存儲電路構(gòu)成，集成度較低，功耗較大，無需刷新電路，由于存取速度快，一般用作高檔微機中的高速緩沖存儲器

第十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日Intel6264的引腳圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)第十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日Intel6264的工作方式方式操作

000

非法不允許WE與OE同時為低電平

010讀出從RAM中讀出數(shù)據(jù)

001寫入將數(shù)據(jù)寫入RAM中

011選中6264內(nèi)部I/O三態(tài)門均處于高阻1×

×未選中6264內(nèi)部I/O三態(tài)門均處于高阻

第十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日SARM讀時序第十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日SARM讀時序tRC:讀周期時間

tAA:地址有效到數(shù)據(jù)出現(xiàn)到外部數(shù)據(jù)線上的時間

tOR:OE*結(jié)束后地址應(yīng)保持的時間

tRP:讀信號有效的時間

tOE:OE*有效到數(shù)據(jù)出現(xiàn)在外部數(shù)據(jù)線上的時間

tCW:片號信號有效的寬度tACE:CE*有效到數(shù)據(jù)出現(xiàn)在外部數(shù)據(jù)線上的時間tRH

:地址無效后數(shù)據(jù)應(yīng)保持的時間tOH

:OE*結(jié)束后數(shù)據(jù)應(yīng)保持的時間第二十頁，共四十七頁，2022年，8月28日SRAM寫時序第二十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日SRAM寫時序TWC:寫周期時間

tAW:地址有效到片選信號失效的間隔時間

TWB:寫信號撤銷后地址應(yīng)保持的時間

TCW:片選信號有效寬度

TAS:地址有效到WE*最早有效時間tWP:寫信號有效時間

TWHZ:寫信號有效到寫入數(shù)據(jù)有效所允許的最大時間

TDW:寫信號結(jié)束之前寫入數(shù)據(jù)有效的最小時間

TDH:寫信號結(jié)束之后寫入數(shù)據(jù)應(yīng)保持的時間

第二十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日動態(tài)RAMDRAM的基本存儲單元是單個場效應(yīng)管及其極間電容，必須配備“讀出再生放大電路”進(jìn)行刷新，每次同時對一行的存儲單元進(jìn)行刷新DRAM一般采用“位結(jié)構(gòu)”存儲體：每個存儲單元存放一位需要8個存儲芯片構(gòu)成一個字節(jié)單元每個字節(jié)存儲單元具有一個地址第二十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日動態(tài)RAM的舉例－Intel2164第二十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日高速RAMFPMDRAM（FastPageModeDRAM，快速頁面模式內(nèi)存） 把連續(xù)的內(nèi)存塊以頁的形式來處理。即CPU所要讀取的數(shù)據(jù)是在相同的頁面內(nèi)時，CPU只要送出一個行地址信號。EDODRAM（ExtendedDataOutDRAM,擴展數(shù)據(jù)輸出內(nèi)存） 和FPM的基本制造技術(shù)相同，在緩沖電路上有所差別，在本周期的數(shù)據(jù)傳送尚未完成時，可進(jìn)行下一周期的傳送。SDRAM（SynchronousBurstDRAM,同步突發(fā)內(nèi)存）與CPU使用相同的時鐘信號采用了多體存儲器結(jié)構(gòu)，有兩個存儲陣列，一個被CPU讀取數(shù)據(jù)時，另一個已經(jīng)做好被讀取的準(zhǔn)備，兩者相互自動切換。支持突發(fā)模式，當(dāng)?shù)谝粋€列地址輸入后，自動產(chǎn)生下面若干連續(xù)的列地址第二十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日高速RAMDDR（DoubleDataRate,雙倍數(shù)據(jù)速率）SDRAM 傳統(tǒng)的SDRAM內(nèi)存只在時鐘周期的上升沿傳輸指令、地址和數(shù)據(jù)，而DDRSDRAM內(nèi)存的數(shù)據(jù)線有特殊的電路，可以讓它在時鐘的上下沿都傳輸數(shù)據(jù)。DRDRAM（DirectRambusDRAM） DRDRAM的接口工作頻率為400MHz，由于它能在時鐘信號的上升沿和下降沿各傳輸一次數(shù)據(jù)，因此數(shù)據(jù)傳輸?shù)念l率實際上為800MHz，其峰值傳輸速率可以達(dá)到1.6GB/s第二十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日5.3只讀存儲器ROM掩膜式只讀存儲器ROM由MOS管組成掩膜式只讀存儲器的結(jié)構(gòu)圖如圖5-10所示第二十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日可編程只讀存儲器PROM

可編程只讀存儲器PROM工作原理是存儲陣列除了三極管之外，還有熔點較低的連線（熔斷絲）串接在每只存儲三極管的某一電極上，例如發(fā)射極，編程寫入時，外加比工作電壓高的編程電壓，根據(jù)需要使某些存儲三極管通電，由于此時電流比正常工作電流大，于是熔斷絲熔斷開路，一旦開路之后就無法恢復(fù)連通狀態(tài)，所以只能編程一次。第二十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日可擦除可編程只讀存儲器EPROM頂部開有一個圓形的石英窗口，用于紫外線透過擦除原有信息使用專門的編程器（燒寫器）進(jìn)行編程編程后，應(yīng)該貼上不透光封條未編程前，每個基本存儲單元都是信息1編程就是將某些單元寫入信息0第二十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日電擦除只讀存儲器EEPROM用加電方法，進(jìn)行在線（無需拔下，直接在電路中）擦寫（擦除和編程一次完成）有字節(jié)擦寫、塊擦寫和整片擦寫方法并行EEPROM：多位同時進(jìn)行串行EEPROM：只有一位數(shù)據(jù)線3.3偽操作命令第三十頁，共四十七頁，2022年，8月28日閃爍存儲器（FlashMemory）閃爍存儲器也稱快速擦寫存儲器，屬于EEPROM類型，又稱FlashROM，性能優(yōu)于普通EEPROM。內(nèi)部存儲信息在不加電的情況下保持10年左右可以用比較快的速度將信息擦除以后重寫，反復(fù)擦寫達(dá)幾十萬次，可以實現(xiàn)分塊擦除和重寫。第三十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日閃爍存儲器（FlashMemory）第三十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日5.4存儲器連接與擴充存儲器芯片選擇類型選擇存儲器芯片與CPU的時序配合為了使CPU能與不同速度的存儲器相連接，一種常用的方法是使用“等待申請”信號。該方法是在CPU設(shè)計時設(shè)置一條“等待申請”輸入線。若與CPU連接的存儲器速度較慢，使CPU在規(guī)定的的讀/寫周期內(nèi)不能完成讀/寫操作，則在CPU執(zhí)行訪問存儲器指令時，由等待信號發(fā)生器向CPU發(fā)出“等待申請”信號，使CPU在正常的讀/寫周期之外再插入一個或幾個等待周期Tw，以便通過改變指令的時鐘周期數(shù)使系統(tǒng)速度變慢，從而達(dá)到與慢速存儲器匹配的目的第三十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日存儲器容量擴充位數(shù)擴充2114（1）A9～A0I/O4～I(xiàn)/O1片選D3～D0D7～D4A9～A02114（2）A9～A0I/O4～I(xiàn)/O1CECE第三十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日存儲器容量擴充單元數(shù)擴充片選端D7～D0A19～A10A9～A0（2）A9～A0D7～D0CE（1）A9～A0D7～D0CE譯碼器00000000010000000000第三十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日5.58088系統(tǒng)與存儲器的連接鎖存器：74LS373i8282/8283（雙向）緩沖器74LS245i8286/8287第三十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日地址譯碼全譯碼法部分譯碼法線選法第三十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日全譯碼法全譯碼法是指將地址總線中除片內(nèi)地址以外的全部高位地址接到譯碼器的輸入端參與譯碼。采用全譯碼法，每個存儲單元的地址都是唯一的，不存在地址重疊，但譯碼電路較復(fù)雜，連線也較多。全譯碼法可以提供對全部存儲空間的尋址能力。當(dāng)存儲器容量小于可尋址的存儲空間時，可從譯碼器輸出線中選出連續(xù)的幾根作為片選控制，多余的令其空閑，以便需要時擴充第三十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日全譯碼法A0～A10CSWED7～D0A0～A10CSWED7～D0A0～A10CSWED7～D0A0～A10CSWED7～D0A11～A15A0～A10IO/MWRD7～D05:32譯碼器CPU……3130106116②6116①6116③6116④23第三十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日全譯碼法第四十頁，共四十七頁，2022年，8月28日部分譯碼法部分譯碼法是將高位地址線中的一部分（而不是全部）進(jìn)行譯碼，產(chǎn)生片選信號。該方法常用于不需要全部地址空間的尋址能力，但采用線選法地址線又不夠用的情況。采用部分譯碼法時，由于未參加譯碼的高位地址與存儲器地址無關(guān)，因此存在地址重疊問題。當(dāng)選用不同的高位地址線進(jìn)行部分譯碼時，其譯碼對應(yīng)的地址空間不同。第四十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日部分譯碼法A0～A10CSWED7～D0A0～A