微原-第6章教材课件

第六章第六章 存储器设计存储器设计本本 章章 要要 点点 存储器是计算机系统的重要组成部分，存储器是计算机系统的重要组成部分，用于存储计算机工作所必需的数据和程序。用于存储计算机工作所必需的数据和程序。它分内存储器和外存储器。它分内存储器和外存储器。本章要求在了解半导体存储器工作原理本章要求在了解半导体存储器工作原理的基础上，着重掌握微机或微机应用系统内的基础上，着重掌握微机或微机应用系统内存储器的构成及与存储器的构成及与CPUCPU的连接方法。的连接方法。一、半导体存储器的分类一、半导体存储器的分类 微机中内部存储器一般都使用微机中内部存储器一般都使用半导体存储器，其特点是集成度高、半导体存储器，其特点是集成度高、成本低、存储速度快。半导体存储成本低、存储速度快。半导体存储器的分类如下图所示。器的分类如下图所示。一、半导体存储器的分类一、半导体存储器的分类半半导导体体存存储储器器只读存储器（只读存储器（ROM）读写存储器（读写存储器（RAM）静态静态RAM（SRAM）动态动态RAM（DRAM）掩膜掩膜ROM可编程可编程ROM（PROM）紫外线光可擦除紫外线光可擦除ROM（EPROM）电可擦除电可擦除ROM（PROM）二、存储器的主要技术指标二、存储器的主要技术指标 半导体存储器的主要技术指标包括半导体存储器的主要技术指标包括存储容量、存取速度、可靠性、功耗、存储容量、存取速度、可靠性、功耗、工作温度范围和体积，其中最重要的是工作温度范围和体积，其中最重要的是存储容量和存取速度（存取速度用最大存储容量和存取速度（存取速度用最大存取时间来衡量）。存取时间来衡量）。二、存储器的主要技术指标二、存储器的主要技术指标 （1 1）存储容量。存储容量是存）存储容量。存储容量是存储器的一个重要指标。存储容量是储器的一个重要指标。存储容量是指存储器可以存储的二进制信息量，指存储器可以存储的二进制信息量，即：即：存储容量存储容量=字数字数字长字长 二、存储器的主要技术指标二、存储器的主要技术指标 而微机中经常用能存储的字节而微机中经常用能存储的字节数来表示存储容量，并以数来表示存储容量，并以KBKB（10241024个字节）作为容量的单位。如个字节）作为容量的单位。如6464KBKB表示表示6553665536个字节。个字节。二、存储器的主要技术指标二、存储器的主要技术指标 （2 2）存取速度（最大存取时间）。存储）存取速度（最大存取时间）。存储器的存取时间定义为存储器从接收存储单元器的存取时间定义为存储器从接收存储单元地址码开始，到取出或存入数据为止所需的地址码开始，到取出或存入数据为止所需的时间，其上限值称为最大存取时间。存取时时间，其上限值称为最大存取时间。存取时间的大小反映了存储速度的快慢。存取时间间的大小反映了存储速度的快慢。存取时间越小，则存取速度越快。超高速存储器的最越小，则存取速度越快。超高速存储器的最大存取时间小于大存取时间小于2020nsns，中速存储器在中速存储器在100-100-200 200 nsns之间，低速存储器在之间，低速存储器在300 300 nsns以上。以上。三三、存储器芯片介绍存储器芯片介绍 Intel 2114 是是1K 4 SRAM，单一单一的的+5V电源，所有的输入端和输出端都电源，所有的输入端和输出端都与与TTL电路兼容。它的电原理图逻辑符电路兼容。它的电原理图逻辑符号见图号见图6.2.3。1.1.Intel 2114 SRAM 三三、存储器芯片介绍存储器芯片介绍 图图6.2.3（a）电原理图电原理图 三三、存储器芯片介绍存储器芯片介绍 图图6.2.3（b）引脚符号功能引脚符号功能Vcc 电源电源 写允许写允许GND 地地 片选片选D0D3 数据输入数据输入/输出输出A0A9 地址输入地址输入 三三、存储器芯片介绍存储器芯片介绍 2114 SRAM芯片的地址输入端芯片的地址输入端10个个（A0A9），在片内可以寻址），在片内可以寻址210=1K个个存储单元。存储单元。4位共用的数据输入位共用的数据输入/输出端输出端（D0D3）采用三态控制，即每个存储）采用三态控制，即每个存储单元可存储单元可存储4位二进制信息，故位二进制信息，故2114 芯芯片的容量为片的容量为1K 4。三三、存储器芯片介绍存储器芯片介绍 Intel 6264 是是8K 8 SRAM，单一单一的的+5V电源，所有的输入端和输出端都电源，所有的输入端和输出端都与与TTL电路兼容。它的电原理图逻辑符电路兼容。它的电原理图逻辑符号如下图所示。号如下图所示。2.2.Intel 6264 SRAM 三三、存储器芯片介绍存储器芯片介绍（a）电电原原理理图图 三三、存储器芯片介绍存储器芯片介绍（b）功能表功能表CS21001写允许写允许1010读允许读允许0XXXD0D7 为高阻状态为高阻状态X1XX 三三、存储器芯片介绍存储器芯片介绍 常见的常见的EPROM芯片有芯片有Intel 2716（2K 8）、）、2732（4K 8）、2764（8K 8）、27128（16K 8）、27256、27512等。现以等。现以2764为例加以为例加以说明。说明。3.3.EPROM 芯片芯片 三三、存储器芯片介绍存储器芯片介绍 2764电电原原理理图图 三三、存储器芯片介绍存储器芯片介绍 其中，其中，为片选信号，为片选信号，为输出允许为输出允许信号，信号，为编程脉冲输入（为编程脉冲输入（50ms脉冲），脉冲），VPP为编程电压，为编程电压，A0A12为为13根地址线，根地址线，D0D7为为8位数据线。位数据线。三三、存储器芯片介绍存储器芯片介绍 正常工作（只读）时，正常工作（只读）时，VPP=VCC=+5V,=+5V。编程时，编程时，VPP=+25V（高压），高压），端端加入宽度为加入宽度为50ms的负脉冲。的负脉冲。四四.CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接 例例1.在在8088最大方式系统总线最大方式系统总线上上扩充设计扩充设计4K字节字节的的SRAM存储器电路。存储器电路。SRAM芯片选用芯片选用Intel 2114，起始地址起始地址从从00000H开始开始。试画出此存储器电路与。试画出此存储器电路与系统总线的连接图。系统总线的连接图。确定总线及总线信号确定总线及总线信号80888088CPUCPU最最大大方方式式系系统统总总线线D7-D0D7-D0A19-A16A19-A16A15-A0A15-A0MEMWMEMWMEMRMEMRIOWIOWIORIOR 四四.CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接 由于计算机中的存储器是按字节组织的，由于计算机中的存储器是按字节组织的，所以无论用哪种存储器芯片，必须保证每个所以无论用哪种存储器芯片，必须保证每个存储地址单元能够存放存储地址单元能够存放8位二进制信息。因位二进制信息。因此，用此，用4位存储器芯片组成位存储器芯片组成8位存储器模块时，位存储器模块时，可以用位并联的方法，即两片可以用位并联的方法，即两片2114并联组成并联组成1K 8位模块。位模块。确定存储器芯片数确定存储器芯片数 四四.CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接 通过并联每个地址单元位数扩充成通过并联每个地址单元位数扩充成8位位（字节）后，再通过题目要设计的总容量进（字节）后，再通过题目要设计的总容量进行容量的扩充。因为两片行容量的扩充。因为两片2114并联组成了并联组成了1K 8位模块，所以位模块，所以4个这样的模块可组成个这样的模块可组成4K 8位（位（4KB）的存储器电路。的存储器电路。所以共需所以共需4 2=2=8片片2114芯片。芯片。四四.CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接A19 A18 A17 A16 A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9A0地址分析地址分析 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1片外寻址片外寻址模块选择模块选择与与2144芯片的芯片的A9 A0相相连，作片内寻址连，作片内寻址高位不变地址部分，去参加译高位不变地址部分，去参加译码，作码，作21142114的的 片选信号。片选信号。1K 四四.CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接A19 A18 A17 A16 A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9A0地址分析地址分析 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1片外寻址片外寻址模块选择模块选择与与2144芯片的芯片的A9 A0相相连，作片内寻址连，作片内寻址高位不变地址部分，去参加译高位不变地址部分，去参加译码，作码，作21142114的的 片选信号。片选信号。1K 四四.CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接A19 A18 A17 A16 A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9A0地址分析地址分析 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1片外寻址片外寻址模块选择模块选择与与2144芯片的芯片的A9 A0相相连，作片内寻址连，作片内寻址高位不变地址部分，去参加译高位不变地址部分，去参加译码，作码，作21142114的的 片选信号。片选信号。1K 四四.CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接A19 A18 A17 A16 A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9A0地址分析地址分析 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1片外寻址片外寻址模块选择模块选择与与2144芯片的芯片的A9 A0相相连，作片内寻址连，作片内寻址高位不变地址部分，去参加译高位不变地址部分，去参加译码，作码，作21142114的的 片选信号。片选信号。1K 四四.CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接 电路连接电路连接D0 D3 CSA0A9 WED0 D3 CSA0A9 WED0 D3 CSA0A9 WED0 D3 CSA0A9 WED0 D3 CSA0A9 WED0 D3 CSA0A9 WED0 D3 CSA0A9 WED0 D3 CSA0A9 WE 模块模块1 模块模块2 模块模块3 模块模块4A9A0A9A0D4D7D0D3由由1 1K K4 4 SRAMSRAM构成的构成的4 4K K88存储器模块存储器模块存储器地址译码电路设计存储器地址译码电路设计4KB00000H00FFFHA19A18A17A16A15A14A13A12MEMWA11A10MEMR模块模块1模块模块2模块模块3模块模块400000H003FFH00400H007FFH00800H00BFFH00C00H00FFFH74LS138 3-8线译码器芯片介绍线译码器芯片介绍 原理图原理图 四四.CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接74LS138译译码码器器功功能能表表上题存储器地址译码电路设计也可以用上题存储器地址译码电路设计也可以用74LS138实现。实现。A19A18A17A16A15A14A13MEMWA12A11MEMR模块模块1模块模块2模块模块3模块模块4G1 Y0G2A Y1G2B Y2 Y3 C Y4 B Y5A Y6 Y7A10+5V74LS138 四四.CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接A19 A18 A17 A16 A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9A0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1片外寻址片外寻址作片外寻址的高位不变地址线全部作片外寻址的高位不变地址线全部参加了译码，这种译码方法称为参加了译码，这种译码方法称为全全地址译码地址译码方法。方法。四四.CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接 全地址译码方法优缺点全地址译码方法优缺点 优点：优点：分配给每个存储器单元的地址是分配给每个存储器单元的地址是唯一的，节约了存储器空间。唯一的，节约了存储器空间。缺点：缺点：参加译码的地址线多，电路复杂，参加译码的地址线多，电路复杂，浪费硬件。浪费硬件。四四.CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接A19 A18 A17 A16 A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9A0X 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 X 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1片外寻址片外寻址作片外寻址的高位不变地址线部分作片外寻址的高位不变地址线部分参加译码，这种译码方法称为参加译码，这种译码方法称为部分部分地址译码地址译码方法。方法。四四.CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接A18A17A16A15A14A13A12/MEMWA11A10/MEMR模块模块1模块模块2模块模块3模块模块400000H003FFH00400H007FFH00800H00BFFH00C00H00FFFH如上例中如上例中A19不参加译码不参加译码80000H803FFH80400H807FFH80800H80BFFH80C00H80FFFH 优点：优点：译码电路简单，节约了硬件。译码电路简单，节约了硬件。缺点：缺点：地址有重叠区，浪费存储空间。地址有重叠区，浪费存储空间。若有若有n n根地址线未参加译码，则根地址线未参加译码，则有有2 2n n个地址重叠区。个地址重叠区。四四.CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接 部分地址译码方法优缺点部分地址译码方法优缺点 例例2.在在8088系统总线系统总线上扩充设上扩充设计计8K字节字节的的SRAM存储器电路。存储器电路。SRAM芯片选用芯片选用Intel 6264，起始地起始地址址从从04000H开始开始，译码电路，译码电路采用采用74LS138。四四.CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接 1.计算此计算此RAM存储区的最高地址为存储区的最高地址为多少？多少？2.画出此存储器电路与系统总线的画出此存储器电路与系统总线的连接图。连接图。3.编写程序实现对此存储器区域进编写程序实现对此存储器区域进行自检。行自检。四四.CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接求存储区的最高地址求存储区的最高地址 因为因为Intel 6264存储容量为存储容量为8K 8（字节），所以设计此存储电路共需（字节），所以设计此存储电路共需1片片6264芯片。因此最高地址为：芯片。因此最高地址为：04000H+02000H-1=05FFFH 四四.CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接电路设计电路设计 80888088CPUCPU最最大大方方式式系系统统总总线线D7-D0D7-D0A19-A16A19-A16A15-A0A15-A0MEMWMEMWMEMRMEMRIOWIOWIORIOR确定总线及总线信号确定总线及总线信号 四四.CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接 电路连接电路连接 片选信号片选信号A12A0D0D7D0D7+5V80888088CPUCPU最最大大方方式式系系统统总总线线 四四.CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接 6264A19-A13A19-A13A19 A18 A17 A16 A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9A0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1片外寻址片外寻址与与6264芯片的芯片的A12 A0相连，作片内寻址相连，作片内寻址高位不变地址部分，去参加译高位不变地址部分，去参加译码，作码，作62646264的的 片选信号。片选信号。8K 地址分析地址分析 四四.CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接 译码电路设计译码电路设计 A19A18A17A16MEMWA15A14MEMR片选信号片选信号A1374LS138+5VG1 Y0G2A Y1G2B Y2 Y3 C Y4 B Y5A Y6 Y7 四四.CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接存储器自检程序存储器自检程序 MOV AX,0400H MOV AX,0400H MOV DS,AX MOV DS,AX MOV BX,0000H MOV BX,0000H MOV CX,8*1024 MOV CX,8*1024 MOV AL,55H MOV AL,55HNEXT1:MOV BX,ALNEXT1:MOV BX,AL CMP BX,AL CMP BX,AL JNZ ERROR JNZ ERROR INC BX INC BX LOOP NEXT1 LOOP NEXT1 四四.CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接 MOV BX,0000H MOV BX,0000H MOV AL,0AAH MOV AL,0AAHNEXT2:MOV BX,ALNEXT2:MOV BX,AL CMP BX,AL CMP BX,AL JNZ ERROR JNZ ERROR INC BX INC BX LOOP NEXT2 LOOP NEXT2ERROR:ERROR:四四.CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接 例例3.在在8086最小方式系统总线最小方式系统总线上扩充设计上扩充设计16K字节字节的的SRAM存储存储器电路。器电路。SRAM芯片选用芯片选用Intel 6264，起始地址起始地址从从04000H开始开始，译码电，译码电路路采用采用74LS138。四四.CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接 1.计算此计算此RAM存储区的最高地址为存储区的最高地址为多少？多少？2.画出此存储器电路与系统总线的画出此存储器电路与系统总线的连接图。连接图。四四.CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接求存储区的最高地址求存储区的最高地址 因为因为Intel 6264存储容量为存储容量为8K 8（字节），所（字节），所以设计此存储电路共需以设计此存储电路共需2片片6264芯片。其中，芯片。其中，1片作片作奇奇地址存储器，另地址存储器，另1片作片作偶偶地址存储器，因此最高地址存储器，因此最高地址为：地址为：04000H+04000H-1=07FFFH 四四.CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接80868086CPUCPU最最小小方方式式系系统统总总线线D15-D8D15-D8D7-D0D7-D0A19-A16A19-A16A15-A0A15-A0BHEBHEM/IOM/IOWRWRRDRDNMINMIINTRINTRINTAINTA 四四.CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接确确定定总总线线及及总总线线信信号号 电路设计电路设计 电路连接电路连接 偶片选信号偶片选信号A13A1D0D7D0D7+5V80868086CPUCPU最最小小方方式式系系统统总总线线 四四.CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接 6264 奇片选信号奇片选信号A13A1D8D15 6264D8D15BHEBHEA0M/IOM/IOA19 A18 A17 A16 A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9A1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1片外寻址片外寻址与与6264芯片的芯片的A12 A0相连，作片内寻址相连，作片内寻址高位不变地址部分，去参加译高位不变地址部分，去参加译码，作码，作62646264的的 片选信号。片选信号。8K 地址分析地址分析 四四.CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接 译码电路设计译码电路设计 A19A18A17RDA16A15WE偶片选信号偶片选信号A1474LS138M/IOG1 Y0G2A Y1G2B Y2 Y3 C Y4 B Y5A Y6 Y7 四四.CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接奇片选信号奇片选信号BHEA0 例例4.在在8088最大方式系统总线最大方式系统总线上扩充设计上扩充设计8K字节字节的的ROM存储器存储器电路。电路。ROM芯片选用芯片选用Intel 2764，起始地址起始地址从从FE000H开始开始，译码电，译码电路路采用采用74LS138。四四.CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接 1.计算此计算此ROM存储区的最高地址为存储区的最高地址为多少？多少？2.画出此存储器电路与系统总线的画出此存储器电路与系统总线的连接图。连接图。四四.CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接求存储区的最高地址求存储区的最高地址 因为因为Intel 2764存储容量为存储容量为8K 8（字节），所（字节），所以设计此存储电路共需以设计此存储电路共需1片片2764芯片。因此最高地芯片。因此最高地址为：址为：FE000H+02000H-1=FFFFFH 四四.CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接 四四.CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接确确定定总总线线及及总总线线信信号号 电路设计电路设计80888088CPUCPU最最大大方方式式系系统统总总线线D7-D0D7-D0A19-A16A19-A16A15-A0A15-A0MEMWMEMWMEMRMEMRIOWIOWIORIOR 电路连接电路连接 四四.CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接 片选信号片选信号A12A0D0D7D0D7+5V80888088CPUCPU最最大大方方式式系系统统总总线线 2764A19-A13A19-A13A19 A18 A17 A16 A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9A0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1片外寻址片外寻址与与2764芯片的芯片的A12 A0相连，作片内寻址相连，作片内寻址高位不变地址部分，去参加译高位不变地址部分，去参加译码，作码，作27642764的的 片选信号。片选信号。8K 地址分析地址分析 四四.CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接 译码电路设计译码电路设计 A19A18A17A16A15A14MEMR片选信号片选信号A1374LS138G1 Y0G2A Y1G2B Y2 Y3 C Y4 B Y5A Y6 Y7 四四.CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接 P222 1.2.补充题：补充题：在在8088系统总线上扩充设计系统总线上扩充设计16K字节字节SRAM电电路。路。SRAM芯片用芯片用INTEL 6264，起始地址从起始地址从00000H开始，译码器用开始，译码器用74LS138。1.设计此电路共需设计此电路共需6264芯片多少片？芯片多少片？2.每片每片6264的地址范围是多少？的地址范围是多少？3.画出此存储器电路与系统总线的连接图。画出此存储器电路与系统总线的连接图。作作 业业