第4章 存储器和高速缓存技术68266

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,一 存储器概述,按读写方式分：,只读存储器,ROM ,随机存取存储器,RAM,存储器：提供写入和读出数字信息的单元，用于,存放程序和数据,按位存放，以字节为单元读取。,微机系统的存储器可分为四级：,内部寄存器组 高速缓冲器,内存储器（主存）外存储器（辅存）,内存储器分类,：,程序存储器 数据存储器,第四章 存储器,1、只读存储器,ROM,只能读出，不能写入，断开电源后，信息不会消失。,常用来存放固定的程序，如微机的监控程序、编译程序、系统软件以及常数、表格等。,掩模,ROM,：,由厂商按用户要求掩模制作，封装后不能改写，用于数据不再改变且使用量大的场合。,PROM(,可编程)：,可由用户一次性编程写入，写入后不能改写。,EPROM(,紫外线可擦,PROM)：,用户可多次改写内容，改写方法一般可 选用紫外线擦除，再编程写入，有任一位错，都须全片擦除、改写。紫外线照射约半小时，所有存储位复原到1。,E,2,PROM(,电可擦,PROM)：,可以字节为单位多次用电擦除和改写，并可直接在机内进行，无需专用设备，故方便灵活。,FLASH(,闪存):,它与,E,2,PROM,类似，也是一种电擦写型,ROM。,与,E,2,PROM,的主要区别是：,EEPROM,是按字节擦写，速度慢，而闪存是按块擦写，速度快。,构成,CMOS,电路，用于保存系统当前设置的各种参数。在这种情况下需要有后备电源及掉电保护电路的支持。,2、随机存取存储器,RAM(Random Access Memory),分为双极型和,MOS,型，大容量一般为,MOS,型。,RAM,中的信息不能长期保存,一旦停电时，所存信息会丢失，因此,RAM,主要用作,信息的暂存,。,RAM,主要用于以下几个方面：,存放当前正在执行的程序和数据，中间运算结果和,I/O,数据等。,作堆栈(,Stack),保护中断和子程序调用时,CPU,的现场信息。,作,I/O,数据缓冲器，如显示输出、打印输出、键盘输入缓冲存储器。,RAM,的分,类,：,SRAM(,静态,RAM)：,存储单元电路以双稳为基础,故状态稳定,只要不掉电，信息不会丢失。价格较贵，用于高速缓存。,DRAM(,动态,RAM)：,存储单元电路简单，集成度高，功耗小，但即使不掉电也会因电容放电而丢失信息，所以需定时刷新。,NVRAM(,非易失性,RAM)：,实际是由,SRAM,和,E,2,PROM,共同构成.正常时为,SRAM;,掉电或电源故障时，立即将,SRAM,中的信息保存在,E,2,PROM,中，使不丢失。多用于存储系统中的重要信息保存和掉电保护。,SDRAM,(,Synchronous DRAM)：,是一种同步动态随机存储器。它的主要特点是把,CPU,与,DRAM,的操作通过一个相同的时钟锁存在一起，使,DRAM,在工作时与,CPU,的外频时钟同步，从而解决了,CPU,与,DRAM,之间速度不匹配的问题。,DDR SDRAM（Double Data Rata SDRAM）:,是一种双速率同步动态随机存储器。这种技术是建立在,SDRAM,的基础上，与,SDRAM,的区别是,DDR SDRAM,能在时钟脉冲的上升沿和下降沿读出数据，不需要提高时钟频率就能加倍提高,SDRAM,的速度，是目前作为内存的首选产品。,高速,RAM,内存条:,使用单列直插存储模块,SIMM（Single InLine Memory Module）,双列直插存储模块,DIMM（Dual InLine Memory Module）,二、几种典型的存储器芯片：,1、只读存储器,ROM(RED-ONLY MEMORY),典型的只读存储器的方框图如下：,ROM,A0-AI,CE,OE,D0-D7,数据线,地址线,控制线,Intel2764A,的芯片引脚和功能框图如下：,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,28,27,26,25,24,23,22,21,20,19,18,17,16,15,V,PP,A,12,A,7,A,6,A,5,A,4,A,3,A,2,A,1,A,0,D,0,D,1,D,2,GND,V,CC,PGM,N、C,A,8,A,9,A,10,A,11,CE,OE,D,7,D,6,D,5,D,4,D,3,注：,N、C,未接,以,EPROM,芯片,Intel2764A,为例：,A0-A12,Vpp,GND,Vcc,PGM,OE,CE,D0-D7,CE：,片选信号,有效，地址信号有效,否则，未选中芯片,PGM：,编程位，低电平脉冲保留一定时间，则可编程写入。,Vpp,：,编程电压，编程时为12.5,V，,平时为5,V。,地址线：,A0A12，,（8K*8）,数据线：,D0D7,OE：,输出允许,有效，数据输出,否则，输出禁止,OE,PGM,CE,A,12,A,8,A,7,A,0,输出允许逻辑编程,Y,译码,X,译码,输出缓冲,Y门,256256,存储矩阵,D7,D0,27系列,EPROM,芯片：,2716（2,K*8),2732（4K*8),2764（8K*8),27C128(16K*8),27C256（32K*8),27C512，27C010(1M)27C020(2M),27C40(4M),ROM,与80486CPU的连接,OE,2764,A0-A12,片选信号,产生电路,总线控,制逻辑,CE,MRDC,M/IO,D/C,W/R,D0-D7,高位地址线,MEMR,A0A12,CE,OE,2764（0）,D0-D7,D8-D15,D16-D23,D24-D31,2764（1）,2764（2）,2764（3）,EPROM,的扩充：,字长的扩充：字长宽度不够时,容量的扩充：字节容量不够时,2764,（1）,2764,（1）,D0D7,A0A12,OE,CE1,CE2,随机,存储器,RAM（Random Access,Memomy,),6,个,MOS,管组成的,RS,触发器，信息能够有效保存,静态,RAM（SRAM）,的方框图（以61162,K*8,为例）,SRAM,A0A10,D0D7,CS,OE,WE,WE：,写,允许输入信号,为0，允许写操作,为1，只允许读操作,CS,WE,OE,写使能信号,读使能信号,以,Intel 6116,为例，描述,SRAM,的工作过程。,读出：,CS=0，OE=0，WE=1，,数据送到,D,7,D,0,后输出到,CPU。,写入时，,CS=WE=0，OE=1，,数据,D,7,D,0,写入存储单元中。,CS=1，,输入/输出三态门高阻，存储芯片与系统总线被隔离。,常用的,SRAM,芯片：,21,系列：2114（1,K*4），6116（2K*8），6264（8K*8），,62256(32K*8),43,系列：4361(64,k*1),4363(16k*4),4364(8k*8),43254(64k*4),43256A(32k*8),431000A(128k*8),OE,2764,A0-A12,片选信号,产生电路,总线控,制逻辑,CS,MRDC,M/IO,D/C,W/R,MWTC,BE0,D0-D7,高位地址线,SRAM,与80486CPU的连接,存储体写,控制逻辑,WE,MEMR,MEMW,利用6116扩充为32位,SRAM。,6116（0）,D0-D7,D8-D15,D16-D23,D24-D31,6116（1）,6116（2）,6116（3）,A0A10,CS,OE,WE0,WE1,WE2,WE3,动态,RAM(Dynamic RAM),2164,A0-A7,Din,WE,RAS,CAS,Dout,地址线：,A0A7（,分时复用）,数据线：,Din,Dout,控制线：,RAS,行地址锁存信号,CAS,列地址锁存信号,WE,写允许信号,片选信号由,RAS,兼任,常用的,DRAM,有：,2116（16,K*1），2164A（64K*1），21256（256K*1），21464（64K*4),421000（1M*1），424256（256*4），44100（4M*1）,44400（1M*4），44160（256*16），416800（8M*2）,416400（4M*4），416160（1M*16）,以2164,A,为例：,特点：集成度高，成本低，需动态刷新。,DRAM,芯片2164,A,的容量为64,K1,位，8片2164,A,构成64,KB,的存储器。,2164,（1）,2164,（8）,A0A7,RAS,CAS,WE,Din07 Dout0-7,数据线,三、存储器片选信号及存储器芯片地址范围的确定,1、存储器片选信号与地址范围的关系,片选信号决定了存储器芯片的高位地址。,2、由片选信号的产生电路图确定芯片地址的范围,例,1、,EPROM,芯片2764,A，,实模式下设片选信号的产生电路如下：,芯片地址范围如下：,FE000H-FFFFFH,A0-A12,D0D7,OE,CE,A0-A12,D0-D7,MRDC,&,A19,A18,A13,&,A18,A13,A19,CE,则芯片地址范围如下：7,E000H-7FFFFH,此片选信号采用的是全译码方式：即高位地址全部参,与译码。,若,片选信号产生电路如下：,思考：,用2716（2,K*8）,构成存储器，要求地址范围为,BF800HBFFFFH，,采用全译码，片选信号应如何产生。,例,2、以,SRAM,芯片6116为例，设实模式下的片选信号产生电,路如下：,CE,&,A18,A17,A12,A19-A16 A15-A12 A11-A8,A7-A0,地址范围,0 1 1 1 1 1 1 1 0 0,0 0 0-0 7,F000H-,0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1-1,7FFFFH,1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0-0 FF000H-,1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1-1 FFFFFH,部分译码方式：即存储芯片占据多个地址范围，其中任意一个地址区域用户均可使用，但剩余的地址空间只能空着不用。,优点：电路相对简单,缺点：浪费地址空间。,以上为线性地址译码方式,优点：电路简单。,缺点：浪费地址空间。,3、采用译码器产生片选信号：,例,1：用74,LS138,译码器做片选信号产生电路（以2764,A,为例）。,A0-A12,D0D7,OE,CE,A0-A12,D0-D7,MRDC,E1,E2,E3,C,B,A,A19,A17,A16,A18,A15,A14,A13,Y0,地址范围如下,B0000H-BFFFFH,四、存储器芯片的扩展,字长的扩展：,主要用于多存储体中。,在微机系统中，为能支持各种数据宽度操作，存储器一般都按字节编址，以字节为单位构成，就是说他的数据宽度为8位。对于,CPU,的外部数据总线为8位的微机(如8088系统等)，其存储器只需用单体结构；而对于,CPU,外部数据总线为16位的微机系统(如 8086/80186/80286系统等)，一般需用两个8位存储体。,对于以80386、80486等32位,CPU,为核心的微机系统，一般使用4个由字节组成的存储体。,扩展方法：,地址线全部连在一起，片选及控制信号全部连在一起，片0对,应数据线,D0D7，,片1对应,D8D15，,以此类推即可。,容量的扩展,：,当单芯片容量不足时，例如用2片6116（2,K*8）,扩展为4,K*8,的存储器，此时涉及的主要问题是片选信号的产生。,片选信号的产生方法,通常有,线选法,、,局部译码法,和,全译码法,三种。,线选法,线选法除将低位地址线直接接片内地址外，将余下的高位地址线，分别作为各个存储器芯片的片选控制信号。,用于扩展量不大时,。,例如：,2KB,（1）,CS,2KB,（2）,CS,2KB,（3）,CS,2KB,（4）,CS,2KB,（5）,CS,A0A10,A11,A12,A13,A14,A15,地址分配如下：,片1：,