lijlon88第三章存储器.ppt

主讲 姚玉峰哈工大 威海 机器人研究所 第三章存储器 计算机接口及信号处理 本章内容 存储器的组成与扩展 工作原理及典型芯片 存储器概述 一 存储器概述 存储器分类 存储器是计算机系统中必不可少的组成部分 用来存放计算机系统工作时所用的信息 包括程序和数据等 一 存储器概述 按存储方式分类 1 只读型存储器 在程序的执行过程中只能读出信息 如ROM半导体存储器芯片和普通光盘 2 直接存储型 在正常工作条件下即可以直接对任一存储单元读出和写入信息 如磁盘和可读写光盘 3 顺序存取型存储器 在读出和写入信息时只能按地址的先后顺序进行 其速度一般比较慢 如磁带 一 存储器概述 按在计算机中的作用分类 一 存储器概述 存储器的层次结构 存储器分层结构图 一 存储器概述 半导体存储器的分类 一 存储器概述 半导体存储器芯片的一般结构 半导体存储器芯片一般由存储体 地址锁存器 地址译码器 数据输入 输出电路和读写控制逻辑五个部分组成 一 存储器概述 半导体存储器的主要技术指标 存储容量 存储器可以容纳的二进制信息量存储容量 2M N地址线数目为M 数据线N位 存取速度 一般采用两种参数描述 1 存取时间TA AccessTime 指从CPU给出有效地址启动一次存储器读 写操作 到该操作完成所需的时间 读 写分别为TAR TAW 2 存取周期TMC MemoryCycle 指连续两次存储器读 写操作之间的最小时间间隔 略大于TA 可靠性 用MTBF MeanTimeBetweenFailures 来衡量 即平均故障间隔时间来衡量 MTBF越长 可靠性越高 二 半导体存储器的工作原理及典型芯片 静态RAM SRAM 静态RAM基本电路 A 触发器非端 A触发器原端 二 半导体存储器的工作原理及典型芯片 MOS六管静态存储单元 Vcc 二 半导体存储器的工作原理及典型芯片 静态RAM基本电路的读操作 二 半导体存储器的工作原理及典型芯片 静态RAM基本电路的写操作 二 半导体存储器的工作原理及典型芯片 SRAM芯片实例 常用SRAM芯片有6116 2KB 8位 6264 8KB 8位 62256 32KB 8位 628128 128KB 8位 等 11位地址线8位数据线3条控制引脚 即片选信号 写允许信号和输出允许信号还有一条电源线和一条地线 二 半导体存储器的工作原理及典型芯片 动态RAM DRAM 动态RAM基本单元电路 T 读出与原存信息相反 写入与输入信息相同 无电流 有电流 读出时数据线有电流为 1 写入时CS充电为 1 放电为 0 二 半导体存储器的工作原理及典型芯片 动态RAM刷新 为什么要使用刷新破坏性读出再生 读操作后 被读单元的内容被清为零 必须把刚读出的内容立即写回去 通常称其为再生 它影响存储器的工作频率 在再生结束前不能开始下一次读 刷新方式 1 集中刷新 2 分散刷新 3 集中与分散相结合 二 半导体存储器的工作原理及典型芯片 DRAM芯片Intel2164 行地址选通信号和列地址选通信号8条地址线1位数据输入线和1位数据输出线还有1条电源线和1条地线 二 半导体存储器的工作原理及典型芯片 DRAM和SRAM的比较 二 半导体存储器的工作原理及典型芯片 ROM的存储原理 掩膜ROM MROM 行列选择线交叉处有MOS管为 0 行列选择线交叉处无MOS管为 1 特点 一次性写入不能修改 适合于保存可以成批生产的 成熟的程序与数据 成本非常低 二 半导体存储器的工作原理及典型芯片 PROM 一次性可编程 特点 出厂时为通用形式 用户可通过加高压 大电流的方法一次结构破坏性写入信息 写入的内容为永久的 二 半导体存储器的工作原理及典型芯片 EPROM 可擦除可编程 EPROM的基本存储电路的关键器件是FAMOS 浮置栅雪崩注入型 场效应管 它具有存储电荷的能力 写入后的信息可通过紫外线擦除 特点 可多次擦除和多次改写 但擦除和写入的时间一般比较长 二 半导体存储器的工作原理及典型芯片 EEPROM 电可擦除可编程只读存储器 特点 擦除和编程均可联机进行 更加方便 电可擦写局部擦写全部擦写 FlashMemory 快擦型存储器 又称闪存 电子盘 特点 擦除和写入速度更快 1M位的芯片擦 写时间小于5 s 与EEPROM不同的是只能整体擦或分区擦 由于闪速存储器具有非电易失性 且读取速度与DRAM接近 写入速度与硬盘接近 因此目前逐渐用来替代软 硬盘 称为半导体盘 具有无机械运动 抗震性好 可靠性高等优点 发展前景看好 二 半导体存储器的工作原理及典型芯片 三 存储器的组成与扩展 内存芯片与系统总线的连接 数据线的连接 一般而言 存储器是按字节来构成的 每个存储单元存放8位数据 每组芯片的数据线是8根 存储芯片的数据线应与系统对应的8位数据总线相连 数据线宽度不同 所需连接的组数也不同 系统数据总线为8位 则需一组 系统数据总线为16位 则需两组 系统数据总线为32位 则需四组 系统数据总线为64位 则需八组 三 存储器的组成与扩展 地址线的连接 根据所选用的存储器芯片地址线的多少 把系统的地址线分为片外地址和片内地址两部分 片外地址经地址译码器译码后的输出 作为存储器芯片的片选信号 用来选中CPU所要访问的存储器芯片 片内地址线直接与所要访问的存储器芯片的地址引脚相连 用来直接选中该芯片中的一个存储单元 74LS138引脚图 三 存储器的组成与扩展 74LS138的真值表 三 存储器的组成与扩展 控制线的连接 CPU的存储器读 写信号与存储器芯片的控制信号线连接 才能实现对存储器的读写 通常片选信号接地址译码器输出 写允许信号接写控制信号 输出允许信号接读控制信号 形成存储器芯片的片选信号的方法有三种 即全译码 部分译码和线选法 三 存储器的组成与扩展 存储芯片与CPU的配合 总线驱动能力 CPU的驱动能力有限 所以一般在较大的系统中 要在总线上加缓冲器和驱动器以增加CPU的负载能力 对于单向传送的地址总线一般用三态锁存器 如74LS373 8282 8283 对于单向传送的数据总线一般用三态单向驱动器 如74LS244 对于双向传送的数据总线一般用三态双向驱动器 如74LS245 三 存储器的组成与扩展 时序配合 存储器的存取周期应小于CPU的总线读写周期 并留出一定余量 在存储芯片的读写周期中 数据稳定时间也应小于CPU控制信号的有效维持时间 三 存储器的组成与扩展 8位存储器系统 在8位微机系统中 系统数据总线的宽度为8位 则需一组按字节组织的存储芯片 利用系统地址总线的高位经地址译码后形成各存储芯片的片选信号 系统地址总线的低位与各存储芯片的地址引脚相连 用于对片内存储单元的寻址 各存储芯片的数据引脚直接与8位数据总线相连即可 三 存储器的组成与扩展 三 存储器的组成与扩展 三 存储器的组成与扩展 16位存储器系统 在16位微机系统中 系统数据总线的宽度为16位 则需两组按字节组织的存储芯片 8086系统将1M字节的内存地址空间分成两个512K存储体 一个偶地址存储体和一个奇地址存储体 这样既能够进行字节访问也能够进行字访问 偶地址存储体与数据总线低8位D7 D0相连 奇地址存储体与数据总线高8位D15 D8相连 地址总线的A19 A1与两个存储体的A18 A0 并利用地址线A0 8086 和8086CPU的 BHE信号来选择两个存储体 三 存储器的组成与扩展 当A0 0 BHE 1时 访问偶地址存储体 当A0 1 BHE 0时 访问奇地址存储体 当A0 0 BHE 0时 偶地址存储体和奇地址存储体同时被访问 三 存储器的组成与扩展 三 存储器的组成与扩展 三 存储器的组成与扩展 32位和64位存储器系统 在32位微机系统中 系统数据总线的宽度为32位 则需四组按字节组织的存储芯片 见图示 利用BE0 BE3来选择四个不同的存储体 这样可以访问32位的数据 三 存储器的组成与扩展 在64位微机系统中 若系统数据总线的宽度为64位 则需八组按字节组织的存储芯片 见图示 利用BE0 BE7作为八个存储体的选择信号 这样可以访问64位的数据 结束语 谢谢大家 Thankyouforyourattention