第六章 存储器
前面 解决存储器的使用方法 本章 解决 1. 存储器的类型 2. 存储器的组织
§6.1 半导体存储器的分类及特点
一: 分类
1. 按记忆材料分类 A: 磁, 光存储器 B: 半导体存储器
2: 按CPU与存储器的耦合程序 A: 内存储器 — 半导体存储器 B: 外存储器 — 磁, 光存储器 3: 按存储器的读写功能
A: 读写存储器RWM(Read/Write Memory) B: 只读存储器ROM(Read Only Memory) 4: 按照数据存取方式
A: 直接存取存储器DAM(Direct Access Memory) B: 须序存取存储器SAM(Sequential Access Memory) C: 随机存取存储器RAM((Random Acess Memory) 5: 按器件原理分类
A: 双极性TTL器件存储器
相对 速度快 功耗大 集成度低 B: 单极性MOS器件存储器
相对 速度低 功耗小 集成度高 6: 按存储原理分类
A: 随机存取存储器 RAM (Random Acess Memory) 易失性存储器, 掉电丢失数据
B: 仅读存储器 ROM (Read Only Memory) 非易失性存储器, 掉电保持数据
二: 半导体存储器的性能指标
1. 存储器的存储量
A: 根据存储二进制位确定 —— Bit B: 根据存储二进制字节确定 —— Byte
C: 常用单位 字节 B (Byte) 千字节 KB (Kilo Byte)
兆字节 MB (Mega Byte) 吉字节 GB (Giga Byte)
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微机原理第六章: 存储器
D: 单位换算 1KB = 1024B 1MB = 1024KB 1GB = 1024MB 2. 存储器存取时间
A: CPU向存储器单元写数据所需时间 B: CPU从存储器单元读数据所需时间 3. 存储器工作功耗
A: 存储器单元工作功耗 B: 存储器芯片工作功耗 4. 存储器工作电源
A: TTL器件时, 工作电源为 +5V
B: MOS器件时, 工作电源为 +3V ~ +18V
§6.2随机存取存储器 RAM
由于 RAM具有 R/W功能, 在计算机系统中大量使用
一: RAM的类型及特点
1:
静态 SRAM (Static RAM)
A: 相对集成度低 存储单元由6个MOS场效应管
组成触发器锁存方式
B: 外围控制电路 — 简单
C: 用途 — 多用于单板机的数据存储 2: 动态 DRAM (Dynamic RAM)
A: 相对集成度高 存储单元由1个MOS场效应管
加电容组成电荷方式
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B: 外围控制电路 — 复杂, 需刷新电路 C: 用途 — 多用于系统机中的程序存储 二: SRAM存储器芯片 1: SRAM芯片内部原理图
2: 常用芯片及存储量
A: 2147 存储量 = 4096 * 1 = 4096Bit = 0.5KB B: 2114 存储量 = 1024 * 4 = 4096Bit = 0.5KB C: 6116 存储量 = 2048 * 8 = 18Kbit = 2KB D: 62 存储量 = 8K * 8 = Kbit = 8KB 3: 存储器芯片的字与位
A: 字 —— 存储器芯片的存储单元数, 与地址线有关 B: 位 —— 存储单元存放二进制位数, 与数据线有关 4: SRAM 存储器芯片的引脚特点 AB
A0 ~ An I/0o ~I/0n /CS /OE VCC /WE GND DB
A: 字线 A0 ~ An —— 接地址总线AB
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B: 位线 I/O —— 接数据总线 DB
C: 片选线 /CS —— 由AB线译码产生
D: 读写线 /OE, /WE —— 由控制线 RD,WR控制 E: 电源线 VCC, GND —— 提供芯片功率 5: SRAM存储芯片62 介绍(图6.2, 258页) A: 存储量 8K * 8
1) 字线 = 13 213 = 8K A0 ~ A12 2) 位线 = 8 I/O0 ~ I/O7 B: 片选线
1) /CE1 = L AND CE2 = H 片选有效
2) 控制方式 高有效控制线接 CE2时 , /CE1 接地
低有效控制线接 /CE1时, CE2接正电源
注: 两条片选线是为了应用时控制方式多样
/CE1 CE2 GND VCC CE2 /CE1
C: 读写线
1) 读有效 /WE = H /OE = L
2) 写有效 /WE = L /OE = H OR L 注: 读写线为两条是为不同CPU服务
MOTOROLA的68系列CPU的读写线为一条 R/W, 与SRAM的接线如图 读: R//W = H → /WE 6805 /OE = L R//W /WE 写: R//W = L → /WE GND /OE /OE = L
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INTEL的80系列 CPU的读写线为两条 /RD, /WR, 与SRAM的接线如图 读: /WR = H → /WE 8086 /RD = L →/OE /WR /WE
写: /WR = L → /WE
/RD /OE /RD = H → /OE
三: DRAM存储器
1: SRAM
芯片内部原理图
2: 常用芯片及存储量
A: 2116 存储量 = 16K * 1 = 16Kbit = 2KB B: 6256 存储量 = 256K * 1 = 256Kbit = 32KB C: 21 存储量 = K * 1 = Kbit = 8KB 3: DRAM存储器的特殊性
A: 在读取数据时, 电容电荷量减少 由于电容漏电, 电容电荷量减少 B: 为保持电容电荷量, 应定时充电 DRAM需要外围刷新控制器 4: DRAM存储芯片21 介绍
A: 存储量 K * 1
1) 字线 = 8 A0 – A7
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A0 ~ A7 /RAS /CAS /WE Din Dout 微机原理第六章: 存储器
采用地址线复用技术解决寻址所需16条地址线 2) 位线 = 2 Din Dout
读写数据使用不同的数据口 B: 控制线
1) 列地址选通控制线 CAS 2) 行地址选通控制线 RAS
3) 写数据控制线 /WE 读数据控制由外围芯片产生
5: 刷新控制器芯片8203 与 DRAM 芯片 21 的连接图 A: CPU 的 16条地址线送 8203 8203 的 地址线送 21
CAS,RAS完成行, 列 8位地址分时传送 B: 用八片 21构成 KB存储空间 C: Din直接与 DB线连接
Dout经锁存器与 DB线连接
四: RAM 存储器的组织
1: CPU寻址空间, 内存储器空间, 芯片存储空间
A: CPU寻址空间 由CPU地址线确定 如8086CPU为1MB B: 内存储器空间 由系统需求确定 如PC/XT为0KB C: 芯片存储空间 由所选芯片确定 如62为8KB 2: 存储器组织空间的确定 A: 单片存储芯片存储空间为
单片容量 = N * M (Bit) 按数据位定义 单片容量 = N * M /8 (Byte) 按数据字节定义 N — 字线(芯片单元数)
M — 位线(单元中数据位数)
B: 系统存储空间由多片存储芯片组成
总容量 = 单片存储器容量 X 片数 总容量(Byte) = (M * N) / 8 (Byte) 总容量(Bit) = (M * N) (Bit)
例: 用2114 SRAM 组成 4KB 系统 RAM
单片容量 = N * M = 1024 * 4 = 4K = 0.5KB 所需片数 = 4KB / 0.5KB = 8 片
五: 存储器组织中的串联, 并联
计算机的内存储器系统一般有多片存储器芯片组成, 由于不
同型号存储器芯片的存储器量不同, 合理选用存储器芯片组成内存储器系统非常重要
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3: 串联 —— 扩展存储器芯片的位线(M)
《例》用2114(1024 X 4)构成1KB内存储器空间
D0 ~ D7 D0 ~D3 2114 CPU DB
D4~ D7 2114 /CE AB
/CE A0 ~ A9 A: 2114 A: 2114字线 = A0 ~ A9 共10条,
2114位线 = I/O0 ~ I/O3共4条, 需要2片2114 B: 2114有N = 1K, M = 4, 构成1KB仅需扩展位线(M) C: 分析
1): 2114(1), 2114(2) 的片内地址线A0 ~ A9与Z80CPU的地
址线A0 ~ A9相连
2): 2114(1), 2114(2) 片选线相连后接Z80CPU的译码电路 3): 2114(1) 的片内数据线I/O0 ~ I/O3接Z80CPU的
数据线D0 ~ D3
2114(2) 的片内数据线I/O0 ~ I/O3接Z80CPU的
数据线D4 ~ D7
4: 并联 —— 扩展存储器芯片的字线(N) 《例》 用62构成16KB内存储器空间
D0 ~D7
DB CPU
译码器 D0 ~D7 62 D0 ~ D7 62 /CE AB A13 /CE A0 ~ A12 AB 微机原理 第 7 页
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A: 62字线 = A0 ~ A12共13条,
62位线 = I/O0 ~ I/O7共, 需要2片62 B: 62有N = 8K, M = 8, 构成16KB仅需扩展字线(N) C: 分析
1): 62(1), 62(2) 的片内地址线A0 ~ A12与
Z80CPU的地址线A0 ~ A12相连
2): 62(1), 62(2) 的片内数据线I/O0 ~ I/O7与
Z80CPU的数据线D0 ~ D7相连
3): Z80CPU的译码电路分别接62(1), 62(2) 的片选线
§6.3只读存储器 ROM
一: RAM 和 ROM 的应用特点
1: 在 PC 机中 ROM 存储监控程序, RAM 存储应用程序及数据 在单片机中 ROM 存储控制程序, RAM 存放数据 2: 计算机系统中若无 ROM 根本不能工作, 必要条件
计算机系统中若有 RAM能工作得更好, 充分条件
二: ROM的类型
1: 固定掩膜 ROM
由生产厂家编程, 不能修改, 用于大批量定型产品 2: 一次编程 PROM
仅能写入一次编程, 不能修改, 用于小批量产品 3: 多次编程 EPROM
能多次编程写入, 可以修改, 应用广泛
三: EPROM实例 —— 2732芯片介绍
1:
器件封装图 2: 引脚特性
A: 地址线 A0 – A11共 12条, 寻址 4K存储单元 B: 数据线 D0 – D7共 , 单元数据 8 Bit 片内存储量 4KB
C: 控制线 片选控制线 CE L有效 读取控制线 OE L有效 编程控制线 Vpp H有效 3: EPROM应用过程
A: 将源程汇编为机器码文件
B: 将机器码文件数据写入EPROM芯片 C: 将EPROM芯片装入系统运行调试
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D: 若程序有问题, 用擦除器清EPROM芯片 重复上述过程, 完成程序功能
四: 电擦写只读存储器 EEPROM
1: EPROM, 若需擦除片内数据, 从系统中取出芯片,
用紫外线照射擦除
EEPROM, 若需擦除片内数据, 不从系统中取出芯片,
用电擦除并重新写入
2: EPROM的擦除为对整片数据擦除 EEPROM的擦除可只对单元数据擦除 3: EPROM 的擦除时间约10 分钟 EEPROM 的擦除时间约 10ms
五: 闪烁存储器 Flash EEPROM
1: 其基本原理同电擦写 EEPROM
2: 擦写速度快, 有RAM的写入速度和ROM的功能 3: 应用广泛, 可望取代磁盘存贮器
§6.4
内存储器的设计
一: 存储器芯片的选择
1: 芯片容量选择
A: 根据计算机系统存储容量选择芯片型号
B: 根据计算机系统存储需求选择 ROM,RAM容量 C: 根据计算机系统存储特点选择
1): RAM ——动态DRAM或者静态SRAM
2): ROM ——光擦除PROM或者电擦EEPROM 2: 芯片速度选择
根据CPU读写速度选择合理的存储芯片的读写速度 3: 芯片功耗选择
根据计算机系统对功耗的要求选择低功耗存储芯片
二: 计算机系统中存储器的地址分配
1: PC/XT 计算机存储器的地址分配 系统最大访存空间为 1MB
A: 0KB RAM 地址分配 00000H – 9FFFFH 在低端 B: 16KB显示缓存地址分配 B8000H – BBFFFH
C: 8KB ROM(BIOS) 地址分配 FE000H – FFFFFH 在高端 2: TP801 单板机存储器的地址分配 系统最大访存空间为 KB
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A: 2KB ROM监控程序地址分配 0000H – 07FFH 在低端 B: 2KB RAM(系统用) 地址分配 2800H – 2FFFH 在高端 C: 用户 ROM及RAM 地址分配, 可由用户自行确定
三:
存储器芯片与CPU 的连接
1: 连接线: 地址线, 数据线, 控制线 2: 注意点:
A: CPU 的地址/数据复用线与存储器的地址, 数据线的连接 B: CPU 的地址线, 控制线与存储器的片选线的连接 C: CPU 的R/W控制线与存储器的R/W线的连接
四: 存储器芯片地址范围分配
1: 内存储器空间小于CPU寻址空间
2: 内存储器空间由各芯片存储空间构成 3: 芯片存储空间地址范围由使用者确定 4: 存储器芯片片端控制方式 A: 线选控制方式 B: 译码控制方式
1): 部分译码 多个地址量 —— 单个存储器单元 2): 全译码 一个地址量 —— 单个存储器单元
五: 部分译码方式的应用
《例》(271页) 由Z80CPU与1KBROM, 1KBRAM构成的计算机
系方框如图, 用部分译码方式, 求出ROM, RAM在内存储器中的地址范围
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DB
D0 ~D7 Z80CPU 译码器 /MREQ A10 D0 ~D7 1KB ROM /CE A0 ~ A9 D0 ~ D7 1KB RAM /CE A0 ~ A9 A0 ~ A9 AB
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注: /MREQ = L时为MEM读写有效, /MREQ = H时I/O端口读写有效
5: 芯片存储范围图 A: ROM A15 A14 A13 A12 A10 A11 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A1 A0 A0
1: 芯片存储量
A: ROM 存储量1KB 地址线A0 ~ A9 数据线D0 ~ D7 B: RAM 存储量1KB 地址线A0 ~ A9 数据线D0 ~ D7 2: 内存储器容量
存储量2KB 地址线A0 ~ A9 及 A10 ~ A15中的一条 数据线D0 ~ D7 3: 片选控制
A: /MREQ = L, A10 = L 时 ROM片选有效 B: /MREQ = L, A10 = H 时 RAM片选有效 4: 真值表
/MREQ A10 ROM片选 RAM片选
0 0 L H
0 1 H L
1 0 H H
1 1 H H Φ Φ Φ Φ Φ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Φ Φ Φ Φ Φ 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 注: A0 ~ A9为片内地址线, A10为片选地址线, A11 ~ A15未用 1): 当A15 = 0, A14 = 0, A13 = 0, A12 = 0, A11 = 0, A10 = 0时 ROM芯片存储范围为0000H ~ 03FFH
2): 当A15 = 1, A14 = 1, A13 = 1, A12 = 1, A11 = 1, A10 = 0时 ROM芯片存储范围为F800H ~ FBFFH
3): 由于A11 ~ A15共5条地址线未参加译码, 每个存储单元
的地址重码25 = 32个 B: RAM A15 A14 A13 A12 A10 A11 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 Φ Φ Φ Φ Φ 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Φ Φ Φ Φ Φ 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 注: A0 ~ A9为片内地址线, A10为片选地址线, A11 ~ A15未用 1): 当A15 = 0, A14 = 0, A13 = 0, A12 = 0, A11 = 0, A10 = 0时 ROM芯片存储范围为0400H ~ 07FFH
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2): 当A15 = 1, A14 = 1, A13 = 1, A12 = 1, A11 = 1, A10 = 1时 ROM芯片存储范围为FC00H ~ FFFFH
3): 由于A11 ~ A15共5条地址线未参加译码,
每个存储单元的地址重码25 = 32
六: 全译码方式的应用
《例》(273页) 由Z80CPU与8KBROM, 4KBRAM构成的计算机
系统方框如图, 用全译码方式, 求出ROM, RAM
在内存储器中的地址范围
1: 芯片存储量
A: ROM2732 存储量4KB 地址线A0 ~ A11 数据线D0 ~ D7 B: RAM6116 存储量2KB 地址线A0 ~ A10 数据线D0 ~ D7 2: 内存储器容量
存储量12KB 其中ROM 为8KB, 用2片2732,
RAM为4KB, 用2片6116
3: 片选控制
A: ROM2732的片内地址线为A0 ~ A11, A12 ~ A15参加片选译码
B: RAM6116的片内地址线为A0 ~ A10, A11 ~ A15参加片选译码
C: A12, A13, A14 经三 —— 八译码器产生片选控制, /Y0控制2732(1), /Y1控制2732(2), /Y2控制6116(1)及6116(2)
D: /Y2 = L且A11 = L时, 控制6116(1), /Y2 = L且A11 =H时, 控制6116(2)
E: A15 = L时, /G2A = L, 三 —— 八译码器的片选有效 /MREQ = L时, /G2B = L, 三 —— 八译码器的片选有效 G1 = H, 三 —— 八译码器的片选有效 4: 三 —— 八译码器真值表 A14 A13 A12 /Y0 /Y1 /Y2 /Y3 /Y4 /Y5 /Y6 /Y7 0 0 0 L H H H H H H H 0 0 1 H L H H H H H H 0 1 0 H H L H H H H H 0 1 1 H H H L H H H H 1 0 0 H H H H L H H H 1 0 1 H H H H H L H H 1 1 0 H H H H H H L H 1 1 1 H H H H H H H L 第 12 页
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微机原理第六章: 存储器
5: 芯片存储范围图 A: ROM2732(1) A15 A14 A13 A12 A10 A11 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A1 A1 0 1 A1 0 1 0 1
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 当A15 = 0,当A14,A13,A12 = 000时,/Y0 = L,2732(1) 片选有效 2732(1)芯片存储范围为0000H ~ 0FFFH B: ROM2732(2) A15 A14 A13 A12 A10 A11 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A0 0 1 A0 A0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 当A15 = 0,当A14,A13,A12 = 001时,/Y1 = L, 2732(2)片选有效 2732(2)芯片存储范围为1000H ~ 1FFFH C: RAM6116(1) A15 A14 A13 A12 A10 A11 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 0 1 A2 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 当A15 = 0, 当A14, A13, A12 = 010时, /Y0 = L, 且A11 = 0时,6116(1) 片选有效
6116(1)芯片存储范围为2000H ~ 27FFH D: RAM6116(2) A15 A14 A13 A12 A10 A11 A9 A8 A7 A6 A5 A4 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 当A15 = 0, 当A14, A13, A12 = 010时, /Y0 = L, 且A11 = 1时,6116(2) 片选有效
6116(2)芯片存储范围为2800H ~ 2FFFH
A3 0 1 作 业 : 6.4, 6.5, 6.7
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