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1、第二节 内部存储器,2.2.1 存储器概述,2.2.2 随机存储器（RAM）,2.2.3 只读存储器（ROM）,2.2.4 存储器连接与扩展,2.2.5 8086与存储器连接,2.2.6 微机内存储器的组织,2.2.1 存储器概述,作用：存放待加工的原始数据和中间计算结果以及系统或 用户程序等。,存储器分类 1.按内存储器与外存储器来分类,2.按存储载体材料分类半导体材料 半导体存储器：TTL型、MOS型、ECL型、I2L型等；磁性材料 磁带存储器、软磁盘存储器和硬磁盘存储器等；光介质材料 CD-ROM、DVD等。,3.按存储器的功能来分类 按存储器与CPU的关系分类 控制存储器CM、主存储器
2、MM、高速缓冲存储器Cache、外存储器EM；,按存储器的读写功能分类 读写存储器RWM、只读存储器ROM；按数据存储单元的寻址方式分类 随机存取存储器RAM、顺序存取存储器SAM、直接存取存储器DAM；按半导体器件原理分类 晶体管逻辑存储器TTL、发射极耦合存储器ECL、单极性器件存储器MOS；,4.半导体存储器的分类,从应用角度可分为两大类：,RAM具有易失性，可读，可写，常用于存放数据、中间结果等。ROM在程序执行时只能读不能写。常用于存放程序或不易变的数据。掩膜ROM不可改写。可编程PROM、EPROM、E2PROM及FLASH在 一定条件下可改写。,按存储原理分类 随机存取存储器RA
3、M、只读存储器ROM；按数据传送方式分类 并行存储器PM、串行存储器SM；,2.最大存取时间：访问一次存储器（对指定单元写入或读出）所需要的时间，这个时间的上限值即最大存取时间，一般为十几ns到几百ns。从CPU给出有效的存储器地址到存储器输出有效数据所需要的时间,1.容量：指一个存储器芯片能存储的二进制信息。存储器芯片容量=存储单元数每单元的数据位数 例：6264 8KB=8K 8bit 6116 2KB=2K 8bit 1字节=8 bit；1KB=210字节=1024字节；1MB=210KB=1024KB；1GB=210MB=1024MB；1TB=210GB=1024GB。,2.2.2 半
4、导体存储器的性能指标,3.其他指标：功耗，工作电源，可靠性，集成度，价格等。,一、RAM原理,2.2.3 随机存取存储器(RAM),1.静态RAM（SRAM）,地址译码器：接收来自CPU的n位地址，经译码后产生2n个地址选择信号，实现对片内存储单元的选址。控制逻辑电路：接收片选信号CS及来自CPU的读/写控制信号，形成芯片内部控制信号，控制数据的读出和写入。数据缓冲器：寄存来自CPU的写入数据或从存储体内读出的数据。存储体：存储体是存储芯片的主体，由基本存储元按照一定的排列规律构成。,1.存储体 一个基本存储电路能存储1位2#数。,（1）T1和T2组成一个双稳态触发器，用于保存数据。T3和T4
5、为负载管。（2）如O1点为数据Q，则O2点为数据/Q。（3）行选择线有效（高电 平）时，O1、O2处的数据信息通过门控管T5和T6送至T7和T8。（4）列选择线有效（高电 平）时，T7和T8处的数据信息通过门控管T7和T8送至芯片C的引脚，读控制线有效则输出至数据线。,2.外围电路（1）地址译码器 对外部地址信号译码，用以选择要访问的单元。,单地址译码（右图1）：译码器为10:1024，译码输出线 2101024 根。引线太多，制造困难。,若要构成1K1b个存储单元，需10根地址线，1根数据线。,双地址译码（右图2）：有X、Y两个译码器，每个有10/2个输入，210/2个输出，共输出210/2
6、 210/2=210（1024）个状态，而输出线只有2 210/2根。两个5:32译码器组成行列形式选中单元，大大减少引线。,（2）I/O控制电路,低功耗 CMOS SRAM，容量8K8bit；DIP封装，单一5V电源供电。28PIN，输入输出电平与TTL兼容。最大存储时间70120ns。,二、典型芯片HM6264BL,6264SRAM与CPU的连接,8086CPU WR RD,6264WE OE,3.读写周期时序,读出时间tAA：最大70ns，从地址有效到RAM数据线上出现稳定 数据的时间。是RAM读操作速度快慢的主要指标。读周期 tRC：70ns（mim），表示连续操作允许最小时间。它总是
7、大于或等于读出时间。正确读数：地址有效经tAA后，且片选信号有效经tCO 及tOE后才 能收到数据。,（1）读周期,写周期时序,（一）6225662256是32K*8的CMOS静态RAM,补充：典型存储器芯片和译码器芯片,62256工作表,（二）3-8译码器74LS138,2.动态RAM（DRAM）,一、单管动态基本存储电路（1或0由电容C上有无电荷决定）,设 T1导通时（字选线1），将 D1 写入，则C上有电荷。字选线撤消，T1截止。T1导通（字选线1）才能读。读时：D本为0，CD无电荷。导通时C上电荷转移到 CD 上，所以D为1；若C上原无电荷，则D为0；,PD424256的容量是256K
8、4，片内需log2256K=18个地址信号，外接9根地址线，由内部多路开关将外部18根地址线分两次送入。,一、基于预测技术的DRAM（超页模式EDO DRAM）,动、静RAM比较：动：容量大，速度慢，功耗低，刷新电路复杂。静：容量小，速度快，功耗大，无刷新电路。,二、典型芯片uPD424256,5.2.3 高速RAM（由DRAM进行改进，因RAM价格高）,edo dram 扩展数据输出（extended data outedo，有时也称为超页模式）dram和突发式edo dram是两种基于页模式内存的内存技术。edo技术在普通dram的接口上增加了一些逻辑电路，利用了地址预测功能，缩短了读写周
9、期并消除了等待状态，使得突发式传送更加迅速，提高了数据的存取速度。,主要产品有:Intel 2186、2187（8K8位)。封装形式有：SIMM（Single In-line Memory Modle)单边沿连接插脚DIMM（Dual In-line Memory modle)双边沿连接插脚,2.2.4 只读存储器（ROM）,掩膜ROM芯片所存储的信息由芯片制造厂家完成，用户不能修改。掩膜ROM以有/无跨接管子来区分0/1信息：有为0，无（被光刻而去掉）为1。,1.掩膜ROM和PROM一、掩膜ROM（Read Only Memory）,典型的PROM基本存储电路如下图所示。芯片出厂时，开关管T
10、1与位线（数据线）之间以熔丝相连。用户可对其进行一次性编程（熔断或保留熔丝以区分“1/0”）：当加入写脉冲，某些存储单元熔丝熔断，信息永久写入，不可再次改写。,PROM基本存储电路,二、PROM（Programmable ROM）,PROM的写入要由专用的电路（大电流、高电压）和程序完成。,2.可擦除的PROM 一、EPROM（紫外线可擦除）1.基本存储电路,（1）由浮栅雪崩注入的FAMOS器件构成。（2）当浮栅有足够的电荷积累时，记录的信息为0，没有一定的电荷积累时，信息为1。（3）用户可以多次编程。编程加写脉冲后，某些存储单元的PN结表面形成浮动栅，阻挡通路，实现信息写入。（4）用紫外线照
11、射可驱散浮动栅（浮栅上的电荷形成光电流泄漏），原有信息全部擦除（擦除后内容全为“1”），便可再次改写。,如：27256为32K8 EPROM,二、EEPROM 特点：1.在线改写，简单，在单一5V电源下即可完成。2.擦除与写入同步，约10ms。有些E2PROM设有写入结束标志以供查询或申请中断。3.一般为并行总线传输，如：2864，引脚与2764完全兼容，最大存取时间200ns，编程与工作电压均为5V。4.具备RAM、ROM的优点,但写入时间较长。,三、OTPROM（One Time PROM）除了没有擦除窗口，其他工艺与EPROM完全相同。可用普通 编程器对其编程（只能一次）。,四、快擦写存
12、储器（Flash memory)类似EEPROM。它采用一种非挥发性存储技术，即掉电后数据信息可以长期保存。又能在线擦除和重写，擦除的是整个存储器阵列或者是一个大的存储单元块，而不是一个字节一个字节的擦除。需几秒钟时间，但擦除次数有限。产品型号有：28F256 32K8bit 29010 128K8bit,5.4 存储器连接与扩充,若用存贮芯片构成存贮系统，或对已有的存贮系统进行容量扩充时，需要通过总线将RAM、ROM芯片同CPU连接起来，并使之协调工作。,2.2.5 存储器芯片选择,一、类型选择,RAM存储用户的调试程序、程序的中间运算结果及掉 电时无需保护的I/O数据及参数等。SRAM 与
13、CPU连接简单，无需接口电路，在小型系 统中、智能仪表中采用。DRAM 集成度高，但需刷新电路，与CPU的接口复 杂，仅在需要较大存贮容量的计算机产品中应用。,ROM具有非易失性。EPROM 存放系统（监控）程序，无需在线修改的 参数。E2PROM数据、参数等有掉电保护要求的数据。,特别：利用后备电源，配合掉电保护电路，也可以保证静态 RAM在掉电后数据不丢失。,在第二章的CPU时序介绍中了解到：CPU进行读操作时，什么时候送地址信号,什么时候从数据线上读数据,其时序是固定的。从T1状态开始到地址信号有效：TCLAVmax=110ns（地址有效延迟）,对MEM，从外部输入地址信号有效，到把内部
14、数据送至数据总线上的时序也是固定的，由存储器的内部结构和制造工艺决定。6264读取时间tAAmax70ns,二、存储器芯片与CPU的时序配合MEM与CPU工作速度的匹配问题。,8088读周期时序（4.77MHz时）,2.2.6 存储器容量扩充 当单片存储器芯片的容量不能满足系统容量要求时，可多片组合以扩充位数或存贮单元数。本节以RAM扩充为例，ROM的处理方法与之相同。,=2（片）,一、位数扩充 例：用8K8bit的6264扩充形成8K16bit的芯片组，所需芯片：8K16bit 8K8bit,方法 两个芯片的地址线、片选信号 及读/写控制线分别互连；两个芯片的数据线各自独立，一片作低8位（D
15、0D7）,另一片 作高8位（D8D15）。即，每个16位数据的高、低字 节 分别存于两个芯片，一次读/写 操作同时访问两个芯片中的同地 址单元。具体连接如右。,二、单元数扩充 例：用8K8bit的6264扩充形成32K8bit的存储区,需要的8K8 芯片数为：32K/8K=4（片）,称地址线A0A12实现片内寻址，A13A14实现片间寻址。,当单元数与位数都要扩充时，将以上两者结合起来。如：用8K8芯片构成32K16存储区，需要42个芯片。（1）先扩充位数，每2个芯片一组，构成4个8K16芯片组；（2）再扩充单元数，将这4个芯片组组合成32K16存储区。,扩充连接图,2.2.7 8086与存储
16、器连接,1全译码法片内寻址未用的全部高位地址线都参加译码，译码 输出作为片选信号，使得每个存贮器单元地址唯一。译码电路比较复杂。一般用3-8译码器或可编程器件等实现。部分译码法除片内寻址外的高位地址的一部分来译码产生片 选信号（简单）线选法用除片内寻址外的高位地址线中的任一根做为片选信 号，直接接各存储器的片选端来区别各芯片的地址。,设CPU引脚已经外围芯片（锁存器、驱动器），可以连接存贮器或I/O接口电路。以8088系统总线与SRAM连接为例，AB、CB、DB如何连？,例：用4片6264构成32K8的存贮区。片内地址连接A0A12，高位地址线A19A13译码后产生6264的片选信号。一般有三
17、种译码方式：,例：用4片6264构成32K8的存贮区。1.全译码法 高位地址线A19A13全部参加译码，产生6264的片选信号。,整个32K8存储器的地址范围：00000H07FFFH仅占用8088 1M容量的32K地址范围。,部分译码法 除片内寻址外的高位地址的一部分来译码产生片选信号（简单）。,3线选法 用除片内寻址外的高位地址线中的任一根做为片选信号，直接接各存储器的片选端来区别各芯片的地址。,特点：线选法也有地址重叠区。地址不连续，但简单。,例：用线选法产生4片6264（0#3#）片选信号：A16A13用作片选，A19A17未用，其它信号（数据线，读写信号）的 连接同图5-18。这时，
18、32K存储器的基本地址范围为：,注意：软件上必须保证这些片选线每次寻址时只能有一位有效，决不允许多于一位同时有效。,例：用4片6264构成32K8的存贮区。1.全译码法 高位地址线A19A13全部参加译码，产生6264的片选信号。,整个32K8存储器的地址范围：00000H 07FFFH仅占用8088 1M容量的32K地址范围。,用户扩展存储器地址空间的范围决定了存储芯片的片选信号的实现方式。,实际应用中，存储器芯片的片选信号可根据需要选择上述某种方法或几种方法并用。ROM与CPU的连接同RAM。,微机存储器设计要点,芯片的选择 总线的负载 速度的匹配 地址的分配（要保证对存储器寻址的惟一性）,
