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1、第五章 微机的存储器,存储器是微机的重要组成部分之一，它的种类很多，各种存储器存储信息的媒体、存储原理和方法也各不相同。本章主要以各种微机中广泛应用的半导体存储器为对象，在研究存储器及其基本电路、基础知识的基础上，着重研究存储器的扩充问题。,内容提要,5.4 存储器的扩充,5.3只读存储器ROM,5.2随机存取存储器RAM,5.1存储器的分类与组成,5.1存储器的分类与组成,按与CPU的连接方式不同，可分为内存和外存。通过CPU的外部总线直接与CPU相连的存储器称为内存储器（简称内存或主存）。CPU要通过I/O接口电路才能访问的存储器称为外存储器（简称外存或二级存储器）。,CPU与存储器的连接
2、结构示意图,一、半导体存储器的分类,说明：RAM(Random Access memory),RAM在程序执行过程中，每个存储单元的内容根据程序的要求既可随时读出，又可随时写入，故可称读写存储器。RAM所存储的信息在断开电源时会立即消失，是一种易失性存储器。RAM按工艺又可分为双极型RAM和MOS RAM两类，而MOS RAM又可分为静态(Static)SRAM和动态(Dynamic)DRAM两种。双极型RAM的特点是存取速度快，但集成度低，功耗大，主要用于速度要求高的位片式微机中；静态MOS RAM的集成度高于双极型RAM,功耗低于双极型RAM；动态RAM比静态RAM具有更高的集成度,但是它
3、靠电路中栅极电容来储存信息，由于电容器上的电荷会泄漏，因此，它需要定时进行刷新。,二、半导体存储器的组成,（一）存储体,存储体是存储1或0信息的电路实体，它由许多存储单元组成，每个存储单元赋予一个编号，称为地址单元号。而每个存储单元由若干相同的位组成，每个位需要一个存储元件。存储器的地址用一组二进制数表示，其地址线的位数n与存储单元的数量N之间的关系为：2n=N,（二）地址译码电路,地址译码方式有两种：1.单译码方式 它的全部地址只用一个电路译码，译码输出的字选择线直接选中对应地址码的存储单元。2.双译码方式它将地址码分为X和Y两部分，用两个译码电路分别译码。向译码又称行译码，其输出线称行选择
4、线，它选中存储矩阵中一行的所有存储单元。向译码又称列译码，其输出线称列选择线，它选中一列的所有单元。只有X向和Y向的选择线同时选中的那一位存储单元,才能进行读或写操作。,（三）读/写电路与控制电路,读/写电路包括读/写放大器、数据缓冲器（三态双向缓冲器）等。它是数据信息输入和输出的通道。外界对存储器的控制信号有读信号（）、写信号（）和片选信号（）等，通过控制电路，控制存储器的读或写操作以及片选。只有片选信号处于有效状态，存储器才能与外界交换信息。,5.2 随机存取存储器（RAM）,一、静态随机存取存储器(SRAM)（一）基本存储电路由个管组成的触发器.如图：,（二）静态RAM的组成,（三）静态
5、RAM的读/写过程,1.读出过程（1）地址码加到RAM芯片的地址输入端，经X与Y地址译码器译码，产生行选与列选信号，选中某一存储单元，该单元中存储的代码，经一定时间，出现在IO电路的输出端。电路对读出的信号进行放大、整形，送至输出缓冲寄存器。缓冲寄存器一般具有三态控制功能，没有开门信号，所存数据还不能送到DB上。（2）在送上地址码的同时，还要送上读/写控制信号（R/W或RD、WR）和片选信号（CS）。读出时，使R/W，CS，这时，输出缓冲寄存器的三态门将被打开，所存信息送至DB上。于是，存储单元中的信息被读出。2.写入过程（）地址码加在RAM芯片的地址输入端，选中相应的存储单元，使其可以进行写
6、操作。（）将要写入的数据放在DB上。（）加上片选信号CS及写入信号R/W。这两个有效控制信号打开三态门使DB上的数据进入输入电路，送到存储单元的位线上，从而写入该存储单元。,（四）静态RAM芯片举例,静态RAM芯片有6116、6264、62128、62256等。例如：下图是几种常用的数据存储器的引脚图，以62256为例介绍，其中：A0A14：地址输入线；D0D7：数据线；：选片信号输入线，低电平有效；：读选通信号输入线，低电平有效；：写选通信号输入线，低电平有效；CE2：6264芯片的高有效选通端；VCC：工作电源，一般接+5V；GND：工作地。,常用RAM引脚图,二、动态随机存储器,动态RA
7、M芯片是以MOS管栅极电容是否充有电荷来存储信息的，其基本单元电路一般由四管、三管和单管组成，以三管和单管较为常用。由于它所需要的管子较少，故可以扩大每片存储器芯片的容量，并且其功耗较低，所以在微机系统中，大多数采用动态RAM芯片。,(一）动态基本存储电路,三管动态基本存储电路,2单管动态基本存储电路,小结,综上所述，动态基本存储电路所需管子的数目比静态的要少，提高了集成度，降低了成本，存取速度快。但由于要刷新，需要增加刷新电路，外围控制电路比较复杂。静态尽管集成度低些，但静态基本存储电路工作较稳定，也不需要刷新，所以外围控制电路比较简单。究竟选用哪种，要综合比较各方面的因素决定。,.3 只读
8、存储器（）,一、只读存储器存储信息的原理和组成,的存储元件如图：它可以看作是一个单向导通的开关电路。当字线上加有选中信号时，如果电子开关是断开的，位线上将输出信息；如果是接通的，则位线经接地，将输出信息0。,ROM基本组成,二、只读存储器的分类,（一）不可编程掩模式ROM 固定存储器。由器件制造厂家根据用户事先编好的机器码程序，把0、1信息存储在掩模图形中而制成的ROM芯片。专业用途，只适用于大批量生产，不适用于科学研究。（二）可编程存储器PROM(Programmable ROM）ROM元件原理图中电子开关S改为一段熔丝。制造时，每一单元都由熔丝接通，则存储的都是信息。如果用户在使用前根据程
9、序的需要，利用编程写入器对选中的基本存储电路通以mAmA的电流，将熔丝烧断，则该单元将存储信息。这样，便完成了程序修改。由于熔丝烧断后，无法再接通，所以，PROM只能一次编程.编程后，不能再修改。,（三）可擦除、可再编程的只读存储器EPROM（Erasable PROM）特点：芯片的上方有一个石英玻璃的窗口，通过紫外线照射，芯片电路中的浮空晶栅上的电荷会形成光电流泄漏走，使电路恢复起始状态，从而将写入的信号擦去.出厂时处于未编程状态使用紫外线擦除已写入信息一次性全部擦除，速度较慢典型有 2716、2732、2764、27128、27256 等EPROM芯片,（四）电可擦除可编程序的ROM(El
10、ectronic Erasable Programmable ROM，EEPROM)擦除可以按字节分别进行 电擦除、字节的编程和擦除都只需要10ms，可在线编程典型有：2816、2864等,(五)闪速存储器（Flash Memory）借用了EPROM结构简单，又吸收了EEPROM电擦除的特点；不但具备RAM的高速性，而且还兼有ROM的非易失性。同时它还具有可以整块芯片电擦除、耗电低、集成度高、体积小、可靠性高、无需后备电池支持、可重新改写、重复使用性好（至少可反复使用10万次以上）等优点。平均写入速度低于0.1秒。使用它不仅能有效解决外部存储器和内存之间速度上存在的瓶颈问题，而且能保证有极高的
11、读出速度。Flash Memory芯片抗干扰能力很强。,5.4 存储器容量的扩充技术,问题：如何用容量较小、字长较短的芯片，组成微机系统所需的存储器？,解决办法：,位扩充 当实际存储芯片每个单元的位数和系统需要内存单元字长不等时采用的方法。字扩充 当存储芯片上每个存储单元的字长已满足要求，但存储单元的个数不够，需要增加的是存储单元的数量，就称为字扩展。字位扩充 需要同时进行位扩充和字扩充才能满足系统存储容量需求的方法称为字位扩充。,（一）位扩充,用位或位的存储器芯片构成位的存储器，可采用位并联的方法。例：,（二）字扩充,采用地址串联的方法。存储器芯片片选端的处理？（高位地址片选）线选法 地址的高位直接作为各个芯片的片选信号，在寻址时只有一位片选信号有效的方法称为线选法。部分译码法 用部分高位地址进行译码产生片选信号。完全译码法 全部高位地址译码产生片选信号。常用地址译码器：2-4译码器，3-8译码器74LS138、74LS139等。,地址译码器74LS138,例：16K8位的存储器芯片组成64K8位存储器,各芯片取址范围？,例子：P2115.225.24（2）作业5.6（3）（5）5.75.155.16,
