微型计算机原理与接口技术(第三 教学课件 作者 杨立 邓振杰 荆淑霞等 第6章 存储器系统.ppt

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1、第6章存储器系统本章主要教学内容半导体存储器的基础知识半导体存储器的基本结构、工作原理及与CPU的连接等内容微机系统中的辅助存储器和新型存储器技术第6章存储器系统本章教学目的及要求了解存储器的分类和层次结构掌握常用的RAM和ROM基本结构、原理和特点运用存储器与CPU进行连接和扩展了解新型存储器技术的特性6.1存储器概述6.1.1存储器的分类1.按存储介质分类半导体存储器（双极型和MOS型）、磁表面存储器和光表面存储器。2.按读写功能分类只读存储器（ROM）和随机存取存储器（RAM）。3.按作用分类主存储器、辅助存储器和高速缓冲存储器（Cache）6.1.2存储器的常用性能指

2、标1．存储容量存储器可以存储的二进制信息总量称为存储容量。2．存取速度（1）存取时间：启动一次存储器操作到完成该操作所用的时间。（2）存取周期：连续两次独立的存储器操作最小时间间隔。3．价格存储器价格常用每位价格来衡量。6.1.3存储系统的层次结构目前，在计算机系统中通常采用三级层次结构来构成存储系统，主要由高速缓冲存储器Cache、主存储器和辅助存储器组成。如图6-1所示。6.1.4半导体存储器的结构半导体存储器分类半导体存储器一般由地址译码器、存储矩阵、读/写控制逻辑和输入/输出控制电路等部分组成，其结构如图所示。6.1.4半导体存储器的结构1．地址译码器2．存储矩阵3．

3、读/写控制逻辑4．输入/输出控制电路6.2随机存取存储器（RAM）随机存取指通过指令可随机地对每个存储单元进行访问，根据程序要求随时读/写，与存储单元地址无关。根据存储原理分为静态RAM和动态RAM。6.2.1静态RAM（SRAM）1．基本存储电路6.2随机存取存储器（RAM）6.2.1静态RAM（SRAM）2．SRAM的结构2．SRAM的结构6.2.2动态RAM（DRAM）1．基本存储电路DRAM存储信息基本电路可采用单管、三管和四管电路。单管电路由于集成度高，功耗小，应用越来越多，如图6-8所示，由一只MOS管和一个电容C组成。2．DRAM的刷新专门安排的存储器刷新操作不

4、同于存储器读/写操作，主要表现在如下几点：（1）刷新地址通常由刷新地址计数器产生，而不是由地址总线提供。（2）DRAM基本存储电路可按行同时刷新，刷新时只需要行地址，不需要列地址。（3）刷新操作时存储器芯片数据线呈高阻状态，即片内数据线与外部数据线完全隔离。3．DRAM举例6.3只读存储器（ROM）ROM是一种工作时只能读出不能写入的存储器。使用ROM时，其内部信息不能改变，一般只存放固定程序，如监控程序、BIOS程序等。ROM特点是非易失性，所存储的信息一经写入就可长久保存，不受电源断电的影响。按存储单元结构和生产工艺的不同，ROM可分为：掩膜ROM可编程PROM光可擦除E

5、PROM电可擦除E2PROM闪速存储器6.3.1掩膜ROM掩膜ROM存储的信息是在制造过程中写入的。图6-10所示为一个简单的4×4位MOS管掩膜ROM，采用单译码结构，两位地址线A1、A0译码后可译出4种状态，输出4条行选择线，分别选中4个单元，每个单元有4个二进制位，有4条列选择线输出。6.3.2可编程PROM为便于用户根据需要决定ROM中所存储信息，出现可编程只读存储器PROM。由用户在使用前一次性写入信息，写入后只能读出，不能修改。6.3.3光可擦除EPROM这种存储器利用编程器写入后，信息可长久保持。当其内容需要变更时，可利用擦除器将其所存储信息擦除，使各单元内容

6、复原为FFH，再根据需要利用EPROM编程器编程。6.3.4电可擦除E2PROM能在应用系统中进行在线读写，即用加电的方式来实现芯片擦除和重新写入，在断电情况下芯片所保存的数据信息也不会丢失。6.3.5闪速存储器具有RAM的易读易写、体积小、集成度高、速度快等优点，又有ROM断电后信息不丢失等优点。6.4存储器的扩展与寻址要组成一个大容量定字长的存储器模块，通常需要几片或几十片存储器采用一定的连接方式在字向和位向两方面进行扩展。6.4.1位扩展芯片中每个单元位数不能满足系统要求需在位向上进行扩展。如采用2114组成1024×8位RAM，每片2114是1K×4位，有10根地址线

7、和4根数据线。每片2114的10根地址线正好满足整个存储系统存储单元数量的要求，但2114只有4根数据线，不能满足存储器位数要求，所以要进行位扩展，位扩展如右图所示。6.4.2字扩展字扩展是芯片每个单元位数可满足系统要求，但存储容量不够，需要在字向上扩展。用16K×8芯片组成64K×8的存储器字扩展如图6-13所示。图6-13字扩展示意图6.4.3字位扩展芯片单元数和位数都不能满足存储器的要求，要在字、位两个方向上扩展。如采用2114（1K×4位）组成2K×8位RAM，字、位都不能满足存储器要求，要进行