第7章微型计算机存储器

外部引脚
A7 1 A6 2 A5 3 A4 4 A3 5 A2 6 A1 7 A0 8 D0 9 D1 10 D2 11 GND 12
24 VCC（+5V） A10-A0：地址线引脚。
23 A8
R/W#：读/写控制信号输
22 A9
入引脚。
21 R/W 20 OE 19 A10
OE#：输出控制信号输入 引脚。
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7.3 只读存储器ROM
ROM (Read Only Memory) 工作特点：在微机系统的在 线运行过程中，只能对其进行读操作，而不能进行写操作； 电源关断，信息不会丢失，属于非易失性存储器件；常用来 存放不需要改变的信息。
掩模式ROM—MROM（Mask ROM）
可编程ROM－PROM（Programmable ROM）
第4页
7.1.1 半导体存储器的分类
MOS型RAM按信息存放方式的不同可分为静态RAM（SRAM） 和动态RAM（DRAM）。 SRAM的存储电路以双稳态触发器为基础，控制电路简单， 状态稳定，只要不掉电，信息不会丢失，但集成度较低， 适用于不需要大存储容量的计算机系统。 DRAM的存储单元以电容为基础，电路简单，集成度高， 但电容中的电荷由于漏电会逐渐丢失，因此DRAM需要定时 刷新，适用于大存储容量的计算机系统。
址
译
码
A1
器
VCC
单元0 单元1 单元2 单元3
D3
D2
D1
D0
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7.3.2 可编程的只读存储器（PROM）
字线
VCC T
F 位线 数据线
R
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7.3.3 可擦除的可编程只读存储器（EPROM）
VCC 字选线
场效应管
位
浮置栅
线
源极
漏极
多晶硅浮置栅
S
D
SIO2 P
+++
N 基底
SIO2 P
15
O5
O2 11
14
O4
A10~A0
地址输入
列译码 行译码

GND 12
13
O3

数据输出端 O7~O0
输出缓冲器
读出放大
2K 8位
存储矩阵
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7.4 微机内存区域划分
微型计算机内存从0开始编址，末地址与处理器寻址能力 有关。微型计算机内存的整个物理地址空间划分若干区域： 常规内存、保留内存和扩展内存等。
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7.3.3 可擦除的可编程只读存储器（EPROM）
A7
1
A6
2
24
VCC
23
A8
Vpp GND VCC
A5
3
22
A9
A4
4
21
Vpp
CS
片选、功率下降
A3
5
20 CS PD/PGM
和编程逻辑
A2 6 Intel 19 A10
A1 7 2716 18 PD/PG
A0
8
17
O7
O0
9
16
O6
O1 10
电擦除的PROM（EEPROM或E2PROM）：能以字节为单位进 行擦除和更改。
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半导体 存储器
随机存取 存储器RAM
只读存储器 ROM
双极型
MOS型
不可编程 掩膜ROM
可编程 ROM
紫外线擦除的 EPROM
电擦除的 EEPROM 闪速存储器 （Flash Memory)
静态RAM 动态RAM
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7.1.4 存储器的分级结构
为了同时满足速度快、容量大、价格低等要求，计算机 系统采用分级结构。
CPU 速度快 寄存器 容量小 内部Cache 外部Cache 内存储器
辅助存储器
大容量辅助存储器
速度慢 容量大
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7.2 随机存取存储器
7.2.1 静态随机存取存储器（SRAM） 7.2.2 动态随机存取存储器（DRAM） 7.2.3 集成随机存取存储器（IRAM） 7.2.4 视频随机存取存储器（VRAM） 7.2.5 高速RAM
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7.1.3 半导体存储器的主要性能指标
存储器性能指标主要有三项：存储容量、存取时间、带宽。 存储容量：反映存储器可存储信息量的指标。以单元个数 ×数据位数表示。
如:某存储器存储容量为64K×8位，即64K字节。 设微机的地址线和数据线位数分别是p和q，则该存储器 芯片的地址单元总数为2p，该存储器芯片的位容量为2p × q。 例如：存储器芯片6116，地址线有11根，数据线有8根 则该芯片的位容量是位容量 = 211 ×8 = 2KB。 存储容量常用单位: B、KB、MB、GB、TB 1KB=1024B 1MB=1024K 1GB=1024MB 1TB=1024GB
A0
X0
X X1
A1
向 X2
A2
译
码
A3
器 X31
A4
32*32=1024 存储矩阵 1024*1
Y0 Y1 Y2 Y31
Y向译码器
三
态
双
向
I/O（1位）
缓
冲
器
控制电路
A5 A6 A7 A8 A9
WR RD CS
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7.2.1 静态随机存取存储器（SRAM）
典型静态RAM存储器芯片——6116
刷新时间间隔一般要求在1～100 ms。工作温度为70℃ 时，典型的刷新时间间隔为2 ms，也就是2 ms内必须对存储 的信息刷新一遍。
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7.2.2 动态随机存取存储器DRAM
集成随机存取存储器（IRAM） 视频随机存取存储器（VRAM） EDO DRAM SDRAM RDRAM DDR DRAM DDR2 DRAM DDR3 DRAM
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7.2.1 静态随机存取存储器（SRAM）
基本存储单元
行选择线X VCC
D位线 T3
T5 A T1
D位线
T4
B
T6
T2
T7 I/O
列选择线Y
T8 I/O
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双译码方式把n根地址线分成两部分，分别进行译码，产生一组行 选择线X和一组列选择线Y，每一根X线选中存储矩阵中位于同一行的 所有单元，每一根Y线选中存储矩阵中位于同一列的所有单元，当某 一单元的X线和Y线同时有效时，相应的存储单元被选中。
18 CS 17 D7 16 D6 15 D5
D7-D0 ：数据输入／输 出信号引脚。
CS#：片选输出控制信号
14 D4
输入引脚。
13 D3
VCC：电源。
GND：地。
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7.2.1 静态随机存取存储器（SRAM）
Intel 6116工作方式与控制信号之间的关系。
CS
OE
WE
第7章 微型计算存储器
7.1 概述 7.2 随机存取存储器 7.3 只读存储器 7.4 微机内存区域划分 7.5 存储器与CPU的连接
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7.1 概述
7.1.1 半导体存储器的分类 7.1.2 半导体存储器的结构 7.1.3 半导体存储器的主要性能指标 7.1.4 存储器的分级结构
A10～A0
D7～D0
工作状态
1
×
×
×
高阻态 低功耗维持
0
0
1
稳定
输出
读
0
×
0
稳定
输入
写
常用的静态存储器SRAM有： 6116（2K×8）、6264（8K×8）、62256（32K×8） 62512（64K×8）等。
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7.2.2 动态随机存取存储器DRAM
DRAM基本存储电路。
行选择信号 T C
A0
X0
X X1
A1
向 X2
A2
译
码
A3
器 X31
A4
32*32=1024 存储矩阵 1024*1
Y0 Y1 Y2 Y31
Y向译码器
三
态
双
向
I/O（1位）
缓
冲
器
控制电路
A5 A6 A7 A8 A9
WR RD CS
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3. 读/写控制电路
三态数据缓冲器：是数据输入/输出的通道，数据传输 的方向取决于控制逻辑对三态门的控制。 读写控制电路：接收CPU发来的相关控制信号，以控制 数据的输入/输出。CPU发往存储芯片的控制信号主要有读 信号、写信号和片选信号等。 值得注意的是：不同性质的半导体存储芯片其外围电 路部分也各有不同，如在动态RAM中还要有预充、刷新等 方面的控制电路，而对于ROM芯片，在正常工作状态下只 有输出控制逻辑等。
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7.1.2 半导体存储器的结构
半导体存储器芯片一般由以下部分组成：地址译码电路、 存储体、三态数据缓冲器、控制逻辑。
A0
地
A1
址
译
码
An-1
器
存储体
三态 数据
缓冲
器
D0 D1

DN-1
R/W
控制逻辑
CS
2n×N
第8页
1. 存储体
记忆单元：能够表示二进制“0”和“1”的状态的物 理器件构成了一个个记忆单元，每个记忆单元可以保存 一位二进制信息。 存储单元：1个或多个记忆单元构成一个存储单元，每 个存储单元有一个唯一的编号，该编号就是存储单元的 地址。 存储体（存储矩阵）：许多存储单元有规则地组织起 来（一般为矩阵结构）就构成了存储体。
存储器分为两大类：内部存储器和外部存储器。 本章主要介绍内存，内存由半导体存储器构成，因此本章
重点介绍半导体存储器的工作原理、特点和半导体存储器 的扩展技术。
第2页
7.1.1 半导体存储器的分类
根据存取方式的不同，半导体存储器可分为随机存取存 储器RAM和只读存储器ROM两类。 随机存取存储器RAM：CPU可以对RAM的内容随机地 进行读写访问，RAM中的信息断电后会丢失。 只读存储器ROM：ROM的内容只能随机读出而不能写 入，断电后信息不会丢失。常用来存放不需要改变的信息， 如基本输入输出系统等。
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2. 地址译码电路
存储体通常含有2n个存储单元，采用n条地址线对其进 行访问。 存储芯片中的地址译码电路对CPU从地址总线发来的n位 地址信息进行译码，经译码产生的选择信号可以唯一地选 中片内某一存储单元，在读/写控制电路的控制下可对该 单元进行读/写操作。 芯片内部的地址译码主要有两种方式：单译码方式和双 译码方式。 单译码方式适用于容量较小的存储芯片。 双译码方式适用于容量较大的存储芯片。
可擦除可编程ROM—EPROM（Erasable Programmable ROM）
电可擦除可编程ROM—EEPROM（Electrically Erasable Programmable ROM）
快擦型存储器(F1ash Memory)
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7.3.1 掩膜型只读存储器（MROM）
A0
地
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7.1.1 半导体存储器的分类
目前常见的只读存储器ROM有：
掩膜式ROM：用户不可对其编程，其内容已由厂家设定 好，不能更改。
可编程ROM（PROM）：用户只能对其进行一次编程，写 入后不能更改。
可擦除的PROM（EPROM）：其内容可用紫外线擦除，用 户可对其进行多次编程。
刷新 放大器
预充 T9
行选择线X
预充 T10
T5 A
CD
T1
C1
B T6
T2
CD
C2
列选择信号
D
D
数据输入/输出线
T7
Байду номын сангаас
T8
I/O
列选择线Y
I/O
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7.2.2 动态随机存取存储器DRAM
DRAM的刷新。
动态RAM是利用电容C上充积的电荷来存储信息的。当电 容C有电荷时，为逻辑“1”，没有电荷时，为逻辑“0”。 但由于任何电容都存在漏电，因此当电容C存有电荷时，过 一段时间由于电容的放电过程导致电荷流失，信息也就丢失， 因此需要周期性地对电容进行充电，以补充泄漏的电荷，通 常把这种补充电荷的过程叫刷新或再生。
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单译码方式只用一个译码电路对所有地址信息进行译码， 译码输出的选择线直接选中对应的存储单元。
选择线
存储体
0
A0
地
1
A1
址
2
译
A2
码
3
A3
器
15
WR
控制
CS
电路
数据缓冲器
I/O0 I/O1 I/O2 I/O3
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双译码方式把n根地址线分成两部分，分别进行译码，产生一组行 选择线X和一组列选择线Y，每一根X线选中存储矩阵中位于同一行的 所有单元，每一根Y线选中存储矩阵中位于同一列的所有单元，当某 一单元的X线和Y线同时有效时，相应的存储单元被选中。
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7.1.3 半导体存储器的主要性能指标
存取时间：表示启动一次存储操作到完成该操作所经历 时间，一般为几ns到几百ns。
存取时间越短，则存取速度越快。 存储器的存取时间主要与其制造工艺有关，双极型半导 体存储器的存取速度高于MOS型的存取速度。 带宽：每秒传输数据的总量,通常以B/S表示。 带宽 = 存储器总线频率 × 数据宽度 / 8 例如：一存储器的总线频率为100MHZ，存储宽度为64位， 则： 带宽 = 100 × 64 / 8 = 800MB/S
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7.1.1 半导体存储器的分类
根据制造工艺的不同，随机存取存储器RAM主要有双极 型和MOS型两类。 双极型RAM具有存取速度快、集成度较低、功耗较大、 成本较高等特点，适用于对速度要求较高的高速缓冲存储 器。 MOS型RAM具有集成度高、功耗低、价格便宜等特点，适 用于内存储器。