西安邮电大学微机原理与汇编语言第6章

图6.3 单译码方式
双译码方式
X0
A0 A1 A2
X X1
向 译
X2
32×32＝1024 存储矩阵
…
码
A3 A4
器 X31
1024×1
Y0 Y1 … 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
图6.4 双译码方式
6.2 随机读写存储器(RAM)
2 K×8 bit
300~450
NMOS
4 K×8 bit
200~450
NMOS
8 K×8bit
200~450
HMOS
16K×8 bit
250~450
HMOS
32 K×8 bit
200~450
HMOS
64 K×8 bit
250~450
HMOS
4×64 K×8 bit
250~450
HMOS
需用电源/V 5，+12 +5 +5 +5 +5 +5 +5 +5
6．集成度 集成度指在一块存储芯片内能集成多少个 基本存储电路，每个基本存储电路存放一位二进 制信息，所以集成度常用位/片来表示。 7．性能/价格比 性能/价格比(简称性价比)是衡量存储器经 济性能好坏的综合指标，它关系到存储器的实用 价值。其中性能包括前述的各项指标，而价格是 指存储单元本身和外围电路的总价格。
5
Intel 2114
14
A9 I/O1
6
13
I/O2
7
12
I/O3
8
11
I/O4
9
10
WE
A0
A1 A2
I/O1
A3 A4
Intel
I/O2
A5
2114
A6
I/O3
A7 A8
I/O4
A9
WE
CS
(a)
(b)
图6.6 Intel 2114引脚及逻辑符号 (a) 引脚；(b) 逻辑符号
6.2.2 动态RAM
半导体 存储器
随机读写 存储器RAM
只读存储器 ROM
双极型
MOS型
不可编程掩膜 存储器 MROM
可编程存储器 PROM
可擦除、可再 编程存储器
静态RAM 动态RAM
紫外线擦除的 EPROM
电擦除的 E2 PROM
图6.1 半导体存储器的分类
6.1.3 半导体存储器的主要技术指标 1．存储容量
(1) 用字数位数表示，以位为单位。常用来表示 存 储 芯 片 的 容 量 ， 如 1K4 位 ， 表 示 该 芯 片 有 1K 个 单 元 (1K=1024)，每个存储单元的长度为4位。
6.2.1 静态RAM Intel 2114 SRAM芯片 Intel 2114 SRAM芯片的容量为1K4位，18 脚封装，+5V电源，芯片内部结构及芯片引脚图 和逻辑符号分别如图6.5和6.6所示。 由于1K4＝4096，所以Intel 2114 SRAM芯 片有4096个基本存储电路，将4096个基本存储电 路排成64行64列的存储矩阵，每根列选择线同 时连接4位列线，对应于并行的4位,从而构成了 64行16列=1K个存储单元，每个单元有4位。
4．功耗 功耗反映了存储器耗电的多少，同时也反 映了其发热的程度。 5．可靠性 可靠性一般指存储器对外界电磁场及温度 等变化的抗干扰能力。存储器的可靠性用平均 故障间隔时间MTBF(Mean Time Between Failures)来衡量。MTBF可以理解为两次故障之 间的平均时间间隔。MTBF越长，可靠性越高， 存储器正常工作能力越强。
NC
DIN
WE
RAS A0 A2 A1
VDD
1
16
2
15
3
14
4
13
5
12
6
11
7
10
8
9
(a)
VSS
CAS DOUT A6 A3 A4 A5 A7
A7
DIN
…
A0
RAS DOUT CAS WE
( b)
A7～A0
CAS RAS WE VDD VSS
地址输入 列地址选通 行地址选通 写允许 ＋5 地
字线 位线Di
图6.10 PROM存储电路示意图
6.3.3 可擦除、可再编程的只读存储器
1．EPROM和E2PROM
SiO2
CG FG
S
D
N＋
N＋
3～ 4m
P-Si
W CG
FG
DS
D
VSS(地 )
(a)
(b)
图6.11 SIMOS型EPROM (a) SIMOS管结构；(b) SIMOS EPROM元件电
外存：把通过接口电路与系统相连的存储器 称为外存储器，简称外存，如硬盘、软盘和光盘 等。
特点：存储容量大而存取速度较慢，且掉电 数据不丢失。
作用：外存用来存放当前暂不被CPU处理的 程序或数据，以及一些需要永久性保存的信息。
通常将外存归入计算机外部设备，外存中存 放的信息必须调入内存后才能被CPU使用。
存储器是计算机用来存储信息的部件。
6.1.1 存储器的分类
按存取速度和用途可把存储器分为两大类： 内存储器和外存储器。
内存：把通过系统总线直接与CPU相连的存 储器称为内存储器，简称内存。
特点：具有一定容量、存取速度快，且掉电 数据将丢失。
作用：计算机要执行的程序和要处理的数据 等都必须事先调入内存后方可被CPU读取并执行。
图6.8 Intel 2164A引脚与逻辑符号 (a) 引脚；(b) 逻辑符号
6.3 只读存储器(ROM) 6.3.1 掩膜式只读存储器(MROM)
VCC
A0
地 址 译 码 器

单元0 单元1 单元2
A1
单元3
D3
D2
D1
D0
图6.9 掩膜式ROM示意图
6.3.2 可编程只读存储器(PROM)
VCC
1/4 I/O门
VDD VSS
输出 缓冲器
DOUT
RAS
CAS WE DIN
行时钟 缓冲器
列时钟 缓冲器
写允许 时钟 缓冲器
数据输入 缓冲器
图6.7 Intel 2164A内部结构示意图
64K容量本需16位地址，但芯片引脚(见图 6.8)只有8根地址线，A0A7需分时复用。在行地 址选通信号RAS控制下先将8位行地址送入行地址 锁存器，锁存器提供8位行地址RA7RA0，译码后 产生两组行选择线，每组128根。然后在列地址 选通信号CAS控制下将8位列地址送入列地址锁存 器，锁存器提供8位列地址CA7CA0，译码后产生 两组列选择线，每组128根。
2．存取时间 存取时间是指从启动一次存储器操作到完 成该操作所经历的时间。例如，读出时间是指 从CPU向存储器发出有效地址和读命令开始，直 到将被选单元的内容读出为止所用的时间。显 然，存取时间越小，存取速度越快。 3．存储周期 连续启动两次独立的存储器操作(如连续两 次读操作)所需要的最短间隔时间称为存储周期。 它是衡量主存储器工作速度的重要指标。一般 情况下，存储周期略大于存取时间。
RAM是可读、可写的存储器，CPU可以对RAM 的内容随机地读写访问，RAM中的信息断电后即 丢失。
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 (如某些系统程序)，信息一旦写入就固定不变了。
根据制造工艺的不同，随机读写存储器RAM 主要有双极型和MOS型两类。
路
2．Intel 2716 EPROM芯片 EPROM芯片有多种型号，常用的有
2716(2K8) 2732(4K8) 2764(8K8) 27128(16K8) 27256(32K8)等。 1) 2716的内部结构和外部引脚 2716 EPROM芯片采用NMOS工艺制造，双列 直插式24引脚封装。其引脚、逻辑符号及内部结 构如图6.15所示。
A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 O0 O1 O2 GND
1
24
2
23
3
22
4 Intel 21
5 2716 20
6
19
7
18
8
17
9
16
10 石英窗口 15
11
14
12
13
VCC A8 A9 VPP
CS A10 PD/PGM O7 O6 O5 O4 O3
(a) VPP GND VCC
(2) 用字节数表示，以字节为单位，如128B，表示 该芯片有 128个单元，每个存储单元的长度为8位。现 代计算机存储容量很大，常用KB、MB、GB和TB为单位表 示存储容量的大小。其中，1KB＝210B＝1024B；1MB＝ 220B＝1024KB；1GB＝230B＝l024MB；1TB＝240B＝1024GB。 显然，存储容量越大，所能存储的信息越多，计算机系 统的功能便越强。
双极型存储器具有存取速度快、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型存储器具有集成度高、功耗低、价格 便宜等特点，适用于内存储器。
MOS型存储器按信息存放方式又可分为静态 RAM(Static RAM，简称SRAM)和动态RAM(Dynamic RAM，简称DRAM)。
只读存储器ROM在使用过程中，只能读出存 储的信息而不能用通常的方法将信息写入存储 器。目前常见的有：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(Programmable ROM，简称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(Erasable PROM，简称EPROM)，其 内容可用紫外线擦除，用户可对其进行多次编 程；电擦除的PROM(Electrically Erasable PROM，简称EEPROM或E2PROM)，能以字节为单位 擦除和改写。
教材及参考书
《微型计算机原理》王忠民 王钰 王晓婕 编著 《微型计算机原理》学习与实验指导 王钰 王劲松 刑高峰 编著
西安邮电学院计算机系 系统结构教研室 2011.2
第6章 半导体存储器
主要内容:
存储器及半导体存储器的分类 随机读写存储器（RAM） 只读存储器（ROM） 存储器的扩展
6.1 存储器及半导体存储器的分类
Intel 2164A动态RAM芯片
Intel 2164A芯片的存储容量为64K1位，采 用单管动态基本存储电路，每个单元只有一位数 据，其内部结构如图6.7所示。2164A芯片的存储 体本应构成一个256256的存储矩阵，为提高工 作速度(需减少行列线上的分布电容)，将存储矩 阵分为4个128128矩阵，每个128128矩阵配有 128个读出放大器，各有一套I/O控制(读/写控制) 电路。
A0
A1
A2
A3
8位 地址
A4
锁存器
A5
A6
A7
128×128 存储矩阵
1/128行 译码器
128×128 存储矩阵
128个读出放大器
128个读出放大器
1/2(1/128 列译码器)
1/2(1/128 列译码器)
128个读出放大器
128个读出放大器
128×128 存储矩阵
1/128行 译码器
128×128 存储矩阵
6.1.4 半导体存储器芯片的基本结构
… … … …
A0
地
A1
址
译
码
An
器
存储矩阵
缓 冲 器
三 态 数 据
D0 D1
DN
控制逻辑
R/W CS
图6.2 半导体存储器组成框图
地址译码方式 单译码方式
A0 A1 A2 A3
WR CS
选择线 存储体
0
地
1
址
2
译
3
码
器
… …
15
控制 电路
4位 数据缓冲器
I/O0～I/O3
管脚数 24 24 24 28 28 28 28 28
3. Intel 2816 E2PROM芯片 Intel 2816是2K8位的E2PROM芯片，有24条 引脚，单一+5 V电源。其引脚配置见图6.13。
CS PD/PGM
片选，功率下降 和编程逻辑
A10～A0 地址输入
列译码 行译码
(c)
……
A0
A1
A2
O0
A3
O1
A4 A5 A6
Intel 2716
O2 O3 O4
A7
O5
A8
O6
A9
O7
A10
CS PD/PGM
O7～O0
(b) 数据输出端
输出缓冲器
读出放大
2 K×8位 存储矩阵
(c)
(b)
(a)
. Intel
图
引6 脚 12 ；
逻 辑 符 号 ；
27
16 的 引 脚
、
内逻
部辑
结符
构号
及
内
部
结
构
型号 2708 2716 2732A 2764 27128 27256 27512 27513
表6.1 常用的EPROM芯片
容量结构
最大读出时间/ns
制造工艺
1 K×8 bit
350~450
NMOS
11存储器与控制总线的连接存储器与控制总线的连接在控制总线中与存储器相连的信号为数不在控制总线中与存储器相连的信号为数不多如8086808880868088最小方式下的最小方式下的mio8088mio8088为为iomiomrdrd和和wrwr最大方式下的最大方式下的mrdcmrdcmwtcmwtciorciorc和和iowciowc等连接非常方便有时这些控制线等连接非常方便有时这些控制线如如miomio也与地址线一同参与地址译码生成片也与地址线一同参与地址译码生成片选信号
A3
A4
A5
行 地
A6
址 译
…
存储矩阵 64×64
图 6
A7
码
5
A8
. Intel
I/O1
列I/O电路
I/O2
输入 数据
列选择
21 14
I/O3
控制
I/O4 A0 A1 A2 A9
内 部 结
构
CS
&
1
&
WE
2
A6 A5 A4 A3 A0 A1 A2 CS
GND
1
18
VCC
2
17
A7
3
16
A8
4
15
早期的内存使用磁芯。随着大规模集成电 路的发展，半导体存储器集成度大大提高，成 本迅速下降，存取速度大大加快，所以在微型 计算机中，目前内存一般都使用半导体存储器。
6.1.2 半导体存储器的分类
从应用角度可将半导体存储器分为两大类： 随机存取存储器RAM(Random Access Memory)和 只读存储器ROM(Read Only Memory)。