《微型计算机存储器》PPT课件
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➢ 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。
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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
第12页
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。
第14页
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
第6页
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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7.1.2 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
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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。
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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。
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。
第10页
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
A2 A3
译
3
码
器
ຫໍສະໝຸດ Baidu15
WR
控制
CS
电路
数据缓冲器
I/O0 I/O1 I/O2 I/O3
第11页
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。
第5页
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。
➢ 电擦除的PROM（EEPROM或E2PROM）：能以字节为单位进 行擦除和更改。
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
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。
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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。
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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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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。
第14页
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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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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7.1.2 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
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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。
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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。
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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。
第10页
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
A2 A3
译
3
码
器
ຫໍສະໝຸດ Baidu15
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。
第5页
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。
➢ 电擦除的PROM（EEPROM或E2PROM）：能以字节为单位进 行擦除和更改。
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