微机原理与嵌入式系统-chapter5存储器原理与扩展

28.02.2021
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X地址 译码线
VCC
T3
T4
T5 A
B T6
T1
T2
D
T7
D
T8
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I/O
Y地址译码线
图5.4 六个M西O安S管邮电的学基院本计存算储机学元院电路结构示意图
I/O
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（1）图中虚线内表示静态SRAM的一个存储元电路由6个MOS管构成。T1和 T2为工作管，T3和T4为负载管，T5和T6为开关管。
（2）根据存取方式可分为： 随机存储器：保存在存储介质上的信息，可以 随机存取，与物理位置无关。 顺序存储器：只能按某种顺序来存取，存取时 间与信息的物理位置有关。
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（3）根据存储器的读写功能可分为： 只读存储器（ROM）：存放的内容已固定，只 能读出不能写入的半导体存储器。 随机读写存储器（RAM）：既可读出又可写入 的半导体存储器。
静态存储器 SRAM 动态存储器 DRAM
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5.2.1 静态存储器 1. SRAM基本存储元
基本存储元是组成存储器的基础和核心，它 用来存储一位二进制信息“0”或“1”。图5.4所示 是用六个MOS管构成的SRAM基本存储元的电路 结构示意图。该存储元是由两个MOS反相器交叉 耦合而成的触发器，一个存储元存储一位二进制 代码。这种电路结构状态稳定，并且A，B两点的 电位总是互为相反的，因此它能表示一位二进制 的“0”或“1”。下面我们详细分析说明该存储元 的工作原理和读写操作过程。
是针对其中的任一个存储单元进行。
存储器中的一个存储单元上含有的存储元个数称 为存储器字长，若一个存储单元上有8个存储元，则
称为1个字节。一个存储器包含许多个存储单元，每 个存储单元都有一个编号，即存储单元的地址，一般
用十六进制表示。有关存储器的名词含义如图5.3所
示。
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Biblioteka BaiduCPU
cache
M1
M2 内存
外存
M3
（硬盘光驱等）
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图5.1 计算机西系安邮统电学的院三计级算机存学储院 结构图
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5.1.1 半导体存储器的分类
半导体存储器主要采用MOS型工艺制造，MOS 型存储器具有集成度高、功耗低、价格便宜等特点， 适合用作计算机内存等。半导体存储器根据保存信 息的原理不同可分为：
随机读写存储器 RAM 只读存储器 ROM 闪速存储器Flash Memory
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随机读写存储器
静态RAM（SRAM） 动态RAM（DRAM）
半导体存储器
只读存储器
掩膜式ROM（MROM） 一次编程式ROM（PROM） 紫外线擦除、多次编程式ROM（EPROM） 电擦除、多次编程式ROM（EEPROM）
（2）X地址译码线和Y地址译码线两个信号线同时有效时，该存储元被选中 进行读/写。T7和T8为开关管，控制数据位的导通（读/写）。
（3）在上电瞬间，T3和T4管导通，使得A和B两点电压上升。由于A和B两点 电压上升快慢不同，当A点电压上升较快时，T2管较早导通，使得B点处于低 电平，导致T1管截止，A点处于高电平，使得T2管更加导通，从而形成一个A 点高电平、B点低电平的稳定工作状态；反之依然。
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存储单元 存储单元 一个存储单元 的编号 的地址
1 000H 2 001H 3 002H
一个存储元
Bm-1
b1 b0
存储器的字长：m位
1023 3FEH 1024 3FFH
一片存储器 共有1024个存储单元
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图5.3 存储器的名词含义示意图
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（4）根据信息的可保存性可分为： 易失性存储器：断电后保存的信息即可消失的存 储器。 非易失性存储器：断电后保存的信息不丢失的存 储器。
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（5）根据处理器所访问的方式可分为： 内存储器：存放CPU要执行的程序和数据，CPU 可对其直接访问。 高速缓冲存储器：提高CPU访问内存的速度， CPU可对其直接访问。 外存储器：保存计算机系统的信息和数据，CPU 不能直接访问。
（4）这种电路有两个稳定状态，并且，A和B两点电平总是互为相反的。所 以，可用A点电平的高或低来表示“1”或“0”信息，即存放一个稳定的二进制 信息值。
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5.1 概述
存储器是计算机系统的主要组成部件，用 来存放程序和数据信息，是计算机记忆设备。 存储器主要采用磁性材料、半导体器件和光 学存储材料等介质来实现。根据存储器的存 储材料、性能和用途不同，存储器可有多种 不同的分类方法。
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（1）根据存储介质可分为： 半导体存储器：用半导体器件组成的存储器。 磁介质存储器：用磁性材料做成的存储器。 光介质存储器：用光存储材料做成的存储器。
5.1.3 半导体存储器的主要性能指标
存储容量
存储器所能记忆二进制信息的多少，或存储器所包含存储元的总数称
为存储容量。
存取速度
存储器的存取速度是用存取时间来衡量的，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。
存储器功耗
存储器功耗是指它在正常工作时所消耗的电功率。
可靠性和工作寿命
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 器的可靠性用平均无故障间隔时间MTBF来衡量。
集成度
指在一块芯片上能够集成的晶体管数目。
性能/价格比
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5.2 随机读写存储器
随着大规模集成电路技术的发展，半导体存储 器集成度不断提高，存取速度加快，成本下降，体 积缩小，容量增大。目前，计算机中的主存都是采 用半导体存储器RAM。根据存储信息的原理不同， 半导体存储器RAM可分为：
闪速存储器
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图5.2 半导体存储器的分类
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5.1.2 半导体存储器的名词含义
半导体存储器中最小的存储单位是存储元，它可
存储一个二进制信息代码。由若干个存储元组成一个 存储单元，由许多存储单元组成一个存储器。存储单
元是存储器的最小访问单位，即对存储器的读写访问