存储器概述及主存储器(SRAM)

实地址 虚地址 物理地址 逻辑地址
一、概述
主存储器
读 写 电 路
1. 主存的基本组成
数据总线
存储体
…
MDR
…
驱动器
…
控制电路
译码器
…
MAR
读
写
地址总线
…
2. 主存和 处理器 的联系
数据总线 读
4.2
微处理器
写 地址总线
主 存
4. 主存的技术指标
(1) 存储容量 (2) 存储速度
• 存取时间 • 存取周期 存储器的 访问时间 读出时间 写入时间
4.2
主存 存放二进制代码的总位数
连续两次独立的存储器操作
（读或写）所需的 最小间隔时间 读周期 写周期
(3) 存储器的带宽
位 /秒
二、半导体存储芯片简介
1. 半导体存储芯片的基本结构
地 址 线 片选线
地址线（单向） 数据线（双向） 10
14 13
4.2
译 码 驱 动
存 储 矩 阵
读 写 电 路
数 据 线
本章将解决的主要问题
1、半导体存储器的分类、组成及组成部件 的作用及工作原理、读/写操作的基本过 程。 2、SRAM芯片的组成特点、工作过程、典型 芯片的引脚信号。 3、半导体存储器的主要技术指标、芯片的 扩充、CPU与半导体存储器间的连接。
简介
在现代计算机中,存储器处于全机中心地位,其原因是:
• •
六管基本存 储单元电路
•
T6
•
•
T1 B
T2
•
B
Y地址译码线
T7
T8
D
写入
D
读出
4.2
(1) 静态 RAM 基本电路
位线A
´
T5
T 1 ~ T 4 触发器
A´ T1 ~ T4 A T6
位线A
T 5 、T 6 行开关
T 7 、T 8 列开关
行地址选择
T7
列地址选择
写放大器 写放大器
T8
T 7 、T 8 一列共用
4.1
在程序的执行过程中 可 读 可 写 在程序的执行过程中 只 读
(2) 存取时间与物理地址有关（串行访问）
• 顺序存取存储器 磁带
• 直接存取存储器
磁盘
3. 按在计算机中的作用分类
RAM
静态 RAM 动态 RAM MROM
4.1
主存储器
ROM
PROM EPROM EEPROM
存 储 器
Flash Memory
高速存取指令和数据
存取速度快，但存 储容量小
存取速度较快， 存 存放计算机运行期间的 储容量不大 大量程序和数据 存储容量大， 位成 存放系统程序和大型数据 本低 文件及数据库
2. 缓存 主存层次和主存
10 ns 20 ns 200 ns
辅存层次
ms
4.1
CPU
缓存
主存
辅存
（现在访问时 （速度） （容量） 间已大大缩短） 缓存 主存 主存 辅存 单片机里没有 缓存，高端 主存储 虚拟存储器 CPU里才有
…
读/写控制线
芯片容量 1K×4位
16K×1位 8K×8位
…
4
1 8
二、半导体存储芯片简介
1. 半导体存储芯片的基本结构
地 址 线 译 码 驱 动 存 储 矩 阵 读 写 电 路
4.2
数 据 线
…
片选线
…
片选线
CS CE
读/写控制线
读/写控制线
WE （低电平写 高电平读）
OE （允许读） WE（允许写）
5、存储空间：即系统中存储设备的总容量
二、存储器分类
1. 按存储介质分类
(1) 半导体存储器 TTL 、MOS
易失
(2) 磁表面存储器 (3) 磁芯存储器 (4) 光盘存储器
磁头、载磁体
硬磁材料、环状元件 激光、磁光材料
非 易 失
2. 按存取方式分类
(1) 存取时间与物理地址无关（随机访问）
• 随机存储器 • 只读存储器
(4) 静态 RAM (2114) 写 时序 t
WC
4.2
t
A
t
CS
AW
t
W
WR
WE
D
OUT
t
DW
t
DH
D
IN
tAW tt 地址有效 片选有效的滞后时间 写周期 地址有效 下一次地址有效 WE 下一次地址有效 写时间 tW 失效后的数据维持时间 写命令 WE 的有效时间 数据稳定 WE 失效 WC WR DH DW t片选失效
4.2
0
地 0 址 译 0 码 器 0
字线
0,0
…
16×8矩阵
0,7
0
…
15,0
…
…
15 0 D0
…
15,7
…
…
7
D7
位线
读 / 写选通
读/写控制电路
(2) 重合法
A4 A3 A2 A1 A0 0 0 0 X 地 址 译 码 器 X0
32×32 矩阵
4.2
0,0 0,0
…
0,31
0
0
31,0 X 31
(1) 当前计算机正在执行的程序和数据(除了暂存于CPU寄存器的) 均存放在存储器中。CPU直接从存储器取指令或存取数据。 (2) 计算机系统中输入输出设备数量增多，数据传送速度加 快，因此采用了直接存储器存取(DMA)技术和I/O通道技术， 在存储器与输入输出系统之间直接传送数据。 (3) 共享存储器的多处理机的出现，利用存储器存放共享数据， 并实现处理机之间的通信，更加强了存储器作为全机中心的地 位。 由于中央处理器都是由高速器件组成，不少指令的执行速度 基本上取决于主存储器的速度。所以，计算机解题能力的提高、 应用范围的日益广泛和系统软件的日益丰富，无一不与主存储 器的技术发展密切相关。
高速缓冲存储器（Cache） 辅助存储器
磁盘、磁带、光盘
三、存储器的层次结构
1. 存储器三个主要特性的关系
4.1
／ 速度 容量 价格 位
CPU 寄存器 缓存 主存 磁盘 光盘 磁带
快
小
高
CPU
主 机
辅 存 慢 大 低
存储器的用途和特点
名 称
简称 Cache 主存 外存 用 途
特
点
高速缓冲 存储器 主存储器 外存储器
Y0
A 9 0A 8 0A 7 0 A 6 0A 5 0
…
…
…
31,31
I/O
Y 地址译码器 Y31 读 /写
D
三、随机存取存储器 ( RAM )
1. 静态 RAM (SRAM)
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。
X地址译码线
• •
A T5 T3 T4 V CC ( +5V )
第４章 存 储 器
4.ห้องสมุดไป่ตู้ 概述 4.2 主存储器
4.3 高速缓冲存储器(x)
4.4 辅助存储器(x)
本章安排
1、存储器概述 外部特性，性能参数，层次结构 2、静态存储器和动态存储器存储单元构成 一位存储单元及存储阵列，多端口SRAM，读写时序 3、半导体ROM存储器 MROM，PROM，EPROM，EEPROM，FLASH 4、存储器芯片构成以及存储器主要技术指标 5、存储器扩展技术 位、字、字位扩展 6、数据校验码 奇偶校验码，海明码，CRC码
A´ A
(3) 静态 RAM 读 时序 t OE 地址有效 t t
OO RC A
4.2
地址失效
AB
片选有效
片选失效
CS
t
DOUT
CO
t t
OHA
OTD
高阻
数据有效
数据稳定
t t 片选失效 地址失效后的 片选有效 OE地址有效 有效 输出数据稳定 输出高阻 数据稳定 数据维持时间 数据稳定 读周期 读时间 t 地址有效 下一次地址有效 OTD CO OHA OO t RC A
写选择
读选择
② 静态 RAM 基本电路的 写 操作 位线A 位线A ´ A´ A T ~ T
1 4
4.2
T5、T6 开 T7、T8 开 两个写放
T5
行地址选择
T6
行选 列选
T7
列地址选择 写放 写放
T8
写选择有效
DIN
读放
DOUT
写选择 读选择
DIN
（左） DIN （右） DIN
反相
T7 T8
T5 T6
存储芯片片选线的作用
4.2
8片 16K × 1位
用 16K × 1位 的存储芯片组成 64K × 8位 的存储器
32片
8片 8片 8片 16K × 1位 16K × 1位 16K × 1 位
当地址为 65 535 时，此 8 片的片选有效
2. 半导体存储芯片的译码驱动方式
(1) 线选法
A3 A2 A1 A0
18:13
图9-7 AT89C51外扩一片6264的电路连接
35
存储速度
• 存取时间 TA的时间约几nS ~ 几十nS
例如 CY622556N-55 的 TA为55nS， (又叫静态RAM=SRAM，一个重要特点是保持电流 低到0.1微安，可以长时间由电池保持数据)
4.2
使用此SRAM，处理器从给出地址到从数据总线上 取数的时间TA'，不能少于55nS，其他时间参数也 不能少于存储器数据表中的值( 因此叫异步存储器)。 标准8051比较慢，TA'远高于55nS，因此可直接使 用。 高速的处理器的TA'低到1nS，必须通过设置将TA' 调慢至符合存储器要求(8051 无此设置功能)
读放 D OUT
A 触发器原端
DIN
写选择 读选择
A´ 触发器非端
① 静态 RAM 基本电路的 读 操作
位线A
4.2
T5、T6 开 T7、T8 开 T6 读放 T8 DOUT
´
T5
A´
T1 ~ T4
行地址选择
A
T6
位线A
行选 列选
T7
列地址选择
T8
读选择有效 VA
读放
写放大器
写放大器
DOUT
DIN
第 七 讲
存储器（一）
本讲主要内容
•存储器概述 •存储器分类
•存储器的层次结构
•存储器的技术指标 •主存储器(一)
一、几个基本概念
存储器概述
1、存储器：是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。 2、存储元：存储器的最小组成单位，用以存储1位二进制代码。 3、存储单元：是CPU访问存储器基本单位，由若干个具有相同 操作属性的存储元组成。8051是8位单片机，一个存储单元是 8位(一个字节)，8051是按字节编址计算机：可编址的最小单 位是字节的计算机。 4、单元地址：简称地址，在存储器中用以表识存储单元的唯一 编号，CPU通过该编号访问相应的存储单元。
PSEN
OE
8031最小应用系统
18:13
33
地址锁存器一般采用74LS373，采用74LS373的地址总线的 扩展电路如下图
18:13
34
例9-1 对AT89C51单片机外扩一片8kB的RAM 6264芯片。
解：扩展的电路连接如图9-7所示。由于只有一片存储器芯片，所以将6264的片选直接 接地。 6264芯片中存储单元的地址变化范围为：xxx0 0000 0000 0000B～xxx1 1111 1111 1111B，即单片机地址线的P2.4～P2.0与P0.7～P0.0发出的信号可以从全0变化到全1， P2.7～P2.5因为没有与6264相连，所以状态任意。如果将任意状态x都看成0，则6264 的地址范围为：0000 0000 0000 0000B～0001 1111 1111 1111B，即0000H～1FFFH。