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1、第第6 6章章:存储器存储器 6.1 6.1 概述概述6.2 6.2 随机存取存储器随机存取存储器RAMRAM6.3 6.3 只读存储器只读存储器ROMROM6.4 6.4 高速缓存存储器高速缓存存储器Cache Cache 6.5 6.5 存储器系统与存储器系统与CPUCPU系统连接实例系统连接实例6.6 6.6 几种新型的半导体、存储器几种新型的半导体、存储器第第6 6章章:存储器存储器 6.16.1概述概述6.1.16.1.16.1.16.1.1存储器的分类存储器的分类存储器的分类存储器的分类 按按信信息息存存储储方方式式，半半导导体体存存储储器器可可分分为为随随机机存存取取存存储储器器
2、RAMRAM和和只只读存储器读存储器ROMROM。1 1）随随机机存存取取存存储储器器RAMRAM计计算算机机在在运运行行期期间间，这这种种存存储储器器中中的的信息可随时读出或写入。信息可随时读出或写入。2 2）只读存储器）只读存储器ROMROM机器运行期间其信息只能读出不能写入。机器运行期间其信息只能读出不能写入。根根据据信信息息写写入入的的方方式式，常常用用的的ROMROM类类型型有有：掩掩膜膜式式ROMROM、可可编编程程ROMROM、可擦除、可擦除PROMPROM、电可擦除、电可擦除PROMPROM、快速整体电擦除、快速整体电擦除双极型双极型RAMRAM 随机存取存储器随机存取存储器
3、静态静态RAMRAM （RAMRAM）MOSMOS型型RAMRAM半导体动态半导体动态RAMRAM存储体存储体 掩膜式掩膜式ROM ROM 可编程（可编程（PROMPROM）只读存储器只读存储器 紫外线可擦除紫外线可擦除PROMPROM（EPROMEPROM）（ROMROM）电可擦除电可擦除PROMPROM（E E2 2PROMPROM）闪速存储器闪速存储器FLASH MEMORY FLASH MEMORY 图图6-1 6-1 半导体存储器的分类半导体存储器的分类6.1.26.1.26.1.26.1.2半导体存储器的性能指标半导体存储器的性能指标半导体存储器的性能指标半导体存储器的性能指标1
4、1、存储容量、存储容量2 2、存取速度、存取速度内存储器的存取速度一般用最大存取时间或存取周期来描述。内存储器的存取速度一般用最大存取时间或存取周期来描述。3 3、功耗、功耗半导体存储器的功耗包括半导体存储器的功耗包括“维持功耗维持功耗”和和“操作功耗操作功耗”。4 4、可靠性、可靠性可可靠靠性性一一般般是是指指存存储储器器抗抗外外界界电电磁磁场场、温温度度等等因因素素变变化化干干扰扰的的能能力。力。5 5、价格、价格6.2 6.2 随机存取存储器随机存取存储器RAMRAM包括静态包括静态RAMRAM和动态和动态RAMRAM6.2.1 6.2.1 6.2.1 6.2.1 半导体存储器一般结构及
5、组成半导体存储器一般结构及组成半导体存储器一般结构及组成半导体存储器一般结构及组成图图6-2 6-2 随机存储器结构示意框图随机存储器结构示意框图 1 1、存储矩阵、存储矩阵基本电路基本电路能够寄存二进制信息的电路能够寄存二进制信息的电路存储体存储体基本电路的集合体基本电路的集合体2 2、地址译码器、地址译码器（1 1）单译码方式）单译码方式图图6-3 6-3 单译码方式的存储器结构示意图单译码方式的存储器结构示意图 （2 2）双译码方式）双译码方式图图6-4 6-4 双译码方式的存储器结构示意图双译码方式的存储器结构示意图 3 3、存储器控制电路、存储器控制电路读写控制信号有以下几种表示方法
6、：读写控制信号有以下几种表示方法：1 1）OD(Output Disable)OD(Output Disable)输出禁止引线端。高输出禁止引线端。高 2 2）OE(OutputOE(Output Disable)Disable)输出开放引线端。输出开放引线端。3 3）R/WR/W（Read/WriteRead/Write）读）读/写控制引线端。写控制引线端。4 4）WEWE写开放引线端，低电平有效时，数据总线上的数据被写入写开放引线端，低电平有效时，数据总线上的数据被写入被寻址的单元。被寻址的单元。4 4、三态双向缓冲器、三态双向缓冲器 6.2.2 6.2.2 6.2.2 6.2.2 静态静
7、态静态静态RAMRAMRAMRAM1 1、静态基本存储单元电路、静态基本存储单元电路（1 1）NMOSNMOS静态基本存储电路静态基本存储电路1 1）NMOSNMOS静态基本存储电路的组成静态基本存储电路的组成 图图6-5 NMOS6-5 NMOS静态基本存储电路静态基本存储电路 2 2）NMOSNMOS静态基本存储电路的工作过程静态基本存储电路的工作过程 静止状态静止状态 读出操作读出操作 写入操作写入操作（2 2）CMOSCMOS静态基本存储电路静态基本存储电路1 1）CMOSCMOS静态基本存储电路的组成静态基本存储电路的组成2 2）CMOSCMOS静态基本存储电路工作过程静态基本存储电
8、路工作过程图图6-6 COMS6-6 COMS基本存储电路基本存储电路2 2、静态、静态RAMRAM的电路结构的电路结构图图6-7 6-7 静态静态RAMRAM芯片的结构示意图芯片的结构示意图3 3、静态、静态RAMRAM芯片举例芯片举例工作方式工作方式读读L LH HL L写写L LL LH H为选通为选通H HX XX X表表6-1 61166-1 6116的控制方式功能表的控制方式功能表图图6-8 HM61166-8 HM6116的引脚排列及逻辑符号的引脚排列及逻辑符号 6.2.3 6.2.3 6.2.3 6.2.3 动态动态动态动态RAMRAMRAMRAM1 1、动态基本存储电路、动态
9、基本存储电路（1 1）动态基本存储电路的基本组成）动态基本存储电路的基本组成行选线行选线列选线列选线Q Q1 1Q Q2 2C C1 1C C2 2图图 6-9 6-9 动态基本存储电路动态基本存储电路（2）动态基本存储电路的操作过程）动态基本存储电路的操作过程2 2、动态存储器芯片举例、动态存储器芯片举例图图6-10 21646-10 2164引脚排列、内部结构引脚排列、内部结构 3 3、动态存储器的刷新方式、动态存储器的刷新方式CPUCPU利利用用刷刷新新周周期期进进行行刷刷新新操操作作，刷刷新新周周期期往往往往与与读读/写写周周期期相相等等。根据刷新周期时间的不同，通常有三种刷新方式：根
10、据刷新周期时间的不同，通常有三种刷新方式：（1 1）定时集中刷新方式）定时集中刷新方式（2 2）非同步的刷新方式）非同步的刷新方式（3 3）同步刷新方式）同步刷新方式4 4、同步刷新方式实例、同步刷新方式实例 6.2.4RAM6.2.4RAM6.2.4RAM6.2.4RAM存储容量的扩展方法存储容量的扩展方法存储容量的扩展方法存储容量的扩展方法1 1、位扩展方式、位扩展方式2 2、字扩展方式、字扩展方式图图6-11 6-11 位扩展方式连接方式位扩展方式连接方式3 3、字位扩展方式、字位扩展方式图图6-12 6-12 字扩充连接方式字扩充连接方式6.2.5RAM6.2.5RAM6.2.5RAM
11、6.2.5RAM存储器与存储器与存储器与存储器与CPUCPUCPUCPU的连接的连接的连接的连接 图图6-13 6-13 用用21142114芯片组组成芯片组组成4096 4096 8 8存储器存储器 1、数据总线的连接、数据总线的连接2、地址总线的连接、地址总线的连接3、控制总线的连接、控制总线的连接MEMWMEMWWRWRM/IOM/IOMEMRMEMRRDRD图图6-14 6-14 存储器读存储器读/写控制逻辑写控制逻辑6.36.3只读存储器只读存储器ROMROM6.3.16.3.16.3.16.3.1只读存储器的结构只读存储器的结构只读存储器的结构只读存储器的结构图图6-15 ROM6
12、-15 ROM的结构框图的结构框图图图6-16 166-16 161 1位的阵列位的阵列 6.3.26.3.26.3.26.3.2只读存储器的分类只读存储器的分类只读存储器的分类只读存储器的分类只读存储器只读存储器ROMROM常分为下列三种：常分为下列三种：1 1、掩膜式、掩膜式ROMROM2 2、现场编程、现场编程ROMROM3 3、可改写的、可改写的PROMPROM6.3.3PROM6.3.3PROM6.3.3PROM6.3.3PROM基本存储电路基本存储电路基本存储电路基本存储电路图图6-17 6-17 熔丝式熔丝式PROMPROM基本存储电路基本存储电路 6.3.46.3.46.3.4
13、6.3.4典型典型典型典型PROMPROMPROMPROM芯片芯片芯片芯片表表6-18 27646-18 2764引脚与其他型号对应关系引脚与其他型号对应关系图图6-19 2864A6-19 2864A引脚引脚 6.46.4高速缓存存储器高速缓存存储器CacheCache 6.4.1Cache6.4.1Cache6.4.1Cache6.4.1Cache存储器原理存储器原理存储器原理存储器原理1 1、原理、原理 2 2、CacheCache的命中率的命中率6.4.2Cache6.4.2Cache6.4.2Cache6.4.2Cache存储器组织存储器组织存储器组织存储器组织1 1、地址映像、地址
14、映像图图6-20 Cache6-20 Cache的基本结构的基本结构 （1 1）直接映像）直接映像图图6-21 6-21 直接映像的直接映像的CacheCache组织组织 （2 2）全相联映像）全相联映像图图6-22 6-22 全相联映像的全相联映像的CacheCache组织组织 （3 3）组相联映像）组相联映像 图图6-23 6-23 组相联映像的组相联映像的CacheCache组织组织 2 2、替换算法、替换算法(1)(1)先进先出算法（先进先出算法（FIFOFIFO）(2)(2)近期最少使用算法（近期最少使用算法（LRULRU）(3)(3)随机替换法（随机替换法（RANDRAND)6.5
15、 6.5 存储器系统与存储器系统与CPUCPU系统连接实例系统连接实例6.5.1 EPROM6.5.1 EPROM6.5.1 EPROM6.5.1 EPROM、RAMRAMRAMRAM子系统与子系统与子系统与子系统与CPUCPUCPUCPU主系统的连接主系统的连接主系统的连接主系统的连接图图6-24 EPROM6-24 EPROM、RAMRAM组成的组成的8 8位存储器子系统位存储器子系统 6.5.28086CPU6.5.28086CPU6.5.28086CPU6.5.28086CPU的最小模式与静态的最小模式与静态的最小模式与静态的最小模式与静态RAMRAMRAMRAM的连接的连接的连接的连
16、接图图6-25 6-25 最小模式连接的静态最小模式连接的静态RAMRAM存储器存储器 6.5.36.5.36.5.36.5.3存储器芯片同存储器芯片同存储器芯片同存储器芯片同CPUCPUCPUCPU连接时要注意的问题连接时要注意的问题连接时要注意的问题连接时要注意的问题 存储器的地址分配和片选问题；存储器的地址分配和片选问题；控制信号的连接问题；控制信号的连接问题；CPUCPU总线的负载能力问题；总线的负载能力问题；CPUCPU的时序和存储器芯片的存取速度的配合问题。的时序和存储器芯片的存取速度的配合问题。6.66.6几种新型的半导体、存储器几种新型的半导体、存储器1 1、带高速缓存动态随机存储器、带高速缓存动态随机存储器2 2、接口动态随机存储器、接口动态随机存储器3 3、双数据传输率同步动态随机存储器、双数据传输率同步动态随机存储器4 4、虚拟通道存储器、虚拟通道存储器5 5、快速循环动态存储器、快速循环动态存储器