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1、存储器及其接口左旭坤（左旭坤（）1第1页，此课件共35页哦左旭坤（左旭坤（）2第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口1.1.概述概述2.2.半导体存储器的使用半导体存储器的使用第2页，此课件共35页哦左旭坤（左旭坤（）3第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口1.1.概述概述2.2.半导体存储器的使用半导体存储器的使用第3页，此课件共35页哦左旭坤（左旭坤（）4第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口概述概述 存储器是微机硬件系统的重要组成部分存储器是微机硬件系统的重要组成部分。功能：功能：有了存储器，微机系统才具有有了存储器，微机系统才具有“记忆记忆”功能；功能；才能把程序及数
2、据的代码保存起来；才能把程序及数据的代码保存起来；才能使微机系统脱离人的干预，而自动完成信息处才能使微机系统脱离人的干预，而自动完成信息处 理的功能。理的功能。第4页，此课件共35页哦左旭坤（左旭坤（）5第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口概述概述第5页，此课件共35页哦左旭坤（左旭坤（）6第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口概述概述计算机系统存储体结构（金字塔结构）计算机系统存储体结构（金字塔结构）容量小容量小速度快速度快容量大容量大速度慢速度慢主存储器用来存放活动的程序和数据，其速度高、容量较少、每位价格高。主存储器用来存放活动的程序和数据，其速度高、容量较少、每位价格高。
3、辅存储器主要用于存放当前不活跃的程序和数据，其速度慢、容量大、每位价格低。辅存储器主要用于存放当前不活跃的程序和数据，其速度慢、容量大、每位价格低。缓冲存储器主要用于在两个不同工作速度的部件之间起缓冲作用缓冲存储器主要用于在两个不同工作速度的部件之间起缓冲作用第6页，此课件共35页哦左旭坤（左旭坤（）7第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口概述概述存储器的性能指标存储器的性能指标存储器系统的三项主要性能指标是存储器系统的三项主要性能指标是【容量容量】、【速度速度】和和【可靠性可靠性】。1 1、存储器容量存储器容量 存储器容量是指存储器可以容纳的二进制信息总量，即存储信息的存储器容量是指存
4、储器可以容纳的二进制信息总量，即存储信息的总位数（总位数（Bit）。）。设存储器的地址线和数据线位数分别是设存储器的地址线和数据线位数分别是p和和q，则该存储器芯片的存，则该存储器芯片的存储单元总数为储单元总数为2p，该存储器芯片的位容量为，该存储器芯片的位容量为2pq。例如：存储器芯片例如：存储器芯片6116，地址线有，地址线有11根，数据线有根，数据线有8根根,则该芯片的则该芯片的位容量是：位容量是：位容量位容量=2=211 11 8=2048 8=163848=2048 8=16384位位 存储器通常是以字节为单位编址的，所以有时也用字节容量表示存存储器通常是以字节为单位编址的，所以有时
5、也用字节容量表示存储器容量，例如上面讲的储器容量，例如上面讲的6116芯片的容量为芯片的容量为2KB，记作，记作2K8，存储器容量越大，则存储的信息越多。目前存储器芯片的容量越来存储器容量越大，则存储的信息越多。目前存储器芯片的容量越来越大，价格在不断地降低，这主要得益于大规模集成电路的发展。越大，价格在不断地降低，这主要得益于大规模集成电路的发展。第7页，此课件共35页哦左旭坤（左旭坤（）8第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口概述概述存储器的性能指标存储器的性能指标存储器系统的三项主要性能指标是存储器系统的三项主要性能指标是【容量容量】、【速度速度】和和【可靠性可靠性】。2 2、存取
6、速度存取速度 存储器的速度直接影响计算机的速度。存取速度可用存储器的速度直接影响计算机的速度。存取速度可用存取时间存取时间和和存储周期存储周期这两个时间参数来衡量。这两个时间参数来衡量。存取时间存取时间是指是指CPU发出有效存储器地址从而启动一次存储器发出有效存储器地址从而启动一次存储器读写操作，到该读写操作完成所经历的时间，这个时间越小，则读写操作，到该读写操作完成所经历的时间，这个时间越小，则存取速度越快。目前，高速缓冲存储器的存取时间已小于存取速度越快。目前，高速缓冲存储器的存取时间已小于5ns。存储周期存储周期是连续启动两次独立的存储器操作所需要的最小时是连续启动两次独立的存储器操作所
7、需要的最小时间间隔，这个时间一般略大于存取时间。间间隔，这个时间一般略大于存取时间。nsns（nanosecondnanosecond）：纳秒，时间单位。一秒的）：纳秒，时间单位。一秒的1010亿分之一亿分之一 第8页，此课件共35页哦左旭坤（左旭坤（）9第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口概述概述存储器的性能指标存储器的性能指标存储器系统的三项主要性能指标是存储器系统的三项主要性能指标是【容量容量】、【速度速度】和和【可靠性可靠性】。3 3、可靠性可靠性 存储器的可靠性用存储器的可靠性用MTBF(MeanTimeBetweenFailures)平平均故障间隔时间均故障间隔时间来衡量，
8、来衡量，MTBF越长，可靠性越高。内存储器越长，可靠性越高。内存储器常采用纠错编码技术来检测和提高可靠性。常采用纠错编码技术来检测和提高可靠性。其它性能指标：其它性能指标：性价比、功耗等性价比、功耗等第9页，此课件共35页哦左旭坤（左旭坤（）10第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口概述概述半导体存储器的分类半导体存储器的分类 半导体存半导体存储器储器RAMROMSRAMDRAMPROMEPROMEEPROMFlashROM主存一般都是由半导体材料制成的，是一种半导体存储器。主存一般都是由半导体材料制成的，是一种半导体存储器。第10页，此课件共35页哦左旭坤（左旭坤（）11第五章：存储器
9、及其接口第五章：存储器及其接口概述概述半导体存储器的分类半导体存储器的分类半导体存储器的分类如上图所示。主要分为两大类：半导体存储器的分类如上图所示。主要分为两大类：可读写存储器可读写存储器RAMRAM和和只读存储器只读存储器ROMROM RAMRAM分为分为静态静态RAM（SRAM，StaticRAM）动态动态RAM（DRAM，DynamicRAM）目前计算机内的主存储器都是目前计算机内的主存储器都是DRAM，它的集成度高、功耗，它的集成度高、功耗很低，缺点是数据易挥发，需要周期性再生。很低，缺点是数据易挥发，需要周期性再生。SRAM是非挥发的，所以不需要再生，但集成度比是非挥发的，所以不需
10、要再生，但集成度比DRAM要要低，计算机中的高速缓冲存储器大多用低，计算机中的高速缓冲存储器大多用SRAM。第11页，此课件共35页哦左旭坤（左旭坤（）12第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口概述概述半导体存储器的分类半导体存储器的分类 只读存储器只读存储器ROMROM（Read-Only MemoryRead-Only Memory）对其内容只能读不能写入的存储器，它的内容是一般是一次性预先写入，对其内容只能读不能写入的存储器，它的内容是一般是一次性预先写入，不随着计算机程序的运行而频繁更改。不随着计算机程序的运行而频繁更改。ROM通常用来存放固定不变的程序、汉字字型库、字符及图形符
11、号等。通常用来存放固定不变的程序、汉字字型库、字符及图形符号等。ROMROM分类：分类：可编程只读存储器可编程只读存储器PROM PROM(Programmable ROM)(Programmable ROM)：一次性地写入程序和数一次性地写入程序和数据，同时一经写入，就无法更改；据，同时一经写入，就无法更改；可擦除只读存储器可擦除只读存储器EPROMEPROM (Erasable Programmable ROM)(Erasable Programmable ROM)：允许用户根允许用户根据需要多次写入或用紫外线擦去据需要多次写入或用紫外线擦去ROMROM的内容；的内容；电可擦除只读存储器电
12、可擦除只读存储器EEPROMEEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM)(Electrically Erasable Programmable ROM)：可用电信号进行清除和改写的存储器，与可用电信号进行清除和改写的存储器，与EPROMEPROM相比，不需要采用紫外线擦相比，不需要采用紫外线擦除。除。第12页，此课件共35页哦左旭坤（左旭坤（）13第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口概述概述半导体存储器的分类半导体存储器的分类 只读存储器只读存储器ROMROM（Read-Only MemoryRead-Only Memory）快擦型存储
13、器快擦型存储器 (Flash Memory)(Flash Memory)快擦型存储器是不用电池供电的、高速耐用的非易失性半导体存储器，快擦型存储器是不用电池供电的、高速耐用的非易失性半导体存储器，它以性能好、功耗低、体积小、重量轻等特点活跃于便携机存储器市场。它以性能好、功耗低、体积小、重量轻等特点活跃于便携机存储器市场。快擦型存储器具有快擦型存储器具有EEPROM的特点，可在计算机内进行擦除和编程，它的特点，可在计算机内进行擦除和编程，它的读取时间与的读取时间与DRAM相似，而写时间与磁盘驱动器相当。快擦型存储器有相似，而写时间与磁盘驱动器相当。快擦型存储器有5V或或12V两种供电方式。对于
14、便携机来讲，用两种供电方式。对于便携机来讲，用5V电源更为合适。快擦型存电源更为合适。快擦型存储器操作简便，编程、擦除、校验等工作均已编成程序，可由配有快擦型储器操作简便，编程、擦除、校验等工作均已编成程序，可由配有快擦型存储器系统的中央处理机予以控制。存储器系统的中央处理机予以控制。第13页，此课件共35页哦左旭坤（左旭坤（）14ROMROM分类：分类：第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口概述概述EPROM烧录器 EPROM擦除器 Flash MemoryFlash Memory（主板（主板biosbios）第14页，此课件共35页哦左旭坤（左旭坤（）15存储体示意图存储体示意图半导
15、体存储器的存储体半导体存储器的存储体存储体是存储存储体是存储1和和0信息的电路实体，信息的电路实体，它由许多个存储单元组成，每个存储单元它由许多个存储单元组成，每个存储单元一般由若干位一般由若干位(如：如：8位位)组成，每一位需组成，每一位需要一个存储元件，要一个存储元件，每个存储单元有一个编每个存储单元有一个编号，称为地址号，称为地址。存储器的地址用一组二进制数表示，存储器的地址用一组二进制数表示，其地址线的根数其地址线的根数n与存储单元的数量与存储单元的数量N之之间的关系为：间的关系为：2n=N位xxxxxHxxxxxH单元地址第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口概述概述第15页，
16、此课件共35页哦左旭坤（左旭坤（）16第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口1.1.概述概述2.2.典型半导体存储器的使用典型半导体存储器的使用第16页，此课件共35页哦左旭坤（左旭坤（）17第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口典型半导体存储器的使用典型半导体存储器的使用一、一、32k*832k*8（bitbit）静态）静态RAM62256RAM62256 地址总线：地址总线：和和CPUCPU的地址线相连，确定需要访问的的地址线相连，确定需要访问的存储单元地址。存储单元地址。62256引脚功能引脚功能A0A14地址总线地址总线(Address)D0/D7输入输入/输出口输出口(i
17、nput/output)CS端口选择端口选择(Chipselect)WE输入始能输入始能(Writeenable)OE输出始能输出始能(Outputenable)/CS/CS第17页，此课件共35页哦左旭坤（左旭坤（）18第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口典型半导体存储器的使用典型半导体存储器的使用一、一、32k*832k*8（bitbit）静态）静态RAM62256RAM62256 输入输入/输出口：输出口：和和CPUCPU的数据线相连，负责与的数据线相连，负责与CPUCPU之间传递数据。之间传递数据。/CS/CS62256引脚功能引脚功能A0A14地址总线地址总线(Address
18、)D0/D7输入输入/输出口输出口(input/output)CS端口选择端口选择(Chipselect)WE输入始能输入始能(Writeenable)OE输出始能输出始能(Outputenable)第18页，此课件共35页哦左旭坤（左旭坤（）19第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口典型半导体存储器的使用典型半导体存储器的使用一、一、32k*832k*8（bitbit）静态）静态RAM62256RAM62256 /CS/CS62256引脚功能引脚功能A0A14地址总线地址总线(Address)D0/D7输入输入/输出口输出口(input/output)CS端口选择端口选择(Chipse
19、lect)WE输入始能输入始能(Writeenable)OE输出始能输出始能(Outputenable)CSCS：只有当只有当CSCS上的输入信号有效上的输入信号有效时，该片所连的地址线才有效，这时，该片所连的地址线才有效，这样才能对这一片上的存储单元进行样才能对这一片上的存储单元进行读或写的操作。读或写的操作。CSCS一般和地址译一般和地址译码器相连。码器相连。第19页，此课件共35页哦左旭坤（左旭坤（）20第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口典型半导体存储器的使用典型半导体存储器的使用一、一、32k*832k*8（bitbit）静态）静态RAM62256RAM62256 /CS/C
20、S62256引脚功能引脚功能A0A14地址总线地址总线(Address)D0/D7输入输入/输出口输出口(input/output)CS端口选择端口选择(Chipselect)WE输入始能输入始能(Writeenable)OE输出始能输出始能(Outputenable)WE：当当WE上电平有效时，表示上电平有效时，表示CPU向向RAM内的一个指定单元写内的一个指定单元写数据。数据。WE一般和一般和CPU的的WR连在连在一起一起第20页，此课件共35页哦左旭坤（左旭坤（）21第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口典型半导体存储器的使用典型半导体存储器的使用一、一、32k*832k*8（bi
21、tbit）静态）静态RAM62256RAM62256 /CS/CS62256引脚功能引脚功能A0A14地址总线地址总线(Address)D0/D7输入输入/输出口输出口(input/output)CS端口选择端口选择(Chipselect)WE输入始能输入始能(Writeenable)OE输出始能输出始能(Outputenable)OEOE：当当WEWE上电平有效时，表示上电平有效时，表示CPUCPU从从RAMRAM内的一个指定单元读数内的一个指定单元读数据。据。OEOE一般和一般和CPUCPU的的RDRD连在一起连在一起第21页，此课件共35页哦左旭坤（左旭坤（）22CSCS信号和地址译码器
22、信号和地址译码器 当当CPU访问存储器时，首先要访问存储器时，首先要使能使能该存储器，即，在存储器的该存储器，即，在存储器的CS引脚上接入一个引脚上接入一个低电平。常用地址译码器来实现这个功能。常见的地址译码器如低电平。常用地址译码器来实现这个功能。常见的地址译码器如74LS138。第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口典型半导体存储器的使用典型半导体存储器的使用引脚功能引脚功能A0A2地址端地址端Y0Y7输出端输出端E1E3选通端选通端工作原理：工作原理：当选通端（当选通端（E3）为高电平，另两个选通）为高电平，另两个选通端（端（E1）和（）和（E2）为低电平时，可将地）为低电平时，可
23、将地址端（址端（A0A2）的二进制编码在一个）的二进制编码在一个对应的输出端（对应的输出端（Y0Y7）以低电平译）以低电平译出。将该输出端与存储器出。将该输出端与存储器CS引脚相连，引脚相连，即可选中该存储器。即可选中该存储器。第22页，此课件共35页哦左旭坤（左旭坤（）23地址译码器输出真值表地址译码器输出真值表 E3 A2 A1 A0译码输出1 0 00 0 0=0，其余为11 0 00 0 1=0，其余为11 0 00 1 0=0，其余为11 0 00 1 1=0，其余为11 0 01 0 0=0，其余为11 0 01 0 1=0，其余为11 0 01 1 0=0，其余为11 0 01
24、1 1=0，其余为1不是上述情况 全为1第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口典型半导体存储器的使用典型半导体存储器的使用A0A2三端不同的输入组合可得到三端不同的输入组合可得到8种输出，种输出，故称故称3-8译码器译码器如何用一片如何用一片2-42-4译码器和三片译码器和三片3-83-8译码器，组合成译码器，组合成5-325-32译码电路？译码电路？第23页，此课件共35页哦左旭坤（左旭坤（）24第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口典型半导体存储器的使用典型半导体存储器的使用62256RAM62256RAM和和8086CPU8086CPU的连接的连接连线说明：连线说明：74ls
25、138正常工作的条件是：正常工作的条件是：E1=E2=0;E3=1。所以：所以：当当M/IO=1时，时，E1=0;当当A18=1时，时，E2=0;当当A19=1时，时，E3=1。此时此时3-8译码器工作译码器工作第24页，此课件共35页哦左旭坤（左旭坤（）25第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口典型半导体存储器的使用典型半导体存储器的使用62256RAM62256RAM和和8086CPU8086CPU的连接的连接连线说明：连线说明：Y1作为存储器的作为存储器的CS信号，当信号，当74ls138的的A0=1;A1=A2=0时，时，Y1=0所以，当所以，当CPU的：的：A15=1;A16=
26、A17=0时，时，Y1=0。第25页，此课件共35页哦左旭坤（左旭坤（）26第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口典型半导体存储器的使用典型半导体存储器的使用62256RAM62256RAM和和8086CPU8086CPU的连接的连接连线说明：连线说明：CPU的的A0A14作为存储器内部存作为存储器内部存储单元的地址信号储单元的地址信号所以，存储器内部存储单元的地址所以，存储器内部存储单元的地址范围为：范围为：A14.A0000000000000000111111111111111第26页，此课件共35页哦左旭坤（左旭坤（）27第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口典型半导体存储器
27、的使用典型半导体存储器的使用62256RAM62256RAM和和8086CPU8086CPU的连接的连接连线说明：连线说明：综上所述，按此连线方法此片综上所述，按此连线方法此片62256的的地址范围为：地址范围为：C8000HCFFFFH共有共有32k个存储单元个存储单元注意：注意：连线方式不同，连线方式不同，6225662256的地址的地址范围就不同！范围就不同！第27页，此课件共35页哦左旭坤（左旭坤（）28第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口典型半导体存储器的使用典型半导体存储器的使用62256RAM62256RAM和和8086CPU8086CPU的连接的连接连线说明：连线说明：
28、CPU62256功能D0D7D0D7数据传递WRWE写操作RDOE读操作第28页，此课件共35页哦左旭坤（左旭坤（）29第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口典型半导体存储器的使用典型半导体存储器的使用62256RAM62256RAM和和8086CPU8086CPU的连接的连接工作过程：工作过程：例如，有如下程序段例如，有如下程序段MOVAX,C000HMOVDS,AXMOVBX,8001H程序段的功能是把程序段的功能是把C80001存储单元的数据，读到存储单元的数据，读到BX中。当第三条指令执行时，中。当第三条指令执行时，CPU有如下动有如下动作：作：1.M/IO=1，表示，表示CPU
29、与存储器之间传递数据；与存储器之间传递数据；2.A19A0=11001000000000000001，选中存储器，选中存储器C80001单元。单元。3.RD=0，表示读操作。，表示读操作。4.D0D7,数据总线上传递数据。数据总线上传递数据。第29页，此课件共35页哦左旭坤（左旭坤（）30第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口典型半导体存储器的使用典型半导体存储器的使用二、二、32k*832k*8（bitbit）EPROM27256EPROM27256 /CS27256引脚功能引脚功能A0A14地址总线地址总线(Address)D0/D7输入输入/输出口输出口(input/output)
30、CS端口选择端口选择(Chipselect)OE输出始能输出始能(Outputenable)VPP编程电源编程电源(Powersupply)与与RAM的区别：的区别：ROM只读，所以没有只读，所以没有WE（输入使能）；但是，在系（输入使能）；但是，在系统运行前，统运行前，ROM必须加载程序，所以增加了必须加载程序，所以增加了VPP（编（编程电源）。程电源）。当：当：VPP上加载上加载+5V电源时，程序按地址装入电源时，程序按地址装入EPROM中；在系统运行时，根据中；在系统运行时，根据CS和和IP的值计算出当前要执的值计算出当前要执行指令的地址，由行指令的地址，由A14A0、CS和和OE共同作
31、用，选中共同作用，选中EPROM中的该地址单元，并通过中的该地址单元，并通过D0D7将该单元中存将该单元中存储的指令送入储的指令送入CPU内部。内部。第30页，此课件共35页哦左旭坤（左旭坤（）31第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口典型半导体存储器的使用典型半导体存储器的使用27256EPROM27256EPROM和和8086CPU8086CPU的连接的连接连线说明：连线说明：74ls138正常工作的条件是：正常工作的条件是：E1=E2=0;E3=1。所以：所以：当当M/IO=1时，时，E1=0;当当A18=1时，时，E2=0;当当A19=1时，时，E3=1。第31页，此课件共35页
32、哦左旭坤（左旭坤（）32第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口典型半导体存储器的使用典型半导体存储器的使用27256EPROM27256EPROM和和8086CPU8086CPU的连接的连接连线说明：连线说明：Y0作为存储器的作为存储器的CS信号，当信号，当74ls138的的A0=A1=A2=0时，时，Y0=0所以，当所以，当CPU的：的：A15=A16=A17=0时，时，Y0=0。第32页，此课件共35页哦左旭坤（左旭坤（）33第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口典型半导体存储器的使用典型半导体存储器的使用27256EPROM27256EPROM和和8086CPU8086CPU
33、的连接的连接连线说明：连线说明：CPU的的A0A14作为存储器内部存作为存储器内部存储单元的地址信号储单元的地址信号所以，存储器内部存储单元的地址所以，存储器内部存储单元的地址范围为：范围为：A14.A0000000000000000111111111111111第33页，此课件共35页哦左旭坤（左旭坤（）34第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口典型半导体存储器的使用典型半导体存储器的使用27256EPROM27256EPROM和和8086CPU8086CPU的连接的连接连线说明：连线说明：综上所述，按此连线方法，此片综上所述，按此连线方法，此片27256的地址范围为：的地址范围为：C0000HC7FFFH存储单元个数为存储单元个数为32k注意：注意：连线方式不同，连线方式不同，2725627256的地址的地址范围就不同！范围就不同！第34页，此课件共35页哦左旭坤（左旭坤（）35第五章：存储器及其接口第五章：存储器及其接口典型半导体存储器的使用典型半导体存储器的使用8086CPU8086CPU同时连接同时连接62256RAM62256RAM和和27256EPROM27256EPROMROM的地址从的地址从C0000HC7FFFH；RAM紧随其后，从紧随其后，从C8000HCFFFFH。第35页，此课件共35页哦