1、第六章 内存储器接口(6学时),第四节 16位、32位及64位机存 储器系统,现代计算机接口技术,退 出,第一节 内存储器件(2学时), 知 识 概 述 ,第二节 地址译码 (2学时),第三节 内存储器扩展技术 (2学时),第一节 内存储器件,6.1.1 内存储器概述,退 出,现代计算机接口技术,1.存储器有两种基本操作读和写。 2. 所有的存储芯片都设有地址引脚、数据引脚、读、写 控制脚及片选脚。,6.1.2 内存储器的分类,退 出,现代计算机接口技术,内存储器,ROM,双极RAM MOS型RAM掩模式ROM 可编程的ROM 可擦除PROM,RAM,SRAM DRAMEPROM EEROM,
2、6.1.2,一、随机存取存储器RAM1. 双极型RAM双极型RAM的主要特点:存取时间短,通常为几纳秒到几十纳秒;其集成度低、功耗大,而且价格也较高。2. MOS型RAM用MOS器件构成的RAM又可分为SRAM和DRAM。,退 出,现代计算机接口技术,6.1.2,二、只读存储器ROM1. 掩模式只读存储器这种芯片存储的信息稳定,成本最低。适用于存放一些可批量生产的固定不变的程序或数据。2. 可编程ROM用户可以读出其内容,但再也无法改变它的内容。3. 可擦除的PROM可擦除的PROM芯片因其擦除的方式不同可分为两类。 (1)一是通过是紫外线照射来擦除,这种用紫外线擦除的PROM称为EPROM(
3、2)另外一种是通过电的方法来擦除,这种PROM称为EEPROM芯片内容擦除后仍可以重新对它进行编程,写入新的内容。擦除和重新编程都可以多次进行。,现代计算机接口技术,退 出,6.1.3 存储器芯片的主要技术指标,1. 存储容量存储器芯片的存储容量用“存储单元个数每存储单元的位数”来表示。当计算机的内存确定后,选用容量大的芯片则可以少用几片,这样不仅使电路连接简单,而且功耗也可以降低。 2. 存取时间和存取周期存取时间又称存储器访问时间,即启动一次存储器操作(读或写)到完成该操作所需要的时间。CPU在读写存储器时,其读写时间必须大于存储器芯片的额定存取时间。如果不能满足这一点,微型机则无法正常工
4、作。存取周期是连续启动两次独立的存储器操作所需间隔的最小时间。若令存取时间为tA,存取周期为TC,则二者的关系为TCtA。,现代计算机接口技术,退 出,6.1.3,3. 可靠性目前所用的半导体存储器芯片的平均故障间隔时间约为5l06l108小时左右。 4. 功耗使用功耗低的存储器芯片构成存储系统,不仅可以减少对电源容量的要求,而且还可以提高存储系统的可靠性。,现代计算机接口技术,退 出,6.1.4 随机存取存储器的存储元及外部特性,一、静态存储器 1. SRAM的存储元静态RAM的基本存储电路(即存储元)一般是由6个MOS管组成的双稳态电路,如图6.1所示。2. SRAM的外部特性6264芯片
5、是一个8K8bit的CMOS SRAM芯片,其引脚如图6.2所示。A0Al2:13根地址信号线。一个存储芯片上地址线的多少决定了该芯片有多少个存储单元。通常这13根地址线通常接到系统地址总线的低13位上,以便CPU能够寻址芯片上的各个单元。,现代计算机接口技术,退 出,6.1.4,D0D7:8根双向数据线。对SRAM芯片来讲,数据线的根数决定了芯片上每个存储单元的二进制位数。使用时,这8根数据线与系统的数据总线相连。CS1 、CS2:片选信号线。OE:输出允许信号。只有当为低电平时,CPU才能够从芯片中读出数据,通常与系统总线的MEMW相连。WE:写允许信号。当WE为低电平时,允许数据写入芯片
6、,通常与系统总线的MEMW相连。其它引脚:Vcc为+5V电源,GND是接地端,NC表示空端。,现代计算机接口技术,退 出,6.1.4,二、动态存储器1. DRAM的存储元单管动态存储元电路如图6.3所示。2. DRAM的外部特性图6.4所示为2164A的引脚图,其引脚功能如下:A0A7:地址输入线。DRAM芯片在构造上的特点是芯片上的地址引脚是复用的。两次送到芯片上去的地址分别称为行地址和列地址。在相应的锁存信号控制下,它们被锁存到芯片内部的行地址锁存器和列地址锁存器中。DIN和DOUT:芯片的数据输入、输出线。RAS:行地址锁存信号。CAS:列地址锁存信号。WE:写允许信号。当它为低电平时,
7、允许将数据写入。反之,当WE=l时,可以从芯片读出数据。,现代计算机接口技术,退 出,6.1.5 只读存储器的存储元及外部特性,一、EPROM1. EPROM的存储元它的基本存储单元的结构和工作原理如图6.5所示。2. EPROM的外部特性27256的外部引脚如图6.6所示,这是一块32K8bit的EPROM芯片,27256各引脚如下:A0Al4:l5根地址输入线。D0D7:8根双向数据线。CE :选片信号,低电平有效。OE :输出允许信号,低电平有效。当OE=0时,芯片中的数据可由D0D7端输出。Vpp:编程电压输入端。编程时应在该端加上编程高电压,不同的芯片对VPP的值要求的不一样,可以是
8、+12.5V,+15V,+21V,+25V等。,现代计算机接口技术,退 出,6.1.5,二、EEPROM 1. EEPROM的存储元E2PROM存储元的结构示意图如图6.7所示。 2. EEPROM的外部特性NMC98C64A为8K8位的EEPROM,其引脚如图6.8所示。其中:A0A12:13根地址线。D0D7:8条数据线。 CE:选片信号,低电平有效。OE :输出允许信号,低电平有效。WE:写允许信号,低电平有效。 READY/BUSY:状态输出端。98C64A正在执行编程写入时,此管脚为低电平。写完后,此管脚变为高电平。因为正在写入当前数据时,98C64A不接收CPU送来的下一个数据,所
9、以CPU可以通过检查此管脚的状态来判断写操作是否结束。,现代计算机接口技术,退 出,第二节 地址译码,CPU输出的地址引脚如何与存储芯片的地址连接呢?通常将CPU的地址引脚与同名的存储芯片的地址引脚直接相连,CPU剩余的地址引脚,也即高位地址通过译码连接存储芯片的片选端。,现代计算机接口技术,退 出,6.2.1 地址译码方式,存储器的地址译码方式可以分为两种,一种称为全地址译码,另一种称为部分地址译码。一、全地址译码方式所谓全地址译码,就是构成存储器时要使用全部地址总线信号,即所有的高位地址信号用来作为译码器的输入,低位地址信号接存储芯片的地址输入线,从而使得存储器芯片上的每一个单元在整个内存
10、空间中具有唯一的一个地址。如图6.9所示。这是一片SRAM 6264与8086/8088系统的连接图。可以看出,只要A19A13为以下二进制位时,就可访问6264存储单元,具体哪一个存储单元由低13位(A12A0)决定。,现代计算机接口技术,退 出,6.2.1,0111 101 该片6264的地址范围为:0111 1010 0000 0000 0000=3E000H 到0011 1111 1111 1111 1111=3FFFFH若将图6.9中的“与非”门改为“或”门,如图6.10所示,则6264的地址范围就变成84000H85FFFH。 二、部分地址译码方式顾名思义,部分地址译码就是仅把地址
11、总线的一部分地址信号线与存储器连接,通常是用高位地址信号的一部分(而不是全部)作为片选译码信号,图6.11就是一个部分地址译码的例子。,现代计算机接口技术,退 出,6.2.1,从图6.11可以看出,A19A0为以下二进制位时,就可访问6264存储单元。1111 1 低13位可取0 0000 0000 00001 1111 1111 1111,所以该片的地址范围为:1111 10 0000 0000 00001111 11 1111 1111 1111当A14 A13=00:1111 1000 0000 0000 0000=F8000H 到 1111 1001 1111 1111 1111=F9
12、FFFH当A14 A13=01:FA000HFBFFFH当A14 A13=10:FC000HFDFFFH当A14 A13=11:FE000HFFFFFH按这种地址译码方式,芯片占用的这4个8KB的区域决不可再分配给其它芯片。否则,会造成总线竞争而使微机无法正常工作。,现代计算机接口技术,退 出,6.2.2 常用的译码器件,一、3-8线译码器 集成电路器件中有不少专用译码器,其中74LS138经常作为存储器的译码器件,其引脚图如图6.12所示。它的真值表如表6.1所示。例如,以8088为CPU的微型计算机系统,其RAM系统由8片6264组成,要求存储范围为50000H5FFFFH。利用74LS1
13、38作为译码器件,采用全译码,其连接图如图6.13所示。,现代计算机接口技术,退 出,6.2.2,二、PROM地址译码图6.14描述了用82S147 PROM(5128)代替图6.14的74LS138译码器。表6.2描述了编程到每个PROM单元的二进制值。由于一块新的PROM单元都为逻辑1,所以256个单元中只需写入8个单元。 三、PAL可编程译码器图6.15描述了用PAL16L8代替图6.14PROM译码。其编程程序如下:,现代计算机接口技术,退 出,6.2.2,CHIP DECODER PAL16L8 ;pins 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10A19 A18 A17 A16 A1
14、5 A14 A13 NC NC GND ;pins 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20NC O8 O7 O6 O5 O4 O3 O2 O1 VCC EQUATIONS /O1=/A19*A18*/A17*A16*/A15*/A14*/A13 /O2=/A19*A18*/A17*A16*/A15*/A14*A13 /O3=/A19*A18*/A17*A16*/A15*A14*/A13 /O4=/A19*A18*/A17*A16*A15*/A14*/A13 /O5=/A19*A18*/A17*A16*/A15*A14*A13 /O6=/A19*A18*/A17*A16*A1
15、5*/A14*A13 /O7=/A19*A18*/A17*A16*A15*A14*/A13 /O8=/A19*A18*/A17*A16*A15*A14*A13,现代计算机接口技术,退 出,第三节 内存储器扩展技术,6.3.1 存储容量的位扩展,单个存储芯片字长就不能满足要求,这时就需要进行位扩展,以满足字长的要求。位扩展的电路连接方法是:将每个存储芯片的地址线和控制线(包括选片信号线、读/写信号线等)全部同名接在一起,而将它们的数据线分别引出连接至数据总线的不同位上。 其连接方法如图6.16所示。,现代计算机接口技术,退 出,6.3.2 存储容量的字扩展,字扩展是对存储器容量的扩展。字扩展的电
16、路连接方法是:将每个芯片的地址信号、数据信号和读/写信号等控制信号线同名全部接在一起,只将选片端分别引出到地址译码器的不同输出端,即用片选信号来区别各个芯片的地址。其连接示意图如图6.17所示。,现代计算机接口技术,退 出,6.3.3 存储容量的字位扩展,在构成一个实际的存储器时,往往需要同时进行位扩展和字扩展才能满足存储容量的需求。扩展时需要的芯片数量可以这样计算:要构成一个容量为MN位的存储器,若使用pk位的芯片(pM,kN),则构成这个存储器需要(M/p)(N/k)个这样的存储器芯片。例6-1 用Intel 2164构成容量为128KB的内存。分析:由于2164是64K1的芯片,所以首先
17、要进行位扩展。用8片2164组成64KB的内存模块,然后再用两组这样的模块进行字扩展。所需的芯片数为(128/64)(8/1)=16片。连接示意图如图6.18所示。,现代计算机接口技术,退 出,6.3.3,综上所述,存储器容量的扩展可以分为3步:第一,选择合适的芯片;第二,根据要求将芯片“多片并连”进行位扩展,设计出满足字长要求的存储模块;第三,将多组串联,对存储模块进行字扩展,构成符合要求的存储器系统。,现代计算机接口技术,退 出,第四节 16位、32位及64位机 存储器系统,6.4.1 16位机的存储系统,存储系统分为两个存储体,如图6.19所示。对于16位的CPU为此也都设置了用于存储体
18、选择的两个控制 信号和。表6.3描述了这两个引脚和所选择的存储体。在Intel系列的CPU通过产生独立的写信号来选择每个存储体的写操作,如图6.20所示。图6.21描述了一个8086存储系统的连接图。,现代计算机接口技术,退 出,6.4.2 32位机的存储系统,对于32位机的存储系统分为4个存储体,如图6.22所示。32位的CPU都设置了用于选择存储体的信号、和。每个存储体的独立的写信号如图6.23所示。,现代计算机接口技术,退 出,6.4.3 64位机的存储系统,对于64位机的存储系统分为8个存储体,如图6.24所示。64位的CPU都设置了用于选择存储体的信号、和。每个存储体的独立的写信号如
19、图6.25所示。,现代计算机接口技术,退 出,图6.1 静态RAM的存储电路,退 出,现代计算机接口技术,图6.2 SRAM 6264外部脚图,退 出,现代计算机接口技术,图6.3 单管动态存储元的电路,退 出,现代计算机接口技术,图6.4 2164A外部引脚图,退 出,现代计算机接口技术,图6.4 2164A外部引脚图,图6.5 EPROM存储单元示意图,退 出,现代计算机接口技术,图6.6 EPROM 27256引脚图,退 出,现代计算机接口技术,图6.7 E2PROM存储元结构示意图,退 出,现代计算机接口技术,图6.8 NMC98C64A引脚图,退 出,现代计算机接口技术,图6.9 6
20、.10,退 出,现代计算机接口技术,图6.9 6.10,退 出,现代计算机接口技术,图6.11 部分地址译码连接图,退 出,现代计算机接口技术,图6.12 74LS138引脚图,退 出,现代计算机接口技术,表6.1 74 LS138真值表,退 出,现代计算机接口技术,*G2=G2A+G2B H=high level, L=low level, X=irrelevant,退 出,现代计算机接口技术,图6.13 74LS138 作为译码器件的存储器连接图,图6.14 用PRAM译码的存储器连接图,退 出,现代计算机接口技术,表6.2 图6.14中82S147 PROM单元的应写入的二进制位,退 出
21、,现代计算机接口技术,图6.15 用PAL16L8期间译码的存储器连接图,退 出,现代计算机接口技术,图6.16 位扩展连接方法,退 出,现代计算机接口技术,图6.17 字扩展连接方法,退 出,现代计算机接口技术,图6.18 字位扩展应用举例示意图,退 出,现代计算机接口技术,图6.19 16位机的存储系统,退 出,现代计算机接口技术,表6.3 使用BHE和BLE(A0)选择存储体,退 出,现代计算机接口技术,图6.20 存储体写选择控制信号,退 出,现代计算机接口技术,图6.21 包含1MB的一个8086存储系统,退 出,现代计算机接口技术,图6.22 32位机的存储系统,退 出,现代计算机接口技术,图6.23 存储体写选择输入信号,退 出,现代计算机接口技术,图6.24 64位机的存储系统,退 出,现代计算机接口技术,图6.25 存储体写选择输入信号,退 出,现代计算机接口技术,知 识 概 述,基本概念:SRAM,DRAM,EPROM,EEPROM,全地址译码,部分地址译码 重点:内存储器分类,各类内存储器特点及使用场合,地址译码,内存储器的扩展技术 难点:DRAM的扩展技术,退 出,现代计算机接口技术,