1、第5章 半导体存储器,5.3 只读存储器,5.4 内存管理,5.5 例题解析,5.2 随机读写存储器,5.1 概述,2020/7/10,1,第5章 半导体存储器,教学重点 芯片SRAM 2114和DRAM 4116 芯片EPROM 2764和EEPROM 2817A SRAM、EPROM与CPU的连接,5.1 概述,微型计算机的存储结构 寄存器位于CPU中 主存由半导体存储器(ROM/RAM)构成 辅存指磁盘、磁带、磁鼓、光盘等大容量存储器，采用磁、光原理工作 高速缓存(CACHE)由静态RAM芯片构成 本章介绍半导体存储器及组成主存的方法,CPU（寄存器）,CACHE （高速缓存）,主存（内
2、存）,辅存（外存）,5.1.1 半导体存储器的分类,按制造工艺分类 双极型：速度快、集成度低、功耗大 MOS型：速度慢、集成度高、功耗低 按使用属性分类 随机存取存储器 RAM：可读可写、断电丢失 只读存储器 ROM：只读、断电不丢失,详细分类，请看图示,图5.1 半导体存储器的分类,半导体 存储器,只读存储器 （ROM）,随机存取存储器 （RAM）,静态 RAM（SRAM） 动态 RAM（DRAM） 非易失 RAM（NVRAM）,掩膜式ROM 一次性可编程 ROM（PROM） 紫外线擦除可编程 ROM（EPROM） 电擦除可编程 ROM（EEPROM）,5.1.2存储器的性能指标,1.存储器
3、容量 存储1位二进制信息的单元称为1个存储元。对于32MB的存储器，其内部有32M 8bit个存储元。存储器芯片多为8结构，称为字节单元 。 2.存取周期 存储器的存取周期是指从接收到地址，到实现一次完整的读出或写入数据的时间，是存储器进行连续读或写操作所允许的最短时间间隔。 3. 功耗 半导体存储器属于大规模集成电路，集成度高，体积小，但是不易散热，因此在保证速度的前提下应尽量减小功耗。一般而言，MOS型存储器的功耗小于相同容量的双极型存储器。例如上述HM62256的功耗为40mW200 mW。 4. 可靠性 5. 集成度 半导体存储器的集成度是指在一块数平方毫米芯片上所制作的基本存储单元数
4、，常以“位片”表示，也可以用“字节片”表示， 6. 其他,读写存储器RAM,5.2 随机读写存储器,随机存取存储器,静态RAM SRAM 2114 SRAM 6264,动态RAM DRAM 4116 DRAM 2164,5.2.1 静态RAM,SRAM 的基本存储单元是触发器电路 每个基本存储单元存储1位二进制数 许多个基本存储单元形成行列存储矩阵 SRAM 一般采用“字结构”存储矩阵： 每个存储单元存放多位（4、8、16等） 每个存储单元具有一个唯一的地址,静态RAM的存储结构,六管基本存储电路,列选线Y,数据线D,数据线D,T8,T7,行选线X,T1,T5,T2,T6,T4,T3,VDD,
5、B,A,6 管基本存储单元,列选通,SRAM 芯片的内部结构,I/O,行 地 址 译 码,列地址译码,A3 A2 A1 A0,A4 A5 A6 A7,1,0,0,15,15,1,-CS -OE -WE,输入缓冲,输出缓冲,6管基本存储单元,列选通,SRAM芯片2114,存储容量为10244 18个引脚： 10 根地址线 A9A0 4 根数据线 I/O4I/O1 片选 -CS 读写 -WE,1 2 3 4 5 6 7 8 9,18 1716 15 14 13 12 11 10,Vcc A7 A8 A9 I/O1 I/O2 I/O3 I/O4 -WE,A6 A5 A4 A3 A0 A1 A2 -C
6、S GND,功能,4. SRAM芯片举例,SRAM芯片6264,存储容量为 8K8 28个引脚： 13 根地址线 A12A0 8 根数据线 D7D0 2 根片选 -CS1、CS2 读写 -WE、-OE,功能,+5V -WE CS2 A8 A9 A11 -OE A10 -CS1 D7 D6 D5 D4 D3,NC A12 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D0 D1 D2 GND,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14,28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15,1. 存储芯片数据线的处理,若芯片的数据线正好 8 根
7、： 一次可从芯片中访问到 8 位数据 全部数据线与系统的 8 位数据总线相连 若芯片的数据线不足 8 根： 一次不能从一个芯片中访问到 8 位数据 利用多个芯片扩充数据位（数据宽度） 这种扩充方式称“位扩充”,5. SRAM与CPU的联接,位扩充,2114 （1）,A9A0,I/O4I/O1,片选,D3D0,D7D4,A9A0,2114 （2）,A9A0,I/O4I/O1,两片同时选中,数据分别提供,多个位扩充的存储芯片的数据线连接于系统数据总线的不同位数 其它连接都一样 这些芯片应被看作是一个整体 常被称为“芯片组”,2. 存储芯片地址线的连接,芯片的地址线通常应全部与系统的低位地址总线相连
8、 寻址时，这部分地址的译码是在存储芯片内完成的，我们称为“片内译码”,片内译码,地址线 A9A0,存储芯片,存储单元,片内译码,000H 001H 002H 3FDH 3FEH 3FFH,0000 0001 0010 1101 1110 1111,（16进制表示）,A9A0,片内10 位地址译码 10 位地址的变化： 全0全1,3. 存储芯片片选端的译码,存储系统常需要利用多个存储芯片进行容量的扩充，也就是扩充存储器的地址范围 这种扩充简称为“地址扩充”或“字扩充” 进行“地址扩充”时，需要利用存储芯片的片选端来对存储芯片（芯片组）进行寻址 通过存储芯片的片选端与系统的高位地址线相关联来实现对
9、存储芯片（芯片组）的寻址，常用的方法有： 全译码全部高位地址线与片选端关联（参与芯片译码） 部分译码部分高位地址线与片选端关联（参与芯片译码） 线选法某根高位地址线与片选端关联（参与芯片译码） 片选端常有效无高位地址线与片选端关联（不参与芯片译码）,地址扩充（字扩充）,片选端,D7D0,A19A10,A9A0,（2）,A9A0,D7D0,（1）,A9A0,D7D0,译码器,0000000001,0000000000,低位地址线,高位地址线,片选端常有效,A19A15 A14A0 全0全1,D7D0,27256 EPROM,A14A0,片选端常有效 与A19A15 无关,令芯片（组）的片选端常有
10、效 不与系统的高位地址线发生联系 芯片（组）总处在被选中的状态 虽简单易行、但无法再进行地址扩充，会出现“地址重复”,静态随机存取存储器的联接举例,在64KB地址空间中用8片2114构成4K8，即4KB存储区的全译码法连接方案：其地址范围为2000H2FFFH。连接图如图5.11所示。,5.2.2 动态MOS存储器,DRAM 的基本存储单元是单个场效应管及其极间电容 必须配备“读出再生放大电路”进行刷新 每次同时对1行的存储单元进行刷新 每个基本存储单元存储1位二进制数 许多个基本存储单元形成行、列存储矩阵 DRAM一般采用“位结构”存储体： 每个存储单元存放 1 位 需要 8 个存储芯片构成
11、 1 个字节存储单元 每个字节存储单元拥有 1 个唯一地址,动态RAM的存储结构,单管基本存储电路,C2,C1,行选线,列选线,数据线,T2,T1,单管基本存储单元,DRAM芯片的内部结构,T5,T4,T3,T2,T1,VDD,读出再生 放大电路,列128,列2,DIN,DOUT,列1,行128,行66,行65,行64,行2,行1,I/O 缓冲,单管基本存储单元,读出再生放大电路,DRAM芯片4116,存储容量为 16K1 16个引脚： 7 根地址线A6A0 1 根数据输入线DIN 1 根数据输出线DOUT 行地址选通 -RAS 列地址选通 -CAS 读写控制 -WE,VBB DIN -WE
12、-RAS A0 A2 A1 VDD,VSS -CAS DOUT A6 A3 A4 A5 VCC,1 2 3 4 5 6 7 8,16 15 14 13 12 11 10 9,4116的内部结构,128128,C0,R0,64 选 1 译码,128 选 1 译码,写时钟,-CAS,-WE,-RAS,0,0,127,63,A6A0,DIN,DOUT,脉冲发生,脉冲发生,2 选 1 译码,列 地 址 缓 冲,行 地 址 缓 冲,读 出,输出 缓冲,输入 缓冲,再 生 放 大,存 储体,-R0,-C0,DRAM芯片2164,存储容量为 64K1 16个引脚： 8 根地址线A7A0 1 根数据输入线DI
13、N 1 根数据输出线DOUT 行地址选通 -RAS 列地址选通 -CAS 读写控制 -WE,NC DIN -WE -RAS A0 A2 A1 GND,VSS -CAS DOUT A6 A3 A4 A5 A7,1 2 3 4 5 6 7 8,16 15 14 13 12 11 10 9,5.3 只读存储器ROM,掩膜ROM：信息制作在芯片中，不可更改 PROM：允许一次编程，此后不可更改 EPROM：用紫外光擦除，擦除后可编程；并允许用户多次擦除和编程 EEPROM（E2PROM）：采用加电方法在线进行擦除和编程，也可多次擦写 Flash Memory（闪存）：能够快速擦写的EEPROM，但只能
14、按块（Block）进行擦除,EPROM EPROM 2716 EPROM 2764,EEPROM EEPROM 2717A EEPROM 2864A,典型EPROM、EEPROM 芯片介绍,5.3.2 可擦可编程只读存储器 EPROM,顶部开有一个圆形的石英窗口，用于紫外线透过擦除原有信息 一般使用专门的编程器（烧写器）进行编程 编程后，应该贴上不透光封条 出厂未编程前，每个基本存储单元都是信息1 编程就是将某些单元写入信息0,2. 典型EPROM芯片介绍2716,存储容量为2K8 24个引脚： 11根地址线A10A0 8根数据线DO7DO0 片选/编程CE*/PGM 读写OE* 编程电压VP
15、P,功能,3. 高集成度EPROM,除了常使用的EPROM 2764外，还常使用27128，27256，27512等。由于工业控制算机的发展，迫切需用电子盘取代硬盘，常把用户程序、操作系统固化在电子盘上，（ROMDISK），这时要用27C010（128K8），27C020（256K8），27C040（512K8）大容量芯片。,5.3.3电可擦可编程存储器,下面以Intel 2816为例，说明EEPROM的基本特点和工作方式。,2816是容量为2K8的电擦除PROM，它的逻辑符号如图5.23所示。,芯片的管脚排列与2716一致，只是在管脚定义上，数据线管脚对2816来说是双向的，以适应读写工作模
16、式。,图5.23 2816的逻辑符号,1. 2816的基本特点,3. 2817A EEPROM,图5.24 2817A引脚图,存储容量为2K8 28个引脚： 11根地址线A10A0 8根数据线I/O7I/O0 片选CE* 读写OE*、WE* 状态输出RDY/BUSY*,EEPROM芯片2864A,存储容量为8K8 28个引脚： 13根地址线A12A0 8根数据线I/O7I/O0 片选CE* 读写OE*、WE*,5.3.4 快擦写存储器,1. 整体擦除快擦写存储器 2. 对称型块结构快擦写存储器 3. 带自举块快擦写存储器,5.4 内存管理,5.4.1 80X86系列CPU的工作模式,表5-10
17、 不同CPU的寻址范围,5.4.2 内存空间的管理,Intel 80X86系列CPU组成的微机系统中的内存空间如图5.33所示。,图5.33 内存空间分布,1. 常规内存,常规内存（Conventional Memory）在内存分配表中占用最前面的位置，从0KB到640KB（地址000000H109FFFFH），共占640KB的容量。它在内存的最前面并且在DOS可管理的内存区，因此又称之为Low Dos Memory（低DOS内存），或基本内存（Base Memory），使用此空间的程序有BIOS操作系统、DOS操作系统、外围设备的驱动程序、中断向量表、一些常驻的程序、空闲可用的内存空间、以及
18、一般的应用软件等都可在此空间执行。 MS-DOS可以控制和管理1MB的内存空间，常规内存占了640KB，其他的384KB保留给BIOS ROM及其他各种扩展卡使用。这640KB的常规内存基本上分两部分，一部分给各种不同的操作系统程序使用，另一部分给数据、程序的使用。,2. 上位内存,上位内存（Upper Memory Block，简称UMB）是常规内存上面一层的内存（64OKB1024KB），地址为0A0000H0FFFFFH。 在运行很多大的软件时，640KB内存显然不够用，因此希望使用上位内存。在384KB的上位内存中，除了保留给BIOS ROM、显示卡和其他各种扩展卡使用外，还有一些保留
19、空间未使用，这些“空闲区”可被划分为64K大小的块，称为上位内存块。,3. 高端内存区,高端内存区（High Memory Area，简称HMA）是1024KB至1088KB之间的64KB内存，其地址为100000H1OFFEFH或以上。,4. 扩展内存块,扩展内存块（Extended Memory Block，简称XMB）是指lMB以上的内存空间，其地址是从100000H开始，向上扩展的内存。扩展内存取决于CPU的寻址能力， 286 CPU可寻址到16MB, 386 CPU以上至Pentium II CPU可寻址到4GB。,5. 扩充内存,扩充内存是利用1MB内存中64KB的内存区，此内存区为连续的4页，每页为16KB的实际页内存，它们映射到EMS卡上广大空间的逻辑页内存。,5.5 例题解析(略),
