《微机原理与接口技术》 第3章微机存储器 教案 作者:李芷 2003.5.10
第 3 章 微机存储器 教 案 作者：李芷 2003.5.10 《微机原理与接口技术》
第3章微机存储器 存储器是计算机实现“记忆”功能的部件,用来存放 数据和程序 微机的存储器系统一般是以分级进行组织的,典型的 存储系统是:高速缓冲存储器、内(主)存储器和外 (辅)存储器三级分层次的体系结构 ⊙31半导体存储器 ⊙3,2存储器体系结构
第3章 微机存储器 存储器是计算机实现“记忆”功能的部件，用来存放 数据和程序。 微机的存储器系统一般是以分级进行组织的，典型的 存储系统是：高速缓冲存储器、内（主）存储器和外 （辅）存储器三级分层次的体系结构。 3.1 半导体存储器 3.2 存储器体系结构
3.1半导体存储器 3.1.1半导体存储器的分类及其特点 o3.1.2存储器芯片的基本组成 3.1.3存储器与系统的连接 ⊙3.1.4微机内存储器组织
3.1 半导体存储器 3.1.1 半导体存储器的分类及其特点 3.1.2 存储器芯片的基本组成 3.1.3 存储器与系统的连接 3.1.4 微机内存储器组织
3.11半导体存储器的分类及其特点 1.存储器的性能指标 由于半导体存储器具有集成度高、功耗低、可靠性好、存取速度快、 成本低等优点,而作为构成存储器的最主要的存储器件。 ◆存储容量:存储器容量(存储空间的大小)是存储能力的指标。存储器 以字节为单位编址,用字节数表示存储器容量。内存空间的大小受到 微机系统地址位数的限制。 ◆存取速度:存储器的存取速度可用最大存取时间或存取周期来描述。存 储器的存取时间定义为从接收到存储单元的地址码开始,到它取出或 存入数据为止所需时间,单位为纳秒(ns) ◆功耗:功耗指每个存储单元的功耗,单位为微瓦单元(pW/单元),或 给出每块芯片的总功耗,单位为毫瓦/芯片(mW/芯片)。它不仅涉及 到消耗功率的大小,也关系到芯片的集成度。 ◆可靠性:可靠性是指存储器对电磁场、温度等外界变化因素的抗干扰能 力,一般用平均无故障时间来描述。半导体存储器的平均无故障时间, 通常在几千小时以上 ◆价格:微机的主要特点是体积小、重量轻、价格便宜、使用方便
3.1.1 半导体存储器的分类及其特点 1. 存储器的性能指标 由于半导体存储器具有集成度高、功耗低、可靠性好、存取速度快、 成本低等优点，而作为构成存储器的最主要的存储器件。 ◆ 存储容量：存储器容量（存储空间的大小）是存储能力的指标。存储器 以字节为单位编址，用字节数表示存储器容量。内存空间的大小受到 微机系统地址位数的限制。 ◆ 存取速度：存储器的存取速度可用最大存取时间或存取周期来描述。存 储器的存取时间定义为从接收到存储单元的地址码开始，到它取出或 存入数据为止所需时间，单位为纳秒（ns）。 ◆ 功耗：功耗指每个存储单元的功耗，单位为微瓦/单元（μW/单元），或 给出每块芯片的总功耗，单位为毫瓦/芯片（mW/芯片）。它不仅涉及 到消耗功率的大小，也关系到芯片的集成度。 ◆ 可靠性：可靠性是指存储器对电磁场、温度等外界变化因素的抗干扰能 力，一般用平均无故障时间来描述。半导体存储器的平均无故障时间 通常在几千小时以上。 ◆ 价格：微机的主要特点是体积小、重量轻、价格便宜、使用方便
3.11半忌体存器的分类及其特点 2.半导体存储器的分类 双极型RAM 静态RAM 随机存取存储器 (SRAM) (RAM) MOS型RAM 动态RAM 半导体存储器 (DRAM) (Memory) 掩膜ROM 可编程ROM(PROM) 只读存储器紫外线擦除可编程ROM( EPROM (ROM) 电擦除可编程ROM( E2PROM 快擦写存储器( Flash Memory
3.1.1 半导体存储器的分类及其特点 2. 半导体存储器的分类 掩膜ROM 可编程ROM(PROM) 紫外线擦除可编程ROM(EPROM) 电擦除可编程ROM(E2PROM) 快擦写存储器（FlashMemory） 半导体存储器 (Memory) 随机存取存储器 (RAM) 只读存储器 (ROM) 双极型RAM MOS型RAM 静态RAM (SRAM) 动态RAM (DRAM)
3.11半导体存储器的分类及其特点 3.常用半导体存储器件的特点 ◆双极型RAM以晶体管触发器作为基本存储电路,管子较多。它存取速度 快,但和MOS型RAM相比集成度低、功耗大、成本高,主要用于速度 要求较高的微机和大中型机 ◆MOS型RAM存取速度不及双极型RAM,但制造工艺简单、集成度高、 功耗低、价格便宜。静态RAM(SRAM)以双稳态触发器作为基本存 储电路,集成度较高。动态RAM(DRAM)利用电容电荷存储信息, 由于采用的元件比静态RAM少,集成度更高,功耗更小,但需要附加 刷新电路。从总的性能来看,DRAM优于SRAM。一般小容量的存储器 系统采用SRAM,大容量的存储器系统采用DRAM ◆ EPROM是一种可用紫外线进行多次(脱线)擦除,用专门的编程器重新固 化信息的ROM。 EPROM的编程速度较慢,但由于它可以多次改写,特 别适合科研工作的需要。 ◆E2PROM是一种可用特定电信号进行(在线)擦除和编程的ROM。 E2PROM比 EPROM使用更加方便,但存取速度较慢,价格也较高。 ◆快擦写存储器是在 EPROM基础上发展的,但比 E2PROM擦 除和改写速度快得多
3.1.1 半导体存储器的分类及其特点 3. 常用半导体存储器件的特点 ◆双极型RAM以晶体管触发器作为基本存储电路，管子较多。它存取速度 快，但和MOS型RAM相比集成度低、功耗大、成本高，主要用于速度 要求较高的微机和大中型机。 ◆MOS型RAM存取速度不及双极型RAM，但制造工艺简单、集成度高、 功耗低、价格便宜。静态RAM（SRAM）以双稳态触发器作为基本存 储电路，集成度较高。动态RAM （DRAM）利用电容电荷存储信息， 由于采用的元件比静态RAM少，集成度更高，功耗更小，但需要附加 刷新电路。从总的性能来看，DRAM优于SRAM。一般小容量的存储器 系统采用SRAM，大容量的存储器系统采用DRAM。 。 ◆EPROM是一种可用紫外线进行多次(脱线)擦除，用专门的编程器重新固 化信息的ROM。EPROM的编程速度较慢，但由于它可以多次改写，特 别适合科研工作的需要。 ◆E2PROM是一种可用特定电信号进行（在线）擦除和编程的ROM。 E2PROM比EPROM使用更加方便，但存取速度较慢，价格也较高。 ◆快擦写存储器是在E2PROM基础上发展的，但比E2PROM擦 除和改写速度快得多
3.1.2存储器花片的基本组成 1.基本存储电路 基本存储电路是存储一位二进制信息的电路,由一个具有两个稳定状态 (“0”和“1”)的电子元件组成 字线 Vcc 字线 T3 位线 Ts A 位线1 BT6位线2C 数据线) (数据线)T1 T2(数据线) C
3.1.2 存储器芯片的基本组成 1. 基本存储电路 基本存储电路是存储一位二进制信息的电路，由一个具有两个稳定状态 （“0”和“1”）的电子元件组成。 T Cg Cd 位线 （数据线） 字线 T4 T5 A T3 T1 T2 B T6 位线1 (数据线) Vcc 字线 位线2 (数据线)
3.12存储器花片的基本组成 2.存储器花片的组成 半导体存储器芯片是把成千上万个基本存储电路集成在 数平方厘米上的大规模集成电路,通常由存储矩阵、单 元地址译码器、数据缓冲/驱动和控制逻辑四部分组成 0 A 地址译码器 基本存储电路 组成的 数据缓冲器 A 存储矩阵(体) Dn-1 读/写控制逻辑 片选通读/写选通
3.1.2 存储器芯片的基本组成 2. 存储器芯片的组成 半导体存储器芯片是把成千上万个基本存储电路集成在 数平方厘米上的大规模集成电路，通常由存储矩阵、单 元地址译码器、数据缓冲/驱动和控制逻辑四部分组成。 D0 A0 A1 Am-1 . . . . . . Dn-1 D1 . . . . . . 基本存储电路 组成的 存储矩阵（体） 片选通 读/写选通 数 据 缓 冲 器 地 址 译 码 器 读/写控制逻辑
3.13存储器与系统的连接 1.数据线、地址线和读/写线的连接 )数据线的连接 芯片的数据端可以直接和CPU的数据总线上相应数据位挂 接起来。 (2)地址线的连接 芯片的地址端可以直接和CPU的地址总线上从A0开始的低 位地址部分的相应地址线挂接起来 (3)读/写控制线的连接 把存储器读/写操作控制信号(RD,WR和MO进行逻辑组 合,产生存储器读MEMR和存储器写MRMW信号, 分别接存储器芯片的输出允许OE和写允许WE信号
⑴ 数据线的连接 芯片的数据端可以直接和CPU的数据总线上相应数据位挂 接起来。 ⑵ 地址线的连接 芯片的地址端可以直接和CPU的地址总线上从A0开始的低 位地址部分的相应地址线挂接起来。 ⑶ 读/写控制线的连接 把存储器读/写操作控制信号(RD，WR和M/IO)进行逻辑组 合，产生存储器读MEMR和存储器写MRMW信号， 分别接存储器芯片的输出允许OE和写允许WE信号 。 3.1.3 存储器与系统的连接 1. 数据线、地址线和读/写线的连接
3.13存储器与系统的连接 2。存储器容量扩充的连接方法 当单个存储器芯片的容量不能满足系统要求时,需要用 多片组合,以扩充存储器的容量。若扩充存储单元(以字 节为单位)的位数,称为位扩充,若扩充存储单元的个数, 称为字节扩充 MEMW (1)位扩充方法A~A→译码器 (2)字节扩充方法 CS WE CS WE Ag x A。~A (示意图) 2114 2114 (1K×4) (1K×4) DD D3-Do DaD
当单个存储器芯片的容量不能满足系统要求时，需要用 多片组合，以扩充存储器的容量。若扩充存储单元（以字 节为单位）的位数，称为位扩充，若扩充存储单元的个数， 称为字节扩充。 ⑴ 位扩充方法 ⑵ 字节扩充方法 （示意图） 3.1.3 存储器与系统的连接 2. 存储器容量扩充的连接方法 A1 ~A10 CS WE A9~A0 2114 (1K×4) D3~D0 CS WE A9~A0 2114 (1K×4) D3~D0 D7~D4 D3~D0 A9~A0 MEMW 译码器