1、1第第3 3章章 存储器的分类及特点存储器的分类及特点 2本章主要介绍：本章主要介绍：存储器分类及分级结构；存储器分类及分级结构；RAMRAM；ROMROM与快闪存储器；与快闪存储器；存储器与存储器与CPUCPU接口的基本技术接口的基本技术。重点是存储器与重点是存储器与CPUCPU接口的基本技术。接口的基本技术。33.1 3.1 存储器的分类及特点存储器的分类及特点 4第第3章章 存储器存储器 存储器是计算机系统中的记忆设存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。更确切地备，用来存放程序和数据。更确切地说，存储器是存放二进制编码信息的说，存储器是存放二进制编码信息的硬件设备。硬件设备
2、。5第第3章章 存储器存储器 3.1.1 3.1.1 存储器分类存储器分类 构成存储器的存储介质，目前主要采用半导体构成存储器的存储介质，目前主要采用半导体器件和磁性材料。存储器中最小的存储单位就是器件和磁性材料。存储器中最小的存储单位就是一个双稳态半导体电路或一个一个双稳态半导体电路或一个CMOSCMOS晶体管或磁性晶体管或磁性材料的存储元，它可存储一个二进制代码。由若材料的存储元，它可存储一个二进制代码。由若干个存储元组成一个存储单元，然后再由许多存干个存储元组成一个存储单元，然后再由许多存储单元组成一个存储器。储单元组成一个存储器。根据存储材料的性能及使用方法的不同，存根据存储材料的性能
3、及使用方法的不同，存储器有各种不同的分类方法：储器有各种不同的分类方法：6第第3章章 存储器存储器 3.1.1 3.1.1 存储器分类存储器分类 1 1.按存储介质分类：按存储介质分类：半导体存储器：用半导体器件组成的存储器。半导体存储器：用半导体器件组成的存储器。磁表面存储器：用磁性材料做成的存储器。磁表面存储器：用磁性材料做成的存储器。2 2.按存储方式分类：按存储方式分类：随机存储器：任何存储单元的内容都能被随机存储器：任何存储单元的内容都能被随机存取，且存取时间和存储单元的物理位置无关。随机存取，且存取时间和存储单元的物理位置无关。顺序存储器：只能按某种顺序来存取，存顺序存储器：只能按
4、某种顺序来存取，存取时间和存储单元的物理位置有关。取时间和存储单元的物理位置有关。7第第3章章 存储器存储器 3.1.1 3.1.1 存储器分类存储器分类 3 3.按按存储器的读写功能分类存储器的读写功能分类：只读存储器（只读存储器（ROMROM）：存储的内容是固定）：存储的内容是固定不变的，只能读出而不能写入的半导体存储器。不变的，只能读出而不能写入的半导体存储器。随机读写存储器（随机读写存储器（RAMRAM）：既能读出又能）：既能读出又能写入的半导体存储器。写入的半导体存储器。4 4.按按信息的可保存性分类信息的可保存性分类 ：非永久记忆的存储器：断电后信息即消失非永久记忆的存储器：断电后
5、信息即消失的存储器。的存储器。永久记忆性存储器：断电后仍能保存信息永久记忆性存储器：断电后仍能保存信息的存储器。的存储器。8第第3章章 存储器存储器 3.1.1 3.1.1 存储器分类存储器分类 5 5.按在计算机系统中的作用分类按在计算机系统中的作用分类：主存储器（内存）：用于存放活动的程序主存储器（内存）：用于存放活动的程序和数据，其速度高、容量较少、每位价位高。和数据，其速度高、容量较少、每位价位高。辅助存储器（外存储器）：主要用于存放辅助存储器（外存储器）：主要用于存放当前不活跃的程序和数据，其速度慢、容量大、每当前不活跃的程序和数据，其速度慢、容量大、每位价位低。位价位低。缓冲存储器
6、：主要在两个不同工作速度的缓冲存储器：主要在两个不同工作速度的部件起缓冲作用。部件起缓冲作用。9 为了解决存储器速度与价格之间的矛盾，出现了为了解决存储器速度与价格之间的矛盾，出现了存储器的层次结构。存储器的层次结构。在某一段时间内，在某一段时间内，CPU频繁访问某一局部的存储频繁访问某一局部的存储器区域，而对此范围外的地址则较少访问的现象就是器区域，而对此范围外的地址则较少访问的现象就是程序的局部性原理。程序的局部性原理。层次结构是基于程序的局部性原理的。对大量典层次结构是基于程序的局部性原理的。对大量典型程序运行情况的统计分析得出的结论是：型程序运行情况的统计分析得出的结论是：CPU对某对
7、某些地址的访问在短时间间隔内出现集中分布的倾向。些地址的访问在短时间间隔内出现集中分布的倾向。这有利于对存储器实现层次结构。这有利于对存储器实现层次结构。第第3章章 存储器存储器 3.1.2 3.1.2 存储器的分级结构存储器的分级结构 10目前，大多采用三级存储结构。目前，大多采用三级存储结构。即：即：Cache-主存主存-辅存，如下图：辅存，如下图：CPU高高速速缓缓存存主存主存 辅存辅存辅助硬件辅助硬件辅助硬、辅助硬、软件软件第第3章章 存储器存储器 11 Cache Cache引入主要解决存取速度，外存引入主要解引入主要解决存取速度，外存引入主要解决容量要求。决容量要求。CPUCPU内
8、的寄存器、内的寄存器、CacheCache、主存、外存都可以存、主存、外存都可以存储信息，它们各有自己的特点和用途。它们的容量储信息，它们各有自己的特点和用途。它们的容量从小到大，而存取速度是从快到慢，价格与功耗从从小到大，而存取速度是从快到慢，价格与功耗从高到低。高到低。Cache Cache又分为指令又分为指令CacheCache和数据和数据CacheCache。第第3章章 存储器存储器 12 主存储器（内存）是计算机系统的主要存储器，主存储器（内存）是计算机系统的主要存储器，用来存放计算机运行期间的大量程序和数据。通常，用来存放计算机运行期间的大量程序和数据。通常，用户程序执行前都存放在
9、外存储器中，当要执行时，用户程序执行前都存放在外存储器中，当要执行时，由操作系统将其从外存调入内存，并把其中即将要由操作系统将其从外存调入内存，并把其中即将要执行的部分同时调入执行的部分同时调入cachecache中。程序执行过程中的中中。程序执行过程中的中间结果保存在内存中，程序最终运行结果需要长期间结果保存在内存中，程序最终运行结果需要长期保存时，又从内存调入外存中。保存时，又从内存调入外存中。第第3章章 存储器存储器 13 外存储器为大容量辅助存储器，通常用来存放外存储器为大容量辅助存储器，通常用来存放系统程序和大型数据文件或数据库，外存储器具有系统程序和大型数据文件或数据库，外存储器具
10、有存储容量大，位成本低的优点，满足计算机的大容存储容量大，位成本低的优点，满足计算机的大容量存储要求。目前主要使用磁带存储器、磁盘存储量存储要求。目前主要使用磁带存储器、磁盘存储器和光盘存储器。器和光盘存储器。第第3章章 存储器存储器 14第第3章章 存储器存储器 表表3-1 3-1 存储器的用途和特点存储器的用途和特点名称名称简称简称用途用途特点特点高速缓冲高速缓冲存储器存储器cachecache高速存取指令和高速存取指令和数据数据存取速度快，但存存取速度快，但存储容量小储容量小主存储器主存储器主存主存存放计算机运行存放计算机运行期间的大量程序期间的大量程序和数据和数据存取速度较快，存存取速
11、度较快，存储容量不大储容量不大外存储器外存储器外存外存存放系统程序和存放系统程序和大型数据文件及大型数据文件及数据库数据库存储容量大，位成存储容量大，位成本低本低15第第3章章 存储器存储器 3.1.3 3.1.3 存储器的技术指标存储器的技术指标 1.1.存储容量存储容量:指它可存储的信息的字节数或比特数，指它可存储的信息的字节数或比特数，通常用通常用存储字数（单元数）存储字数（单元数）存储字长（每单元的比特数）存储字长（每单元的比特数）表示。表示。例如：例如：1Mb=1M 1Mb=1M 1bit=128k 1bit=128k 8bit=256k 8bit=256k 4bit=1M 4bit
12、=1M位位 1MB=1M 1MB=1M 8bit=1M8bit=1M字节字节 16第第3章章 存储器存储器 3.1.3 3.1.3 存储器的技术指标存储器的技术指标 2.2.存取存取时间（访问时间时间（访问时间）TATA：从存储器接收到读：从存储器接收到读/写写命令到信息被读出或写入完成所需的时间（决定命令到信息被读出或写入完成所需的时间（决定于存储介质的物理特性和寻址部件的结构）。于存储介质的物理特性和寻址部件的结构）。例如：例如：ROM ROM存取时间通常为几百存取时间通常为几百nsns；RAMRAM存取时间通常为几十存取时间通常为几十ns ns 到一百多到一百多nsns；双极性双极性RA
13、MRAM存取时间通常为存取时间通常为101020ns20ns。17第第3章章 存储器存储器 3.1.3 3.1.3 存储器的技术指标存储器的技术指标 3.3.存储存储周期周期 TMTM：指在存储器连续读：指在存储器连续读/写过程中一次写过程中一次完整的存取操作所需的时间或者说是完整的存取操作所需的时间或者说是CPUCPU连续两次连续两次访问存储器的最小时间间隔。访问存储器的最小时间间隔。（有些存储器在完成读（有些存储器在完成读/写操作后还有一些附加动写操作后还有一些附加动作作 时间或恢复时间，例如刷新或重写时。）时间或恢复时间，例如刷新或重写时。）TM TM略大于略大于TATA。18第第3章章
14、 存储器存储器 3.1.3 3.1.3 存储器的技术指标存储器的技术指标 4.4.可靠性：平均故障间隔时间（可靠性：平均故障间隔时间（MTBFMTBF），即两次故），即两次故障之间的平均时间间隔。障之间的平均时间间隔。EPROM EPROM重写次数在数千到重写次数在数千到1010万次之间；万次之间；ROM ROM数据保存时限是数据保存时限是2020年到年到100100多年。多年。5.5.性能价格比：存储器的性能包括以上几个方面，性能价格比：存储器的性能包括以上几个方面，但是成本也占很大的比重。因此，常以性能价格比但是成本也占很大的比重。因此，常以性能价格比来衡量，即高性能，低价格。来衡量，即高
15、性能，低价格。19第第3章章 存储器存储器 3.1.4 3.1.4 存储器的组成与读写过程存储器的组成与读写过程 主存的组成主要包括主存的组成主要包括地址译码器地址译码器、存储体存储体、读写控制逻辑电路读写控制逻辑电路及及输入输出缓冲器输入输出缓冲器。1.地址译码器地址译码器 地址线通过译码器选中相应的存储单元中的地址线通过译码器选中相应的存储单元中的所有基本单元。所有基本单元。2n=N，n为地址线条数，为地址线条数，N为存为存储单元数。即：储单元数。即：若若n=10，N=2n=10242.存储体存储体 存储二进制信息的矩阵，由多个基本存储单存储二进制信息的矩阵，由多个基本存储单元组成，每个存
16、储单元可有元组成，每个存储单元可有0与与1两种状态，即两种状态，即存储存储1bit信息。信息。20第第3章章 存储器存储器 3.1.4 3.1.4 存储器的组成与读写过程存储器的组成与读写过程 主存的组成主要包括主存的组成主要包括地址译码器地址译码器、存储体存储体、读写控制逻辑电路读写控制逻辑电路及及输入输出缓冲器输入输出缓冲器。3.读写控制逻辑电路读写控制逻辑电路 控制逻辑电路接收来自控制逻辑电路接收来自CPU的时钟与读写的时钟与读写信号，根据地址译码的结果，控制存储器指定单信号，根据地址译码的结果，控制存储器指定单元中的数据读出或者写入。元中的数据读出或者写入。4.输入输出缓冲器输入输出缓
17、冲器 控制数据的输出，或者把数据线上的数据写控制数据的输出，或者把数据线上的数据写入到主存的指定单元中。入到主存的指定单元中。21第第3章章 存储器存储器 3.1.4 3.1.4 存储器的组成与读写过程存储器的组成与读写过程 存储器的读写过程存储器的读写过程 1.存储器读操作：首先将地址送到地址总线，经译存储器读操作：首先将地址送到地址总线，经译码选中某一存储单元。当读信号有效时，所选码选中某一存储单元。当读信号有效时，所选中单元中的数据读出，经三态输出缓冲器送到中单元中的数据读出，经三态输出缓冲器送到外部数据总线上。外部数据总线上。2.存储器写操作：首先将地址送地址总线，经译码存储器写操作：
18、首先将地址送地址总线，经译码选中某一存储单元。同时，需写入的数据经数选中某一存储单元。同时，需写入的数据经数据总线送三态输入缓冲器；当写信号有效时，据总线送三态输入缓冲器；当写信号有效时，由内部控制逻辑电路控制，将外部数据线上的由内部控制逻辑电路控制，将外部数据线上的数据写入到所选中的存储单元中。数据写入到所选中的存储单元中。223.2 RAM3.2 RAM 23第第3章章 存储器存储器 3.2.1 3.2.1 基本存储器单元基本存储器单元图图3-3 MOS3-3 MOS型六管存储电路型六管存储电路D D X X地址选择线地址选择线 Y Y地址选择地址选择 T T8 8B BA A T T6
19、6 T T5 5 T T2 2 T T1 1 T T4 4 T T3 3V Vcccc内部数据线内部数据线 T T7 7外部数据线外部数据线1.MOS1.MOS型六管静态基本存储电路型六管静态基本存储电路D24第第3章章 存储器存储器 3.2.1 3.2.1 基本存储器单元基本存储器单元2.MOS2.MOS型四管动态基本存储电路型四管动态基本存储电路 T T1 1C CS S数据线数据线C CD D读出放大器读出放大器字选择线字选择线W 图图3-4 3-4 单管单管DRAMDRAM结构结构D D3.3.单管动态存储电路单管动态存储电路 25第第3章章 存储器存储器 3.2.1 3.2.1 基本
20、存储器单元基本存储器单元图图3-3 MOS3-3 MOS型六管存储电路型六管存储电路D D X X地址选择线地址选择线 Y Y地址选择地址选择 T T8 8B BA A T T6 6 T T5 5 T T2 2 T T1 1 T T4 4 T T3 3V Vcccc内部数据线内部数据线 T T7 7外部数据线外部数据线1.MOS1.MOS型六管静态基本存储电路型六管静态基本存储电路D26第第3章章 存储器存储器 3.2.2 3.2.2 随机存取存储器举例随机存取存储器举例 3.MOS3.MOS型四管动态基本存储电路型四管动态基本存储电路 WEWE CSCS&1 11 1A A9 9A A0 0
21、A A3 3A A9 9 1K1K4 4存储器矩阵存储器矩阵（64646464）图图3-5 Intel 21143-5 Intel 2114内部组成内部组成D D0 0D D1 1D D2 2D D3 3行行地地址址译译码码器器输输入入数数据据控控制制I/OI/O控制电路控制电路列地址译码器列地址译码器CSWE273.3 ROM3.3 ROM与快闪存储器与快闪存储器 28第第3章章 存储器存储器 3.3.1 ROM3.3.1 ROM ROM ROM的信息在使用时是不被改变的，即只能读出，不的信息在使用时是不被改变的，即只能读出，不能写入，写入是有条件的。故一般只能存放固定程序和常能写入，写入是
22、有条件的。故一般只能存放固定程序和常量，如监控程序、量，如监控程序、BIOSBIOS程序等。程序等。ROMROM芯片的种类很多，有芯片的种类很多，有掩膜掩膜ROMROM、可编程、可编程ROMROM（PROMPROM）、可擦除可编程）、可擦除可编程ROMROM（EPROMEPROM）、电可擦除可编程）、电可擦除可编程ROMROM（EEPROMEEPROM）等。下面分别）等。下面分别予以介绍。予以介绍。1.1.掩膜掩膜ROMROM 掩膜掩膜ROMROM是厂家根据用户的要求采用掩膜技术把程序是厂家根据用户的要求采用掩膜技术把程序和数据在制作集成电路时就已写入完成。一旦制造完毕，和数据在制作集成电路时
23、就已写入完成。一旦制造完毕，存储器的内容就被固定下来，用户不能修改。若要修改，存储器的内容就被固定下来，用户不能修改。若要修改，就只能重新设计掩膜。就只能重新设计掩膜。29第第3章章 存储器存储器 3.3.1 ROM3.3.1 ROM 2.2.可编程只读存储器（可编程只读存储器（PROMPROM）可编程只读存储器出厂时各单元内容全为可编程只读存储器出厂时各单元内容全为0 0，用户可用专，用户可用专门的门的PROM PROM 写入器将信息写入，这种写入是破坏性的，即某个写入器将信息写入，这种写入是破坏性的，即某个存储位一旦写入存储位一旦写入1 1，就不能再变为，就不能再变为0 0，因此对这种存储
24、器只能，因此对这种存储器只能进行一次编程。根据写入原理进行一次编程。根据写入原理PROM PROM 可分为两类：结破坏型和可分为两类：结破坏型和熔丝型。熔丝型。熔丝型基本存储电路由熔丝型基本存储电路由1 1个三极管和个三极管和1 1根熔丝组成，可存根熔丝组成，可存储一位信息。出厂时，每一根熔丝都与位线相连，存储的都储一位信息。出厂时，每一根熔丝都与位线相连，存储的都是是“0 0”信息。如果用户在使用前根据程序的需要，利用编程信息。如果用户在使用前根据程序的需要，利用编程写入器对选中的基本存储电路通以写入器对选中的基本存储电路通以20mA20mA50mA 50mA 的电流，将熔的电流，将熔丝烧断
25、，则该存储元将存储信息丝烧断，则该存储元将存储信息“1 1”。由于熔丝烧断后无法。由于熔丝烧断后无法再接通，因而再接通，因而PROM PROM 只能一次编程写入，编程后就不能再修改。只能一次编程写入，编程后就不能再修改。30第第3章章 存储器存储器 3.3.1 ROM3.3.1 ROM 2.2.可编程只读存储器（可编程只读存储器（PROMPROM）写入时，按给定地址译码后，译码器的输出端写入时，按给定地址译码后，译码器的输出端选通字线，根据要写入信息的不同，在位线上加选通字线，根据要写入信息的不同，在位线上加上不同的电位，若上不同的电位，若DiDi位要写位要写“0 0”，则对应位线，则对应位线
26、Di Di 悬空（或接上较大电阻）而使流经被选中基本存悬空（或接上较大电阻）而使流经被选中基本存储电路的电流很小，不足以烧断熔丝，则该储电路的电流很小，不足以烧断熔丝，则该DiDi位位的状态仍然保持的状态仍然保持“0 0”状态；若要写状态；若要写“1 1”，则位线，则位线DiDi位加上负电位（位加上负电位（2V2V），瞬间通过被选基本存储），瞬间通过被选基本存储电路的电流很大，致使熔丝烧断，即电路的电流很大，致使熔丝烧断，即DiDi位的状态位的状态改写为改写为“1 1”。在正常只读状态工作时，加到字线。在正常只读状态工作时，加到字线上的是比较低的脉冲电位，但足以开通存储元中上的是比较低的脉冲电
27、位，但足以开通存储元中的晶体管。这样，被选中单元的信息就一并读出的晶体管。这样，被选中单元的信息就一并读出了。是了。是“0 0”，则对应位线有电流；是，则对应位线有电流；是“1 1”，则对，则对应位线无电流。在只读状态，工作电流将会很小，应位线无电流。在只读状态，工作电流将会很小，不会造成熔丝烧断，即不会破坏原来存储的信息。不会造成熔丝烧断，即不会破坏原来存储的信息。V Vcccc字线字线位线位线D Di i图图3-6 3-6 熔丝熔丝PROMPROM的一个的一个存储单元示意图存储单元示意图31第第3章章 存储器存储器 3.3.1 ROM3.3.1 ROM 3.3.可擦除可编程的只读存储器可擦
28、除可编程的只读存储器 EPROMEPROM（Erasable PROMErasable PROM）PROM PROM虽然可供用户进行一次编程，但仍有局限性。虽然可供用户进行一次编程，但仍有局限性。为了便于研究工作，实验各种为了便于研究工作，实验各种ROMROM程序方案，可擦除、可再编程序方案，可擦除、可再编程程ROM ROM 在实际中得到了广泛应用。这种存储器利用编程器写在实际中得到了广泛应用。这种存储器利用编程器写入信息，此后便可作为只读存储器来使用。入信息，此后便可作为只读存储器来使用。目前，根据擦除芯片内已有信息的方法不同，可擦目前，根据擦除芯片内已有信息的方法不同，可擦除、可再编程除、
29、可再编程ROM ROM 可分为两种类型：紫外线擦除可分为两种类型：紫外线擦除PROMPROM（简称（简称EPROMEPROM）和电擦除）和电擦除PROMPROM（简称（简称EEPROM EEPROM 或或E E2 2PROMPROM）。）。32第第3章章 存储器存储器 3.3.1 ROM3.3.1 ROM 3.3.可擦除可编程的只读存储器可擦除可编程的只读存储器 EPROMEPROM（Erasable PROMErasable PROM）（1）紫外线可擦除的只读存储器 EPROM EPROM 是可以反复（通常多于100 次）擦除原来写入的内容，更新写入新信息的只读存储器。EPROM 成本较高，
30、可靠性不如掩模式ROM 和PROM，但由于它能多次改写，使用灵活，所以常用于产品研制开发阶段。（2）电可擦除可编程的只读存储器EEPROM（Electrically Erasable PROM）EEPROM（也称为E2PROM）是一种采用金属氮氧化硅（MNOS）工艺生产的可擦除可再编程的只读存储器。擦除时只需加高压对指定单元产生电流，将该单元信息擦除，其他未通电流的单元内容保持不变。E2PROM 具有对单个存储单元在线擦除与编程的能力，芯片封装简单，对硬件线路无特殊要求，操作简便，信息存储时间长。33第第3章章 存储器存储器 3.3.1 ROM3.3.1 ROM 3.3.可擦除可编程的只读存储
31、器可擦除可编程的只读存储器 EPROMEPROM（Erasable PROMErasable PROM）与与EPROMEPROM相比，相比，E E2 2PROMPROM具有集成度低、存取速度较慢、具有集成度低、存取速度较慢、完成程序在线改写需要较复杂的设备、重复改写的次数有限完成程序在线改写需要较复杂的设备、重复改写的次数有限制（因氧化层被磨损）缺点。制（因氧化层被磨损）缺点。其主要优点是能在应用系统中进行在线读写，并在其主要优点是能在应用系统中进行在线读写，并在断电情况下保存的数据信息不丢失。断电情况下保存的数据信息不丢失。E E2 2PROMPROM的另外一个优点的另外一个优点是擦除时可以
32、按字节分别进行（不像是擦除时可以按字节分别进行（不像EPROM EPROM 擦除时要把整个擦除时要把整个片子的内容通过紫外光照射全变为片子的内容通过紫外光照射全变为1 1），也可以全片擦除，），也可以全片擦除，E E2 2PROMPROM的擦除不需紫外光的照射，写入时也不需要专门的编的擦除不需紫外光的照射，写入时也不需要专门的编程设备。因而使用上比程设备。因而使用上比EPROM EPROM 方便。方便。34第第3章章 存储器存储器 3.3.2 3.3.2 快闪存储器快闪存储器 快闪存储器（快闪存储器（Flash MemoryFlash Memory）简称快闪，是近年）简称快闪，是近年来发展很快
33、的一种新型半导体存储器。它与来发展很快的一种新型半导体存储器。它与E E2 2PROMPROM类似，也是一种电擦写型类似，也是一种电擦写型ROMROM。与。与E E2 2PROMPROM的主要区的主要区别是别是E E2 2PROMPROM是按字节擦写，速度慢；而闪存是按块是按字节擦写，速度慢；而闪存是按块擦写，速度快。从结构上来看，擦写，速度快。从结构上来看，flashflash芯片可分别芯片可分别为串行传输和并行传输两大类型。其中，串行为串行传输和并行传输两大类型。其中，串行flashflash节约空间和成本，但存储容量较小，速度慢节约空间和成本，但存储容量较小，速度慢；而并行；而并行fla
34、shflash存储容量大，速度快，存取时间约存储容量大，速度快，存取时间约为为6565170ns170ns。353.4 3.4 存储器与存储器与CPUCPU的接口的接口 36 存储器通过总线与存储器通过总线与CPU连接，它们之间要交换地址连接，它们之间要交换地址信息、数据和控制信息。其接口信号如图。信息、数据和控制信息。其接口信号如图。A0AmD0DnRDWRCSSIZEXTACK/WAIT接口信号说明：接口信号说明：地址信号：地址信号：A0Am数据信号：数据信号：D0Dn读、写信号：读、写信号：RD、WR（有时二者合二为一）（有时二者合二为一）片选信号：片选信号：CS（高地址译码产生）（高地
35、址译码产生）多字节宽度（使能）信号：多字节宽度（使能）信号：SIZE （指明存取的字节数，如字节、字、双字等）（指明存取的字节数，如字节、字、双字等）握手信号：握手信号：XTACK（对异步总线为传输应答信号）（对异步总线为传输应答信号）WAIT（或（或READY）对半同步总线为）对半同步总线为 等待请求或准备就绪。等待请求或准备就绪。第第3章章 存储器存储器 37 计算机应用系统的存储器通常都是由多计算机应用系统的存储器通常都是由多片存储器芯片组成的。芯片内部都自带有地片存储器芯片组成的。芯片内部都自带有地址译码电路，址译码电路，芯片内部的存储单元由芯片内芯片内部的存储单元由芯片内部的译码电路
36、对芯片的地址线输入的地址进部的译码电路对芯片的地址线输入的地址进行译码来选择，这称之为字选。行译码来选择，这称之为字选。字选只要从字选只要从地址总线的最低位地址总线的最低位A A0 0开始，把它们与存储器芯开始，把它们与存储器芯片的地址线依次相连即可完成。而片的地址线依次相连即可完成。而存储器芯存储器芯片则由地址总线中剩余的高位线来选择，这片则由地址总线中剩余的高位线来选择，这就是片选。就是片选。片选是研究的主要问题。片选是研究的主要问题。存储器芯片与地址总线的连接存储器芯片与地址总线的连接第第3章章 存储器存储器 38地址线数与存储单元数间的关系是：地址线数与存储单元数间的关系是：存储单元存
37、储单元=2=2x x（x x为地址线数为地址线数 ）即每增加即每增加1 1根地址线，其中所含的存储单元根地址线，其中所含的存储单元数就在原基础上翻一倍，如下表所列。数就在原基础上翻一倍，如下表所列。地址地址线数线数1 12 23 34 48 89 91010 1111 12121313141415151616单元单元数数2 24 48 8 1616 256256 512512 1K1K 2K2K 4K4K8K8K 16K16K 32K32K 64K64K地址线数与存储单元数的关系表地址线数与存储单元数的关系表第第3章章 存储器存储器 391.1.存储器芯片的地址线与地址总线的连接存储器芯片的地
38、址线与地址总线的连接 存储器芯片的地址线与地址总线的连存储器芯片的地址线与地址总线的连接即字选原则是，从地址总线的最低位接即字选原则是，从地址总线的最低位A A0 0开始，把它们与存储器芯片的地址线依次开始，把它们与存储器芯片的地址线依次相连。相连。第第3章章 存储器存储器 402.2.存储器芯片的片选线与地址总线的连接存储器芯片的片选线与地址总线的连接 片选信号的产生方式片选信号的产生方式（1）线选方式（线选法）线选方式（线选法）（2）译码方式）译码方式第第3章章 存储器存储器 412.2.存储器芯片的片选线与地址总线的连接存储器芯片的片选线与地址总线的连接 所谓线选法，所谓线选法，是直接以
39、系统的高位地址作为存是直接以系统的高位地址作为存储器芯片的片选信号，为此只需把用到的地址线与储器芯片的片选信号，为此只需把用到的地址线与存储器芯片的片选端直接连接即可。线选法连接的存储器芯片的片选端直接连接即可。线选法连接的特点是简单明了，且不需要另外增加电路。但这种特点是简单明了，且不需要另外增加电路。但这种连接方法对存储空间的使用是断续的，不能充分有连接方法对存储空间的使用是断续的，不能充分有效的利用地址空间，只适用于存储器芯片较少的存效的利用地址空间，只适用于存储器芯片较少的存储器。储器。第第3章章 存储器存储器 422.2.存储器芯片的片选线与地址总线的连接存储器芯片的片选线与地址总线
40、的连接 所谓译码法，所谓译码法，就是使用译码器对系统总线中字就是使用译码器对系统总线中字选余下的高位地址线进行译码，以其译码输出作为选余下的高位地址线进行译码，以其译码输出作为存储器芯片的片选信号。这是一种最常用的地址译存储器芯片的片选信号。这是一种最常用的地址译码方法，能有效地利用地址空间，适用于大容量多码方法，能有效地利用地址空间，适用于大容量多芯片的连接。译码电路可以使用现有的译码器芯片。芯片的连接。译码电路可以使用现有的译码器芯片。常用的译码芯片有常用的译码芯片有74LS13974LS139（双（双2-42-4译码器），译码器），74LS13874LS138（3-83-8译码器）和译码
41、器）和74LS15474LS154（4-164-16译码器）译码器）等。等。第第3章章 存储器存储器 43 74LS13874LS138经常用来作为存储器的译码电路。经常用来作为存储器的译码电路。74LS138 74LS138是是3-83-8译码器，它有译码器，它有3 3个输入端、个输入端、3 3个个控制端及控制端及8 8个输出端。个输出端。A B C G2A G2B G1 Y7 GND VCC Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 1 16 2 15 3 14 4 13 5 12 6 11 7 10 8 9 74LS13874LS138引脚图引脚图第第3章章 存储器存储器 44 存储器芯
42、片有存储器芯片有1 1位、位、4 4位和位和8 8位等不同的结构，对位等不同的结构，对应其芯片的数据线分别为应其芯片的数据线分别为1 1根、根、2 2根和根和8 8根不等。在根不等。在与与80888088的的8 8根数据线相连时，就要采用根数据线相连时，就要采用并联并联的方式。的方式。具体的连接方法是：具体的连接方法是：1 1位的存储器芯片，则要用位的存储器芯片，则要用8 8片，片，将每片的将每片的1 1根数据线分别与数据总线的根数据线分别与数据总线的8 8根数据线相根数据线相连，连，8 8片的地址相同。片的地址相同。4 4位的存储器芯片，则要用位的存储器芯片，则要用2 2片，将每片的片，将每
43、片的4 4根数据线分别与数据总线的高根数据线分别与数据总线的高4 4位和位和低低4 4位相连，位相连，2 2片的地址也相同。片的地址也相同。8 8位的存储器芯片，位的存储器芯片，则将它的则将它的8 8根数据线分别与根数据线分别与8 8根数据线相连即可。根数据线相连即可。存储器芯片与数据总线的连接存储器芯片与数据总线的连接第第3章章 存储器存储器 45 存储器芯片与控制总线的连接比较简单，存储器芯片与控制总线的连接比较简单，仅有输出允许线仅有输出允许线OEOE（或（或RDRD）和写允许线）和写允许线WEWE（或（或WRWR）这）这2 2个信号的连接。若为只读存储器个信号的连接。若为只读存储器,则
44、将则将它的输出允许线它的输出允许线OEOE直接与直接与80888088的存储读写信号的存储读写信号MEMRMEMR相连即可。若为静态随机读写存储器则将相连即可。若为静态随机读写存储器则将各芯片的输出允许线各芯片的输出允许线OEOE（或（或RDRD）和写允许线）和写允许线WEWE（或（或WRWR）分别并联再分别与）分别并联再分别与80888088的存储器读写的存储器读写信号信号MEMRMEMR和和MEMWMEMW相连。相连。存储器芯片与控制总线的连接存储器芯片与控制总线的连接第第3章章 存储器存储器 461 1设计设计1KB RAM1KB RAM与与CPUCPU的连接的连接（1 1）计算出所需的
45、芯片数。）计算出所需的芯片数。（2 2）构成数据总线所需的位数和系统所需）构成数据总线所需的位数和系统所需的容量。的容量。（3 3）控制线，数据线，地址线对应相连。）控制线，数据线，地址线对应相连。存储器的接口设计连接举例存储器的接口设计连接举例第第3章章 存储器存储器 471 1设计设计1KB RAM1KB RAM与与CPUCPU的连接的连接用用2562564 4位的芯片组成位的芯片组成1K RAM1K RAM的方框图的方框图A8A9A0A7D0D7地址线数据线A0 CE 4 I/OA0 CE 32564A7 I/OA0 CE 6 I/OA0 CE 52564A7 I/OA0 CE 8 I/
46、OA0 CE 72564A7 I/OA0 CE 2 I/OA0 CE 12564A7 I/O译码器存储器的接口设计连接举例存储器的接口设计连接举例第第3章章 存储器存储器 481 1设计设计1KB RAM1KB RAM与与CPUCPU的连接的连接 A0 A9 D0 D7 8 I/O 7 I/O 6 I/O 5 I/O 4 I/O 3 I/O 2 I/O 1 10241 I/O 地址线 数据线 用用102410241 1位的芯片组成位的芯片组成1K RAM1K RAM的方框的方框图图存储器的接口设计连接举例存储器的接口设计连接举例第第3章章 存储器存储器 49 下列存储器芯片各有多少根地址线下列
47、存储器芯片各有多少根地址线和数据线：和数据线：5125124 4、1K1K4 4、2K2K1 1、8K8K8 8？存储器的接口设计连接举例存储器的接口设计连接举例第第3章章 存储器存储器 50 解：解：地址线的根数只需将被乘数写成地址线的根数只需将被乘数写成2 2x x（x x为地址线为地址线数数 ）。记住）。记住1K=1024=21K=1024=21010这个数，即这个数，即1K1K有有1010根地址线，根地址线，再每增加再每增加1 1倍就增加倍就增加1 1根地址线，每减少根地址线，每减少1 1倍就减少倍就减少1 1根根地址线。所以有：地址线。所以有：存储容量存储容量 地址线地址线 数据线数
48、据线 5125124 9 44 9 4 1K 1K4 10 44 10 4 2K 2K1 11 11 11 1 8K 8K8 13 88 13 8存储器的接口设计连接举例存储器的接口设计连接举例第第3章章 存储器存储器 51 用用2114(1K2114(1K4)4)、6116(2K6116(2K8)8)和和6264(8K6264(8K8)8)分别组成容量为分别组成容量为64K64K8 8的的存储器，各需多少芯片？地址需要多少存储器，各需多少芯片？地址需要多少位作为片内地址选择端？多少位地址作位作为片内地址选择端？多少位地址作为芯片选择端？为芯片选择端？存储器的接口设计连接举例存储器的接口设计连
49、接举例第第3章章 存储器存储器 52 解：解：21142114的存储容量是的存储容量是1K1K4,4,组成组成64K64K8 8的存储器需的存储器需要要128128片片,片内地址选择需要地址线片内地址选择需要地址线1010根，芯片选择需根，芯片选择需要地址线要地址线6 6根。根。61166116的存储容量是的存储容量是2K2K8,8,组成组成64K64K8 8的存储器需的存储器需要要3232片片,片内地址选择需要地址线片内地址选择需要地址线1111根，芯片选择需根，芯片选择需要地址线要地址线5 5根。根。62646264的存储容量是的存储容量是8K8K8,8,组成组成64K64K8 8的存储器需的存储器需要要8 8片片,片内地址选择需要地址线片内地址选择需要地址线1313根，芯片选择需要根，芯片选择需要地址线地址线3 3根。根。存储器的接口设计连接举例存储器的接口设计连接举例第第3章章 存储器存储器
