1,第5章 存储器系统,2,主要内容：,存储器系统的概念 半导体存储器的分类及其特点 半导体存储芯片的外部特性及其与系统的连接 存储器接口设计（存储器扩展技术） 高速缓存,3,5.1 概 述,主要内容： 存储器系统及其主要技术指标 半导体存储器的分类及特点 两类半导体存储器的主要区别,4,一、存储器系统,5,1. 存储器系统的一般概念,将两个或两个以上速度、容量和价格各不相同的存储器用硬件、软件或软硬件相结合的方法连接起来 系统的存储速度接近最快的存储器，容量接近最大的存储器。,构成存储系统。,6,2. 两种存储系统,在一般计算机中主要有两种存储系统：,Cache存储系统,主存储器 高速缓冲存储器,虚拟存储系统,主存储器 磁盘存储器,7,Cache存储系统,对程序员是透明的 目标： 提高存储速度,Cache,主存储器,8,虚拟存储系统,对应用程序员是透明的。 目标： 扩大存储容量,主存储器,磁盘存储器,9,3. 主要性能指标,存储容量（S）（字节、千字节、兆字节等） 存取时间（T）（与系统命中率有关） 命中率（H） T=H*T1+（1-H）*T2 单位容量价格（C） 访问效率（e）,10,4. 微机中的存储器,通用寄存器组及指令、数据缓冲栈,高速缓存,主存储器,联机外存储器,脱机外存储器,片内存储部件,内存储部件,外存储部件,11,二、半导体存储器,12,1. 半导体存储器,半导体存储器由能够表示二进制数“0”和“1”的、具有记忆功能的半导体器件组成。 能存放一位二进制数的半导体器件称为一个存储元。 若干存储元构成一个存储单元。,13,2. 半导体存储器的分类,内存储器,随机存取存储器（RAM）只读存储器（ROM）,14,随机存取存储器（RAM）,RAM,静态存储器（SRAM）动态存储器（DRAM）,15,只读存储器（ROM）,只读存储器,掩模ROM 一次性可写ROM EPROM EEPROM,16,3. 主要技术指标,存储容量 存储单元个数每单元的二进制数位数 存取时间 实现一次读/写所需要的时间 存取周期 连续启动两次独立的存储器操作所需间隔的最小时间 可靠性 功耗,17,5.2 随机存取存储器,掌握： SRAM与DRAM的主要特点 几种常用存储器芯片及其与系统的连接 存储器扩展技术,18,一、静态存储器SRAM,19,1. SRAM的特点,存储元由双稳电路构成，存储信息稳定。,p196,20,2. 典型SRAM芯片,掌握： 主要引脚功能 工作时序 与系统的连接使用,21,典型SRAM芯片,SRAM6264： 容量：8K X 8b 外部引线图,22,6264芯片的主要引线,地址线：A0-A12； 数据线：D0-D7； 输出允许信号：OE； 写允许信号：WE； 选片信号：CS1，CS2。,23,6264的工作过程,读操作 写操作,工作时序,24,3. 8088总线信号,8088总 线,A19-A0,A15-A0,MEMR、MEMW,IOR、IOW,存储器,输入/输出,RD、WR,25,4. 6264芯片与系统的连接,D0D7,A0,A12,WE,OE,CS1,CS2,A0,A12,MEMW,MEMR,译码 电路,高位地址信号,D0D7,SRAM 6264,8088总线,+5V,26,5. 存储器编址,00,11,00,00,11,11,00,00,01,01,10,10,低位地址（片内地址）,高位地址（选片地址）,27,存储器地址,片选地址,片内地址,高位地址,低位地址,内存地址,28,6264芯片的编址,片首地址,A19,A12,A0,A19,A12,A0,0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,X X X X X X X,X X X X X X X,1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1,片尾地址,29,存储器编址,00,11,00,00,11,11,00,00,01,01,10,10,CS,0,0,译码器,1,CS,30,6. 译码电路,将输入的一组高位地址信号通过变换，产生一个有效的输出信号，用于选中某一个存储器芯片，从而确定了该存储器芯片在内存中的地址范围。 将输入的一组二进制编码变换为一个特定的输出信号。,31,译码方式,全地址译码 部分地址译码,32,全地址译码,用全部的高位地址信号作为译码信号，使得存储器芯片的每一个单元都占据一个唯一的内存地址。,33,全地址译码例,A19,A18,A17,A16,A15,A14,A13,&,1,CS1,1,SRAM 6264,CS2,+5V,0,1,1,1,1,0,0,0,34,6264芯片全地址译码例,片首地址,A19,A12,A0,A19,A12,A0,0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,1 1 1 1 0 0 0,1 1 1 1 0 0 0,1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1,片尾地址,该6264芯片的地址范围 = F0000HF1FFFH,35,全地址译码例,若已知某SRAM 6264芯片在内存中的地址为：3E000H3FFFFH 试画出将该芯片连接到系统的译码电路。,36,全地址译码例,设计步骤： 写出地址范围的二进制表示； 确定各高位地址状态； 设计译码器。,片首地址,A19,A12,A0,A19,A12,A0,0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,0 0 1 1 1 1 1,0 0 1 1 1 1 1,1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1,片尾地址,37,全地址译码例,A19,A18,A17,A16,A15,A14,A13,&,1,CS1,高位地址：0011111,SRAM 6264,CS2,+5V,0,0,1,1,1,1,1,0,38,部分地址译码,用部分高位地址信号（而不是全部）作为译码信号，使得被选中存储器芯片占有几组不同的地址范围。,39,部分地址译码例,两组地址： F0000H F1FFFHB0000H B1FFFH,A19,A17,A16,A15,A14,A13,&,1,6264 CS1,1,1,1,0,0,0,高位地址： 111000,1011000，,1111000,40,应用举例,将SRAM 6264芯片与系统连接，使其地址范围为：38000H39FFFH。 使用74LS138译码器构成译码电路。,41,存储器芯片与系统连接例,由题知地址范围：0 0 1 1 1 0 0 0 00 0 1 1 1 0 0 1 1,高位地址,A19,A12,A0,42,应用举例,D0D7,A0,A12,WE,OE,CS1,CS2,A0,A12,MEMW,MEMR,D0D7,A19,G1,G2A,G2B,C,B,A,&,&,A18,A14,A13,A17,A16,A15,VCC,Y0,43,二、动态随机存储器DRAM,44,1. DRAM的特点,存储元主要由电容构成； 主要特点： 需要定时刷新。,45,2. 典型DRAM芯片2164A,2164A：64K1bit 采用行地址和列地址来确定一个单元； 行列地址分时传送，共用一组地址信号线； 地址信号线的数量仅为同等容量SRAM芯片的一半。,46,主要引线,行地址选通信号。用于锁存行地址；列地址选通信号。 地址总线上先送上行地址，后送上列地址，它们分别在#RAS和#CAS有效期间被锁存在锁存器中。DIN： 数据输入 DOUT：数据输出,WE=0 WE=1,WE：写允许信号,RAS：,CAS：,数据写入,数据读出,47,工作原理,数据读出 数据写入 刷新,工作时序,48,刷新,将存放于每位中的信息读出再照原样写入原单元的过程-刷新,刷新时序,49,3. 2164A在系统中的连接,与系统连接图,50,2164A在系统中的连接,DRAM 2164A与系统连接的几点说明： 芯片上的每个单元中只存放1位二进制码，每字节数据分别存放在8片芯片中； 系统的每一次访存操作需同时访问8片2164A芯片，该8片芯片必须具有完全相同的地址； 芯片的地址选择是按行、列分时传送，由系统的低8位送出行地址，高8位送出列地址。 结论： 每8片2164A构成一个存储体（单独一片则无意义）； 每个存储体内的所有芯片具有相同的地址（片内地址），应同时被选中，仅有数据信号由各片分别引出。,三、存储器扩展技术 （内存储器设计）,52,1. 存储器扩展,用多片存储芯片构成一个需要的内存空间； 各存储器芯片在整个内存中占据不同的地址范围； 任一时刻仅有一片（或一组）被选中。 存储器芯片的存储容量等于：单元数每单元的位数,字节数,字长,扩展单元,扩展字长,53,2. 存储器扩展方法,位扩展 字扩展 字位扩展,扩展字长,扩展单元数,既扩展字长也扩展单元数,54,位扩展,构成内存的存储器芯片的字长小于内存单元的字长时需进行位扩展。 位扩展：每单元字长的扩展。,55,位扩展例,用8片2164A芯片构成64KB存储器。,LS158,A0A7,A8A15,2164A,2164A,2164A,DB,AB,D0,D1,D7,0000H,FFFFH,.,56,位扩展方法：,将每片的地址线、控制线并联，数据线分别引出。 位扩展特点： 存储器的单元数不变，位数增加。,57,字扩展,地址空间的扩展 芯片每个单元中的字长满足，但单元数不满足。 扩展原则： 每个芯片的地址线、数据线、控制线并联。 片选端分别引出，以使每个芯片有不同的地址范围。,58,A0A10,DB,AB,D0D7,A0A10,R/W,CS,2K8,D0D7,A0A10,2K8,D0D7,D0D7,A0A10,CS,译码器,Y0,Y1,高位地址,R/W,字扩展示意图,59,字扩展例,用两片64K8位的SRAM芯片构成容量为128KB的存储器 两芯片的地址范围分别为： 20000H2FFFFH 30000H3FFFFH,60,字扩展例,G1,G2A,G2B,C,B,A,Y2,Y3,&,MEMR,MEMW,A19,A18,A17,A16,74LS138,高位地址：芯片1： 0 0 1 0芯片2： 0 0 1 1,A19,A18,A17,A16,芯片1,芯片2,61,字位扩展,设计过程： 根据内存容量及芯片容量确定所需存储芯片数； 进行位扩展以满足字长要求； 进行字扩展以满足容量要求。 若已有存储芯片的容量为LK，要构成容量为M N的存储器，需要的芯片数为：（M / L） （N / K）,62,字位扩展例,用32Kb芯片构成256KB的内存。,63,5.3 只读存储器（ROM）,EPROM EEPROM,（紫外线擦除）,（电擦除）,64,一、EPROM,65,1. 特点,可多次编程写入； 掉电后内容不丢失； 内容的擦除需用紫外线擦除器。,66,2. EPROM 2764,8K8bit芯片 地址信号：A0 A12 数据信号：D0 D7 输出信号：OE 片选信号：CE 编程脉冲输入：PGM 其引脚与SRAM 6264完全兼容.,