1、第第6 6章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 6.1 6.1 概述概述6.1.1 6.1.1 存儲(chǔ)器的分類存儲(chǔ)器的分類 按信息存儲(chǔ)方式，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器可分為隨機(jī)存取存儲(chǔ)器按信息存儲(chǔ)方式，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器可分為隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAMRAM和只讀存儲(chǔ)器和只讀存儲(chǔ)器ROMROM。隨機(jī)存取存儲(chǔ)器隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAMRAM計(jì)算機(jī)在運(yùn)行期間，這種存儲(chǔ)器中計(jì)算機(jī)在運(yùn)行期間，這種存儲(chǔ)器中的信息可隨時(shí)讀出或?qū)懭搿５男畔⒖呻S時(shí)讀出或?qū)懭?。只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器ROMROM機(jī)器運(yùn)行期間其信息只能讀出不能寫入。機(jī)器運(yùn)行期間其信息只能讀出不能寫入。根據(jù)信息寫入的方式，常用的根據(jù)信息寫入的方式，常用的ROMROM類型有：掩膜式類型有：掩膜式ROM

2、ROM、可編、可編程程ROMROM、可擦除、可擦除PROMPROM、電可擦除、電可擦除PROMPROM、快速整體電擦除、快速整體電擦除 雙極型雙極型RAMRAM 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 靜態(tài)靜態(tài)RAMRAM （RAMRAM） MOSMOS型型RAMRAM半導(dǎo)體動(dòng)態(tài)半導(dǎo)體動(dòng)態(tài)RAMRAM存儲(chǔ)體存儲(chǔ)體 掩膜式掩膜式ROM ROM 可編程（可編程（PROMPROM） 只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器 紫外線可擦除紫外線可擦除PROMPROM（EPROMEPROM） （ROMROM） 電可擦除電可擦除PROMPROM（E E2 2PROMPROM） 閃速存儲(chǔ)器閃速存儲(chǔ)器FLASH MEMORY FLASH

3、MEMORY 圖圖6-1 6-1 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類6.1.2 6.1.2 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的性能指標(biāo)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的性能指標(biāo)1 1、存儲(chǔ)容量、存儲(chǔ)容量2 2、存取速度、存取速度內(nèi)存儲(chǔ)器的存取速度一般用最大存取時(shí)間或存取周期來(lái)描述。內(nèi)存儲(chǔ)器的存取速度一般用最大存取時(shí)間或存取周期來(lái)描述。3 3、功耗、功耗半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的功耗包括半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的功耗包括“維持功耗維持功耗”和和“操作功耗操作功耗”。4 4、可靠性、可靠性 可靠性一般是指存儲(chǔ)器抗外界電磁場(chǎng)、溫度等因素變化干可靠性一般是指存儲(chǔ)器抗外界電磁場(chǎng)、溫度等因素變化干擾的能力。擾的能力。5 5、價(jià)格、價(jià)格6.2 6.2 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器隨

4、機(jī)存取存儲(chǔ)器RAMRAM包括靜態(tài)包括靜態(tài)RAMRAM和動(dòng)態(tài)和動(dòng)態(tài)RAMRAM6.2.1 6.2.1 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器一般結(jié)構(gòu)及組成半導(dǎo)體存儲(chǔ)器一般結(jié)構(gòu)及組成圖圖6-2 6-2 隨機(jī)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)示意框圖隨機(jī)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)示意框圖 1 1、存儲(chǔ)矩陣、存儲(chǔ)矩陣基本電路基本電路能夠寄存二進(jìn)制信息的電路能夠寄存二進(jìn)制信息的電路存儲(chǔ)體存儲(chǔ)體基本電路的集合體基本電路的集合體2 2、地址譯碼器、地址譯碼器（1 1）單譯碼方式）單譯碼方式 圖圖6-3 6-3 單譯碼方式的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)示意圖單譯碼方式的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)示意圖 （2 2）雙譯碼方式）雙譯碼方式 圖圖6-4 6-4 雙譯碼方式的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)示意圖雙譯碼方式的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)示

5、意圖 3 3、存儲(chǔ)器控制電路、存儲(chǔ)器控制電路讀寫控制信號(hào)有以下幾種表示方法：讀寫控制信號(hào)有以下幾種表示方法：（1 1）OD( Output Disable ) OD( Output Disable ) 輸出禁止引線端。高輸出禁止引線端。高（2 2）OE(Output Disable) OE(Output Disable) 輸出開放引線端。輸出開放引線端。（3 3）R/R/（Read/WriteRead/Write）讀）讀/ /寫控制引線端。寫控制引線端。（4 4）寫開放引線端，低電平有效時(shí)，數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)被）寫開放引線端，低電平有效時(shí)，數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)被寫入被尋址的單元。寫入被尋址的單元。

6、4 4、三態(tài)雙向緩沖器、三態(tài)雙向緩沖器 WE6.2.2 6.2.2 靜態(tài)靜態(tài)RAMRAM1 1、NMOSNMOS靜態(tài)基本存儲(chǔ)電路靜態(tài)基本存儲(chǔ)電路（1 1）NMOSNMOS靜態(tài)基本存儲(chǔ)電路靜態(tài)基本存儲(chǔ)電路1 1）NMOSNMOS靜態(tài)基本存儲(chǔ)電路的組成靜態(tài)基本存儲(chǔ)電路的組成 圖圖6-5 NMOS6-5 NMOS靜態(tài)基本存儲(chǔ)電路靜態(tài)基本存儲(chǔ)電路 2 2）NMOSNMOS靜態(tài)基本存儲(chǔ)電路的工作過(guò)程靜態(tài)基本存儲(chǔ)電路的工作過(guò)程靜止?fàn)顟B(tài)靜止?fàn)顟B(tài) 讀出操作讀出操作寫入操作寫入操作 （2 2）、）、CMOSCMOS靜態(tài)基本存儲(chǔ)電路靜態(tài)基本存儲(chǔ)電路1 1）CMOSCMOS靜態(tài)基本存儲(chǔ)電路的組成靜態(tài)基本存儲(chǔ)電路的組

7、成圖圖6-6 COMS6-6 COMS基本存儲(chǔ)電路基本存儲(chǔ)電路 2 2）CMOSCMOS靜態(tài)基本存儲(chǔ)電路工作過(guò)程靜態(tài)基本存儲(chǔ)電路工作過(guò)程 2 2、靜態(tài)、靜態(tài)RAMRAM的電路結(jié)構(gòu)的電路結(jié)構(gòu) 圖圖6-7 靜態(tài)靜態(tài)RAM芯片的結(jié)構(gòu)示意圖芯片的結(jié)構(gòu)示意圖 3 3、靜態(tài)、靜態(tài)RAMRAM芯片舉例芯片舉例表表6-1 61166-1 6116的控制方式功能表的控制方式功能表工作方式工作方式讀讀L LH HL L寫寫L LL LH H為選通為選通H HX XX XCEWEOE圖圖6-8 HM61166-8 HM6116的引腳排列及邏輯符號(hào)的引腳排列及邏輯符號(hào) 6.2.3 6.2.3 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)RAMRAM1

8、1、動(dòng)態(tài)基本存儲(chǔ)電路、動(dòng)態(tài)基本存儲(chǔ)電路(1) (1) 動(dòng)態(tài)基本存儲(chǔ)電路的基本組成動(dòng)態(tài)基本存儲(chǔ)電路的基本組成（2 2）動(dòng)態(tài)基本存儲(chǔ)電路的操作過(guò)程）動(dòng)態(tài)基本存儲(chǔ)電路的操作過(guò)程 行選線行選線列選線列選線Q Q1 1Q Q2 2C C1 1C C2 2圖圖 6-9 6-9 動(dòng)態(tài)基本存儲(chǔ)電路動(dòng)態(tài)基本存儲(chǔ)電路2、動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器芯片舉例、動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器芯片舉例圖圖6-10 21646-10 2164引腳排列、內(nèi)部結(jié)構(gòu)引腳排列、內(nèi)部結(jié)構(gòu) 3 3、動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的刷新方式、動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的刷新方式CPUCPU利用刷新周期進(jìn)行刷新操作，刷新周期往往與讀利用刷新周期進(jìn)行刷新操作，刷新周期往往與讀/ /寫周期寫周期相等。根據(jù)刷新周期

9、時(shí)間的不同，通常有三種刷新方式：相等。根據(jù)刷新周期時(shí)間的不同，通常有三種刷新方式：（1 1）定時(shí)集中刷新方式。）定時(shí)集中刷新方式。（2 2）非同步的刷新方式。）非同步的刷新方式。（3 3）同步刷新方式。）同步刷新方式。4 4、同步刷新方式實(shí)例、同步刷新方式實(shí)例 6.2.4 RAM6.2.4 RAM存儲(chǔ)容量的擴(kuò)展方法存儲(chǔ)容量的擴(kuò)展方法1 1、位擴(kuò)展方式、位擴(kuò)展方式2 2、字?jǐn)U展方式、字?jǐn)U展方式圖圖6-11 位擴(kuò)展方式連接方式位擴(kuò)展方式連接方式 3 3、字位擴(kuò)展方式、字位擴(kuò)展方式 圖圖6-12 6-12 字?jǐn)U充連接方式字?jǐn)U充連接方式 6.2.5 RAM6.2.5 RAM存儲(chǔ)器與存儲(chǔ)器與CPUCPU

10、的連接的連接 圖圖6-13 6-13 用用21142114芯片組組成芯片組組成4096 4096 8 8存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 1、數(shù)據(jù)總線的連接、數(shù)據(jù)總線的連接 2、地址總線的連接、地址總線的連接3、控制總線的連接、控制總線的連接MEMWMEMWWRWRM/IOM/IOMEMRMEMRRDRD圖圖6-14 6-14 存儲(chǔ)器讀存儲(chǔ)器讀/ /寫控制邏輯寫控制邏輯6.3 6.3 只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器ROMROM6.3.1 6.3.1 只讀存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)只讀存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu) 圖圖6-15 ROM6-15 ROM的結(jié)構(gòu)框圖的結(jié)構(gòu)框圖 圖圖6-16 166-16 161 1位的陣列位的陣列 6.3.2 6.3.2 只讀

11、存儲(chǔ)器的分類只讀存儲(chǔ)器的分類只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器ROMROM常分為下列三種：常分為下列三種：1 1、掩模式、掩模式ROMROM2 2、現(xiàn)場(chǎng)編程、現(xiàn)場(chǎng)編程ROMROM3 3、可改寫的、可改寫的PROMPROM6.3.3 PROM6.3.3 PROM基本存儲(chǔ)電路基本存儲(chǔ)電路圖圖6-17 6-17 熔絲式熔絲式PROMPROM基本存儲(chǔ)電路基本存儲(chǔ)電路 6.3.4 6.3.4 典型典型PROMPROM芯片芯片6.4 6.4 高速緩存存儲(chǔ)器高速緩存存儲(chǔ)器CacheCache6.4.1 Cache6.4.1 Cache存儲(chǔ)器原理存儲(chǔ)器原理1 1、原理、原理 圖圖6-18 Cache6-18 Cache的基

12、本結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu) 2、CacheCache的命中率的命中率6.4.2 Cache6.4.2 Cache存儲(chǔ)器組織存儲(chǔ)器組織1 1、地址映像、地址映像 （1 1）直接映像）直接映像圖圖6-19 6-19 直接映像的直接映像的CacheCache組織組織 （2 2）全相聯(lián)映像）全相聯(lián)映像圖圖6-20 6-20 全相聯(lián)映像的全相聯(lián)映像的CacheCache組織組織 （3 3）組相聯(lián)映像）組相聯(lián)映像 圖圖6-21 6-21 組相聯(lián)映像的組相聯(lián)映像的CacheCache組織組織 2 2、替換算法、替換算法(1) (1) 先進(jìn)先出算法（先進(jìn)先出算法（FIFOFIFO）(2) (2) 近期最少使用算法（近期

13、最少使用算法（LRULRU）(3) (3) 隨機(jī)替換法（隨機(jī)替換法（RANDRAND )6.5 6.5 存儲(chǔ)器系統(tǒng)與存儲(chǔ)器系統(tǒng)與CPUCPU系統(tǒng)連接實(shí)例系統(tǒng)連接實(shí)例6.5.1 EPROM6.5.1 EPROM、RAMRAM子系統(tǒng)與子系統(tǒng)與CPUCPU主系統(tǒng)的連接主系統(tǒng)的連接圖圖6-22 EPROM6-22 EPROM、RAMRAM組成的組成的8 8位存儲(chǔ)器子系統(tǒng)位存儲(chǔ)器子系統(tǒng) 6.5.2 8086CPU6.5.2 8086CPU的最小模式與靜態(tài)的最小模式與靜態(tài)RAMRAM的連接的連接 圖圖6-23 6-23 最小模式連接的靜態(tài)最小模式連接的靜態(tài)RAMRAM存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 6.5.3 6.5.3 存儲(chǔ)器芯片同存儲(chǔ)器芯片同CPUCPU連接時(shí)要注意的問(wèn)題連接時(shí)要注意的問(wèn)題存儲(chǔ)器的地址分配和片選問(wèn)題；存儲(chǔ)器的地址分配和片選問(wèn)題；控制信號(hào)的連接問(wèn)題；控制信號(hào)的連接問(wèn)題；CPUCPU總線的負(fù)載能力問(wèn)題；總線的負(fù)載能力問(wèn)題；CPUCPU的時(shí)序和存儲(chǔ)器芯片的存取速度