存储器概述及主存储器SRAM课件.ppt

1、存储器概述及主存储器存储器概述及主存储器SRAM4.1 概述概述4.2 主存储器主存储器4.3 高速缓冲存储器高速缓冲存储器(x)4.4 辅助存储器辅助存储器(x)1 1、存储器概述、存储器概述外部特性，性能参数，层次结构外部特性，性能参数，层次结构2 2、静态存储器和动态存储器存储单元构成、静态存储器和动态存储器存储单元构成 一位存储单元及存储阵列，多端口一位存储单元及存储阵列，多端口SRAMSRAM，读写时序，读写时序3 3、半导体、半导体ROMROM存储器存储器 MROMMROM，PROMPROM，EPROMEPROM，EEPROMEEPROM，FLASHFLASH4 4、存储器芯片构成

2、以及存储器主要技术指标、存储器芯片构成以及存储器主要技术指标5 5、存储器扩展技术、存储器扩展技术位、字、字位扩展位、字、字位扩展6 6、数据校验码、数据校验码 奇偶校验码，海明码，奇偶校验码，海明码，CRCCRC码码1 1、半导体存储器的分类、组成及组成部件、半导体存储器的分类、组成及组成部件的作用及工作原理、读的作用及工作原理、读/写操作的基本过写操作的基本过程。程。2 2、SRAMSRAM芯片的组成特点、工作过程、典型芯片的组成特点、工作过程、典型芯片的引脚信号。芯片的引脚信号。3 3、半导体存储器的主要技术指标、芯片的、半导体存储器的主要技术指标、芯片的扩充、扩充、CPUCPU与半导体

3、存储器间的连接。与半导体存储器间的连接。在现代计算机中在现代计算机中,存储器处于全机中心地位存储器处于全机中心地位,其原因是其原因是:(1)(1)当前计算机正在执行的程序和数据当前计算机正在执行的程序和数据(除了暂存于除了暂存于CPUCPU寄存器的寄存器的)均存放在存储器中。均存放在存储器中。CPUCPU直接从存储器取指令或存取数据。直接从存储器取指令或存取数据。(2)(2)计算机系统中输入输出设备数量增多，数据传送速度加计算机系统中输入输出设备数量增多，数据传送速度加快，因此采用了直接存储器存取快，因此采用了直接存储器存取(DMA)(DMA)技术和技术和I/OI/O通道技术，通道技术，在存储

4、器与输入输出系统之间直接传送数据。在存储器与输入输出系统之间直接传送数据。(3)(3)共享存储器的多处理机的出现，利用存储器存放共享数据，共享存储器的多处理机的出现，利用存储器存放共享数据，并实现处理机之间的通信，更加强了存储器作为全机中心的地并实现处理机之间的通信，更加强了存储器作为全机中心的地位。位。由于中央处理器都是由高速器件组成，不少指令的执行速度由于中央处理器都是由高速器件组成，不少指令的执行速度基本上取决于主存储器的速度。所以，计算机解题能力的提高、基本上取决于主存储器的速度。所以，计算机解题能力的提高、应用范围的日益广泛和系统软件的日益丰富，无一不与主存储应用范围的日益广泛和系统

5、软件的日益丰富，无一不与主存储器的技术发展密切相关。器的技术发展密切相关。简介简介第 七 讲存储器（一）存储器（一）存储器分类存储器分类存储器概述存储器概述存储器的层次结构存储器的层次结构存储器的技术指标存储器的技术指标主存储器主存储器(一一)本讲主要内容本讲主要内容1 1、存储器存储器：是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。2 2、存储元存储元：存储器的最小组成单位，用以存储存储器的最小组成单位，用以存储1 1位二进制代码。位二进制代码。3 3、存储单元存储单元：是是CPUCPU访问存储器基本单位，由若干个具有相同访问存储器基本单位，由若

6、干个具有相同操作属性的存储元组成。操作属性的存储元组成。80518051是是8 8位单片机，一个存储单元是位单片机，一个存储单元是8 8位位(一个字节一个字节)，80518051是是按字节编址计算机按字节编址计算机：可编址的最小单：可编址的最小单位是字节的计算机。位是字节的计算机。4 4、单元地址单元地址：简称：简称地址，地址，在存储器中用以表识存储单元的唯一在存储器中用以表识存储单元的唯一编号，编号，CPUCPU通过该编号访问相应的存储单元。通过该编号访问相应的存储单元。5 5、存储空间：存储空间：即系统中存储设备的总容量即系统中存储设备的总容量一一、几个基本概念几个基本概念二、存储器分类二

7、、存储器分类1.按存储介质分类按存储介质分类(1)半导体存储器半导体存储器(2)磁表面存储器磁表面存储器(3)磁芯存储器磁芯存储器(4)光盘存储器光盘存储器易失易失TTL、MOS磁头、载磁体磁头、载磁体硬磁材料、环状元件硬磁材料、环状元件激光、磁光材料激光、磁光材料非非易易失失(1)存取时间与物理地址无关（随机访问）存取时间与物理地址无关（随机访问）顺序存取存储器顺序存取存储器 磁带磁带2.按存取方式分类按存取方式分类(2)存取时间与物理地址有关（串行访问）存取时间与物理地址有关（串行访问）随机存储器随机存储器 只读存储器只读存储器 直接存取存储器直接存取存储器 磁盘磁盘在程序的执行过程中在程

8、序的执行过程中 可可 读读 可可 写写在程序的执行过程中在程序的执行过程中 只只 读读磁盘、磁带、光盘磁盘、磁带、光盘 高速缓冲存储器（高速缓冲存储器（Cache）Flash Memory存存储储器器主存储器主存储器辅助存储器辅助存储器MROMPROMEPROMEEPROMRAMROM静态静态 RAM动态动态 RAM3.按在计算机中的作用分类按在计算机中的作用分类高高低低小小大大快快慢慢辅存辅存寄存器寄存器缓存缓存主存主存磁盘磁盘光盘光盘磁带磁带光盘光盘磁带磁带速度速度容量容量 价格价格 位位1.存储器三个主要特性的关系存储器三个主要特性的关系 三、存储器的层次结构三、存储器的层次结构CPUC

9、PU主机主机 名称名称 高速缓冲高速缓冲 存储器存储器 主存储器主存储器 外存储器外存储器 简称简称 Cache 主存主存 外存外存用途用途高速存取指令和数据高速存取指令和数据 存放计算机运行期间的存放计算机运行期间的大量程序和数据大量程序和数据 存放系统程序和大型数据存放系统程序和大型数据文件及数据库文件及数据库特点特点 存取速度快，但存存取速度快，但存储容量小储容量小存取速度较快，存取速度较快，存存储容量不大储容量不大存储容量大，存储容量大，位成位成本低本低存储器的用途和特点存储器的用途和特点缓存缓存CPU主存主存辅存辅存2.缓存缓存 主存层次和主存主存层次和主存 辅存层次辅存层次缓存缓存

10、主存主存辅存辅存主存主存虚拟存储器虚拟存储器10 ns20 ns200 nsms虚地址虚地址逻辑地址逻辑地址实地址实地址物理地址物理地址（速度）（速度）（容量）（容量）（现在访问时（现在访问时间已大大缩短）间已大大缩短）单片机里没有单片机里没有缓存，高端缓存，高端CPU里才有里才有主存储主存储一、概述一、概述1.主存的基本组成主存的基本组成存储体存储体驱动器驱动器译码器译码器MAR控制电路控制电路读读写写电电路路MDR地址总线地址总线数据总线数据总线读读写写2.主存和主存和 处理器处理器 的联系的联系微处理器主主 存存读读数据总线数据总线地址总线地址总线写写(2)存储速度存储速度4.主存的技术

11、指标主存的技术指标(1)存储容量存储容量(3)存储器的带宽存储器的带宽主存主存 存放二进制代码的总位数存放二进制代码的总位数 读出时间读出时间 写入时间写入时间 存储器的存储器的 访问时间访问时间 存取时间存取时间 存取周期存取周期 读周期读周期 写周期写周期 连续两次独立的存储器操作连续两次独立的存储器操作（读或写）所需的（读或写）所需的 最小间隔时间最小间隔时间 位位/秒秒芯片容量芯片容量二、半导体存储芯片简介二、半导体存储芯片简介1.半导体存储芯片的基本结构半导体存储芯片的基本结构译译码码驱驱动动存存储储矩矩阵阵读读写写电电路路1K4位位16K1位位8K8位位片选线片选线读读/写控制线写

12、控制线地地址址线线数数据据线线地址线地址线（单向）（单向）数据线数据线（双向）（双向）104141138二、半导体存储芯片简介二、半导体存储芯片简介1.半导体存储芯片的基本结构半导体存储芯片的基本结构译译码码驱驱动动存存储储矩矩阵阵读读写写电电路路片选线片选线读读/写控制线写控制线地地址址线线数数据据线线片选线片选线读读/写控制线写控制线（低电平写（低电平写 高电平读）高电平读）（允许读）（允许读）CSCEWE（允许写）（允许写）WEOE存储芯片片选线的作用存储芯片片选线的作用用用 16K 1位位 的存储芯片组成的存储芯片组成 64K 8位位 的存储器的存储器 32片片当地址为当地址为 65

13、535 时，此时，此 8 片的片选有效片的片选有效 8片片16K 1位位 8片片16K 1位位 8片片16K 1位位 8片片16K 1位位0,015,015,70,7 读读/写控制电路写控制电路 地地址址译译码码器器 字线字线015168矩阵矩阵07D07D 位线位线 读读/写选通写选通A3A2A1A02.半导体存储芯片的译码驱动方式半导体存储芯片的译码驱动方式(1)线选法线选法00000,00,7007D07D 读读/写写选通选通 读读/写控制电路写控制电路 A3A2A1A0A40,310,031,031,31 Y 地址译码器地址译码器 X地地址址译译码码器器 3232 矩阵矩阵A9I/OA

14、8A7A56AY0Y31X0X31D读读/写写(2)重合法重合法00000000000,031,00,31I/OD0,0读读 基本存储元是组成存储器的基础和核心基本存储元是组成存储器的基础和核心,它用来存储一位二进它用来存储一位二进制信息制信息0或或1。六管基本存六管基本存储单元电路储单元电路X X地地址址译译码码线线Y Y地地址址译译码码线线T6T5VCC(+5V)BABT1T2T3T4T7T8D DD D写入读出 三、随机存取存储器三、随机存取存储器(RAM)1.静态静态 RAM(SRAM)(1)静态静态 RAM 基本电路基本电路A 触发器非端触发器非端1T4T触发器触发器5TT6、行开关

15、行开关7TT8、列开关列开关7TT8、一列共用一列共用A 触发器原端触发器原端T1 T4T5T6T7T8A A写放大器写放大器写放大器写放大器DIN写选择写选择读选择读选择DOUT读放读放位线位线A位线位线A 列地址选择列地址选择行地址选择行地址选择T1 T4A T1 T4T5T6T7T8A写放大器写放大器写放大器写放大器DIN写选择写选择读选择读选择读放读放位线位线A位线位线A 列地址选择列地址选择行地址选择行地址选择DOUT 静态静态 RAM 基本电路的基本电路的 读读 操作操作 行选行选 T5、T6 开开T7、T8 开开列选列选读放读放DOUTVAT6T8DOUT读选择有效读选择有效T1

16、 T4T5T6T7T8A ADIN位线位线A位线位线A 列地址选择列地址选择行地址选择行地址选择写放写放写放写放读放读放DOUT写选择写选择读选择读选择 静态静态 RAM 基本电路的基本电路的 写写 操作操作 行选行选T5、T6 开开 两个写放两个写放 DIN列选列选T7、T8 开开（左）（左）反相反相T5A（右）（右）T8T6ADINDINT7写选择有效写选择有效T1 T4ABCSDOUTOE地址有效地址有效地址失效地址失效片选失效片选失效数据有效数据有效数据稳定数据稳定高阻高阻(3)静态静态 RAM 读读 时序时序 tAtCOtOHAtOTDtRC片选有效片选有效读周期读周期 t tRCR

17、C 地址有效地址有效 下一次地址有效下一次地址有效读时间读时间 t tA A 地址有效地址有效数据稳定数据稳定 t tCOCO 片选有效片选有效数据稳定数据稳定t tOTDOTD 片选失效片选失效输出高阻输出高阻t tOHAOHA 地址失效后的地址失效后的数据维持时间数据维持时间tOOt tOOOO OEOE有效有效输出数据稳定输出数据稳定ACSWEDOUTDIN(4)静态静态 RAM(2114)写写 时序时序 tWCtWtAWtDWtDHtWR写周期写周期 t tWCWC 地址有效地址有效下一次地址有下一次地址有效效写时间写时间 t tW W 写命令写命令 WEWE 的有效时间的有效时间t

18、tAWAW 地址有效地址有效片选有效的滞后时间片选有效的滞后时间t tWRWR 片选失效片选失效下一次地址有效下一次地址有效t tDW DW 数据稳定数据稳定 WE WE 失效失效t tDHDH WE WE 失效后的数据维持时间失效后的数据维持时间存储速度存储速度TA的时间约几的时间约几nS 几十几十nS 存取时间存取时间 使用此使用此SRAM，处理器从给出地址到从数据总线上，处理器从给出地址到从数据总线上取数的时间取数的时间TA，不能少于，不能少于55nS，其他时间参数也，其他时间参数也不能少于存储器数据表中的值不能少于存储器数据表中的值(因此叫因此叫异步存储器异步存储器)。标准标准8051

19、比较慢，比较慢，TA远高于远高于55nS，因此可直接使，因此可直接使用。用。高速的处理器的高速的处理器的TA低到低到1nS，必须通过设置将，必须通过设置将TA调慢至符合存储器要求调慢至符合存储器要求(8051 无此设置功能无此设置功能)例如例如 CY622556N-55 的的 TA为为55nS，(又叫又叫静态静态RAM=SRAM，一个重要特点是保持电流，一个重要特点是保持电流低到低到0.1微安，可以长时间由电池保持数据微安，可以长时间由电池保持数据)348031最小应用系统最小应用系统PSENOE2023-9-1035 地址锁存器一般采用地址锁存器一般采用74LS373，采用采用74LS373

20、的地址总线的的地址总线的扩展电路如下图扩展电路如下图2023-9-1036图图9-7 AT89C51外扩一片外扩一片6264的电路连接的电路连接例例9-1 对对AT89C51单片机外扩一片单片机外扩一片8kB的的RAM 6264芯片。芯片。解：扩展的电路连接如图解：扩展的电路连接如图9-7所示。由于只有一片存储器芯片，所以将所示。由于只有一片存储器芯片，所以将6264的片选直接接的片选直接接地。地。6264芯片中存储单元的地址变化范围为：芯片中存储单元的地址变化范围为：xxx0 0000 0000 0000Bxxx1 1111 1111 1111B，即单片机地址线的，即单片机地址线的P2.4P2.0与与P0.7P0.0发出的信号可以从全发出的信号可以从全0变化到全变化到全1，P2.7P2.5因为没有与因为没有与6264相连，所以状态任意。如果将任意状态相连，所以状态任意。如果将任意状态x都看成都看成0，则，则6264的地址范围为：的地址范围为：0000 0000 0000 0000B0001 1111 1111 1111B，即，即0000H1FFFH。