第5章微机的存储器ppt课件.ppt
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1、微机的存储器,5.1存储器的分类与组成,5.2随机存取存储器(),5.3读存储器(),5.4存储器的连接,5.5内存条技术的发展,5.6硬盘存储器,5.7光盘驱动器,第五章 微机的存储器,5.8存储器系统的分层结构,1.存储器按其与CPU的连接方式进行分类 两大类:内存(主存)和外存(辅存),内存:CPU可以通过系统总线直接访问的存储器,用以存储计算机当前正在使用的程序或数据,外存:用来存放相对来说不经常使用的程序或者 数据或者需要长期保存的信息。不能被CPU直接访问。 CPU需要使用这些信息时,必须要通过专门的I/O设备才能访问,把信息成批的传送至内存来(或相反)外存只与内存交换信息,5.1
2、存储器的分类与组成,2、按存储介质分类: 半导体存储器; 磁泡存储器; 磁表面存储器 (如磁带,磁盘,磁鼓,磁卡等); 磁芯存储器; 光盘存储器;,图5.1为CPU与存储器的连接结构示意图。图中内存由半导体存储器芯片组成,外存则有磁带、硬磁盘和软磁盘等。,一、半导体存储器的分类,按使用的功能可分为两大类:随机存取存储器RAM(Random Access memory)和只读存储器ROM(Read Only Memory)。,二、半导体存储器的组成,由存储体、地址选择电路、输入输出电路和控制电路组成。,(一) 存储体 存储体是存储1或0信息的电路实体,它由许多存储单元组成,每个存储单元赋予一个编
3、号,称为地址单元号。而每个存储单元由若干相同的位组成,每个位需要一个存储元件。 存储器的地址用一组二进制数表示,其地址线的位数n与存储单元的数量N之间的关系为: 2 =N,n,(二)地址选择电路 地址选择电路包括地址码缓冲器,地址译码器等。 地址译码器用来对地址译码,n个输入端的地址译码器可以对应2n个地址码,作为对地址单元的选择线。 地址译码器的输出的选择线又叫字线。 地址译码方式有两种: 1.单译码方式(或称字结构) 它的全部地址码只用一个地址译码器电路译码,译码输出的字选择性直接选中与地址码对应的存储单元。 该方式需要的选择线数较多,适用于小容量的存储器。,2.双译码方式(或称重合译码)
4、,读/写电路包括读/写放大器、数据缓冲器(三态双向缓冲器)等。它是数据信息输入和输出的通道。 外界对存储器的控制信号有读信号()、写信号()和片选信号()等,通过控制电路以控制存储器的读或写操作以及片选。只有片选信号处于有效状态,存储器才能与外界交换信息。,(三)读/写电路与控制电路,一、静态随机存取存储器 (一)SRAM的基本存储电路 由个管组成的触发器.,5.2 随机存取存储器(RAM),(二)静态RAM的组成,1.读出过程 (1)地址码加到RAM芯片的地址输入端,经X与Y地址译码器译码,产生行选与列选信号,选中某一存储单元,该单元中存储的代码,经一定时间,出现在IO电路的输入端。电路对读
5、出的信号进行放大、整形,送至输出缓冲寄存器。缓冲寄存器一般具有三态控制功能,没有开门信号,所存数据还不能送到DB上。,(三)静态RAM的读/写过程,(2)在送上地址码的同时,还要送上读/写控制信号(R/W或RD、WR)和片选信号(CS)。读出时,使R/W,CS,这时,输出缓冲寄存器的三态门将被打开,所存信息送至DB上。于是,存储单元中的信息被读出。,(四)静态RAM芯片举例 常用的Intel 6116 是CMOS静态RAM芯片,它的存储容量为2K8位:,动态RAM芯片是以MOS管栅极电容是否充有电荷来存储信息的,二、动态随机存储器,(一)动态基本存储电路 三管动态基本存储电路,写入操作时,写选
6、择线上为高电平,1导通。待写入的信息由写数据线通过1加到2管的栅极上,对栅极电容Cg充电。若写入,则Cg上充有电荷;若写入,则Cg上无电荷。写操作结束后,1截止,信息被保存在电容Cg上。,读出操作时,先在4管栅极加上预充电脉冲,使4管导通,读数据线因有寄生电容CD而预充到()。然后使读选择线为高电平,3管导通。若2管栅极电容Cg上已存有“”信息,则2管导通。这时,读数据线上的预充电荷将通过3,2而泄放,于是,读数据线上为。若2管栅极电容上所存为“”信息,则2管不导通,则读数据线上为。因此,经过读操作,在读数据线上可以读出与原存储相反的信息。若再经过读出放大器反相后,就可以得到原存储信息了。,刷
7、新,单管动态基本存储电路,写入时,使字选线上为高电平,T1管导通,待写入的信息由位线D(数据线)存入Cs。 读出时,同样使字选线上为高电平,T1管导通,则存储在Cs上的信息通过T1管送到D线上,再通过放大,即可得到存储信息。,Intel 2116 16K1,(二)动态RAM芯片举例,Intel 2116的内部结构如图5.11所示:,动态RAM和静态RAM怎么选择?P182,动态RAM的刷新: 动态RAM的刷新实质式进行一次“写入”操作,但按行进行,即不管系统中有多少个DRAM芯片,也不管存储容量有多大,每次均对所有芯片的同一行刷新 单片DRAM有多少行,就分多少次进行刷新 一般刷新电路中都有刷
8、新计数器,每刷新一行计数一次。 刷新电路必须保证2ms内对DARM刷新一次 刷新的方法有定时集中制、非同步再生制、同步再生制,一、只读存储器存储信息的原理和组成,.3 只读存储器(),当字线上加有选中信号时,如果电子开关是断开的,位线上将输出信息;如果是接通的,则位线经接地,将输出信息0。,ROM的组成由地址译码电路、存储矩阵、读出电路及控制电路等部分组成。图5.13是有16个存储单元、字长为1位的ROM示意图。,(一)不可编程掩模式MOS只读存储器 由器件制造厂家根据用户事先编好的机器码程序,把0、1信息存储在掩模图形中而制成的ROM芯片。这种芯片制成以后,它的存储矩阵中每个MOS管所存储的
9、信息0或1被固定下来,不能再改变,而只能读出。,二、只读存储器的分类,(二)可编程存储器 用户在使用前可以根据自己的需要编制ROM中的程序。熔丝式PROM的存储电路相当于图5.12的元件原理图,(三)可擦除、可再编程的只读存储器,若EPROM中写入的信息有错或不需要时,可用两种方法来擦除原存的信息。 一种是利用专用的紫外线灯对准芯片上的石英窗口照射1020分钟,即可擦除原写入的信息。这种方法只能把存储的信息全部擦除后再重新写入,采用金属氮氧化物硅(MNOS)工艺生产的MNOS型PROM,它是一种利用电来改写的可编程只读存储器,即EEPROM,(四)闪速存储器(Flash Memory) E2P
10、ROM能够在线编程,可以自动写入,在使用方便性及写入速度两个方面都较EPROM进了一步。但是,其编程时间相对RAM而言还是较长,特别对大容量的芯片更显得突出。人们希望有一种写入速度类似于RAM,掉电后内容又不丢失的存储器。一种称为闪速存储器(Flash Memory,以下简称为Flash,闪存)的新型E2PROM由此被研制出来。 闪速存储器首先由Intel公司开发,它采用非挥发性存储技术,能够在线擦除和重写,掉电后信息可以保持10年。 Flash具有ROM非易失性的优点,又有很高的存取速度,既可读又可写,具有集成度高,价格低,耗电少等优点,因此得到广泛的使用。例如Pentium II以后的主板
11、都采用了这种存储器存放BIOS程序。Flash的可擦可写特性,使BIOS程序可以及时升级。,(一)Intel 2716的引脚与内部结构 2716 EPROM芯片的容量为2K8位,三、EPROM芯片实例-Intel 2716,(二)2716的工作方式 2716的工作方式见表5.3所示:,5.4 存储器的连接 要解决两个问题: 一个是如何用容量较小、字长较短的芯片,组成微机系统所需的存储器; 另一个是存储器与的连接方法与应注意的问题。,一、存储器芯片的扩充 (一)位数的扩充(位扩展) 微型计算机中,最小的信息存取单位是“字节”,如果一个存储芯片不能同时提供8bit数据,就必须把几块芯片组合起来使用
12、,这就是存储器芯片的“位扩展”。位扩展把多个存储芯片组成一个整体,使数据位数增加,但单元个数不变。经位扩展构成的存储器,每个单元的内容被存储在不同的存储芯片上。,位扩展电路连接方法是:将每个存储芯片的地址线和控制线(包括选片信号线、读写信号线等)并联在一起,数据线分别引出连接至数据总线的不同位上。 位扩展连接方法归纳如下: (1)芯片的地址线全部并联且与地址总线相应连接; (2)片选信号线并联,连接到地址译码器的输出端 (3)读写控制信号并联,连接到控制总线的存储器读写控制线上; (4)不同芯片的数据线连接到数据总线不同位上。,例如,可以用片位的芯片组成容量为位的存储器,如图5.15所示。这时
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