存储器及其与系统的连接.pptx

第一节第一节 存储器概述存储器概述微型计算机中使用的是微型计算机中使用的是半导体存储器半导体存储器可分为可分为随机存取存储器随机存取存储器(RAM)和和只读存储器只读存储器(ROM)RAM（Random Access Memory）：）：它的存储单元的它的存储单元的内容可以内容可以读出和改写读出和改写。主要用于存放现场输入。主要用于存放现场输入/输出输出的数据、运算的中间结果以及各种临时性信息的数据、运算的中间结果以及各种临时性信息ROM（Read Only Memory）：）：只能读只能读，不能随意改，不能随意改写。用于存放程序、表格和常数写。用于存放程序、表格和常数RAM从结构上可以分为两种：从结构上可以分为两种：(1)静态静态RAM（Static RAM）每个存储器电路由每个存储器电路由MOS晶体管构成，其基本结构为一个双稳态触晶体管构成，其基本结构为一个双稳态触发器。特点：工作稳定，不需要进行刷新；成本高，功耗大发器。特点：工作稳定，不需要进行刷新；成本高，功耗大(2)动态动态RAM（Dynamic RAM）利用利用MOS管栅源间的极间电荷存储信息。特点：制造容易，功耗管栅源间的极间电荷存储信息。特点：制造容易，功耗小，成本低，集成度高；但电容上存储的电荷易泄露，需要不小，成本低，集成度高；但电容上存储的电荷易泄露，需要不断刷新断刷新ROM有三种类型：有三种类型：(1)掩模掩模ROM由生产厂家利用光刻掩模技术将程序写入，写入后内容永久固由生产厂家利用光刻掩模技术将程序写入，写入后内容永久固定，用户不可更改，可靠性高定，用户不可更改，可靠性高(2)可编程可编程ROM（PROM）常用的有熔断丝常用的有熔断丝PROM，该熔断丝串联在晶体管的某个电极中，该熔断丝串联在晶体管的某个电极中，用户编程时利用专门的编程器，用大电流将熔丝烧断，从而用户编程时利用专门的编程器，用大电流将熔丝烧断，从而将信息永久保存下来。一次写入机会将信息永久保存下来。一次写入机会(3)可擦写的可编程可擦写的可编程ROM（EPROM）特点：可以反复的写入程序。特点：可以反复的写入程序。EPROM有两类：用紫外线擦写有两类：用紫外线擦写的的EPROM和用电擦写的和用电擦写的E2PROM存储器芯片的选择存储器芯片的选择应从几个方面考虑：存储器类型、容量、速度，还有价格、功应从几个方面考虑：存储器类型、容量、速度，还有价格、功耗以及对电路的要求耗以及对电路的要求根据应用要求选择根据应用要求选择存储器类型存储器类型和和容量容量 如如RAM6116容量：容量：4K4 EPROM2732容量：容量：4K8存储器存储器速度速度的选择的选择 存储器的速度应该与存储器的速度应该与CPU的工作速度相匹配。对于速度慢的的工作速度相匹配。对于速度慢的芯片，需要插入等待时间芯片，需要插入等待时间Tw，这样就浪费了大量的主机时间，这样就浪费了大量的主机时间第二节第二节 常用存储器芯片常用存储器芯片一、一、RAM芯片芯片1、6264RAM芯片芯片主要包括主要包括512128的存储器矩阵、行列地址译码器以及数据的存储器矩阵、行列地址译码器以及数据输入输出控制逻辑电路。地址线输入输出控制逻辑电路。地址线13位，其中位，其中A12A3用于行用于行地址译码，地址译码，A2A0和和A10用于列地址译码。用于列地址译码。6264是容量为是容量为8K8的静态的静态RAM芯片，采用芯片，采用CMOS工艺，为双工艺，为双列直插值封装，列直插值封装，28支引脚，其中地址线支引脚，其中地址线A0A12，+5V电源，电源，额定功耗为额定功耗为220mW，存取时间为，存取时间为200nSA12A0：地址线，输入，寻址范围为：地址线，输入，寻址范围为8K。D7D0：数据线，：数据线，8位，双向传送数据。位，双向传送数据。：片选信号，输入，低电平有效，与：片选信号，输入，低电平有效，与 控制线相连控制线相连 ：写允许信号，输入，低电平有效。：写允许信号，输入，低电平有效。：数据输出允许信号；输入，与：数据输出允许信号；输入，与 控制线相连控制线相连VCC：十：十5V电源。电源。GND：地：地NC ：表示引脚未用。表示引脚未用。2、62256RAM芯片芯片容量为容量为32K828只引脚只引脚地址线地址线A0A14+5V电源电源一、一、EPROM芯片芯片分为三类：分为三类：掩模掩模ROM、可编程可编程ROM（PROM）、可擦写的可可擦写的可编程编程ROM（EPROM、E2PROM）1、2764EPROM芯片芯片容量为容量为8K8的的EPROM，紫，紫外线编擦除，电编程，双列外线编擦除，电编程，双列直插式封装，直插式封装，28只引脚，只引脚，地地址线址线A0A12，工作电压，工作电压+5V，编程电压编程电压+21V引脚中引脚中 为编程信号线，为编程信号线，当当 和和 均处与低电平均处与低电平是芯片处于编程模式是芯片处于编程模式2、27128EPROM芯片：容量为芯片：容量为16K8，地址线地址线A0A13 3、27256EPROM芯片：容量为芯片：容量为32K8，地址线地址线A0A14 三、三、E2PROM芯片芯片 E2PROM的特点是能在不脱离系统的情况下修改其存储单元的特点是能在不脱离系统的情况下修改其存储单元中的内容。在断电的情况下仍能保持存储单元的内容不变。应用中的内容。在断电的情况下仍能保持存储单元的内容不变。应用十分广泛。十分广泛。1、2816E2PROM芯片芯片 容量为容量为2K8，电擦除，电擦除，电编程，既能对单个存储电编程，既能对单个存储单元进行擦除和重写，也单元进行擦除和重写，也能对整个芯片在能对整个芯片在10mS内进内进行擦除。工作电压行擦除。工作电压+5V，编程电压编程电压+21V。2816有有3种工作方式：种工作方式：（1）读模式读模式：（2）单字节写模式单字节写模式：先擦后写，擦除时所有数据线必须全为先擦后写，擦除时所有数据线必须全为TTL高电压，写入时高电压，写入时在数据线上输入所需写的字节在数据线上输入所需写的字节（3）芯片擦除模式芯片擦除模式：擦除时所有数据线必须全为擦除时所有数据线必须全为TTL高电压，擦出后，所有高电压，擦出后，所有2K的单元内容均为的单元内容均为FFH2、2817AE2PROM芯片芯片 容量为容量为2K8，电擦除，电编程，在擦写操作时无需外加编，电擦除，电编程，在擦写操作时无需外加编程电源，使用单一的程电源，使用单一的+5V电源，在执行写操作之前，会自动电源，在执行写操作之前，会自动对写入的单元进行擦除。对写入的单元进行擦除。芯片内芯片内READY引脚：引脚：在擦写期间：低电平在擦写期间：低电平擦写完成后：高电平擦写完成后：高电平第三节第三节 存储器的寻址方法存储器的寻址方法CPU在和存储器交换信息之前，首先要准确无误地找在和存储器交换信息之前，首先要准确无误地找到所需操作的那个单元，这就是到所需操作的那个单元，这就是存储器的寻址存储器的寻址需要解决两个问题：需要解决两个问题：一是，找到操作的存储器芯片，称为一是，找到操作的存储器芯片，称为片选片选二是，找到芯片中的特定单元，称为二是，找到芯片中的特定单元，称为字选字选片选有两种方法：片选有两种方法：线选法线选法和和译码法译码法一、线选法一、线选法字选：将存储器芯片的全部地址线与系统地址总线的低位线一字选：将存储器芯片的全部地址线与系统地址总线的低位线一一对应相连一对应相连片选：将字选后剩余的系统地址线高位中的某一根直接用作某片选：将字选后剩余的系统地址线高位中的某一根直接用作某一存储器芯片的片选信号一存储器芯片的片选信号例例1、某存储器由两个存储器芯片组成，其中一片为、某存储器由两个存储器芯片组成，其中一片为RAM容量容量1K8，另一片为，另一片为EPROM容量为容量为4K8，请编址。，请编址。分析：分析：一般的单片机系统，地址总线为一般的单片机系统，地址总线为16根，其编号为根，其编号为A0A15容量为容量为1K8芯片地址线为芯片地址线为10根根，与系统总线的，与系统总线的A0A9相连相连容量为容量为4K8芯片地址线为芯片地址线为12根根，与系统总线的，与系统总线的A0A11相连相连片选信号由剩余的地址总线的片选信号由剩余的地址总线的A12A15给出给出只有两个芯片，可用只有两个芯片，可用A12=1时选时选RAM，A13=1时选时选EPROM（芯片的片选信号芯片的片选信号CE是低电平有效，故每一片选线上均价一是低电平有效，故每一片选线上均价一非门非门）每个芯片的地址范围为：每个芯片的地址范围为：RAM芯片：实际使用系统地址总线芯片：实际使用系统地址总线11根，占用的地址范围为根，占用的地址范围为 0001 0000 0000 0000 0001 0011 1111 1111即即1000H13FFHEPROM芯片：实际使用系统地址总线芯片：实际使用系统地址总线13根，占用的地址范围为根，占用的地址范围为 0010 0000 0000 0000 0010 1111 1111 1111即即2000H2FFFH例例2、某存储器由两个、某存储器由两个2K8的的RAM，还有两个外设（，还有两个外设（I/O）端）端口，口，请编址。请编址。分析：分析：单片机系统的地址总线为单片机系统的地址总线为16根，其编号为根，其编号为A0A15可以把每一个外设端口视为一个存储器单元可以把每一个外设端口视为一个存储器单元RAM容量为容量为2K8芯片地址线为芯片地址线为11根根，与系统总线的，与系统总线的A0A10相相连，将连，将A11=1和和A12=1分别用作两个分别用作两个RAM的片选信号线的片选信号线两个外设端口用两个外设端口用A13=1和和A14=1选择选择地址范围为地址范围为 RAM1：0800H0FFFH，RAM2：1000H17FFH 外设外设1：2000H 外设外设2：4000H线选法特点：线选法特点：简便易行简便易行 每个芯片单独占用一根地址线用作选通，地址空间浪费很大每个芯片单独占用一根地址线用作选通，地址空间浪费很大二、全译码法二、全译码法字选：将存储器芯片的全部地址线与系统地址总线的低字选：将存储器芯片的全部地址线与系统地址总线的低位线一一对应相连，（位线一一对应相连，（同前同前）片选：每个芯片的片选信号均由该芯片字选后剩下的片选：每个芯片的片选信号均由该芯片字选后剩下的全全部系统地址总线部系统地址总线经地址译码电路经地址译码电路译码而产生译码而产生例例3、某存储器由两个存储器芯片组成，其中一片为、某存储器由两个存储器芯片组成，其中一片为RAM容量容量2K8，另一片为，另一片为EPROM容量为容量为2K8，请全译码编址，要求，请全译码编址，要求RAM的起始地址为的起始地址为0000H，且两芯片地址连续。，且两芯片地址连续。分析：分析：RAM容量为容量为2K8，地址线为，地址线为11根根，与系统总线的，与系统总线的A0A10相连，相连，要求起始地址为要求起始地址为0000H，则末地址为，则末地址为07FFH；片选信号由；片选信号由A11A15译码后产生，因在他们全为译码后产生，因在他们全为0时选中该片，即逻辑表达时选中该片，即逻辑表达式为式为 CE=A11+A12+A13+A14+A15EPROM容量为容量为2K8，地址线为，地址线为11根根，与系统总线的，与系统总线的A0A10相相连，要求地址与连，要求地址与RAM相连，则起始地址为相连，则起始地址为0800H，则末地址，则末地址为为0FFFH；片选信号由；片选信号由A11A15译码后产生当译码后产生当A15A14A13A12A11=00001时选中该片，即逻辑表达式为时选中该片，即逻辑表达式为 CE=+A12+A13+A14+A15例例4、一单片机系统有一容量为、一单片机系统有一容量为8K8的的EPROM，其起始地址为，其起始地址为2000H，以外设端口的地址为，以外设端口的地址为4F08H，请编址。，请编址。分析：分析：RAM容量为容量为8K8，地址线为，地址线为13根根，与系统总线的，与系统总线的A0A12相连，相连，寻址范围：寻址范围：2000H3FFFH；片选信号由；片选信号由A13A15译码后产生，译码后产生，且且 A15A14A13=001时选中，即逻辑表达式为时选中，即逻辑表达式为 外设端口有外设端口有A0A15 译码产生，地址号为译码产生，地址号为4F08H，所以，所以A15A0=0100 1111 0000 1000时选中，即逻辑表达式为时选中，即逻辑表达式为 全译码的特点：全译码的特点：地址不重复，避免了地址空间浪费地址不重复，避免了地址空间浪费 电路复杂电路复杂三、部分译码法三、部分译码法字选：将存储器芯片的全部地址线与系统地址总线的低字选：将存储器芯片的全部地址线与系统地址总线的低位线一一对应相连，（位线一一对应相连，（同前同前）片选：每个芯片的片选信号均由该芯片字选后剩下的片选：每个芯片的片选信号均由该芯片字选后剩下的部部分系统地址总线分系统地址总线经地址译码电路经地址译码电路译码而产生译码而产生克服了前面两种片选方法的缺点克服了前面两种片选方法的缺点例例5、某系统有三个容量为、某系统有三个容量为2K8的的EPROM芯片和两个外设端芯片和两个外设端口，请编址，其起始地址为口，请编址，其起始地址为0000H，地址号连续。，地址号连续。分析：分析：EPROM容量为容量为2K8，地址线为，地址线为11根根，与系统总线的，与系统总线的A0A10相相连，片选信号由连，片选信号由A11A13三根线译码后产生：三根线译码后产生：EPROM1：地址：地址0000H0FFFH，A13A12A11=000EPROM2：地址：地址1000H1FFFH，A13A12A11=001EPROM3：地址：地址2000H2FFFH，A13A12A11=010 外设端口外设端口1：地址号为：地址号为1800H，A13A12A11=011外设端口外设端口2：地址号为：地址号为2000H，A13A12A11=100 说明：说明：在实际应用中，在实际应用中，一般利用译码器（如三一般利用译码器（如三-八译码器八译码器74LS138）对）对存储器编址存储器编址。第四节第四节 存储器与系统的连接存储器与系统的连接上一节介绍的是原理与概念。上一节介绍的是原理与概念。在实际应用中，存储器与系统连接时，用在实际应用中，存储器与系统连接时，用译码器译码器和和锁存器锁存器及及驱动器驱动器等集成电路芯等集成电路芯片辅助完成片辅助完成一、一、74LS138译码器译码器3-8译码器有译码器有8个输出，它可以完成个输出，它可以完成8片存储器芯片的统一译码，片存储器芯片的统一译码，效率很高效率很高3-8译码器的输出端为低电平有效；使能端有译码器的输出端为低电平有效；使能端有G1、G2A和和G2B组成，组成，仅当仅当G1G2AG2B=100时使能时使能在使能情况下，在使能情况下，CBA=000时时Y0=0（有效），（有效），其他都为高电平其他都为高电平CBA=001时时Y1=0（有效），（有效），其他都为高电平其他都为高电平二、二、74LS139译码器译码器又称为又称为双双2-4线译码器线译码器，它包括两个独立的译码器。，它包括两个独立的译码器。每个译码器有一个使能端每个译码器有一个使能端G和两个输入端和两个输入端A、B和四个输出端，和四个输出端，当使能端当使能端G=0低电平时使能低电平时使能。在使能情况下，在使能情况下，BA=00时时Y0=0（有效）（有效）BA=01时时Y1=0（有效）（有效）三、三、74LS373锁存器锁存器具有具有8个锁存器的芯片。有个锁存器的芯片。有1个个使能端使能端G、1个个输出控制端输出控制端(E)、8个个输入输入D，8个个输出输出Q。有称透明的。有称透明的D型锁存器。型锁存器。G=1时，输出端时，输出端Q随输入随输入D的变化而变化，锁存功能体现在的变化而变化，锁存功能体现在G=0时，时，Q短的输出将所存在已建立的电平状态。短的输出将所存在已建立的电平状态。(E)(G)(D)(Q)说明说明LHHHQ=DLHLLLLQ0保持状态保持状态H高阻态高阻态五、常用的驱动器五、常用的驱动器74LS240/244 74LS240 为为8线线反码驱动器反码驱动器，三态输出，三态输出 74LS244 为为8线线原码驱动器原码驱动器，三态输出，三态输出这两种这两种8线驱动器芯片可线驱动器芯片可用作总线驱动器及时钟驱用作总线驱动器及时钟驱动器，具有扇出高，扇入动器，具有扇出高，扇入好的他点好的他点四、最简单的存储器与单片机的连接四、最简单的存储器与单片机的连接下图为下图为8098单片机与一块存储器的连接图。单片机与一块存储器的连接图。P3口用作地址口用作地址/数据数据复用总线，用一片复用总线，用一片74LS373分立数据和地址。分立数据和地址。地址锁存允许信号地址锁存允许信号ALE=1 时，地址代码进入锁存器，而后时，地址代码进入锁存器，而后ALE=0，地址便被锁存在输出端，与，地址便被锁存在输出端，与P4口送出的高口送出的高8位地址位地址组成组成16位地址代码，之后位地址代码，之后P3口传送数据。口传送数据。说明：说明：(1)地址总线：地址总线：P4口接存储器高口接存储器高8位，位，P3口经锁存器后接低口经锁存器后接低8位位(2)数数据总线：据总线：P3口与存储器的数据线对应相连口与存储器的数据线对应相连(3)控制线：控制线：(EA)：对于：对于8098，必须接地，访问外存储器，必须接地，访问外存储器 ALE：地址锁存允许信号：地址锁存允许信号(高电平高电平)，接锁存器的使能端，接锁存器的使能端G (RD)：读信号，对：读信号，对RAM和和EPROM都可用，与存储器芯片都可用，与存储器芯片的输出允许端的输出允许端(OE)相连相连 (WR)：谢信号，只与：谢信号，只与RAM有操作，与有操作，与RAM的的(WE)相连相连例例6、设、设8098单片机与一片单片机与一片2764EPROM芯片相连，试连图芯片相连，试连图2764 是容量为是容量为8K8 的的EPROM，13根地址线，连接如下根地址线，连接如下 说明：说明：(1)由于是由于是EPROM，只有读操作，没有写，只有读操作，没有写，(RD)与与(OE)相连相连；不必用不必用(WR)信号信号(2)只由一个芯片，只由一个芯片，无需片选无需片选，因而使，因而使EPROM的的片选信号接地片选信号接地，则芯片一直处于选中状态则芯片一直处于选中状态(3)无需片选，所以系统总线的无需片选，所以系统总线的P4.5P4.7无需连接无需连接(4)锁存器的输出锁存器的输出Q0Q7及单片机及单片机P4口的口的P4.0P4.4与与2764的地址的地址线线A0A12相连，则相连，则EPROM的的地址范围为地址范围为 0000H1FFFH四、多个存储器的单片机系统四、多个存储器的单片机系统例例7、8098单片机需外接单片机需外接8K的的RAM和和16K的的EPROM，RAM用用6264芯片芯片（8K8），），EPROM用用2764芯片（芯片（8K8），要求），要求RAM芯片的起始地址为芯片的起始地址为0000H，且三块芯片的地址空间连续，另外系统中还有两个外设端口，试，且三块芯片的地址空间连续，另外系统中还有两个外设端口，试设计这一系统。设计这一系统。解：解：为使存储器空间连续，且未进一步扩展留有余地，使用为使存储器空间连续，且未进一步扩展留有余地，使用74LS138来产生片选信来产生片选信号，地址范围为：号，地址范围为：6264芯片：芯片：0000H1FFFH，片选信号由，片选信号由A15A13产生，产生，A15A14A13=000 2764芯片芯片1：2000H3FFFH，片选信号由，片选信号由A15A13产生，产生，A15A14A13=001 2764芯片芯片1：4000H5FFFH，片选信号由，片选信号由A15A13产生，产生，A15A14A13=010当当A15A14A13（即（即P4.7 P4.6P4.5）分别连于）分别连于74LS138 的输入端的输入端CBA时，则译码器时，则译码器的的(Y0)选择选择6264，(Y1)选择选择2764芯片芯片1，(Y2)选择选择2764芯片芯片2将将(Y6)连接连接I/O端口端口1，地址范围为，地址范围为C000HDFFFH；(Y7)选择选择I/O端口端口2，地址范围为地址范围为E000HFFFFH；每个端口占用每个端口占用8K空间。空间。作业：作业：习题，习题，