第五章 半导体存储器接口技术
存储器地位
主存(内存)
1)当前计算机正执行的程序和数据均存放在存储器中。 CPU直接从存储器取指令或存取数据。
2)计算机系统与外设数据传送速度加快,引入了直接存储器存取和 I/O通道技术,在外设与存储器间直接传送。
3)共享存储器多处理机的出现,利用存储器共享数据,并实现处理机间的通信。
辅存(外存)
存放主存的副本和当前不在运行的程序和数据。
第五章 半导体存储器接口技术
1、半导体存储器分类半导体存储器只读
ROM
随机读取
RAM
掩膜 ROM
可编程 PROM
电擦除 EPROM
光擦除 EPROM
双极性 RAM
MOS型 RAM
非易失性静态动态组合组合 ROM
第五章 半导体存储器接口技术
1、半导体存储器分类
– 1) 只读存储器 ROM------read only memory
– 存储器中的信息只能读出,不能用普通方法随时将信息写入。
– 存储器为非易失的。
– 用于存储操作系统,解释程序,汇编语言。
– 分类第五章 半导体存储器接口技术
1、半导体存储器分类
– 2) 随机读写存储器 RAM
– random access memory
– CPU可随时对其进行信息读写。
– 分成
– 双极型:存取速度快,常用于 Cache,高速微机。
– 金属氧化物:集成度低,功耗低,价格便宜。
第五章 半导体存储器接口技术
2、存储器主要性能指标
– 1)存储容量
– 2)存取时间
– 3)可靠性
– 4)功耗
– 5)价格第五章 半导体存储器接口技术
3、存储系统
1)主 -辅存存储层次
CPU 主存 辅存辅助软硬设备第五章 半导体存储器接口技术
3、存储系统
2) Cache-主存存储层次
CPU Cache 主存辅助硬件高速缓冲存储器第五章 半导体存储器接口技术
3、存储系统
主 -辅存层次解决了存储器的大容量和低成本间的矛盾。
Cache-主存层次解决了速度与成本间的矛盾。
现代计算机同时采用这两种存储层次,
构成 Cache-主存 -辅存三级存储层次。
第五章 半导体存储器接口技术
4、只读存储器
1)掩膜存储器:
电路由二极管,三极管或 MOS管构成。
译码电路采用双译码。
行列
16*64=1024
第五章 半导体存储器接口技术
4、只读存储器
2)可重复擦写的只读存储器 INTEL27128:
基本特点
存储容量为 128K,
最大访问时间为 250ns,
片选信号 CE
输出允许信号 OE
编程信号 PGM
第五章 半导体存储器接口技术
4、只读存储器
2)可重复擦写的只读存储器 INTEL27128:
工作方式
读方式:信号和时序输出禁止:
备用:降低功耗。
编程:信号和时序校验:检查编程写入数据的正确性。
编程禁止第五章 半导体存储器接口技术
4、只读存储器
3)电擦除编程只读存储器 INTEL2816:
基本特点
存储容量为 2K*8bit,
最大访问时间为 250ns,
片选信号 CE
输出允许信号 OE
以字节为单位第五章 半导体存储器接口技术
4、只读存储器
3) INTEL2816:
工作方式
读方式:信号和时序备用:降低功耗。
字节擦除字节写片擦除
E/W禁止第五章 半导体存储器接口技术
4、只读存储器
4) 串行电擦除可编程只读存储器 E PROM:
AT24C02—— 引脚图
2
A0
A1
A2
GND SDA
SCL
WP
VCC
第五章 半导体存储器接口技术
4) 串行电擦除可编程只读存储器 E PROM:
AT24C02—— 内部结构
存储体
启动停止控制逻辑
数据字地址计数器
X/Y译码器
串行控制逻辑
设备地址比较器
数据输出 /确认逻辑
定时单元
2
第五章 半导体存储器接口技术
4) 串行电擦除可编程只读存储器 E PROM:
AT24C02—— 工作原理
2
SDA
SCL
启动 停止启停时序第五章 半导体存储器接口技术
4) 串行电擦除可编程只读存储器 E PROM:
AT24C02—— 工作原理
输出确认:每当收到 8位数据字,在第九个
时钟周期发回一个确认信号。
复位步骤,时钟为第九个周期
当 SCL为高电平,查看 SDA
SDA为高时,生成一个启动条件
2
第五章 半导体存储器接口技术
4) 串行电擦除可编程只读存储器 E PROM:
AT24C02—— 工作原理
设备地址,1010 A2A1A0
写操作:字节写
页写
读操作:当前地址读
随机读
顺序读
2
第五章 半导体存储器接口技术
5、静态随机存储器 SRAM
常做高速缓冲器
代表,62256——
特点
含 32K字节存储单元
15根地址线,可访问 32K存储单元
8根数据线
3个控制引脚第五章 半导体存储器接口技术
5、静态随机存储器 SRAM
1) 静态存储器定时图
描述存储器读 /写周期的各 控制信号
产生的时间。
CS:片选
R/W:读写
OE:输出使能第五章 半导体存储器接口技术
5、静态随机存储器 SRAM
1) 静态存储器定时图
A B
C
E F D
CPU地址
CS
存储器数据读周期时间 80ns
地址有效总线浮动数据保持读访问时间 80ns
数据有效第五章 半导体存储器接口技术
5、静态随机存储器 SRAM
2) 地址译码
存储空间常常由多片存储器组成。
为访问其中的一片,就要知道它的
片选地址 。片选地址由高位地址译
码产生。
部分地址译码,全地址译码,快地址译码第五章 半导体存储器接口技术
5、静态随机存储器 SRAM
2) 地址译码
无论 ROM,RAM,芯片引出端都包含
地址线:选择出芯片中某一存储单元
数据线:数据输入 /输出
读写线:控制命令
片选线:选择出某一芯片第五章 半导体存储器接口技术
5、静态随机存储器 SRAM
2) 地址译码 —— 线性译码
设 8位机系统中,16根 AB中的 ROM,RAM各有 256
个字节,选用 256*8位的存储芯片,则:
256*8位
RAM
256*8位
R0M
A0-A7
A15
A14
CS
CS
8000H
80FFH
4000H
40FFH
A15=1,
A14=0,
选 RAM片
A15=0,
A14=1,
选 ROM片第五章 半导体存储器接口技术
6、动态随机存储器 DRAM
特点
集成度高,需要刷新,刷新是分组进行。
读写周期
行选通信号 RAS,列选通信号 CAS
刷新周期
行刷新周期,列刷新周期第五章 半导体存储器接口技术
6、动态随机存储器 DRAM
接口实例 —— PC机图形卡
1)组成,3块 DRAM
2)容量,64K*8/每块
3)内容:分别存储三原色 R,G,B点阵值
4) 2个独立控制器,CRT控制器
CPU
第五章 半导体存储器接口技术
6、动态随机存储器 DRAM
模块的应用
内存条 MC-41256A8
小 结
1、存储器分类
2、主要性能指标
3、静态存储器定时图
4、动态存储器刷新
5、存储系统第六章 微型计算机系统总线
概述
系统总线是微机系统的组成成 分,用于扩展除系统核心部分以外的功能部件。
PC 总线
ISA总线
EISA总线
MCA总线
VL-BUS总线
PCI总线第六章 微型计算机系统总线
概述
总线分类
片内总线在板局部总线系统总线通信总线第六章 微型计算机系统总线
概述
采用标准总线的优点
1)简化系统设计
2)简化系统结构,
提高系统可靠性
3)便于系统扩充和更新第六章 微型计算机系统总线
概述
总线数据传输
经历
4
个阶段
1)申请占用总线阶段:需要使用总线的主控模块,如 CPU或 DMAC。由总线仲裁机构判别。
2)寻址阶段:通过地址总线发出访问地址
3)传送阶段:主从模块间进行数据交换。
4)结束阶段:有关信息撤除,让出总线。
第六章 微型计算机系统总线
1,PC XT总线
为 8088CPU采用
8位扩展总线,62线插槽。
4类信号线:电源线
地址总线
数据总线
控制总线第六章 微型计算机系统总线
1,PC XT总线
A0---------A19
D0---------D7
CLK
OSC
RESET DRY
I/O CHRDY
# I/OCH CK
ALE
IRQ2------IRQ7
#IRO
#IOW
#MEMR
#MEMW
AEN
T/C
DRQ1-------DRQ3
#DACK0---DACK3
第六章 微型计算机系统总线
2,ISA总线( PC/AT)
16位总线结构,在原 PC/XT基础上,增加 36线插槽。
增加了缓冲器。
总线时钟为 8MHz,最大传输率 20MB/s
工业标准体系结构 ISA
第六章 微型计算机系统总线
2,ISA总线( PC/AT)
新增引脚功能
SBHE
#MEM CS16
#I/O CS16
#MASTER
OWS
#MEMW
#SMEMW
IRQ3---IRQ7
DRQ0---DRQ3
#DACK0--#DACK3
SA0---SA19
LA17---LA23
SD0-----SD15
第六章 微型计算机系统总线
2’,MCA总线
微通道结构总线,也叫 PS/2总线。
分为 16位和 32位两种。
16位处理能力与 ISA总线相同
32位是全新模式。与 ISA不兼容。
具有 MCA功能,又与 ISA兼容 EISA
第六章 微型计算机系统总线
3,EISA总线
1)特点
32位总线,包含 16位的 ISA总线
16位的 ISA总线又包含了 8位的 ISA总线
开放式体系结构
其扩展板可安装 LAN/SCSI/图形控制器
33MB/s
可做网络服务器第六章 微型计算机系统总线
3,EISA总线
2)芯片系列
82357 ISP------集成系统外围芯片
82358 EBC------EISA总线控制器
82352 EBB------EISA总线缓冲器第六章 微型计算机系统总线
3,EISA总线
3) I/O外围电路
DMA控制器
中断控制器
NMI产生电路
定时器电路第六章 微型计算机系统总线
3,EISA总线
4) DMA数据传送宽度
8位的 I/O
16位的 I/O
32位的 I/O
第六章 微型计算机系统总线
3,EISA总线
5)中断源
系统板上存储器奇偶错产生 NMI
来自扩展板的 IOCHK*产生的 NMI
故障保险定时器输出 NMI
总线定时输出 NMI
由软件产生的 NMI向特定的口地址写任意数据时产生的 NMI
第六章 微型计算机系统总线
3,EISA总线
6)仲裁控制单元 CAC
7) ID寄存器
8)主板上有主 CPU,主存,系统板 I/O外围
电路等。
9)扩展板上有 ISA,EISA总线主控器。
第六章 微型计算机系统总线
3,EISA总线
10)信号类型
地址 /数据总线信号
数据传送控制信号
总线仲裁信号第六章 微型计算机系统总线
4、局部总线
CPU 存储器局部总线控制器局部总线 VL或 PCI
高速外设 n 网络卡
ISA或 EISA总线打印机 低速外设 1 低速外设 n
图形卡 磁盘控制卡 标准总线桥路第六章 微型计算机系统总线
4、局部总线 -----VESA( VL---Bus)
32位扩展总线结构
可达 33MHz
与 80486同步执行
开放性差
设计特点:接口卡的兼容性
局部总线与 CPU相连第六章 微型计算机系统总线
4、局部总线 -----PCI
外设互连总线数据宽度 16位 -----64位与 CPU时钟频率无关支持多处理器和并发工作支持即插即用第六章 微型计算机系统总线
4、局部总线 -----PCI
1) PCI总线信号定义系统信号
CLK:总线时钟输入信号
RST#:复位输入信号第六章 微型计算机系统总线
4、局部总线 -----PCI
1) PCI总线信号定义地址和数据信号
AD[31,00],32位地址 /数据复用双向信号
C/BE[3,0]#:总线命令 /字节使能复用信号
PAR:奇偶校验信号第六章 微型计算机系统总线
4、局部总线 -----PCI
1) PCI总线信号定义接口控制信号
FRAME#:帧同步信号
IRDY#:启动方准备好信号
TRDY#:目标方准备好信号
STOP#:停止数据传送信号
LOCK#:总线锁定信号
IDSEL:初始化设备选择信号
DEVSEL#:设备选择信号第六章 微型计算机系统总线
4、局部总线 -----PCI
1) PCI总线信号定义总线仲裁信号
REQ#:总线请求信号
GNT:总线允许信号第六章 微型计算机系统总线
4、局部总线 -----PCI
1) PCI总线信号定义错误报告信号
PERR#:数据奇偶校验错误报告信号
SERR#:系统错误报告信号第六章 微型计算机系统总线
4、局部总线 -----PCI
1) PCI总线信号定义中断信号
INTA#
INTB#
INTC#
INTD#
第六章 微型计算机系统总线
4、局部总线 -----PCI
1) PCI总线信号定义
Cache支持 信号
SBO#:输入输出信号
SDONE,I/O侦听完成信号第六章 微型计算机系统总线
4、局部总线 -----PCI
1) PCI总线信号定义
64位总线扩展信号
AD[63,32]:扩展的 32位地址和数据多路复用线
C/BE[7,4]:总线命令和字节使能多路复用信号线
REQ64#,64位传输请求
ACK64,64位传输确认信号
PAR64:奇偶校验信号第六章 微型计算机系统总线
4、局部总线 -----PCI
1) PCI总线信号定义边界扫描信号
TCK:边界扫描的测试时钟
TDI:测试输入信号
TDO:测试输出信号
TMS:测试模式选择
TRST#:测试复位第六章 微型计算机系统总线
4、局部总线 -----PCI
2) PCI总线命令总线命令编码中断响应
I/O读,写存储器读,写配置寄存器读,写等第六章 微型计算机系统总线
4、局部总线 -----PCI
2) PCI总线命令总线命令编码中断响应
I/O读,写存储器读,写配置寄存器读,写等