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存储器的构成原理是什么

5.4.1 存储器的构成原理

存储器的基本构成原理,它由存储体、地址寄存器、数据寄存器、地址译码驱动电路和读写驱动电路组成,通过系统数据总线、地址总线和控制总线与CPU连接。

存储体是存储器的核心,划分为若干个存储单元。每个存储单元通常由8位二进制数组成,是CPU访问存储器的基本单元,即一个字节分配一个地址,以适应对字符信息的处理。

存储器的最大存储容量取决于CPU本身提供的地址线的条数,这些地址线的每一种编码对应一个存储单元的地址。因此,当CPU的地址线为n条时,可生成的 编码状态有2n个。也就是说CPU可寻址的存储单元的个数为2n。若采用字节编址,那么存储器的最大容量为:2n×8b。例如,80486 CPU的地址 线为32条,可寻址的最大存储空间为232B4GB。

地址寄存器与系统地址总线连接,用来存放CPU访问存储单元的地址码;经地址译码驱动电路,选中存储体中某个被访问的存储单元。

数据寄存器与系统数据总线连接,用来存放CPU读/写存储单元的数据,经读/写驱动电路与存储体连接。

读/写控制逻辑接受CPU发送给存储器的读/写控制信号,以及芯片选择信号。CPU对存储器完成一次读/写操作所需要的时间称为一个总线周期(或称机器 周期)。一个总线周期的长短决定了CPU访问存储器的速度,如早期的16位8086 CPU的一个基本总线周期由4个时钟周期构成(即T1~T4),而 32位80486 CPU和Pentium微处理器的一个基本总线周期由2个时钟周期构成(即T1~T2)。

5.4.2 存储器的扩展设计

在实际应用中,由于单片存储芯片的容量总是有限的,很难满足实际存储容量的要求,因此需要将若干存储芯片连在一起进行扩展,通常有位扩展、字扩展及字和位扩展3种方式。

1.位扩展

2.字扩展

字扩展是指增加存储器字的数量。例如,用2片2K×8b的RAM芯片6116,组成4K×8b的存储器,字扩展设计。两片芯片的片内信号线 A0~A10、D0~D7、OE、WE都分别与系统的地址线A0~A10、数据线D0~D7和读写控制线RD、WR连接。其中,1#芯片的片选CE与 A11连接,2#芯片的片选CE与A11反相之后连接。当A11为低电平时,选择1#芯片读写;当A11为高电平时,选择2#芯片读写。由图可见,1#芯 片的地址范围是000H~7FFH,2#芯片的地址范围是800H~FFFH。

3.字和位扩展

字和位扩展是字扩展和位扩展的组合。如用4片1K×4b的RAM芯片2114,组成2K×8b的存储器,字和位扩展设计。

图中1#和2#芯片为一组,3#和4#芯片为一组,片内A0~A9、OE和WE与系统地址线A0~A9和读写控制线RD和WR对应连接。1#和3#芯片 内数据线D0~D3作为低4位,与系统数据线D0~D3连接;2#和4#芯片内数据线D0~D3作为高4位,与系统数据线D4~D7连接;1#和2#芯片 的CE连在一起,与2-4线译码器输出端Y0连接;3#和4#芯片的CE连在一起,与2-4线译码器输出端Y1连接;系统的高位地址线A10和A11作为 2-4线译码器的输入。当A11 A1000时,选择1#和2#芯片读写;当A11 A1001时,选择3#和4#芯片读写。

5.4.3 存储器片选信号的产生方法

一个存储体通常由多个存储器芯片组成,CPU要实现对存储单元的访问,首先要选择存储器芯片,然后再从选中的芯片中依照地址码选择相应的存储单元读写数 据。通常,芯片内部存储单元的地址由CPU输出的n(n由片内存储容量2n决定)条低位地址线完成选择,而芯片选择信号则是通过CPU的高位地址线得到。 由此可见,存储单元的地址由片内地址信号线和片选信号线的状态共同决定。下面介绍三种片选信号的产生方法。

1.线选法

线选法是指用存储器芯片内寻址以外的系统的高位地址线,作为存储器芯片的片选控制信号。采用线选法时,把作为片选信号的地址线分别连至各芯片(或芯片 组)的片选端CE,当某个芯片的CE为低电平时,则该芯片被选中。如上一节中的和扩展设计,就是采用了线选法。需要注意的是,用于片选的地址线每次寻址时 只能有一位有效,不允许同时有多位有效,这样才能保证每次只选中一个芯片或一个芯片组。

线选法的优点是选择芯片不需要外加逻辑电路,线路简单;缺点是把地址空间分成了相互隔离的区域,不能充分利用系统的存储器空间。因此,这种方法适用于扩展容量较小的系统。

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