计算机组成原理
——第4章 主存储器逻辑设计
半导体存储器的组成与控制
1. 存储器容量扩展
位扩展 字扩展 字位扩展
2. 存储控制
集中刷新 分散刷新 异步刷新
3. 存储校验线路
复习（一） RAM存储器芯片总结
RAM存储器芯片有多种型号，每一RAM存储器芯 片具有： 地址线Ai：引脚数与存储芯片的单元数有关； 数据线Di：引脚数与存储芯片的字长有关；
当CPU访问该存储器时，其发出的16位地址同时传给8个芯片，选 中每个芯片的同一单元；CPU发出的 读/写控制信号同时传给8个芯片。
该存储器连接如图所示。
位扩展总结： 当构成内存的存储芯片的字长 < 内存单元的字长时， 就要进行位扩展，使每个单元的字长满足要求。 位扩展方法： 将每片的地址线、片选CS、读写控制线并联，数据 线分别引出。 位扩展特点：
解： （1）16K=214，所以地址线14根；字长8位，所以数据线8根。 14 + 8 + 1 + 1 + 1 + 1 = 26
地址线 数据线 片选 读/写 电源线 地线
（2）存储器芯片的地址范围为0000H~3FFFH
存储器芯片的地址范围： 地址线从全“0”到全“1”的所有编码
复习（三） SRAM芯片2114（1K×4位）
…
存储器容量扩展——字位扩展
实际存储器往往需要在字向、位向两个方向同时 扩展。 一个存储器的容量为M×N位，若使用L×K位的存 储芯片，则该存储器共需的芯片个数为：
M N × L K
芯片的选用、 需解决：
地址分配与片选逻辑、 信号线的连接。
…
… …
…
2114（1K×4）SRAM芯片组成容量为4K×8的存储器
存储器的单元数不变，位数增加。
…
存储器容量扩展——字扩展 例 使用16K×8位的RAM芯片组成一个64K×8 位的存储器。
分析：
①芯片的字数不够，需进行字扩展。
②共需芯片数目是64K÷16K＝4。将4片RAM的地 址线、数据线、读写线一一对应并联。
③出现地址线不够问题，如何解决？ 可以用高2位 地址作为选片端。 ④详细的连接见下图：
为芯片分配哪几位地址， 以便寻找片内的存储单元
例：用64K×1b的存储器芯片组成64K×8b（64KB）的存储器。
采用位扩展方式，需要芯片数为：
= 8片
每片芯片应有16根地址线：A0 – A15， 8片芯片的地址线A15～A0分别连在一起同CPU的地址线A15～
A0相连；每片只有一位数据线，8片芯片的8位数据线分别和CPU的
数据线D7～D0相连。
分，需进行位扩 展。
②8个芯片的关系是平等的，同时工作，并联的，对 应的地址一一相连。 ③详细的连接见下图：
8K×1位RAM芯片组成8K×8位的存储器
CS WE
I/O I/O I/O
I/O
地 址 线
A0 A12 D0
8K×1 I/O
I/O
I/O
I/O
数 据 线 D7
片选信号CS：只有CS有效时，芯片才被选中， 所连地址线才有效，才能进行读/写操作。 读/写信号WE：为0，控制写入电路进行写入； 为1，控制读出电路进行读出。 电源线、地线
复习（二）
例1：某RAM芯片，其存储容量为16K×8位，问： （1）该芯片引出线的最小数目应为多少？ （2）存储器芯片的地址范围是什么？
先扩展位数，再扩展单元数。
2片1K×4 4组1K×8 1K×8 4K×8 8片
每组需2114（1K×4）SRAM 芯片2片，共4组。 位扩展2片芯片CS连在一起，4组字扩展CS要分开。
2114（1K×4）SRAM芯片组成容量为4K×8的存储器
2.地址分配与片选逻辑 存储器寻址逻辑 芯片内的寻址系统(二级译码) 芯片外的地址分配与片选逻辑 由哪几位地址形成芯 片选择逻辑，以便寻 找芯片
外特性：
地址端： A9～A0（入）
Vcc A7 A8 A9 D0 D1 D2 D3 WE 18 1
2114（1K×4）
10 9
数据端： D3～D0（入/出）
A6 A5 A4 A3 A0 A1 A2 CS GND
控制端：
片选CS 写使能WE
= 0 选中芯片 = 1 未选中芯片 = 0 写 = 1 读
电源、地
1、存储器容量扩展
位扩展 —— 扩展每个存储单元的位数 (扩展宽度) 字扩展 —— 扩展存储单元的个数 (扩展长度) 字位扩展—— 两者的综合 (扩展宽度和长度)
假设扩展同种芯片，则需要的芯片 ： 总片数＝总容量/（容量/片）
… … …
…
…
…
位扩展
字扩展
字位扩展
1、存储器容量扩展——位扩展 例2 使用8K×1位RAM芯片组成8K×8位的存 储器，画出逻辑框图。
16K×8位的RAM芯片组成一个64K×8位的存储器
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地 址 端
CS
地 址 端
CS
地 址 端
CS
地 址 端
CS
WE
WE
WE
WE
例： 用64K×8b的存储器芯片组成512K×8b（512KB）的存储器。 采用字扩展方式，所需芯片数为：
=8片
每片芯片应有16根地址线：A0 - A15 ；计算机系统有20根地址线： A0-A19 ， 8片芯片的地址线A15～A0分别连在一起同CPU的20位地址线中 A15～ A0相连； 采用全译码方式时，高4位地址线 A16 ～ A19通过译码器译码产生 数据线，8片芯片的8位数据线并联分别和CPU的数据线D7～D0相连。
16个片选信号，其中8个分别同8片芯片的片选信号连接；每片只有8位
采用字扩展法的存储器连接如图所示。
字扩展总结： 特点:
地址空间的扩展。芯片每个单元中的字长满足， 但单元数不满足。
扩展原则： 每个芯片的地址线、数据线、读写控制线并 联，仅片选端分别引出，以实现每个芯片占据不 同的地址范围。
例4 用2114（1K×4）SRAM芯片组成容量为 4K×8的存储器。 要求： 1、确定整个存储器所需的芯片数及芯片的分 组情况 ； 2、确定存储器及每组芯片的地址范围； 3、说明地址线的分配方法，并画出存储器的 结构图。
2114（1K×4）SRAM芯片组成容量为4K×8的存储器
分析： 1.计算芯片数 整个存储器所需要芯片数=（4×8）/ （1×4）=8片