存储器及其与系统的连接
存储器测试方法、设备及系统与流程
存储器测试方法、设备及系统与流程随着计算机技术的不断发展，计算机存储器的容量和性能越来越高，但存储器出现故障的概率并不会因此降低。
因此，为了保障计算机的正常运行，存储器的测试工作显得尤为重要。
本篇文章将详细介绍存储器测试方法、设备及系统与流程。
一、存储器测试方法：1、慢速测试法慢速测试是通过使用单元测试的方法来测试存储器中的每一个单元。
测试程序可以在存储器中对每个字节进行写入和读取，然后比较已读取的值与已写入的值是否相同，从而检测出存储器中是否存在故障。
2、快速测试法快速测试是在较短时间内对整个存储器进行测试。
测试程序将一组随机数据写入存储器，接着读取这些数据，然后再重新写入存储器。
最后再次读取存储器中数据，如果已读取的数据能够与写入的数据相匹配，就表明存储器无故障。
3、缺陷测试法缺陷测试是通过创建一些未写入正确值的未用存储器单元，从而测试出存储器中的故障。
测试程序将对存储器进行写入和读取操作，如果读取的数据与待读取的数据不同，就可以推断出存储器存在故障。
此方法需要测试时事先创建有缺陷的存储器单元。
二、存储器测试设备：1、存储器测试仪器存储器测试仪器主要用于检测存储器中是否存在故障，改善存储器的质量。
它主要由存储器测试板卡、测试软件、测试控制卡和测试工作站组成。
2、存储器测试芯片存储器测试芯片是一种专用的集成电路，用于测试 DRAM 和SRAM 存储器中的故障。
它可以与存储器芯片直接连接，进行数据交换，并根据测试程序对存储器单元进行写入和读取操作。
三、存储器测试系统与流程：1、存储器测试系统存储器测试系统主要由测试板卡、测试软件、测试控制卡和测试工作站组成。
测试软件由存储器测试程序和控制程序两部分组成，存储器测试程序用于测试存储器芯片，控制程序用于控制测试过程。
测试控制卡作为中间连接，负责存储器测试程序和工作站、测试板卡之间的数据传输。
2、存储器测试流程存储器测试流程包括以下几个步骤：（1）准备测试：将需要测试的存储器芯片连接至测试平台上，根据程序要求设置测试参数。
第三章 微机存储器
联机外存储器 脱机外存储器
两大类——内存、外存
• 内存——存放当前运行的程序和数据。
– 特点：快，容量小，随机存取，CPU可直接访问。 – 通常由半导体存储器构成 – RAM、ROM
• 外存——存放非当前使用的程序和数据。
– 特点：慢，容量大，顺序存取/块存取。需调入内存后 CPU才能访问。 – 通常由磁、光存储器构成，也可以由半导体存储器构成 – 磁盘、磁带、CD-ROM、DVD-ROM、固态盘
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读0过程
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写入数据1的过程
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写0过程
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2、存储器芯片的基本组成
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三、存储器与系统的连接
1、数据线、地址线和控制线的连接
存储芯片通过地址线、数据线和控制线与外部连接。 地址线是单向输入的，其数目与芯片容量有关。CPU发 出的地址信号，部分使芯片的片选端有效，称为“片 选”，部分再选中芯片内部的存储单元实现“字选”。 如容量为1024×4时，地址线有10根。
8
2.常用半导体存储器的特点
（1）静态存储器SRAM
用双稳态触发器存储信息。 速度快（<5ns），不需刷新，外围电路比较简单， 但集成度低（存储容量小，约1Mbit/片），功耗 大。 在PC机中，SRAM被广泛地用作高速缓冲存储Cache。 典型SRAM芯片:CMOS RAM芯片6264(8K*8)
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二、存储器芯片的基本组成
1、基本存储电路 静态存储器SRAM存储原理：双稳态触发器保存信 息。 T1 通，T2 止存0 ；T1 止，T2 通存1 ； 保持信息时，不送地址信号； 读出：送地址，发读命令； 写入：送地址，送数据发写命令。
内存及其与CPU的连接资料
D7
… D1D0
6116的基本地址：000H~7FFH
D7
… D1D0
6264的基本地址:0000H~1FFFH
D3 D2 D1D0
2114的基本地址是000H~3FFH
D7
… D1D0
EPROM 27128基本地址是0000H~3FFFH
3、存储器芯片的容量扩充
用两片6116芯片（ 2K ×8）即可扩 展成4K ×8位，这种扩展方式就称为字扩 展。
①6116(2K×8)
②4416(16K×4)
解:
① (64K×8) ÷( 2K×8)=32(片)
② (64K×8) ÷( 16K×4)= 8 (片)
区别：芯片的存储容量和微机的存储容量
微机的存储容量 —— 由多片存储芯片 成的组总存储容量。
①微机的最大内存容量 —— 由CPU的地 总线址决定。
如：PC486，地址总线是32位， 则，内存容许最大容量是232=4G；
分为两类：
①SRAM (Static RAM — 静态RAM) — SRA—M是利用半导体触发器的两个稳定状态表 示“1”和“0”。只要电源不撤除，信息不会 消失，不需要AM — 动态 —DRRAAMM)是—利用电容端电压的高低来表示“1”
和“0”，为了弥补漏电需要定时刷新。一般
第4章 内存及其与CPU的连接
一、概述 二、典型芯片举例 三、主存储器设计
一、概述
存储器是计算机的重要组成部分，用 来存放计算机系统工作时所用的信息 — 程序和数据。 1、 内存和外存 2、 存储器的分类 3、 存储器的性能指标
1、内存和外存
（1）内存(或主存），用于存放当前正在使用的程 序和数据，CPU可以对它直接访问，存取速度快， 但容量较小。
《计算机组成原理》第7章：存储系统
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7.1 存储系统概论
所谓速度，通常用存取时间(访问时间)和存取周期 来表示。存取时间是指从启动一次存取操作到完成 该操作所经历的时间；存取周期是指对存储器进行 连续两次存取操作所需要的最小时间间隔。由于有 些存储器在一次存取操作后需要有一定的恢复时间， 所以通常存取周期大于或等于取数时间。单位容量 的价格是指每位的价格。数据传输率是指在单位时 间内可以存取的二进制信息的位数，在数值上等于 存储器总线宽度除以存取周期，所以又可称为存储 器总线带宽或频宽。除此之外，存储器件还有一个 十分重要的性能，就是它是否是挥发性的。
图7-6 2114的读/写周期波形图
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7.2.2 静态MOS RAM芯片举例
4. 静态存储器的组织 1)位扩展
图7-7 位扩展连接方式
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性 能 存储信息 破坏性读出 需要刷新 行列地址 运行速度
SRAM 触发器 否 否 同时送 快 电容 是 需要 分两次送 慢
DRAM
集成度
发热量 存储成本
低
大 高
高
小 低
表7-1 静态存储器和动态存储器性能比较
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7.2 主 存 储 器
7.2.1 7.2.2 7.2.3 7.2.4 7.2.5 7.2.6 7.2.7
基本概念 静态MOS RAM芯片举例 动态MOS RAM 2164芯片 动态MOS RAM 4116芯片 动态RAM的刷新 只读存储器举例 主存储器与CPU的连接
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7.2.2 静态MOS RAM芯片举例
3. 读写时序 为了使芯片正常工作，必须按所要求的时序关系 提供地址信息、数据信息和有关控制信号，2114 的读/写周期波形图如图7-6所示。 1) 读周期 2) 写周期
存储器与CPU的连接
5.4.2 存储器容量的扩充
当一片存储器芯片的容量不能满足系统要求时， 当一片存储器芯片的容量不能满足系统要求时， 需多片组合以扩充位数或单元数。 需多片组合以扩充位数或单元数。这就是所谓的存 储器容量扩充。 储器容量扩充。 字扩充：扩充存储器的存储单元，如果把存储器视 字扩充：扩充存储器的存储单元， 为一个矩阵， 为一个矩阵，这字扩充就是行扩充 位扩充：扩充存储器的一个单元的位数，也就是矩 位扩充：扩充存储器的一个单元的位数， 阵的列扩充。 阵的列扩充。
3．存储器的地址分配和片选问题 内存通常分为RAM 和 ROM两大部分 内存通常分为 RAM和 ROM 两大部分 ， 而 RAM 又分 两大部分， RAM又分 为系统区(即机器的监控程序或操作系统占用的区域) 为系统区(即机器的监控程序或操作系统占用的区域) 地址分配是一个重要的问题 和用户区， 所以内存的地址分配 是一个重要的问题。 和用户区 ， 所以内存的 地址分配 是一个重要的问题 。 存储器芯片单片的容量有限， 存储器芯片单片的容量有限 ， 由多片存储器芯片组 成一个存储器系统，要求正确解决片选问题 片选问题。 成一个存储器系统，要求正确解决片选问题。
138译码器 138译码器
G1 G2A G2B 138 C B A
Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0
G G2 A G2 B 使能输入端
C B A Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0
≠1 0 =1 0
0 0
××× 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 … 1 1 1 0 1 1
除了数据线外， 除了数据线外，对应 相连
2．字（串联）扩充 串联） 8K× 位芯片6264构成 构成32K× 位的存储芯片组： 用4片8K×8位芯片6264构成32K×8位的存储芯片组：
实验五存储器连接（6116的使用）
实验五 存储器连接（6116的使用）【实验名称】存储器连接（6116的使用）。
【实验目的】 掌握存储器译码及读写的方法。
【实验原理】 微处理器通过数据总线、地址总线及控制总线与存储器连接，如下图所示：地址总线为地址信号，用来指明选中的存储单元地址。
数据总线为数据信号，它是微处理器送往存储器的信息或存储器送往微处理器的信息。
它包括指令和数据。
控制总线发出存储器读写信号，以便从ROM 、RAM 中读出指令或数据，或者向RAM 写入数据。
在微机系统中，常用的静态RAM 有6116、6264、62256等。
在本实验中使用的是6116。
6116为2K ╳8位的静态RAM ，其逻辑图如下：其中A 0～10为11根地址线，I/O 0～7为8根数据线，CS 为片选端，OE 为数据输出选通端，WR 为写信号端。
其工作方式见下表：FD-SJ86/88实验板上提供了一片6116用来作存储器读写实验。
在6116的上方三根跳线J57、J58、J59分别用来设置6116的片选端、读信号、写信号的连接状态。
当以短路块分别将J57、J58、J59上面两根针短路时，则6116片选端连接由U39产生的译码信号，其译码范围为0A0000H～0A07FFH，因6116为2K存储器，所以地址0A0000H～0A07FFH和0A0800H～0A0FFFH重叠。
6116的读写信号则分别接到系统总线上的存储器读写信号。
其数据通过74LS245（U38）接到系统的数据总线上。
【实验内容】在FD-SJ86/88实验板上的6116芯片内写入一些数据，然后读出显示在屏幕上以验证正确与否。
【实验连线】① 6264的地址线J8（A0～A10）接总线上的地址线A0～A10。
② J57、J58、J59的下面的两个脚以短路块连接。
【实验程序】DATA SEGMENTMESSAGE DB 'PLEASE ENTER A KEY TO SHOW THE CONTENTS',0DH,0AH,'$'DATA ENDSSTACK SEGMENT STACKSTA DW 50 DUP(?)TOP EQU LENGTH STASTACK ENDSCODE SEGMENTASSUME CS:CODE,DS:DATA,SS:STACK,ES:DATASTART: MOV AX,DATAMOV DS,AXMOV AX,STACKMOV SS,AXMOV SP,TOPMOV AX,0A000HMOV ES,AXMOV BX,0000HMOV CX,26MOV DL,40HWRITE: INC DLMOV ES:[BX],DLINC BXCMP DL,5AHJNZ SS1MOV DL,40HSS1: LOOP WRITEMOV DX,OFFSET MESSAGEMOV AH,9INT 21HMOV AH,01HINT 21HMOV AX,0A000HMOV ES,AXMOV BX,0000HMOV CX,26READ: MOV DL,ES:[BX]MOV AH,02HINT 21HINC BXLOOP READMOV AH,4CHINT 21HCODE ENDSEND START【思考题】将字符‘0’～‘9’写入存储器，再将其读出，应如何修改程序？。
微机原理第5章存储器系统
3. 工作方式
数ห้องสมุดไป่ตู้读出 字节写入：每一次BUSY正脉冲写
编程写入
入一个字节
自动页写入：每一次BUSY正脉冲写
入一页（1~ 32字节）
字节擦除：一次擦除一个字节 擦除
片擦除：一次擦除整片
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4. EEPROM的应用
可通过编写程序实现对芯片的读写； 每写入一个字节都需判断READY / BUSY
主存储器 虚拟存储系统
磁盘存储器
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Cache存储系统
对程序员是透明的 目标：
提高存储速度
Cache
主存储器
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虚拟存储系统
对应用程序员是透明的。 目标：
扩大存储容量
主存储器
磁盘存储器
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3. 主要性能指标
存储容量（S）（字节、千字节、兆字节等） 存取时间（T）（与系统命中率有关）
端的状态，仅当该端为高电平时才可写 入下一个字节。
P219例
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四、闪速EEPROM
特点：
通过向内部控制寄存器写入命令的方法 来控制芯片的工作方式。
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工作方式
数据读出
读单元内容 读内部状态寄存器内容 读芯片的厂家及器件标记
CAS：列地址选通信号。
地址总线上先送上行地址，后送上列地址，它们 分别在#RAS和#CAS有效期间被锁存在锁存器中。
WE：写允许信号
DIN： 数据输入
WE=0 WE=1
数据写入 数据读出
DOUT：数据输出
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3. 2164在系统中的连接
与系统连接图
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三、存储器扩展技术
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1. 存储器扩展
1 A15 1 A14 1 A13
存储器扩展实验报告
一、实验目的1. 了解存储器的结构及其与CPU的连接方式。
2. 掌握存储器的位扩展、字扩展和字位扩展方法。
3. 通过实际操作，加深对存储器扩展原理的理解，提高动手实践能力。
二、实验原理存储器扩展是计算机硬件设计中常见的技术，目的是为了满足系统对存储容量的需求。
存储器扩展主要分为位扩展、字扩展和字位扩展三种方式。
1. 位扩展：当存储芯片的数据位小于CPU对数据位的要求时，可以通过位扩展来解决。
位扩展是将多个存储芯片的数据总线并联，形成一个更高位宽的数据总线，与CPU的数据总线相连。
2. 字扩展：当存储芯片的存储容量不能满足CPU对存储容量的要求时，可以通过字扩展来解决。
字扩展是将多个存储芯片的数据总线、读写控制线并联，形成一个更大容量的存储器，与CPU的数据总线、读写控制线相连。
3. 字位扩展：字位扩展是位扩展和字扩展的结合，既能扩展存储容量，又能扩展数据位宽。
三、实验设备1. 实验箱2. 逻辑分析仪3. 逻辑门电路4. 实验指导书四、实验步骤1. 搭建存储器扩展电路（1）根据实验要求，选择合适的存储芯片，如SRAM、ROM等。
（2）根据存储芯片的规格，确定存储器的容量、数据位宽和地址线位数。
（3）根据存储器的容量和位宽，计算所需的存储芯片数量。
（4）搭建存储器扩展电路，包括存储芯片、地址译码器、数据线、读写控制线等。
2. 仿真实验（1）使用逻辑分析仪观察存储器扩展电路的信号波形。
（2）通过实验指导书提供的测试程序，对存储器进行读写操作。
（3）观察逻辑分析仪的信号波形，分析存储器扩展电路的工作情况。
3. 分析实验结果（1）根据实验结果，验证存储器扩展电路是否满足实验要求。
（2）分析存储器扩展电路的优缺点，提出改进措施。
五、实验结果与分析1. 实验结果通过实验，搭建了存储器扩展电路，实现了存储器的位扩展、字扩展和字位扩展。
逻辑分析仪的信号波形显示，存储器扩展电路工作正常，满足实验要求。
2. 实验分析（1）位扩展：通过位扩展，实现了存储器数据位宽的增加，满足了CPU对数据位宽的要求。
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2、27128EPROM芯片：容量为16K×8，地址线A0~A13 3、27256EPROM芯片：容量为32K×8，地址线A0~A14
三、E2PROM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 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。
1、2816E2PROM芯片
第二节 常用存储器芯片
一、RAM芯片
1、6264RAM芯片
主要包括512×128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13位，其中A12～A3用于行 地址译码，A2～A0和A10用于列地址译码。
6264是容量为8K×8的静态RAM芯片，采用CMOS工艺，为 双列直插值封装，28支引脚，其中地址线A0~A12，+5V电源， 额定功耗为220mW，存取时间为200nS
芯片内READY引脚： 在擦写期间：低电平 擦写完成后：高电平
第三节 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 到所需操作的那个单元，这就是存储器的寻址
需要解决两个问题： 一是，找到操作的存储器芯片，称为片选 二是，找到芯片中的特定单元，称为字选
片选有两种方法：线选法和译码法
例2、某存储器由两个2K×8的RAM，还有两个外设（I/O）端 口，请编址。
A12～A0：地址线，输入，寻址范围为8K。 D7～D0：数据线，8位，双向传送数据。
CE ：片选信号，输入，低电平有效，与 WR 控制线相连
WE ：写允许信号，输入，低电平有效。 OE ：数据输出允许信号；输入，与 RD 控制线相连
VCC ：十5V电源。 GND：地
NC ： 表示引脚未用。
2、62256RAM芯片 容量为32K×8 28只引脚 地址线A0~A14 +5V电源
一、EPROM芯片
分为三类：掩模ROM 、可编程ROM（PROM） 、可擦写的可 编程ROM（EPROM、E2PROM）
1、2764EPROM芯片
容量为8K×8的EPROM，紫 外线编擦除，电编程，双列 直插式封装，28只引脚，地 址线A0~A12，工作电压+5V， 编程电压+21V
引脚中PGM 为编程信号线， 当 CE 和 PGM 均处与低电平 是芯片处于编程模式
容量为2K×8 ，电擦除， 电编程，既能对单个存储 单元进行擦除和重写，也 能对整个芯片在10mS内进 行擦除。工作电压+5V， 编程电压+21V。
2816有3种工作方式：
（1）读模式： Vcc 5V , CE 0, OE 0
（2）单字节写模式： Vpp 21V , CE 0, OE 1
先擦后写，擦除时所有数据线必须全为TTL高电压，写入时 在数据线上输入所需写的字节 （3）芯片擦除模式：
Vpp 21V , CE 0, OE 的电压为 9 ~ 15V
擦除时所有数据线必须全为TTL高电压，擦出后，所有2K 的单元内容均为FFH
2、2817AE2PROM芯片
容量为2K×8 ，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+5V电源，在执行写操作之前，会自 动对写入的单元进行擦除。
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 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 一存储器芯片的片选信号
例1、某存储器由两个存储器芯片组成，其中一片为RAM容量 1K×8，另一片为EPROM容量为4K×8，请编址。
分析：
一般的单片机系统，地址总线为16根，其编号为A0~A15 容量为1K×8芯片地址线为10根，与系统总线的A0~A9相连 容量为4K×8芯片地址线为12根，与系统总线的A0~A11相连 片选信号由剩余的地址总线的A12~A15给出 只有两个芯片，可用A12=1时选RAM，A13=1时选EPROM （芯片的片选信号CE是低电平有效，故每一片选线上均价一
第一节 存储器概述
微型计算机中使用的是半导体存储器 可分为随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)
RAM（Random Access Memory）：它的存储单元的 内容可以读出和改写。主要用于存放现场输入/输出 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，不能随意改 写。用于存放程序、表格和常数
• ROM有三种类型：
(1)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
定，用户不可更改，可靠性高 (2)可编程ROM（PROM） 常用的有熔断丝PROM，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 而将信息永久保存下来。一次写入机会 (3)可擦写的可编程ROM（EPROM） 特点：可以反复的写入程序。EPROM有两类：用紫外线擦写 的EPROM和用电擦写的E2PROM
• 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 耗以及对电路的要求
根据应用要求选择存储器类型和容量
如RAM6116容量：4K×4 EPROM2732容量：4K×8
存储器速度的选择
存储器的速度应该与CPU的工作速度相匹配。对于速度慢的 芯片，需要插入等待时间Tw，这样就浪费了大量的主机时间
• RAM从结构上可以分为两种：
(1)静态RAM（Static RAM）
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 发器。特点：工作稳定，不需要进行刷新；成本高，功耗大
(2)动态RAM（Dynamic RAM）
利用MOS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 不断刷新
非门）
每个芯片的地址范围为：
RAM芯片：实际使用系统地址总线11根，占用的地址范围为 0001 0000 0000 0000 ~ 0001 0011 1111 1111
即1000H~13FFH EPROM芯片：实际使用系统地址总线13根，占用的地址范围为
0010 0000 0000 0000 ~ 0010 1111 1111 1111 即2000H~2FFFH