桂林电子科技大学微机原理课件D.ppt

5 4存储器与CPU的连接 存储器是计算机系统中很关键的一个部件 CPU所要执行的程序和数据均要存储在存储器中 因此 CPU与存储器的连接就显得很关键 5 4 1存储器与CPU连接应考虑的问题 1 存储器类型选择RAM最大的特点是其存储的信息可以在程序中用读 写指令随机读写 但掉电时信息丢失 所以RAM一般用于存储用户的调试程序 或程序存储器中的用户区 程序的中间运算结果及掉电时无需保护 存 的I O数据及参数等 ROM中的内容掉电不易失 但不能随机写入 故一般用于存储系统程序 监控程序 和无需在线修改的参数等 2 CPU总线的负载能力通常CPU总线的直流负载能力 也称驱动能力 为一个TTL器件或20个MOS器件 因存储器基本上是MOS电路 直流负载很小 所以在小型系统中 CPU可直接与存储器芯片连接 而当CPU总线上需挂接的器件超过上述负载时 就应考虑在其总线与挂接的器件间加接缓冲器或驱动器 以增加CPU的负载能力 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 而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 和用户区 所以内存的地址分配是一个重要的问题 另外 目前生产的存储器芯片 单片的容量仍然是有限的 所以总是由多片存储器芯片组成一个存储器系统 这就要求正确解决片选问题 4 CPU的时序和存储器的存取速度之间的配合问题CPU在取指令和读写操作时 什么时候送地址信号 什么时候从数据线上读数据 有它自己的固定时序 而存储器芯片从外部输入地址信号有效 到把内部数据送至数据总线 或把数据总线上的数据送至内部存储单元 其时序也是固定的 选用存储芯片时 必须考虑它的存取时间与CPU的固定时序之间的匹配问题 即时序配合问题 应以此为依据来确定对存储器芯片的存取速度的要求 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 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 存储器容量扩充包括字扩充和位扩充 字扩充就是扩充存储器的存储单元 位扩充就是扩充存储器存储单元的位数 下面以SRAM6264为例说明存储器容量扩充的方法 ROM的处理方法与之相同 SRAM6264 8K 8位 的引脚如图5 17所示 D7 D0 I O 数据线A12 A0 I 地址线CS1 I 片选线CS2 I 掉电保护片选线 通常接 5V电源 OE I 输出允许WE I 写允许 1 位 并联 扩充用2片8K 8位的6264芯片扩充成8K 16位的芯片组 将这两个芯片的地址线A12 A0分别对应连在一起 芯片对应的片选信号以及读 写控制信号也都分别连到一起 两个芯片只有数据线各自独立 一片作低8位 D7 D0 另一片作高8位 D15 D8 也就是说 每个字长 16位 数据的高 低字节分别存储于两个芯片中 一次读 写操作同时访问两个芯片中的同地址单元 2 字 串联 扩充用4片6264构成32K 8位的存储芯片组 地址线A14 A13实现片间寻址 A12 A0实现片内寻址 4片6264的地址线A12 A0 数据线D7 D0及读 写信号 都是同名信号连在一起 单元数的扩充使得32K 8芯片组较8K 8芯片增加了2根地址线A14 A13 215 32K 它们经 2 4译码器 译码后产生4个片选信号 Y3 Y0 分别选中4片6264中的一片 3 位和字同时 串并联 扩充当存储器的位数和单元数都需要扩充时 则可以先扩充位数 然后再扩充单元数 由以上介绍可以看出 存储器容量的扩充 关键是存储单元地址的分配和片选信号的处理 其基本原则是 地址安排不要重叠 也不要断档 最好是连续的 这样 存储器容量和CPU地址资源的利用率最高 也便于编程 5 4 3片选译码方式 微机的存储器都是由多片存储器芯片 或芯片组 组成的 CPU在存取数据时就有一个芯片选择的问题 即片选译码方式 通常 产生片选信号的译码方式有全译码 部分译码和线选译码三种 1 全译码方式若CPU的地址线除了低位地址线用于存储器芯片的片内寻址外 剩下的高位地址线全部用于存储器芯片的片间寻址 经译码器产生片选信号 则称为全译码方式 2 部分译码方式若CPU的高位地址线中只有一部分用于存储器芯片的片间寻址 则称为部分译码方式 在图5 19电路中 若CPU的地址线有20位 A19 A0 采用图中的2 4译码器 只用2条高位地址线A14 A13作为译码输入 仍可产生4个芯片的片选信号 其地址分配如表5 9所示 虽然4片存储器芯片的基本地址分别为00000H 01FFFH 02000H 03FFFH 04000H 05FFFH 06000H 07FFFH 但其余高位地址线的任意组合也可能会重复选中这些存储器芯片 这就是地址重叠现象 3 线选方式直接用高位地址线作为存储器芯片的片选信号 此译码方式称为线选 4 3 8译码器芯片74LS138该芯片有3个使能输入端 G1 G2A G2B 当使能信号同时有效时 译码器输出有效 3根选择输入线为C B A 它们的8种逻辑组合 对应使8根输出线 Y7 Y0 中的一个输出为0 74LS138的引脚示意图及功能表如图5 20所示 小结 半导体存贮器与CPU的连接一 CPU与存贮器连接的基本方法 2 CPU的数据线接于存贮器的数据线 作为数据传送线 二 译码方式1 全译码 CPU的全部地址线都参与寻址特点 每个存贮单元的地址是唯一的 无地址重叠 2 部分译码 CPU的部分地址线参与寻址 部分地址未用特点 有地址重叠区 每个存贮单元有若干地址 三 译码器 常用138译码器 1 逻辑符号 2 功能表GG2AG2BCBAY7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0 100 11111111 1000001111111000111111101 11101111111 例1 设计8088的存贮器系统 要求用8K 8的EPROM构成16KB的ROM区 地址为82000H 85FFFH 用8K 8的SRAM构成8KB的RAM区 地址为80000H 81FFFH 用1片138译码器实现全译码方式 设计步骤 1 确定所需要的芯片数和芯片的排列 2 列出地址分配表 确定各芯片的地址分配空间 3 确定138译码器的连接方式 四 设计举例 1 所需要的芯片数和芯片的排列RAM区所需的芯片数 8KB 8KB 1 片 ROM区所需的芯片数 16KB 8KB 2 片 芯片的排列 2 列出地址分配表 确定各芯片的占的地址分配空间 3 确定138译码器的连接方式A19A18A17A16A15A14A13A12A11 A0选中的芯片及地址100000000 0RAM80000H 100000011 1 0 81FFFH100000100 0ROM82000H 100000111 1 1 83FFFH100001000 0ROM84000H 100001011 1 2 85FFFHG1G2ACBA片内寻址 G2B 例2 已知一微机系统CPU与RAM和ROM的连接图如下 试分析RAM和ROM的地址范围 解 ROM译码及寻址A15A14A13A12A11A10A9 A0地址0101000 05000H 0101011 157FFHRAM译码及寻址1101000 0D000H 1101011 1D7FFH 5 4 416位微机系统中的存储器 在16位微机系统中 如Intel8086 需要用两个字节 2 8位 组成一个整字 16位 即占用两个字节地址组成一个字地址 故必须将8位存储器安排成两组存储体 即高位存储体和低位存储体 高位存储体的8位数据线连接微机系统的高8位数据线D15 D8 其地址码为奇数 也称奇存储体 低位存储体的8位数据线连接微机系统的低8位数据线D7 D0 其地址码为偶数 也称偶存储体 以8086微机系统为例 其存储器接口原理图如图5 24所示 BHEA0访问数据0016位01高8位10低8位11禁止BHE 数据总线高8位允许 CPU有20根地址线A19 A0 16位数据总线D15 D0 可直接寻址1M字节的内存地址空间 因此 将1M字节的存储器地址空间分成两个512K字节的存储体 特点 1 8086系统将1Mb的存贮空间分为2个512Kb的存贮体 一个存贮体用A0作为片选控制 称为偶存贮体 提供8086系统16位数据线的低8位数据 另一个存贮体用BHE作为片选控制 称为奇存贮体 提供高8位数据 2 8086系统对存贮器的数据操作既可以16位 字 也可以8位 字节 当进行16位数据读写时 若数据是对准的 从偶地址开始安排数据 则只需要1个总线周期完成 若数据未对准 从奇地址开始安排数据 则需要2个总线周期完成 而进行8位数据读写时 每次均要1个总线周期 例如 有数据定义如下 DATASEGMENTDAT1DW1234H 数据对准DAT2DB20H DAT3DW2000H 数据未对准DATAENDS则执行 MOVAX DAT1 需要1个总线周期执行 MOVAX DAT3 需要2个总线周期 1 了解半导体存储器的分类及选用原则 现代微机存储器的分级组织结构 2 熟悉半导体存储器的扩充方法及与CPU的连接 熟悉存储器地址的分析方法 5 4 5存储器模块 MemoryModule 2 32位微机系统中的存储器在32位微机系统中 如80386DX 80486 Pentium 需要用4个字节 4 8位 组成一个整字 32位 即占用4个字节地址组成一个字地址 其存储器组织形式如图5 25所示 若要访问32位数据 则4个存储体都被选中 若要访问16位数据 则选择2个存储体 通常是存储体0和1 或存储体2和3 若要访问8位数据 则选择任一个存储体 以80486微机系统为例 其存储器接口原理图如图所示 A31 A2 BE3BE2BE1BE0访问数据000032位1100低16位0011高16位任意一个为08位1111禁止BE3 BE0字节选通信号 5 4 5存储器模块 MemoryModule 存储器模块 俗称内存条 就是高集成度RAM模块 它将多片高容量DRAM芯片装配在条状印刷线路板上 加上相应的控制电路 可直接插入微机主板上的存储器插座 微机系统常用的模块中 按其数据字长的不同 可分为三种 1 30线SIMM SingleIn lineMemoryModule 单列直插存储器模块 内存条 8 1位 其中的1位为奇偶校验位 多用于80386以下系统 内存条容量有256KB 512KB 1MB 2MB 4MB等 2 72线SIMM内存条 32 4位 其中每8位配1位奇偶校验位 多用于80486系统 内存条容量有4MB 8MB 16MB 32MB等 3 168线DIMM DualIn lineMemoryModule 双列直插存储器模块 内存条 64 8位 其中每8位配1位奇偶校验位 主要用于Pentium以上机型 PC66 PC100 PC133等 内存条容量有8MB 16MB 32MB 64MB 128MB 256MB等 Pentium以上