广工微机复习第5章_存储器_20141022

1、微机原理及应用微机原理及应用 主讲教师主讲教师 陈陈 玮玮 2021-6-22微机原理及应用微机原理及应用2 第第5章章 存储器存储器 一、一、概述概述 二、二、典型芯片举例典型芯片举例 三、三、主存储器设计主存储器设计 作业作业 2021-6-22微机原理及应用微机原理及应用3 一、概述一、概述 存储器是计算机的重要组成部分，用来存放计算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机系统工作时所用的信息 程序和数据。程序和数据。 1、 内存和外存内存和外存 2、 存储器的分类存储器的分类 3、 存储器的性能指标存储器的性能指标 4、 存储器的基本结构存储器的基本结构 2

2、021-6-22微机原理及应用微机原理及应用4 1、内存和外存、内存和外存 （1）内存内存(或主存），用于存放当前正在使用的程序和或主存），用于存放当前正在使用的程序和 数据，数据，CPU可以对它直接访问，存取速度快，但容量较小。可以对它直接访问，存取速度快，但容量较小。 （2）外存外存（或辅存），用于存放一些（或辅存），用于存放一些CPU暂时不处理的暂时不处理的 程序和数据。当程序和数据。当CPU要处理这些信息时，必须先将其调入内要处理这些信息时，必须先将其调入内 存。存。 外存外存包括软盘，硬盘，光盘等等。包括软盘，硬盘，光盘等等。 外存外存容量大，相对内存来说，存取速度较慢。容量大，相对

3、内存来说，存取速度较慢。 微 处 理 器 CPU 存储器I/O接口I/O设备 数据总线 控制总线 地址总线 2021-6-22微机原理及应用微机原理及应用5 2、存储器的分类、存储器的分类(应用应用) (1)只读存储器只读存储器ROM (2)随机存取存储器随机存取存储器RAM 2021-6-22微机原理及应用微机原理及应用6 (1)只读存储器只读存储器ROM 只读存储器只读存储器(Read Only Memory ROM) 用户在使用时只能读出其中信息，不能修改或写入新用户在使用时只能读出其中信息，不能修改或写入新 的信息，断电后，其信息不会消失。的信息，断电后，其信息不会消失。 存储单元中的

4、信息由存储单元中的信息由ROM制造厂在生产时一制造厂在生产时一 次性写入，称为次性写入，称为掩膜掩膜ROM（Masked ROM）；）； PROM(Programmable ROM 可编程可编程ROM) PROM中的程序和数据是由用户自行写入的，中的程序和数据是由用户自行写入的， 但一经写入，就无法更改，是一次性的但一经写入，就无法更改，是一次性的ROM； 2021-6-22微机原理及应用微机原理及应用7 (1)只读存储器只读存储器ROM EPROM(Eraseble Programmable ROM 可可 擦除可编程擦除可编程ROM) 可由用户自行写入程序和数可由用户自行写入程序和数 据，写

5、入后的内容可用紫外线灯照射擦除，然后可以据，写入后的内容可用紫外线灯照射擦除，然后可以 重新写入新的内容，可以多次擦除，多次使用。重新写入新的内容，可以多次擦除，多次使用。 E2PROM(Electrically Eraseble Programmable ROM 电可擦除可编程电可擦除可编程ROM) 可用电信号进可用电信号进 行清除和改写的存储器，使用方便。行清除和改写的存储器，使用方便。 2021-6-22微机原理及应用微机原理及应用8 (2)随机存取存储器随机存取存储器RAM 随机存取存储器随机存取存储器(Random Access Memory) RAM的特点是存储器中的信息能读能写，

6、且对存储的特点是存储器中的信息能读能写，且对存储 器中任一单元的读或写操作所需要的时间基本是一样器中任一单元的读或写操作所需要的时间基本是一样 的。断电后，的。断电后，RAM中的信息即消失。中的信息即消失。 分为两类：分为两类： SRAM (Static RAM 静态静态RAM) SRAM 是利用半导体触发器的两个稳定状态表示是利用半导体触发器的两个稳定状态表示“1”和和 “0”。只要电源不撤除，信息不会消失，不需要刷。只要电源不撤除，信息不会消失，不需要刷 新电路。新电路。 2021-6-22微机原理及应用微机原理及应用9 (2)随机存取存储器随机存取存储器RAM DRAM (Dynamic

7、 RAM 动态动态RAM) DRAM是利用电容端电压的高低来表示是利用电容端电压的高低来表示“1”和和“0”， 为了弥补漏电需要定时刷新。一般微机系统中的内存为了弥补漏电需要定时刷新。一般微机系统中的内存 采用采用DRAM，配有刷新电路，每隔配有刷新电路，每隔12ms刷新一次。刷新一次。 2021-6-22微机原理及应用微机原理及应用10 3、存储器的性能指标、存储器的性能指标 (1)存储容量存储容量 (2)存储速度存储速度 (3)可靠性可靠性 2021-6-22微机原理及应用微机原理及应用11 (1)存储容量存储容量 存储容量存储容量 是指是指 一块存储芯片上所一块存储芯片上所 能存储的二进

8、制位能存储的二进制位 数。数。 假设存储芯片的假设存储芯片的 存储单元数是存储单元数是M， 一个存储单元所存一个存储单元所存 储的信息的位数是储的信息的位数是N， 则其存储容量为则其存储容量为 MN。 1位1位 1个存储单元1个存储单元 设N设N8位8位即即 一个字节）一个字节） 存储芯片中的存储体存储芯片中的存储体 共有M个共有M个 存储单元存储单元 可编址可编址 单元单元 D7 D1D0 例题例题 2021-6-22微机原理及应用微机原理及应用12 例题例题 1、已知单片、已知单片6116芯片的地址线是芯片的地址线是11位，位， 每个存储每个存储 单元是单元是8位，求其存储容量位，求其存储

9、容量? 解解: 因为可编址范围因为可编址范围211 ，即，即M 211 ， 每个存储单元可存 每个存储单元可存8位，即位，即N 8， 所以，所以， 6116的存储容量的存储容量 = 2118 = 210248 = 2K8 2KB 2021-6-22微机原理及应用微机原理及应用13 例题例题 2、若要组成若要组成64K字节的存储器，以下芯片各需几片字节的存储器，以下芯片各需几片? 6116(2K8) 4416(16K4) 解解: (64K8) ( 2K8)=32(片片) (64K8) ( 16K4)= 8 (片片) 2021-6-22微机原理及应用微机原理及应用14 区别：芯片的存储容量和微机的

10、存储容量区别：芯片的存储容量和微机的存储容量 微机的存储容量微机的存储容量 由多片存储芯片组成的由多片存储芯片组成的 总存储容量。总存储容量。 微机的最大内存容量微机的最大内存容量 由由CPU的地址总的地址总 线决定。线决定。 如：如：PC486，地址总线是地址总线是32位，位， 则，内存容许最大容量是则，内存容许最大容量是232=4G； 实际的装机容量实际的装机容量 由实际使用的若干片由实际使用的若干片 存储芯片组成的总存储容量。存储芯片组成的总存储容量。 2021-6-22微机原理及应用微机原理及应用15 (2)存储速度存储速度 存储器的存取速度是影响计算机运算速度的主存储器的存取速度是影

11、响计算机运算速度的主 要因素，用两个参数来衡量：要因素，用两个参数来衡量： 存取时间存取时间TA （Access Time） 定义为启定义为启 动一次存储器操作（读或写），到完成该操作所经动一次存储器操作（读或写），到完成该操作所经 历的时间。历的时间。 存储周期存储周期TMC（Memory Cycle） 定义启定义启 动两次读（或写）存储器操作之间所需的最小时间动两次读（或写）存储器操作之间所需的最小时间 间隔。间隔。 2021-6-22微机原理及应用微机原理及应用16 (3)(3)可靠性可靠性 存储器的可靠性用存储器的可靠性用MTBF来衡量。来衡量。 MTBF即即Mean Time Bet

12、ween Failures 平平 均故障间隔时间，均故障间隔时间，MBTF越长，表示可靠性越高。越长，表示可靠性越高。 2021-6-22微机原理及应用微机原理及应用17 4、存储器的基本结构、存储器的基本结构 连 数 据 总 线 地 址 寄 存 器 地 址 译 码 器 存储体 数 据 缓 冲 器 读 / 写 驱 动 电 路 读/写控制电路 连 地 址 总 线 RD/WECS 连控制总线 1、存储体存储体 由多个基本存由多个基本存 储单元组成，容量即为储单元组成，容量即为 MN； 2、地址寄存器地址寄存器（地址锁存（地址锁存 器）器） 锁存锁存CPU送来的地址送来的地址 信号；信号； 3、地址

13、译码器地址译码器 对地址信对地址信 号进行译码，选择存储体中号进行译码，选择存储体中 要访问的存储单元；要访问的存储单元； 4、读读/写驱动电路写驱动电路 包括读包括读 出放大和写入电路；出放大和写入电路； 5、数据缓冲器数据缓冲器 芯片数据芯片数据 信号经双向三态门挂在数据信号经双向三态门挂在数据 总线上，未选中该片，呈高总线上，未选中该片，呈高 阻状态；阻状态； 6、读读/写控制电路写控制电路 接受来自接受来自 CPU的片选信号、读的片选信号、读/写信写信 号。（对号。（对ROM只读；对只读；对 DRAM刷新信号）刷新信号） 2021-6-22微机原理及应用微机原理及应用18 “读读”操作

14、工作过程操作工作过程 （1）送地址送地址 CPU通通 过地址总线将地址送入过地址总线将地址送入 地址寄存器，并译码；地址寄存器，并译码； （2）发出发出“读读”命令命令 CPU通过控制总线将通过控制总线将 “存储器读存储器读”信号送入信号送入 读读/写控制电路；写控制电路； 连 数 据 总 线 地 址 寄 存 器 地 址 译 码 器 存储体 数 据 缓 冲 器 读 / 写 驱 动 电 路 读/写控制电路 连 地 址 总 线 RD/WECS 连控制总线 （3）从存储器读出数据从存储器读出数据 读读/写控制电路根据写控制电路根据 “读读” 信号和片选信号选中存储体中的某一存储单元，从信号和片选信号

15、选中存储体中的某一存储单元，从 该单元读出数据，送到数据缓存器。再经过数据总该单元读出数据，送到数据缓存器。再经过数据总 线送到线送到CPU。 2021-6-22微机原理及应用微机原理及应用19 “写写”操作工作过程操作工作过程 （1）送地址送地址 CPU通过通过 地址总线将地址送入地址地址总线将地址送入地址 寄存器，并译码；寄存器，并译码； （2）发出发出“写写”命令命令 CPU通过控制总线将通过控制总线将“写写” 信号送入读信号送入读/写控制电路；写控制电路； 连 数 据 总 线 地 址 寄 存 器 地 址 译 码 器 存储体 数 据 缓 冲 器 读 / 写 驱 动 电 路 读/写控制电路

16、 连 地 址 总 线 RD/WECS 连控制总线 （3）写入数据到存储器写入数据到存储器 读读/写控制电路根据写控制电路根据 “写写” 信号和片选信号选中存储体中的某一存储单元，将数信号和片选信号选中存储体中的某一存储单元，将数 据总线上的数据，送到数据缓存器，再写入到选中的据总线上的数据，送到数据缓存器，再写入到选中的 存储单元。存储单元。 2021-6-22微机原理及应用微机原理及应用20 二、典型芯片举例二、典型芯片举例 1、SRAM芯片芯片HM 6116(简称简称6116） 静态静态 随机存取存储器，随机存取存储器，11条地址线，条地址线，8位数据线，位数据线，3条控条控 制线，两条电

17、源线，单片存储容量制线，两条电源线，单片存储容量2K8 。 6116 A0A10 +5V GND CS I/O0I/O7 WE OE CS 片 选 信 号 OE 输 出 允 许 信 号 WE 写 允 许 信 号 方 式 I/O 引 脚 H 未 选 中 高 阻 L L H 读 出 DO U T L L 写 入 DI N 常用的常用的SRAM还有还有6232，6264、62256，适用于，适用于 较小系统。较小系统。 2021-6-22微机原理及应用微机原理及应用21 二、典型芯片举例二、典型芯片举例 2、DRAM芯片芯片Intel 2164A 动态随机存取存动态随机存取存 储器，储器，8条地址线

18、，条地址线，2位数据线位数据线(输出和输入）输出和输入），3条条 控制线，两条电源线，单片存储容量控制线，两条电源线，单片存储容量64K1 。 地址线采用分时复用，由地址线采用分时复用，由CAS（列选通）和列选通）和 RAS（行选通），从而实现行选通），从而实现16位地址线，位地址线，M216 64K。 2164 A0A7 GND Din Dout Vcc CAS RAS WE 2021-6-22微机原理及应用微机原理及应用22 三、主存储器设计三、主存储器设计 1、芯片选择芯片选择 2、存储器芯片的基本地址存储器芯片的基本地址 3、 存储器芯片的容量扩充存储器芯片的容量扩充 4、存储器芯片与

19、存储器芯片与CPU连接连接 2021-6-22微机原理及应用微机原理及应用23 1、芯片选择芯片选择 SRAM与与CPU连接，不需要外围电路，连接连接，不需要外围电路，连接 简单，用于小型控制系统。简单，用于小型控制系统。 DRAM常用于大型系统，因为需要刷新电路，常用于大型系统，因为需要刷新电路， 比如比如PC机的内存条。机的内存条。 ROM通常用于存放固定的系统程序。通常用于存放固定的系统程序。 2021-6-22微机原理及应用微机原理及应用24 2、存储器芯片的基本地址、存储器芯片的基本地址 6116的基本地址：的基本地址：000H7FFH 6116 A0A10 +5V GND CS I

20、/O0I/O7 WE OE 000 0000 0000 000 0000 0001 111 1111 1111 D7 D1D0 2021-6-22微机原理及应用微机原理及应用25 2、存储器芯片的基本地址、存储器芯片的基本地址 6264的基本地址的基本地址:0000H1FFFH 6264 A0A12 +5V GND CS I/O0I/O7 WE OE 0 0000 0000 0000 0 0000 0000 0001 1 1111 1111 1111 D7 D1D0 2021-6-22微机原理及应用微机原理及应用26 2、存储器芯片的基本地址、存储器芯片的基本地址 2114的基本地址是的基本地

21、址是000H3FFH 2114 A0A9I/O1I/O4 +5V WE GND CS 00 0000 0000 00 0000 0001 11 1111 1111 D3 D2 D1D0 2021-6-22微机原理及应用微机原理及应用27 2、存储器芯片的基本地址、存储器芯片的基本地址 EPROM 27218基本地址是基本地址是0000H3FFFH 27218 A0A13 +5V GND CS I/O0I/O7 OE 00 0000 0000 0000 00 0000 0000 0001 11 1111 1111 1111 D7 D1D0 2021-6-22微机原理及应用微机原理及应用28 3、

22、存储器芯片的容量扩充、存储器芯片的容量扩充 对对1#来说其地址范围来说其地址范围 00 0000 0000 0000 00 0111 1111 1111 （即（即0000H07FFH） 6116 (1#) +5V GND CS I/O0I/O7 WE OE 6116 (2#) A0A10 AB的低11位 +5V GND CS I/O0I/O7 WE OE DB 译 码 器 AB A0A10 AB的低11位 A11 A12A13 Y0 Y1 (ABC) 用用两片两片6116芯片芯片（ 2K 8）即可扩展成即可扩展成4K 8 位，这种扩展方式就称为位，这种扩展方式就称为字扩展字扩展。 对对2#来说

23、其地址范围来说其地址范围 00 1000 0000 000000 1111 1111 1111 （即（即0800H0FFFH) 译码和译码器译码和译码器 2021-6-22微机原理及应用微机原理及应用29 3、存储器芯片的容量扩充、存储器芯片的容量扩充 显然，我们可以用显然，我们可以用2片片 2114组成组成1K8位的存储器，位的存储器， 这种扩展方式称为这种扩展方式称为位扩展位扩展。 2114 A0A9 AB的低10位 I/O1I/O4 接DB高4位 +5V WE GND CS 2114 I/O1I/O4 接DB低4位 +5V WE GND CS AB CB DB CS A0A9 AB的低1

24、0位 对对2114来说，存储容量是来说，存储容量是1K4位，而正常数据位，而正常数据 都以字节作为存储单元，显然需要进行扩展。都以字节作为存储单元，显然需要进行扩展。 N= (1K8位位)( 1K4位位)= 2 2021-6-22微机原理及应用微机原理及应用30 译码和译码器译码和译码器 全部全部CPU高位地址参与译码，称之为高位地址参与译码，称之为全译码全译码。全。全 译码方式能保证每个存储单元地址唯一。译码方式能保证每个存储单元地址唯一。 若只选择若只选择CPU一部分高位地址参与译码，这称为一部分高位地址参与译码，这称为 部分译玛部分译玛。每个存储单元会有多个地址对应。每个存储单元会有多个

25、地址对应。 地址译码可以选择专用芯片，在微机系统中常用地址译码可以选择专用芯片，在微机系统中常用 的有的有74LS138（称称3-8译码器）。译码器）。 真值表真值表 2021-6-22微机原理及应用微机原理及应用31 74LS138真值表真值表 74LS138 C B AY0Y7 +5V G2B GND G2A G1 G1G2AG2BCBA输 出输 出 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0

26、，其余全部为1 0，其余全部为1 0，其余全部为1 0，其余全部为1 0，其余全部为1 0，其余全部为1 0，其余全部为1 0，其余全部为1 2021-6-22微机原理及应用微机原理及应用32 4、存储器芯片与、存储器芯片与CPU连接连接 1、地址总线地址总线 低位直接相连，低位直接相连， 高位通过译码器相连。高位通过译码器相连。 地址线的连接方式确定了芯片的地址。地址线的连接方式确定了芯片的地址。 2、数据总线数据总线 8位芯片的数据线可以直接与位芯片的数据线可以直接与8088CPU 的相连，的相连， 与与8086CPU连接，要分成两个存储体；低连接，要分成两个存储体；低 于于8位的要进行位

27、扩充后再与位的要进行位扩充后再与CPU相连。相连。 例题例题 3、控制信号 系统总线中与存储器有关的控制信号有系统总线中与存储器有关的控制信号有 IO/M， RD， WR(针对针对8088) 。 2021-6-22微机原理及应用微机原理及应用33 例题例题 所以所以27128地址范围：地址范围： 0010 0000 0000 0000 0000 0010 0011 1111 1111 1111 即即20000H23FFFH A12A0 CE2 CE1 1#6264 WE OE D7D0 G1 Y0 G2A G2B C Y4 B A A17 IO/M A19 A18 A16 A15 A14 A1

28、2A0 CE2 CE1 2#6264 WE OE D7D0 A13A0 CE 27128 OE D7D0 VccVcc A13 1 1 A13A0 D7D0 WR RD 74LS138 11 1、如图是某一、如图是某一8088系统的存储器连接图，试确定其中各芯系统的存储器连接图，试确定其中各芯 片的地址空间。片的地址空间。 解解： （1）27128是是ROM ，没有没有WR，Y0 0选中该片；选中该片； 该片该片14条地址线，其基本地址条地址线，其基本地址00 0000 0000 0000 11 1111 1111 1111； 高高6位：位： A19A18 00； A17 1； A16A15 A14000； 2021-6-22微机原理及应用微机原理及应用34 例题例题 0011 0000 0000 0000 0