第6章存储器PPT课件

1、11 1主存储器外存储器 （弥补主存容量的不足）主存（内存）：一般把具有一定容量且速度较高的存储器作为内存，CPU可直接用指令对内存储器进行读写。存放现行程序和数据，存取速度快，容 量有限，是主机的一部分。通常用半导体存储器作为内存。第1页/共29页2内存-外存存储层次的形成解决了存储器的大容量和低成本之间的矛盾外存（辅存或海存）：存储容量大、速度较低、位外存（辅存或海存）：存储容量大、速度较低、位于主机之外的存储器。用来存放当前暂时不于主机之外的存储器。用来存放当前暂时不用的程序和数据。用的程序和数据。CPU不能直接用指令对外不能直接用指令对外存进行读写。要使用外存中的信息，必须先存进行读写

2、。要使用外存中的信息，必须先将它调入内存。将它调入内存。第2页/共29页32 2主存储器高速缓冲存储器 为使主存储器与CPU的速度相匹配，提高CPU访问存储器的速度，在CPU和内存中间设置高速缓冲器（cache）。高速缓存-内存层次的形成解决了速度与成本的矛盾。第3页/共29页4 在现代微机中同时采用这两种存储层次，构成cache-内存-外存三级存储系统。这三级存储系统的形成，满足了现代微型计算机对存储系统的速度快、容量大且价格低廉的要求。6第4页/共29页53 3虚拟存储技术 基本思想将存储系统中的一部分外存（如磁盘、磁带等）与主存组合起来并视为一个整体，把两者的地址空间进行统一编址，形成逻

3、辑地址空间，允许用户自由、充分地使用整个逻辑地址空间（除系统指定的保留区域外）。同时采用软、硬件结合的手段，将用户逻辑地址自动转换为实际访问主存的物理地址，并对程序自动分段调入主存（或调出主存）。这样，对用户编程来说，允许程序使用的地址空间不再受主存空间的限制，同时也免去对程序分段和存储空间动态分配的繁重负担。第5页/共29页66.1.2 6.1.2 存储器的分类 1 1 按存取方式分类（1 1）随机存储器（RAMRAM） 既可读又可写，又称读/ /写存储器。如主存。（2 2）只读存储器（ROMROM） 只能读，不能写。存放固定不变的系统程序和子程序等。（3 3）顺序存储器（SAMSAM） 按

4、照顺序进行读/ /写 ，如磁带。 第6页/共29页72 2按存储器载体分类（1 1）磁介质存储器 速度较慢，一般用作外存。如磁盘、磁带等。（2 2）半导体存储器 容量大，速度快，体积小，功耗低，广泛用于大、中、小及微型机中作内存（3 3）光存储器 速度快，但需复杂的硬件，主要用作外存第7页/共29页86.1.3 6.1.3 存储器的基本组成半导体存储器的内部结构为例 存储体：核心。一个基本存储电路可存入一个二进制数码译码电路读/写电路：位于存储体与数据总线之间，是存储体的控制电路输入/输出缓冲器：连接在多片RAM的数据线上，宽度取决于存储器字长。6第8页/共29页96.1.4 存储器的技术指标

5、1存储容量通常以允许存放的字数位数或字节数表示存储器的容量。 32K 16 1KB=210B=1024B，1MB=210KB=1024KB2 存取周期(又称读写周期或访问周期) 通常指连续存入或取出两个数据所间隔的时间。3取数时间从CPU发出读命令开始，直到存储器获得有效读出信号的一段时间。4可靠性通常以平均无故障工作时间来衡量存储器的可靠性。5经济性常以“性能价格比”来衡量存储器经济性能的好坏。 第9页/共29页106.2 随机读写存储器6.2.1 静态RAM 1静态RAM的工作原理 MOS型静态RAM的基本存储单元，可由六个MOS场效应晶体管构成，其基本存储单元电路如图所示。VF1,VF2

6、：组成双组成双 稳态触发器稳态触发器VF3,VF4：负载管负载管VF5,VF6：控制管控制管第10页/共29页11设设VF1截止，截止，VF2导通，为导通，为1； VF2截止，截止，VF1导通，为导通，为0；（；（A点状态）点状态） VF1截止，截止，VF2导通时，导通时， A点为点为1，B点为点为0 VF2截止，截止，VF1导通时，导通时，A点为点为0，B点为点为1第11页/共29页122 2静态RAMRAM组成将多个存储单元按一定方式排列起来，就组成了一个静态RAM存储器，如图6-4所示。 6第12页/共29页133 3静态RAMRAM举例 Intel 2114 1K Intel 2114

7、 1K4 4位 64 64 6464矩阵6第13页/共29页146.2.2 6.2.2 动态RAMRAM 存储的信息具有一定的时间性，在很短的时间内，其数据是有效的，超过一定的时间，数据就消失了。为了使数据常在，就要周期性地对所在数据重写（刷新），这种存储器为动态存储器。 (1)(1)四管动态存储单元 (2)(2)三管动态存储单元 (3)(3)单管动态存储单元 第14页/共29页156.3半导体只读存储器6.3.1 掩膜式只读存储器ROM 制造厂家根据程序设计者编好的程序组成的“1”、“0”代码矩阵，利用集成电路工艺制造出相应的掩膜图案并生产出ROM芯片。这种ROM中的信息是永久性存储。使用时

8、只能读出而不能写入新内容。掩膜式ROM双极型：速度快，容量小MOS型：容量大，速度较慢第15页/共29页166.3.2 6.3.2 可编程的只读存储器PROMPROM 制作时不写入信息，使用时可写入自己的程序。但写入是一次性的，一旦写入内容后就不能更改，所以称一次性可编程序只读存储器，又称为现场可编程序只读存储器。PROM双极型MOS型结构破坏型熔丝型: : 使用较多 如：Intel 3036PROMIntel 3036PROM第16页/共29页176.3.3 可编程、可擦除的只读存储器EPROM用户使用时可重复编程、可多次改写所写内容。1紫外线擦除的EPROM 采用紫外线擦去原存内容，再用专

9、门写入器改写内容。实际中，用紫外线（或X射线）灯，相距3cm，进行照射1020min，就可把EPROM中的原存全部信息抹去，并成为全“1”状态。然后，再根据用户程序，用加电压的手段使要存入“0”的那些存储位进行写“0”，而对要存“1”的存储位不加电压，仍保存原有的“1”代码。常用的：常用的：2732（4KB） 2764 (16K) 27256 27128 Intel 2716第17页/共29页182电可擦除只读存储器 简称为EEPROM。 它是采用金属氮氧化物硅（MNOS）集成工艺制成的。使用时让电流只通过指定的存储单元，把其中一个字（或字节）擦去并改写，其余未通入电流的单元内容保持不变。第1

10、8页/共29页193EPROM芯片举例芯片举例Intel 2716 2K8地址线：地址线：A0-A10 11根根数据线：数据线：D0-D7 8位位后备线第19页/共29页206.46.4存储器与存储器与CPUCPU的连接的连接6.4.1 存储器的工作时序6.4.2 存储器与CPU连接时要考虑的问题 1CPU总线的负载能力 2CPU的时序与存储器的存取速度之间的配合 3存储器的电平信号与CPU的电平匹配 4存储器的地址要合理分配 5控制信号的连接 第20页/共29页21 存储器地址分配及译码1. 存储器地址分配在进行存储器与CPU连接前，首先要确定内存容量的大小和选择存储器芯片的容量大小。2.

11、存储器地址译码第21页/共29页22 6.4.3 常用的译码电路 一种常见的38译码器74LS138 3个输入端个输入端8个输出端个输出端3个使能端个使能端第22页/共29页23C B A Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0第23页/共

12、29页246.4.4 存储器与CPU的连接 存储器芯片的外部引脚按功能分为数据线、地址线和控制线。CPU对存储器的读写操作首先是向其地址线发地址信号，然后向控制线发读写信号，最后在数据线上传送数据信息。每一块存储器芯片的地址线、数据线和控制线都必须和CPU建立正确的连接，才能进行正确的操作。 CPU与存储器的连接就是指地址线、数据线和控制线的连接。重点说明的是存储器与CPU地址总线的连接方式，必须满足对这些芯片所分配的地址范围的要求。第24页/共29页25CPU发出的地址信号必须实现两种选择：（1）片选：对存储器芯片的选择，使相关芯片的片选端CS为有效。（2）字选：在选中的芯片内部再选择某一存

13、储单元。片选信号和字选信号均由片选信号和字选信号均由CPU发出的地址信号经译码发出的地址信号经译码电路产生，其中：电路产生，其中：片选信号：片选信号：由存储器芯片的外部译码电路产生，需自由存储器芯片的外部译码电路产生，需自 行设计。行设计。字选信号：字选信号：由存储器芯片的内部译码电路产生，这部由存储器芯片的内部译码电路产生，这部 分译码电路不需用户设计。分译码电路不需用户设计。第25页/共29页26 全译码法 将高位地址全部作为译码器的输入，用译码器的输出作为片选信号。 在这种方法中，低位地址线用作字选，与芯片的地址输入端直接相连；高位地址线全部连接进译码电路，用来生成片选信号。这样，所有的地址线均参与片内或片外的地址译码，不会产生地址的多义性和不连续性。在全译码方式中，译码电路的核心常用一块译码器充当