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1、 通过本内容教学，让学生通过本内容教学，让学生掌握和了解存储器的分类、半导体存储器、掌握和了解存储器的分类、半导体存储器、随机存取存储器随机存取存储器RAM、只读存储器只读存储器ROM、存储器子系统与存储器子系统与CPU主系统的连接，了解主系统的连接，了解存储体系结构。存储体系结构。 学习目的 存储器是计算机中存储信息的部件。存储器是计算机中存储信息的部件。它可以把需要CPU处理的程序和原始数据存 储起来，处理时自动而连续地从存储器中取出程序中的指令并执行指令规定的操作。程 序执行过程中的数据也可利用存储器保存起来。这就是说，计算机每完成一条指令，至少 有一次为了取指而访问存储器。611 存储

2、系统 存储系统 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。611 存储系统内存内存CPUCache外存外存辅助软硬件辅助软硬件设备设备硬件机构硬件机构存储系统611 存储系统 内存储器： 内存储器(主存储器)用来存放当前机器运行的程序和数据，它是计算机主机的一部分，一般把具有一定容量且速度较高的存储器作为内存储器，CPU可直接用指令对内存储器进行读写。在微机中通常用半导体存储器作为内存储器。611 存储系统 外存储器： 另一类存储器是存储容量大、速度较低、位于主机之外的存储器，称

3、为外存储器(辅助存储器)或海量存储器。外存储器用来存放当前暂时不用的程序和数据。CPU不能直接用指令对外存储器进行读写。 要使用外存储器中的信息，必须先将它调入内存储器。611 存储系统 存储层次： 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。 高速缓存内存层次的形成，解决了速度与成本的矛盾。612 半导体存储器的分类及特点 内存、外存、缓冲存储器： 内存一般用来存放当前活跃的程序和数据，其速度高、 容量小、每位价格高。目前主要采用半导体存储器，使用随机存取方式。 外存用于存放当前不活跃的程序和数据，其速度慢、容量大、每位价格低，一般采用软磁盘、硬磁盘、光盘、 磁带机。 缓

4、冲存储器用在两个具有不同工作速度的部件之间，在交换信息时起缓冲作用，一般称之为cache。612 半导体存储器的分类及特点 半导体存储器的分类： 1、按器件原理来分，有双极型存储器和MOS型 存储器； 2、按存取方式来分，有随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)； 3、按存取储原理来分，有静态存储器(SRAM)和动态存储器(DRAM)； 4、按信息传送方式来分，有并行(字长的所有位同时存取)存储器和串行(一位一位存取)存储器。612 半导体存储器的分类及特点 双极型存储器 随机存取存储器(RAM) 静态存储器(SRAM) MOS型存储器 半导体存储器 只读存储器(ROM) 掩膜式ROM

5、 动态存储器(DRAM) 闪速存储器 可编程式的ROM 可擦除式的ROM 电可擦除式的ROM 半导体存储器的分类612 半导体存储器的分类及特点 半导体存储器的性能指标： (1)容量：容量是指存储器芯片上能存储的二进制数的位数。 (2)存取时间： 存取时间是指存数的写操作和取数的读操作所占用的时间，一般以ns为单位。 (3)功耗： 功耗指每个存储单元所耗的功率，单位为W单元，也有用每块芯片总功率来表示功耗的，单位为mW芯片。 (4)电源： 电源指芯片工作时所需的电源电压种类。有的芯片只要单一+5V，而有的要多种电 源才能工作，例如12V，5V等。612 半导体存储器的分类及特点 容量： 如果一

6、片芯片上有N个存储器存储单元。每个可存放M位二进制数，则该芯片的容量用NXM表示。 在存储容量的表示方法中，常常用到KB、MB、GB等其关系为： 1KB210B1024B，1MB210KB1024KB，1GB210MB1024MB。 地址引脚 存储容量 8（A7-A0） 28=256 N 2N612 半导体存储器的分类及特点 RAM的分类及特点： RAM按器件原理可分为双极型和MOS型两类。 双极型RAM 特点：存取速度高，但集成度低，功耗大，成本高。 目前主要用于速度要求高的微型机算机中。 MOS型RAM MOS型RAM分为静态RAM和动态RAM两种。 静态RAM的特点：集成度较高； 不需要

7、刷新；非易失性； 功耗较低；存取速度较高。 动态RAM的特点：需要定时刷新；集成度高；功耗低；存取速度低；价格便宜。612 半导体存储器的分类及特点 ROM的分类及特点： 掩膜式ROM： 用定作掩膜对存储器进行编程，一旦制造完毕，内容固定不能改变。适合批量生产，但不适用于科研工作。 可编程式的ROM(PROM)： PROM允许用户一次性写入，再也不可更改。因此，不适用于科研。 可擦除式的ROM(EPROM)ROM(EPROM)：EPROM允许用户多次写入信息，写入操作由专用的写入设备完成。写入之前应先擦除原来写人的信息。一种擦除方式为紫外光擦除，用紫外光照射15分钟左右，芯片中的信息被擦除，成

8、为一块“干净”的EPROM，可再次写入信息。 电擦除式的ROMROM（E E2 2PROMPROM），即用特定的电信号对其进行擦除，可在线操作，因此很方便。它的特点是写入时电压要求较高(一般为20V25V)，写入速度较慢而不能像RAM那样作随机存取存储器使用。 621 静态读写存储器 静态读写存储器(SRAM)存储单元： SRAM采用触发器电路构成一个二进制数的存储单元，这种触发器一般由6个晶体管组成。 621 静态读写存储器 6116SRAM芯片（容量2K8）：6116SRAMD7-D0A10-A0OEWECS逻辑符号逻辑符号 621 静态读写存储器 6116芯片的主要引脚：地址线： A0A

9、10数据线： D0 D7输出允许信号：写允许信号：选片信号：CSOEWE 621 静态读写存储器 2114SRAM芯片（容量1K4）：2114SRAMI/O4-I/O1A9-A0逻辑符号逻辑符号CS/R W 621 静态读写存储器 2114SRAM芯片的主要引脚：地址线： A0A9数据线： I/O4-I/O1选片信号：读写控制：CS/R W 622 动态读写存储器 DRAM的刷新： 常用的动态RAM有三管动态存储单元或单 管动态存储单元两种。DRAM的刷新： DRAM是以MOS管栅极和衬底间的电容上的电荷来存储信息的。由于MOS管栅极亡的电荷会因漏电而泄放，故存储单元中的信息只能保持若干毫秒。

10、为此，要求在1-3ms内周期性地刷新存储单元，但DRAM本身不具备刷新功能，必须附加刷新电路。所谓刷新是将存储单元的内容按原样重新再置一遍，而不是将所有单元都清零。 63只读存储器(ROM) 固定掩膜只读存储器(固定掩膜ROM) ： 固定掩膜只读存储器(固定掩膜ROM)的每一个存储单元由单管构成，因此集成度较高。存储单元的编程是在生产过程中，由厂家通过掩膜这道工序将信息做到芯片里，也就是将单管电极接人电路，未接人电路的位存1，否则存0。 这类ROM的编程(信息的写入)只能由器件制造厂在生产时定型，若要修改，则只能在生产厂重新定做新的掩膜，用户无法自己操作编程。 63只读存储器(ROM) 可编程

11、只读存储器(PROM) ： 可编程只读存储器(PROM)允许用户自己编程一次。在PROM中，常采用二极管或双极型三极管作存储单元。管子的发射极上串接有可熔性金属丝，该熔丝的完好与否，决定该位信息的状态。出厂时，所有熔丝是完整的，管子将位线与字选线连通，表示存有0信息，因此新出厂的PROM芯片应为全0状态。用户编程时，在脉冲的作用下，使熔丝断开，该位由。变为1状态，实现了信息的写入。用户只要控制该往哪位写1，便实现了对PR()M的编程。由于熔丝烧断之后无法恢复，所以，PROM芯片只能进行一次编程。 63只读存储器(ROM)紫外光擦除可编程只读存储器(EPROM) ： 紫外光擦除可编程只读存储器(

12、EPROM)芯片常用浮栅型MOS管作存储单元。新 出厂的“干净”EPROM每位均为1状态。 对EPROM的编程是用电信号控制将有关位由原来的1改写为0的过程；对EPROM的擦除过程则是用紫外光照射，即用高能光子将浮栅上的电子驱逐出去，使其返回基片，相应位由原来的。变为1状态。 63只读存储器(ROM)电可擦除可编程只读存储器： 电可擦除可编程只读存储器(E2PROM)是一种不用从电路板上拔下，而在线直接用电信号进行擦除的EPROM芯片。对其进行的编程也是在线操作，因此它的改写步骤简单。其他性能与EPROM类似。 63只读存储器(ROM)闪速存储器： 闪速存储器(flash memory)是一种

13、新型的半导体存储器，由于它具有可靠的非易失性、电擦除性及低成本等优点，对于需要实施代码或数据更新的嵌入性应用是一种理想的 存储器，而且它在固有性能和成本方面有较明显的优势。 闪速存储器具有非易失性，在断电时它也能保存存储的内容，这 使它优于需要持续供电来存储信息的易失性存储器，如静态和动态RAM。 63只读存储器(ROM)闪速存储器： 闪速存储器(flash memory)是一种新型的半导体存储器，由于它具有可靠的非易失性、电擦除性及低成本等优点，对于需要实施代码或数据更新的嵌入性应用是一种理想的 存储器，而且它在固有性能和成本方面有较明显的优势。 闪速存储器具有非易失性，在断电时它也能保存存

14、储的内容，这 使它优于需要持续供电来存储信息的易失性存储器，如静态和动态RAM。 2716ROM芯片（容量2K8）：2716ROMD7-D0A10-A0OEPD/PGMCE逻辑符号逻辑符号 63只读存储器(ROM) 2716芯片的主要引脚：地址线： A0A10数据线： D0 D7输出允许信号：编程允许信号：选片信号：CEOE/PGMPD 63只读存储器(ROM) 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。 我们在配置微机内存时，往往要选择若干个存储器芯片才能达到容量要求。这些选择好的存储器芯片如何同CPU有效地连接并能有效地寻址，就存在

15、一个存储器的地址分配问题。 在进行地址分配时，一定要将ROM和RAM分区域安排。 641 存储器地址分配及译码 IBM PCXT 的内存地址分配情况： 将ROM安排在高端，而把RAM安排在低端。在多芯片组成的微机内存中，往往通过译码器实现地址分配。 641 存储器地址分配及译码00000H40000HA0000HC0000HF0000HF6000HFE000HFFFFFH256KB RAM （系统板）284KB RAM （扩展板）128KB RAM （显存）192KB ROM （扩展板）24KB RAM （系统板）32KB BASIC 解释程序8KB BIOSRAM 640KB保留 128KB

16、ROM 256KBIBM PCXT存储器地址分配存储器地址分配 存储器地址译码： 存储器系统设计是将所选芯片与所确定的地址空间联系起来，即将芯片中的存储单元与实际地址一一对应，这样才能通过寻址对存储单元进行读写。每一个存储器芯片都有一定数量的地址输入端，用来接收CPU的地址输出信号。CPU的地址输出信号，原则上每次只寻址到一个存储单元，到底能寻址到哪一个单元，要由地址译码器来确定。 地址译码器将CPU的地址信号按一定的规则译码成某些芯片的片选信号和地址输入信号，被选中的芯片即CPU寻址的芯片。译码器在CPU寻址时所起的作用十分重要，具体的74LSl38。 641 存储器地址分配及译码 74LS

17、l38译码器：其中G1=1， G2A= G2B=0 641 存储器地址分配及译码G2BB0000111101100110A01010101选中选中Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y0ABCCG2AG174LSl387474LSl38LSl38引脚图引脚图7474LSl38LSl38输入输出关系输入输出关系 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(DB)、地址线(AB)和控制线(CB)。 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

18、立正确的连接，才能进行正确的操作。 642 存储器与CPU的连接 存储器与CPU的连接： CPU与存储器的连接就是指地址线、数据线和控制线的连接。在这三种连接中需要 重点说明的是存储器与CPU地址总线的连接方式。这种连接方式必须满足对这些芯片所分配的地址范围的要求分配的地址范围的要求。CPU发出的地址信号必须实现两种选择，首先是对存储器芯片的选择，使相关芯片的片选端CS为有效，这称为片选；然后在选中的芯片内部再选择某一存储单元，这称为字选。片选信号和字选信号均由CPU发出的地址信号经译码电路产生。片选信号由存储器芯片的外部译码电路产生，这是需要自行设计的部分；字选信号由存储器芯片的内部译码电路

19、产生，这部分译码电路不需用户设计。 642 存储器与CPU的连接 外部译码电路的两种译码方法： 1线性选择法 这种方法直接用CPU地址总线中某一高位线作为存储器芯片的片选信号，简称为线选法。 2全译码法 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。在这种寻址方法中，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。 642 存储器与CPU的连接 线性选择法的特点： 1、线性选择法的优点：连接简单，片选信号的产生，不需复杂的逻辑电路。只用一条地址线与MREQ的简单组合就可产生有效的CS信号。 2、缺点：当采用线选法时，高位地址

20、未全部用完、而又没有对其实施控制时，会出现地址的不连续和多义性，这是线选法的两大缺点。线选法还有另一种局限，即使所有的高位地址线都用作线选，其能寻址的存储空间也十分有限。 642 存储器与CPU的连接 线性选择法的举例： 选用存储芯片和译码芯片，构成其起始地址为的一个4的存储子系统(假设CPU只有16条地址线、8条数据线，用线选法 。) 解：1、确定芯片数、确定芯片数、片选信号、片选信号、片内寻址片内寻址 6116 26116 2K K8 8 2KB =4K2KB =4K8/2K8/2K8=18=11=21=21 11=21=2片片 需要需要2 2片片 2 2K=2K=21 1 2 21010

21、=2=21111 11 11根地址线根地址线 A10A10A0A0片内寻址片内寻址 2 21 1 1 1根地址线根地址线 A11 A11 作为片选信号作为片选信号 642 存储器与CPU的连接 线性选择法的举例： 2、确定确定地址分配地址分配 A15 A14 A13 A12 A15 A14 A13 A12 A11A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 C000H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 C

22、000H 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 C7FFH 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 C7FFH 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 C800H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 C800H 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 CFFFH 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 CFFFH A15 A14 A13 A12 A15 A14 A13 A12的变化范围：的变化范围：00000000H-1111H H-1111H

23、，共重叠区共重叠区1616个个 当当A15 A14 A13 A12A15 A14 A13 A12取值为非全取值为非全0 0时，如果译码电路未对这些高位地址线进时，如果译码电路未对这些高位地址线进行管理，则将出现另外许多组地址，这种情况被称为地址的多义性。行管理，则将出现另外许多组地址，这种情况被称为地址的多义性。 642 存储器与CPU的连接 线性选择法的举例： 3、画出连接图画出连接图 642 存储器与CPU的连接 全译码法的特点： 1、全译码法的优点：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小连续性。 2、缺点：较复杂的逻辑电路。 642 存储器与CPU的连接 全译码

24、法的举例： 选用存储芯片和译码芯片，构成其起始地址为的一个4的存储子系统(假设CPU只有16条地址线、8条数据线，用全译码法 。) 解：1、确定芯片数、确定芯片数、片选信号、片选信号、片内寻址片内寻址 6116 26116 2K K8 8 2KB =4K2KB =4K8/2K8/2K8=18=11=21=21 11=21=2片片 需要需要2 2片片 2 2K=2K=21 1 2 21010=2=21111 11 11根地址线根地址线 A10A10A0A0片内寻址片内寻址 16-11=5 A1516-11=5 A15A11A11作为片选信号作为片选信号 642 存储器与CPU的连接 全译码法的举

25、例： 2、确定确定地址分配地址分配 G2A G2B C B AG2A G2B C B A A15 A14 A15 A14 A13 A12A13 A12 A11A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 1 1 1 1 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 C000H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 C000H 1 1 1 1 0 00 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 C7FFH 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 C7FFH

26、 1 1 1 1 0 00 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 C800H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 C800H 1 1 1 1 0 00 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 CFFFH 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 CFFFH 642 存储器与CPU的连接Y0Y1 线性选择法的举例： 3、画出连接图画出连接图 642 存储器与CPU的连接 8086 CPU有20位地址线，无论在最小方式下，还是在最大方式下，都可寻址1MB的存储空间。存储器通常以字节为单位进行数据的存取，因此每个字节用一个唯一的地址码表示，这称为存储器的标

27、准结构。若存放的数据为8位，则将他们按顺序进行存放；若存放的数据为16位，则将16位数据的高位字节存于高地址单元，低位字节存于低地址单元；若存放的数据为32位(这通常是指地址指针数据)，则将地址指针偏移量(字)存于低地址的两个字节单元中，将地址指针的段基地址(字)存于高地址的两个字节单元中。 需要说明的是，存放时，其低位字节可从奇数地址开始，这种方式为非规则存放，这种存放的宇为非规则字；如果其低位地址从偶数地址开始，则为规则存放，这种存放的字为规则字。对规则字的存取可在一个总线周期完成，对非规则字的存取则需要两个周期才能完成。 651 8086存储系统 8086 CPU在组织1MB的存储器时，其空间实际上被分成两个512KB的存储体(或称为存储库)，分别叫做高位库和低位库。 651 8086存储系统 寻址范围： 80 x86 PC机因地址线数目的不同，其寻址能力也不相同。 计算机程序通常存储在软盘、硬盘或光盘中，运行前必须先调入内存。当刚推出DOS操