内存及其与CPU的连接

1、第第4 4章章 内存及其与内存及其与CPUCPU的连接的连接一、概述一、概述二、典型芯片举例二、典型芯片举例三、主存储器设计三、主存储器设计一、概述一、概述 存储器是计算机的重要组成部分，用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来存放计算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或主存），用于存放当前正在使用的程序和数据，序和数据，CPU可以对它直接访问，存取速度快，可以对它直接访问，存取速度

2、快，但容量较小。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暂时不暂时不处理的程序和数据。当处理的程序和数据。当CPU么处理这些信息时，必么处理这些信息时，必须先将其调入内存。须先将其调入内存。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2、存储器的分类、存储器的分类(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(1)只读存储器只读存储器ROM 只读存储器只读存储器(Rea

3、d Only Memory ROM) 用户在使用时只能读出其中信息，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，其信息不不能修改或写入新的信息，断电后，其信息不会消失。会消失。 存储单元中的信息由存储单元中的信息由ROM制造厂在生产制造厂在生产时一次性写入，称为时一次性写入，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，是一次行写入的，但一经写入，就无法更改，是一次性的性的ROM； EPROM(Eraseble Pro

4、grammable ROM 可擦除可编程可擦除可编程ROM) 可由用可由用户自行写入程序和数据，写入后的内容可户自行写入程序和数据，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。新的内容，可以多次擦除，多次使用。 EEPROM(Electrically Eraseble Programmable ROM 电可擦除可编程电可擦除可编程ROM) 可用电信号进行清除和改写的可用电信号进行清除和改写的存储器，使用方便。存储器，使用方便。(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 Acce

5、ss Memory) RAM的特点是存储器中的信息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的。断电后，作所需要的时间基本是一样的。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是利用半导体触发器的两个稳定状态表示示“1”和和“0”。只要电源不撤除，信息不会消。只要电源不撤除，信息不会消失，不需要刷新电路。失，不需要刷新电路。 DRAM (Dynamic RAM 动态动态RAM) DRAM是利用电

6、容端电压的高低是利用电容端电压的高低来表示来表示“1”和和“0”，为了弥补漏电需要定时，为了弥补漏电需要定时刷新。一般微机系统中的内存采用刷新。一般微机系统中的内存采用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。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(1)存储容量存储容量 存储容量存储容量 是是指一块存储芯片指一块存储芯片上所能存储的二上所能存储的二进制位数。进制位数。 假设存储芯假设存储芯片的存储单元数片的存储单元数是是M， 一个存一个存储单元所存储的储单元所存储的信息的位数是信息的位数是N，则其存储

7、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， 每每个存储单元是个存储单元是8位，求其存储容量位，求其存储容量?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 2KB2、若要组成、若要组成64K字节的存储

8、器，以下芯片各字节的存储器，以下芯片各需几片需几片?6116(2K8)4416(16K4)解解: (64K8) ( 2K8)=32(片片) (64K8) ( 16K4)= 8 (片片)区别：芯片的存储容量和微机的存储容量区别：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 由多片存储芯片组由多片存储芯片组成的总存储容量。成的总存储容量。 微机的最大内存容量微机的最大内存容量 由由CPU的地的地址总线决定。址总线决定。 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 由实际使用的若由实际

9、使用的若干片存储芯片组成的总存储容量。干片存储芯片组成的总存储容量。(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存储器的存取速度是影响计算机运算速度的主要因素，用两个参数来衡量：的主要因素，用两个参数来衡量： 存取时间存取时间TA （Access Time） 定定义为启动一次存储器操作（读或写），到完义为启动一次存储器操作（读或写），到完成该操作所经历的时间。成该操作所经历的时间。 存储周期存储周期TMC（Memory Cycle） 定义启动两次读（或写）存储器操作之间所定义启动两次读（或写）存储器操作之间所需的最小时间间隔。需的最小时间间隔。(3)(3)可靠性可靠性 存储器的

10、可靠性用存储器的可靠性用MTBF来衡量。来衡量。 MTBF即即Mean Time Between Failures 平均故障间隔时间，平均故障间隔时间，MBTF越长，表示可靠性越高。越长，表示可靠性越高。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） 静态随机存取存储器，静态随机存取存储器，11条地址线，条地址线，8位位数据线，数据线，3条控制线，两条电源线，单片存条控制线，两条电源线，单片存储容量储容量2K8 。6116A0A10+5VGNDCSI/O0I/O7WEOECS 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

11、中 高阻 L L H 读出 DOUT L L 写入 DIN 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。 2、DRAM芯片芯片Intel 2164A 动态随机动态随机存取存储器，存取存储器，8条地址线，条地址线，2位数据线位数据线(输出和输出和输入），输入），3条控制线，两条电源线，单片存储条控制线，两条电源线，单片存储容量容量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）（列选通）和和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。2164A0A7GNDDinDoutVccC

12、ASRASWE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、存储器芯片与CPU连接连接1、芯片选择、芯片选择 SRAM与与CPU连接，不需要外围电路，连接，不需要外围电路，连接简单，用于小型控制系统。连接简单，用于小型控制系统。 DRAM常用于大型系统，因为需要刷常用于大型系统，因为需要刷新电路，比如新电路，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。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

13、：000H7FFH6116A0A10+5VGNDCSI/O0I/O7WEOE000 0000 0000000 0000 0001111 1111 1111D7 D1D06264的基本地址的基本地址:0000H1FFFH6264A0A12+5VGNDCSI/O0I/O7WEOE0 0000 0000 00000 0000 0000 00011 1111 1111 1111D7 D1D02114的基本地址是的基本地址是000H3FFH2114A0A9I/O1I/O4+5VWEGNDCS00 0000 000000 0000 000111 1111 1111D3 D2 D1D0EPROM 27128

14、基本地址是基本地址是0000H3FFFH27218A0A13+5VGNDCSI/O0I/O7OE00 0000 0000 000000 0000 0000 000111 1111 1111 1111D7 D1D03、存储器芯片的容量扩充、存储器芯片的容量扩充 用用两片两片61166116芯片芯片（ 2K 2K 8 8）即可扩展）即可扩展成成4K 4K 8 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。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。全译码方式能保证每个存储单。全译码方式能保证每个存储单元地址唯一。元地址唯一。

15、若只选择若只选择CPU一部分高位地址参与译一部分高位地址参与译码，这称为码，这称为部分译玛部分译玛。每个存储单元会。每个存储单元会有多个地址对应，有多个地址对应， 地址译码可以选择专用芯片，在微机地址译码可以选择专用芯片，在微机系统中常用的有系统中常用的有74LS138（称（称3-8译码译码器）。器）。74LS138真值表真值表74LS138C B AY0Y7+5VG2BGNDG2AG1G1G2AG2BCBA输 出输 出Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y71 0 01 0 01 0 01 0 01 0 01 0 01 0 01 0 00 0 01 1 11 1 01 0 11 0 00 1 10

16、1 00 0 10，其余全部为10，其余全部为10，其余全部为10，其余全部为10，其余全部为10，其余全部为10，其余全部为10，其余全部为16116(1#)+5VGNDCSI/O0I/O7WEOE6116(2#)A0A10AB的低11位+5VGNDCSI/O0I/O7WEOEDB译码器ABA0A10AB的低11位A11 A12A13Y0Y1(ABC)对对1#来说其地址范围来说其地址范围00 0000 0000 000000 0111 1111 1111（即（即0000H07FFH）6116(1#)+5VGNDCSI/O0I/O7WEOE6116(2#)A0A10AB的低11位+5VGNDC

17、SI/O0I/O7WEOEDB译码器ABA0A10AB的低11位A11 A12A13Y0Y1(ABC)对对2#来说其地址范围来说其地址范围00 1000 0000 000000 1111 1111 1111（即（即0800H0FFFH) 显然，我们可以用显然，我们可以用2片片2114组成组成1K8位位的存储器，这种扩展方式称为的存储器，这种扩展方式称为位扩展位扩展。 对对21142114来说，存储容量是来说，存储容量是1K1K4 4位，而正位，而正常数据都以字节作为存储单元，显然需要进行常数据都以字节作为存储单元，显然需要进行扩展。扩展。N= (1K8位位)( 1K4位位)= 22114A0A

18、9AB的低10位I/O1I/O4接DB高4位+5VWEGNDCS2114I/O1I/O4接DB低4位+5VWEGNDCSABCBDBCSA0A9AB的低10位4、存储器芯片与、存储器芯片与CPU连接连接1 1、地址总线地址总线 低位直接相连，低位直接相连， 高位通过译高位通过译码器相连。地址线的连接方式确定了芯片的码器相连。地址线的连接方式确定了芯片的地址。地址。2 2、数据总线数据总线 8 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8088CPU8088CPU的相连，的相连， 与与8086CPU8086CPU连接，要分成两连接，要分成两个存储体；低于个存储体；低于8 8位的要进行位扩

19、充后再与位的要进行位扩充后再与CPUCPU相连。相连。3、控制信号控制信号 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) 。例题例题1 1、如图是某一、如图是某一80888088系统的存储器连接图，系统的存储器连接图，试确定其中各芯片的地址空间。试确定其中各芯片的地址空间。 A12A0CE2 CE1 1#6264WEOE D7D0G1 Y0G2AG2BC Y4BA A17 IO/M A19 A18 A16 A15 A14 A12A0CE2 CE1 2#6264WEOE D7D0 A13A0 CE 27128OE D7D0Vcc

20、VccA1311A13A0D7D0WRRD74LS13811解解： （1 1）2712827128是是ROM ROM ，没有，没有WRWR，Y Y0 0 0 0选中该片；选中该片；该片该片1414条地址线，条地址线，其基本地址：其基本地址：00 0000 0000 0000 11 1111 1111 111100 0000 0000 0000 11 1111 1111 1111；高高6 6位：位：A19A18 A19A18 0000；A17 A17 1 1；A16A15 A14A16A15 A14000000；所以所以2712827128地址范围：地址范围：0010 000010 0000 0000 0000 000000 0000 0000 0000 0010 000010 0011 1111 1111 111111 1111 1111 1111即即20000H23FFFH20000H23FFFH0011 000011 000 00 0000 0000 0000