微机原理第五章存储器暗灰课件

第五章存储器主要内容有：1.存储器分类（了解）2.随机存取存储器RAM（了解）3.只读存储器（了解）

4.CPU与存储器的连接（重点）5.存储器空间的分配和使用（了解）第五章存储器5-1存储器分类

存储器是计算机的主要组成部分之一，是用来存储程序和数据的部件，存储器表征了计算机的‘记忆’功能，存储器的容量越大，计算机的性能也就越好。一、按用途分类按存储器用途分类，可以分成内部存储器和外部存储器。1.内部存储器内部存储器也称为内存，是主存储器，用来存放当前正在使用的或经常使用的程序和数据，CPU可以直接对它进行访问。内存的存取速度较快，一般是用半导体存储器件构成。内存的容量大小受到地址总线位数的限制，对8086系统，20根地址总线，可以寻址内存空间为1M字节。若是80386系统，地址总线为32根，可以寻址4000M字节。在实际使用中，由于内存芯片价格较贵，这样许多程序和数据要存放在磁盘外存中，使用时再调到内存。正是由于内存的快速存取和容量较小的特点，它用来存放系统软件，如系统引导程序、监控程序或者操作系统中的ROMBIOS，以及当前要运行的应用软件。2.外部存储器外部存储器也叫外存，是辅助存储器。外存的特点是大容量，所存储的信息既可以修改，也可以保存，存取速度较慢，要有专门的设备来管理。由于内存容量的限制，一部分系统软件必须常驻内存，另外一部分系统软件和应用软件则在用到时，再由外存传送到内存。此外还有一部分程序或数据需要长期保存。构成内存的器件是不能实现这个功能的，因此设计出各种外部存储器，它的容量不受限制，也称为海量存储器。一般外部存储器由磁表面存储器件构成，存储速度较慢。在微型计算机中，常见的外存有软盘、硬盘、光盘等。但外存要配置专门的驱动设备才能完成对它的访问功能，比如要配置软盘驱动器、硬盘驱动器、光盘驱动器等驱动设备。计算机工作时，一般由内存ROM中的引导程序启动系统，再从外存中读取系统程序和应用程序，送到内存的RAM中，程序运行的中间结果放在RAM中，（内存不够时放在外存中），程序结束时将最后结果存入外部存储器。（1）SRAM静态RAM（StaticRAM）静态RAM速度非常快，只要电源存在内容就不会自动消失。但它的基本存储电路为6个MOS管组成1位，因此集成度相对来说较低，功耗也较大。一般，高速缓冲存储器Cache用它组成。（2）DRAM动态RAM（DynamicRAM）DRAM的内容在10-3或10-6秒之后自动消失，因此必须周期性的在内容消失之前进行刷新。由于它的基本存储电路由一个晶体管及一个电容组成，因此它的集成度高，成本较低，另外功耗也小，但它需要一个额外的刷新电路。DRAM运行速度较慢，SRAM比DRAM要快2～5倍，一般，PC机的标准存储器都采用DRAM。

刷新放大器

列选择信号数据输入输出行选择信号QC单管动态RAM基本存储单元2.ROM只读存储器（ReadOnlyMemory）ROM存储器是将程序和数据固化在芯片中，数据只能读出，不能写入，电源关掉，数据也不会丢失，ROM中通常存储操作系统的程序（BIOS）或用户固化的程序。ROM按集成电路内部结构的不同，可分为下面三种：（1）PROM可编程ROM（ProgrammableROM）（2）EPROM可擦除、可编程ROM（ErasablePROM）（3）EEPROM电可擦除可编程ROM（ElectricallyErasablePROM）将设计的程序固化进行后，ROM内容不可更改。可编程固化程序，且在程序固化后可通过紫外光照擦除，以便重新固化新数据。可编程固化程序，并可利用电压来擦除芯片内容，以重新编程新数据。5-2随机存取存储器RAM随机存取存储器RAM可以随时在任意位置上存取信息，根据存储器芯片内部基本单元电路的结构，RAM分为静态RAM和动态RAM。一、静态随机存取存储器SRAM1.静态RAM的构成静态RAM存储一位信息的单元电路可以用双极型器件构成，也可以用MOS器件构成。静态RAM的单元电路通常是由6个MOS管子组成的双稳态触发器电路，可以用来存储信息0或1，只要不掉电，0或1状态能一直保持，除非重新通过写操作写入新的数据。同样对存储器单元信息的读出过程也是非破坏性的，读出操作后，所保存的信息不变。控制电路输出驱动32×32=1024存储单元驱动器X译码器地址反相器I/O电路Y译码器地址反相器123132┋123132┋A0A1A2A3A41……32123132…A5A6A7A8A9输入读/写输出CS图5-2存储器芯片内部结构框图（1）存储矩阵一个基本存储单元存放一位二进制信息，一块存储器芯片中的基本存储单元电路按字结构或位结构的方式排列成矩阵。按字结构方式排列时，读/出一个字节的8位制作在一块芯片上，若选中则8位信息从一个芯片中同时读出，但芯片封装时引线较多。例如1K的存储芯片由128×8组成，访问它要7根地址线和8根数据线。位结构是1个芯片内的基本单元作不同字的同一位，片内按矩阵排列，8位由8块芯片组成。优点是芯片封装时引线较少，例如1K存储器芯片由1024×1组成，访问它要10根地址线和1根数据线，但使用芯片为8块。封装引线减少，成品合格率就会提高。（2）地址译码器CPU读/写一个存储单元时，先将地址送到地址总线，高位地址经译码后产生片选信号选中芯片，低位地址送到存储器，由地址译码器选中所需要的片内存储单元，最后在读/写信号控制下将存储单元内容读出或写入。地址译码器完成存储单元的选择，通常有线性译码和复合译码两种方式，一般采用复合译码。如1024×1的位结构芯片排列成32×32矩阵，A0～A4送到X译码器（行译码），A5～A9送到Y译码器（列译码）。如图5-2所示，X和Y译码器各输出32根线，由X和Y方向同时选中的单元为所访问的存储单元。若采用线性译码器，10根地址线输入到地址译码器后，有1024根输出线来选择存储单元，结构复杂化了。（3）控制逻辑与三态数据缓冲器控制电路输出驱动32×32=1024存储单元驱动器X译码器地址反相器I/O电路Y译码器地址反相器123132┋123132┋A0A1A2A3A41……32123132…A5A6A7A8A9输入读/写输出CS图5-2存储器芯片内部结构框图控制电路输出驱动32×32=1024存储单元驱动器X译码器地址反相器I/O电路Y译码器地址反相器123132┋123132┋A0A1A2A3A41……32123132…A5A6A7A8A9输入读/写输出CS图5-2存储器芯片内部结构框图6264（8K×8）A12～A0：12根地址线D7～D0：8根数据线：写允许信号：读允许信号、CS2：读允许信号6264真值表

二、动态随机存取存储器DRAM1.动态RAM的构成动态RAM与静态RAM一样，由许多基本存储单元按行和列排列组成矩阵。最简单的动态RAM的基本存储单元是一个晶体管和一个电容，因而集成度高，成本低，耗电少，但它是利用电容存储电荷来保存信息的，电容通过MOS管的栅极和源极会缓慢放电而丢失信息，必须定时对电容充电，也称作刷新。另外，为了提高集成度，减少引脚的封装数，DRAM的地址线分成行地址和列地址两部分，因此，在对存储器进行访问时，总是先由行地址选通信号把行地址送入内部设置的行地址锁存器，再由列地址选通信号把列地址送入列地址锁存器，并由读/写信号控制数据的读出或写入。所以刷新和地址两次打入是DRAM芯片的主要特点。

刷新放大器

列选择信号数据输入输出行选择信号QC图5-4单管动态RAM基本存储单元

动态RAM依靠电容存储电荷来决定存放信息是1或0。图5-4以单管动态RAM为例说明其工作原理。读操作时先由行地址译码，某行选择信号为高电平时，此行上管子Q导通，由刷新放大器读取电容C上的电压值折合为0或1，再由列地址译码，使某列选通。行和列均选通的基本存储单元允许驱动，并读出数据，读出信息后由刷新放大器对其进行重写，以保存信息。写操作时，行和列的选择信号为1，基本存储单元被选中，数据输入/输出线送的信息通过刷新放大器和Q管送到电容C，数据写入存储单元。CPU仲裁电路

定时发生器数据缓冲器刷新定时器

地址多路器刷新地址计数器DRAM地址地址总线读/写图5-5DRAM控制器逻辑框图（1）地址多路器：把来自CPU的地址转换成行地址和列地址，分两次送到DRAM芯片，实现DRAM芯片地址的两次打入。（2）刷新定时器：完成对DRAM芯片进行定时刷新的功能，目前使用较多的1M位DRAM芯片，要求8ms内刷新512次。（3）刷新地址计数器：只用/RAS的刷新操作，需要提供刷新地址计数器。对于1M位的芯片，需要512个地址，因此刷新地址计数器要由9位来构成。但是，目前256K位以上的芯片，多数内部具有这种刷新地址计数器。（4）仲裁电路：来自CPU的访问存储器的请求和来自刷新定时电路的刷新请求同时产生时，由仲裁电路对两者的优先权进行裁决。（5）定时发生器：提供行地址选通信号，列地址选通信号和写信号，供DRAM芯片使用。3.动态RAM的例子

Intel2164是64K×1的DRAM芯片，它的内部有4个128×128基本存储电路矩阵，图5-6给出了它的引脚图。/RASGNDNCDin/WEA0A1A2161514131211109VCC/CASDOUTA6A3A4A5A72164

图5-62164引脚图A0～A7：行列地址线各8根，共16根所以可访问64K单元。：行选通信号，为0时，8位行地址打入。：列选通信号，为0时，8位列地址打入。：读/写控制线，为0时为写入数据；为1时为读出数据。DIN：数据输入 DOUT：数据输出三、存储器的工作时序1.静态RAM器件对存储器读周期和写周期时序

为了使存储器与CPU很好地配合构成一个微型计算机系统，存储器芯片的工作时序应和CPU的读/写时序密切配合，因此有必要分析一下存储器的工作时序。选择存储器时最重要的参数是存取时间，在存储器读周期中，具体是指读取时间，在存储器写周期中，就是指写入时间。访问存储器所需要的时间是指存储器接收到稳定的地址输入到读/写操作所需时间，访问时间的长短与存储器制造工艺有关，例如用双极型技术制造的器件速度快，但功耗大，价格贵，用互补金属氧化物半导体技术制造的器件功耗低，但速度慢。存储器对读周期的时序要求是：（1）CPU送出存储单元地址（图中A点），读周期开始，读周期比读取时间长，为了保证tA时间后，读出数据在数据线上稳定，要求地址信号有效后，不超过tA–tCO的时间段中，片选信号有效。若不能及时到达，则tA之后可能数据仅出现在内部内部数据总线上，而不能将数据送到系统总线上。（2）输出数据有效后（图中C点），只要地址信号和输出允许信号没有撤消，输出数据一直保持有效。（3）在整个读周期，要求R/应保持高电平。存储器对写周期时序要求，如图5-7（b）所示。（2）从片选信号有效到CPU要求的数据稳定之间的时间间隔必须大于tCO，否则外部电路必须产生信号，迫使CPU插入周期TW来满足上面的时间要求。

（1）从地址信号有效到CPU要求的数据稳定之间的时间间隔必须大于tA。在存储器芯片和CPU连接时,必须保证下面时间要求：图5-7（b）存储器的写周期CPU80386（80486）CACHERAM20～40ns32～256KBDRAM80～120ns1～16MB硬盘240MB～1GBCACHE控制器DRAM控制器图5-9CACHE在系统存储器中的位置图5-9所示，CACHERAM是位于CPU和主存储器之间容量小而速度快的存储器，通常由SRAM组成。可以把CACHE看作是主存储器中面向CPU的一组高速暂存寄存器，它保存有一份主存储器的‘内容拷贝’，该‘内容拷贝’是最近曾被CPU使用过的。平时，系统程序、应用程序以及用户数据是存放在硬盘中的。正在执行中的程序或需要常驻的程序由操作系统装入到存储器，而在主存储器中经常被CPU使用的一部分内容，要“拷贝”到CACHE存储器中。所以，开机时CACHE中无任何内容，当CPU送出一组地址去读取主存储器时，读取的存储器的内容被同时“拷贝”到CACHE之中。此后，每次CPU读取存储器时，CACHE控制器要检查CPU送出的地址，判断CPU要读取的数据是否在CACHE存储器中。若是存在于CACHE之，则称为CACHE命中，CPU可以用极快的速度从CACHE中读取数据。若CPU要读取的数据不是存在于CACHE之中，则称为CACHE未命中，这时就需要从主存储器中读取数据。5-3只读存储器

除了随机存取存储器外，另一类为只读存储器（ROM）。ROM存储的内容一般不会改变，掉电时也不会丢失，使用时可随时将内容读出。ROM器件具有结构简单，位密度比读/写存储器高，非易失性和可靠性高等特点，一般用来存放系统启动程序，常驻内存的监控程序，参数表，字库等，用户设计的单片机或单板机系统中也可用它来存放用户程序。根据ROM信息写入的方式，ROM分为4种:1.掩膜型ROM

ROM中信息是在芯片制造时由厂家写入的，用户对这类芯片无法进行任何修改。2.可编程只读存储器PROM这种ROM出厂时，里面没有信息，用户采用一些设备可以将内容写入PROM。但PROM中内容一旦写入，就不能再改变了。3.可擦除可编程只读存储器EPROM用户可以用特定设备将内容写入，之后可用紫外光照将内容擦除，再重新写入。4.电可擦除的可编程只读存储器EEPROM用户可以用特定设备对芯片编程，用一定的通电方式将其内容擦除，再重新写入。一、掩膜型ROM

掩膜型ROM中信息是厂家根据用户给定的程序或数据对芯片图形掩膜进行两次光刻而决定的。这类ROM可由二极管、双极型晶体管和MOS型晶体管构成，在数量较少时，掩膜ROM造价很贵，如果进行批量生产，就相当便宜了。适用于计算机系统开发完成后，大批量使用。三、可编程可擦除ROM（EPROM）1.EPROM工作原理

掩膜型ROM和PROM中的内容一旦写入，就无法改变，而EPROM却允许用户根据需要对它编程，且可以多次进行擦除和重写，因而EPROM得到了广泛的应用。

实现EPROM的技术是浮栅雪崩注入式技术，信息存储由电荷分布决定，MOS管的栅极被SiO2包围，称为浮置栅，控制栅连到字线。平时浮置栅上没有电荷，若控制栅上加正向电压使管子导通，则ROM存储信息为‘1’。EPROM的存储单元电路原理图如图5-11（a）所示。EPROM字线位线图5-11（a）EPROM电路原理图

编程写入时若在漏极和衬底、漏极和源极间加上+25V电压，使内部PN结反向击穿，形成较大的电流，部分电荷会在浮置栅上捕获注入。当电压移去后由于绝缘层的包围，注入的电荷无法泄露，相当于管子开启电压提高，控制栅上加上正向电压（+5V）后，管子仍截止，ROM存储信息为‘0’。2.EPROM的例子1234567891011121314282726252423222120A12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GND1918171615VCC/PGMNCA11A9A8/OEA10/CED7D6D5D4D3图5-11（b）2764引脚图VppA12～A0：13根地址线。D7～D0：8根数据线，编程时作数据输入，读出时为数据输出。：芯片允许端，输入，低电平有效，连地址译码器输出。：输出允许，输入，连。：编程脉冲控制端，输入，连编程控制信号。Vpp：编程电压输入。VCC：电源电压，+5V。

EPROM2764有4种工作方式，即读方式、编程方式、检验方式和备用方式，如表5-2所示。信号端VCCVPPD7～D0读方式+5V+5V 低低低输出编程方式+5V+25V高高正脉冲输入检验方式+5V+25V低低低输出备用方式+5V+5V无关无关高高阻未选中+5V+5V高无关无关高阻表5-2EPROM2764的工作方式

1.读方式：VCC和VPP接+5V电压，从地址线A12～A0输入所选单元的地址，当和端为低电平时，数据线上出现所寻址单元的数据。当为低电平时，允许把数据读出。2.编程方式：VCC加+5V电压，VPP加+25V电压（不同芯片电压值可能不一样，如有+12V的），端为高电平，从A12～A0端输入要编程单元的地址，在D7～D0端输入编程数据。在端加上编程脉冲，宽度为50ms的TTL高电平脉冲，即可实现写入。3.检验方式：VCC加+5V，VPP加+25V电压，接低电平，为低电平。检验总是和编程方式配合使用，每次写入1个字节数据后，紧接着将写入的数据读出，去检查写入的数据是否正确。

4.备用方式：也就是使EPROM工作在功率下降方式，此时与芯片未选中类似，但功耗仅为读方式下的25%。备用方式时，只要在端输入一个TTL高电平即可，此时，数据输出呈高阻状态。因为在读方式下，和两端连在一起，若某芯片未被选中，和处于高电平状态，那么此芯片就处于备用方式下，这就大大减少了功耗。四、电可擦除可编程ROM（EEPROM）

EPROM尽管可以擦除后重新进行编程，但擦除时需用紫外线光源，使用起来仍然不大方便。电可擦除的可编程ROM，简称EEPROM，它的外形管脚与EPROM相似，仅擦除过程不需要用紫外线光源。它是采用电脉冲进行擦除。5-4 CPU与存储器的连接

在CPU对存储器进行读写操作时，首先在地址总线上给出地址信号，然后发出相应的读或写控制信号，最后才能在数据总线上进行数据交换，所以CPU与存储器的连接包括地址线、数据线和控制线的连接等三个部分。在连接时要考虑以下几个问题：（1）CPU总线的负载能力一般来说，CPU总线的直流负载能力可带一个TTL负载，目前存储器基本上是MOS电路，直流负载很小，主要负载是电容负载，因此在小型系统中，CPU可直接和存储器芯片相连，在较大的系统中，考虑到CPU的驱动能力，必要时应加上数据缓冲器或总线驱动器来驱动存储器负载。（2）CPU的时序和存储器存取速度之间的配合CPU在取指令和读写操作数时，有它自己固定的时序，应考虑选择何种存储器来与CPU时序配合。若存储器芯片已经确定，应考虑如何实现TW周期的插入。（3）存储器的地址分配和片选内存分为ROM和RAM区，RAM区又分为系统区和用户区，每个芯片的片内地址，由CPU的低位地址来选择。一个存储器系统有多片芯片组成，片选信号由CPU的高位地址译码后取得。应考虑采用何种译码方式，实现存储器的芯片选择。（4）控制信号的连接8086CPU与存储器交换信息时，提供了以下几个控制信号：M/、、、ALE、READY、、DT/和，这些信号与存储器要求的控制信号如何连接才能实现所需要的控制功能。一、存储器的地址选择一个存储器系统通常由许多存储器芯片组成，对存储器的寻址必须有两个部分，通常是将低位地址线连到所有存储器芯片，实现片内寻址，将高位地址线通过译码器或线性组合后输出作为芯片的片选信号，实现片间寻址。由地址线的连接决定了存储器的地址分配，下面分别叙述三种存储器地址选择的方法。1.线性选择方式（简称线选法）无论ROM或RAM芯片，芯片引脚都包括地址线，数据线，读/写控制线和片选，只有片选信号有效时，才可能对该芯片进行操作。例5-1RAM芯片Intel6164容量为8K×8位，用2片静态RAM芯片6164，组成16K×8位的存储器系统。地址选择的方式是将地址总线低13位（A12～A0）并行地与存储器芯片的地址线相连，而端与高位地址线相连。A12A0～61641#D7D0～A12A0～61642#D7D0～A12～A0A12～A0D0～D7D0～D7A13图5-13线性选择方式&&地址总线的低13位A12～A0与每个芯片的地址线引脚A12～A0直接相连，实现每个芯片的片内寻址。地址总线的A13通过组合逻辑电路与两个芯片片选引脚相连，实现每个芯片的片间寻址。=1当A13=0时，1#芯片的=0，所以1#芯片被选中。1#芯片的地址范围为：00000H ～01FFFH=1=0=0=1当A13=1时，2#芯片的=0，所以2#芯片被选中。2#芯片的地址范围为：02000H ～03FFFH=1=0注意：由于地址总线的A19～A14没有使用，所以1#、2#芯片的地址范围各有64个（26=64）线性选择方式的特点：（1）无译码电路，所以电路简单。（2）地址分配重叠，地址空间不连续。2.全译码选择方式全译码选择地址的方式是对全部地址总线进行译码，当有16根地址线时，可直接寻址64K字节单元。例5-2假设一个微机系统的RAM容量为4K字节，采用1K×8的RAM芯片，安排在64K空间的最低4K位置，A9～A0作为片内寻址，A15～A10译码后作为芯片寻址（产生片选信号）。A9～A0D7～D0/CS/WEA9～A0D7～D0/CS/WEA9～A0D7～D0/CS/WEA9～A0D7～D0/CS/WE6:64译码器636231D7～D0/WRA15～A0A15～A10图5-14全译码地址选择方式#1#2#3#402A9～A0地址总线的低10位A9～A0与每个芯片的地址线引脚A9～A0直接相连，实现每个芯片的片内寻址。A15～A106根地址线通过6:64译码器译码后得到各芯片唯一的片选信号，连到每个芯片的端，从而实现片间寻址。1#：地址范围为0000H～03FFH2#：地址范围为0400H～07FFH3#：地址范围为0800H～0BFFH4#：地址范围为0C00H～0FFFH全译码选择方式的特点：（1）有译码电路，所以电路比较复杂。（2）地址是唯一的连续的。3.部分译码选择方式部分译码选择方式是将高位地址线中的几位经过译码后作为片选控制，它是线选法和全译码选择法的混合方式，通常译码器采用3/8译码器74LS138。例5-3如果要设计一个8K×8的存储器系统，采用2K×8的RAM芯片4片，选用A10～A0作为片内寻址，用A13～A11作为74LS138的译码输入，利用输出端～作为片选信号。则其地址分配为： 第一片：0000～07FFH 第二片：0800～0FFFH 第三片：1000～17FFH 第四片：1800～1FFFH

当然在存储器的一段（64K）内，A14和A15可以任意选择，所以地址仍有重叠区。部分译码方式的可寻址空间比线性选择范围大，比全译码选择方式的地址空间要小。部分译码方式的译码器比较简单，但地址扩展受到一定的限制，并且出现地址重叠区。总之，CPU与存储器相连时，将低位地址线连到存储器所有芯片的地址线上，实现片内选址。将高位地址线单独选用（线选法）或经过译码器（部分译码或全译码）译码输出控制芯片的片选端，以实现芯片片间寻址。连接时要注意地址分布和重叠区。

例5-4如果要设计一个8K×8的存储器系统，采用2K×1的RAM芯片32片，选用A10～A0作为片内寻址，用A13～A11作为74LS138的译码（部分译码）输入，利用输出端/Y4～/Y7作为片选信号，则如何连线，其地址分配又怎样？8个2K×1一组构成2K×8A15A14A13A12A11A10A9A8A7～A4A3～A0××1

0

00000000

选中1组 ┅ 11111111组地址范围为：2000～27FFH；同理，2组地址范围为：2800～2FFFH；3组地址范围为：3000～37FFH；4组地址范围为：3800～3FFFH；二、存储器的数据线和控制线的连接在第二章中我们已经谈到8086CPU有20位地址线，可寻址1M字节的存储空间。8086CPU数据线有16位，可以读/写一个字节，也可以读/写一个字。与8086CPU相连的存储器，从硬件角度看是用2个512K字节的存储体来组成的，它们分别称为偶地址（低位）存储体和奇地址（高位）存储体，用A0和信号分别来选择两个存储体，用A19～A1来选择存储体体内的地址。若A0=0选中偶地址存储体，它的数据线连到数据总线低8位D7～D0，若=0选中奇地址存储体，它的数据线连到数据总线的高8位D15～D8。若读写一个字，A0和均为0，两个存储体全选中。8086CPU与存储器芯片连接的控制信号主要有地址锁存信号ALE，读选通信，写选通信号，存储器或I/O选择信号M/，数据允许输出信号，数据收发控制信号DT/，准备好信号READY。在最小系统配置中，数据线和地址线经过地址锁存器8282和数据收发器8286输出。例5-5要求用8K×8的EPROM芯片2764，译码器74LS138构成8K字ROM的存储器系统，系统配置为最小模式。

ROM芯片，8K字用2片2764芯片组成，1片为奇地址体；1片为偶地址体，片内用13根地址线A1～A13寻址。其中用A0用选中偶地址体；用

选中奇地址体。地址确定：

A19A18A17A16A15A14A13～A1A0000000×┅×0偶地址

1奇地址偶地址体范围为：00000～03FFEH；奇地址体范围为：00001～03FFFH；总的8K字ROM的地址范围为：00000～03FFFH。5-5存储器空间的分配和使用

目前使用的16位或32位微型计算机，大多以MS-DOS作为操作系统，而最早设计时，由于存储器芯片价格昂贵，以及软件对内存要求不高，设计主存储器为640KB。随着大型软件系统出现，多道程序要求允许不同程序同时存取，需要大量存储空间，640KB的限制成了计算机的致命伤。但随着计算机技术的发展，CPU的寻址空间不断扩大，80386CPU可寻址4G字节，如何充分利用CPU的庞大的寻址空间，发挥其性能呢？目前软硬件技术已十分成熟，可以解决此问题，本节简单地介绍一些这方面的技术。

计算机通过地址总线对存储器寻址，地址总线的宽度决定了计算机的寻址能力，各种类型的计算机的总线宽度和寻址能力如表5-4所示。CPU数据总线地址总线寻址能力支持操作系统模式80888位20位1MB实模式808616位20位1MB实模式8028616位24位16MB实模式、保护模式80386SX16位32位4GB实、保护、V86模式80386DX32位32位4GB实、保护、V86模式8048632位32位4GB实、保护、V86模式表5-486系列计算机的寻址能力

实模式：就是8086/8088CPU所采用的工作模式（最大、最小模式），20根地址线能寻址1MB存储空间。它的寻址方式为：段地址：偏移地址存储器的实际地址（物理地址）为：段地址×16+偏移地址

保护模式：80286CPU有24根地址线能寻址16MB存储空间，80386CPU有32根地址线能寻址4GB存储空间，利用保护模式的寻址方式，能够访问整个存储器的地址空间。它的寻址方式为：选择器：偏移地址

存储器的实际地址换算如图5-17所示。选择器

偏移量150310段管理部件起始地址32位物理地址32位逻辑地址基地址

偏移量150150左移4位起始地址20位物理地址20位逻辑地址803868086图5-17保护模式物理地址的换算

V86模式：V86模式也称虚拟86模式，是80386以上CPU中才有的模式，是保护模式的一种子模式。V86模式可同时提供多个8086实模式的存储空间，又有保护功能，存储器的运行和控制是在进入保护模式后由程序来切换的。一、IBMPC/XT机中存储器空间分配

IBMPC/XT机采用8088CPU，可以寻址1MB存储空间，但MS-DOS只能管理640KB内存，省下的384KB做什么用呢？图5-18给出了PC/XT机的存储空间分配。ROMBIOSROM区域VRAM区域DOS区域BIOS数据区中断向量表FFFFFC0000A0000000000040000500图5-18

UM（384KB）

主存储器（640KB）

其中，从00000～9FFFFH的640KB为主存储器，由DOS进行管理。A0000～BFFFFH的128KB为VRAM区，分配给视频适配器上的存储器使用。C0000H～FFFFFH为ROM区供BIOS为和其他程序使用。VRAM和ROM区合起来称为上位存储器（UpperMemory，UM），总共384KB。这些ROM空间用户程序无法存取，此部分存储器要么在系统主板上，要不在接口板上，用户没有感觉到它的存在。二、IBMPC/AT机中存储器空间分配

IBMPC/AT机中使用80286CPU以上的芯片，80286CPU有两种支持操作系统模式：实模式和保护模式，在实模式下它的工作和8086CPU相同。但80286CPU有24根地址线，可访问16MB存储空间。在PC/AT机中可以专门对80286CPU的A20地址线进行控制，当A20=1时，允许访问1MB以上的64K地址空间，这个地址空间称作高位存储区（MHA），这是在实模式下可以访问的保护模式的存储区域。在保护模式下80286CPU可以访问16MB地址空间，1MB以上的地址空间称作扩展存储区（XMS），图5-19给出了IBMPC/AT机的存储空间分配。

XMSMemoryHMAUMBConventionalMemory扩展存储器高位存储器上位存储器主存储器0K640K1024K

=1M1088K16MB

实模式下可访问的存储器保护模式存储器图5-19IBMPC/AT机的存储空间分配三、PC机中存储器的使用

下面以PC/AT机为例，来讨论PC机中各类存储器的定义、特点和它们之间的关系。1.主存储器（ConventionalMemory）主存储器是指地址范围为0～640KB的RAM，也称为基本存储器或常规存储器。图5-20给出了主存储器640KB的分配。