微机原理与接口技术 第5章

《微机原理及接口技术》2008-6-13第5章存储器1/41微机原理与接口技术《微机原理及接口技术》2008-6-13第5章存储器2/41第五章存储器存储器概述存储器是计算机系统中用来存储信息的部件，它是计算机中的重要硬件资源。从存储程序式的冯.诺依曼经典结构而言，没有存储器，就无法构成现代计算机。

《微机原理及接口技术》2008-6-13按用途分类内存储器：分为高速缓冲存储器(Cache)和主存储器(内存条)两种

Cache一般为几百KB,工作速度几 乎与CPU相当。 内存条容量相对较大,目前一般在

128MB到512MB之间,但速度较

Cache慢。外存储器：主要是磁介质存储器，容量大，目前一般在10GB以上。用来存放相对来说不经常使用的程序或者数据或者需要长期保存的信息。此外还有光盘等其他介质的存储器。

CPUCACHE

主存（内存） 辅存（外存）

第5章存储器3/41《微机原理及接口技术》2008-6-13第5章存储器4/41半导体存储器的分类按使用功能RAM（RandomAccessMemory）ROM（ReadOnlyMemory）RAM的种类SRAM（静态）：速度快、集成度低、功耗大DRAM（动态）：速度慢、集成度高、功耗低、需要周期性刷新ROM的种类可编程ROM：数据固化到ROM后不可更改。可擦除、可编程ROM：可以通过特殊装置进行改写，平时使用过程中只作为可读存储器电可擦除、可编程ROM：可以通过特殊装置进行改写，平时使用过程中只作为可读存储器《微机原理及接口技术》2008-6-13第5章存储器5/41随机存取存储器RAMCPU能根据RAM的地址将数据随机地写入或读出。电源切断后，所存数据全部丢失。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。DRAM动态RAM(DynamicRAM)：DRAM存在泄漏电流，因此必须周期性的在内容消失之前进行刷新(Refresh)。考虑因素：功耗，速度，容量/价格，电路的复杂性《微机原理及接口技术》2008-6-13第5章存储器6/41SRAM存储器的构成最基本存储单元：6个MOS管构成的双稳态触发器电路存储体：许多基本存储单元构成的矩阵存储矩阵

字结构排列 位结构排列地址译码器片选信号（高位地址生成）线性译码或复合译码控制逻辑片选、读允许、写允许三态控制为什么需要？《微机原理及接口技术》2008-6-13第5章存储器7/41DRAM存储器的构成最基本存储单元：4管、3管或单管结构需要配置刷新逻辑电路原因：利用电容存储电荷刷新：刷新周期、集中刷新、分布刷新DRAM控制器地址多路器行地址、列地址CPU的地址分两次发送到DRAM芯片刷新定时器根据时间要求进行定时刷新地址计数器仲裁电路来自CPU的访问请求和刷新请求同时产生时进行优先级裁定定时发生器《微机原理及接口技术》2008-6-13第5章存储器8/41静态存储器的工作时序很多参量，关注你需要的参量即可《微机原理及接口技术》2008-6-13第5章存储器9/41动态存储器的工作时序《微机原理及接口技术》2008-6-13第5章存储器10/41常见RAM厂家静态存储器：ISSI动态存储器：SamSung、Hynix、MicronFIFO：IDT《微机原理及接口技术》2008-6-13第5章存储器11/41高速缓冲存储器CACHE技术是为了把主存储器看成是高速存储器而设置的小容量局部存储器。利用某些程序访问存储器在时间上和空间上有局部区域的特性：子程序的反复调用，变量的重复使用。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，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。《微机原理及接口技术》2008-6-13第5章存储器12/41CACHE组成一部分存放由主存储器来的数据另一部分存放该数据在主存储器中的地址由关联性，高速缓冲存储器结构分为：全相联直接映象成组相联《微机原理及接口技术》2008-6-13第5章存储器13/41CACHE的数据更新通写式(write-through)Cache中数据一被修改就将其写入主存储器中的相关存储块优点：更新内容不会丢失缺点：总线操作频繁、影响性能回写式(write-back)当cache中的数据块被其他数据替换时，才将该数据块回写到主存储器优点：减少写存储器的次数缺点：控制器要复杂一些《微机原理及接口技术》2008-6-13第5章存储器14/41影响CACHE性能的因素Cache规模大小关联方式Cache行大小速度配置《微机原理及接口技术》2008-6-13第5章存储器15/41只读存储器ROM可分为几类:掩膜型ROMPROMEPROMEEPROM《微机原理及接口技术》2008-6-13第5章存储器16/41掩膜型ROMROM信息由厂家根据用户指定数据对芯片图形掩膜进行两次光刻后形成用户对此类芯片无法修改《微机原理及接口技术》2008-6-13第5章存储器17/41PROM(ProgrammableROM)可编程只读存储器通过烧断微小的镍-铬丝或硅氧化物熔丝来实现,一旦编程后不能被擦除《微机原理及接口技术》2008-6-13第5章存储器18/41EPROM可擦除可编程只读存储器顶部开有一个圆形的石英窗口，用于紫外线透过擦除原有信息一般使用专门的编程器（烧写器）进行编程编程后，应该贴上不透光封条出厂未编程前，每个基本存储单元都是信息1,编程就是将某些单元写入信息0《微机原理及接口技术》2008-6-13第5章存储器19/41紫外线擦除器《微机原理及接口技术》2008-6-13第5章存储器20/41EEPROM/E2PROM电可擦除可编程只读存储器在系统中是电可擦除的,擦写的电压比读入电压要高，通常为12V，擦写速度在毫秒量级,但仍比普通的RAM慢很多不同厂家的EEPROM时序会有不同,要选择相应的EEPROM才能与芯片配合《微机原理及接口技术》2008-6-13第5章存储器21/41编程器《微机原理及接口技术》2008-6-13第5章存储器22/41RAM与CPU的连接连接部分主要由三个部分组成:1.地址线2.数据线3.控制线连接中需要考虑的问题:CPU总线的负载能力(与驱动电流和系统工作速度有关）CPU的时序和存储器存取速度之间的配合存储器的地址分配和片选控制信号的连接《微机原理及接口技术》2008-6-13第5章存储器23/41RAM存储器的模块结构外围电路： 地址译码器

I/O电路片选控制端（CS）集电极开路或三态输出缓冲器预充，刷新电路等A0~A9地址输入WE＃写允许CS＃片选IO1~IO4数据输入输出

《微机原理及接口技术》2008-6-13Intel2114考虑单片与8086的互连

数据？ 地址？ 控制线：

WE＃、CS＃

时序配合？多片与8086的互连

数据线的连接（三态） 地址的分配 总线的负载能力

第5章存储器24/41123456789

40 39 38211437 36 35 34 33 32

A6 A5 A4 A3 A0 A1 A2CS#GNDVCCA7A8A9IO1IO2IO3IO4WE#《微机原理及接口技术》2008-6-13第5章存储器25/41线性选择方式只有存储芯片的片选信号CS有效，才能对该芯片进行操作连接方式（书例5－1）：将CPU地址总线低13位与存储芯片地址线相连CS端与某一位高位地址线（A13）相连1＃芯片地址：0000～1FFFH、4000～5FFFH、……2＃芯片地址：2000～3FFFH、6000～7FFFH、……《微机原理及接口技术》2008-6-13第5章存储器26/41全译码所有的系统地址线均参与对存储单元的译码寻址包括低位地址线对芯片内各存储单元的译码寻址（片内译码），高位地址线对存储芯片的译码寻址（片选译码）采用全译码．每个存储单元的地址都是唯一的，不存在地址重复译码电路可能比较复杂、连线也较多《微机原理及接口技术》2008-6-13第5章存储器27/41译码和译码器译码：将某个特定的“编码输入”翻译为唯一“有效输出”的过程译码电路可以使用门电路组合逻辑译码电路更多的是采用集成译码器常用的2-4译码器74LS139常用的3-8译码器74LS138常田的4-16译码器74LS154《微机原理及接口技术》2008-6-13第5章存储器28/41门电路译码《微机原理及接口技术》2008-6-13第5章存储器29/413-8译码器：74LS138《微机原理及接口技术》2008-6-13第5章存储器30/41全译码示例2764：64K(8K×8)PROM《微机原理及接口技术》2008-6-13第5章存储器31/41部分译码只有部分（高位）地址线参与对存储芯片的译码每个存储单元将对应多个地址（地址重复），需要进取一个可用地址可简化译码电路的设计，但系统的部分地址空间将被浪费《微机原理及接口技术》2008-6-13第5章存储器32/41部分译码示例《微机原理及接口技术》2008-6-13第5章存储器33/41片选端译码小结存储芯片的片选控制端可以被看作是一根最高位地址线在系统中，主要与地址发生联系：包括地址空间的选择（接系统的M/IO#信号）和高位地址的译码选择（与系统的高位地址线相关联）对一些存储芯片通过片进无效可关闭内部的输出驱动机制，起到降低功耗的作用《微机原理及接口技术》2008-6-13第5章存储器34/41存储芯片数据线的处理若芯片的数据线正好16根：一次可从芯片中访问到16位数据全部数据线与系统的16位数据总线相连若芯片的数据线不足16根：一次不能从一个芯片中访问到16位数据利用多个芯片扩充数据位这种扩充方式简称为位扩充《微机原理及接口技术》2008-6-13第5章存储器35/41存储芯片的读写控制芯片OE与系统的读命令线相连当芯片被选中、且读命令有效时，在储芯片将开放并驱动数据到总线芯片WE与系统的写命令线相连当芯片被选中、且写命令有效时，允许总线数据写入存储芯片《微机原理及接口技术》2008-6-13第5章存储器36/41存储器空间的分配和使用实模式(ReaIMode)：实模式就是8086／8088CPU所采用的工作模式，20条地址线能寻址1MB存储空间。寻址方式为：段地址：偏移地址存储器的实际地址为：段地址*16十偏移地址保护模式(ProtectMode)；80286CPU有24条地址线能寻址16MB存储空间，80386CPU有32条地址线能寻址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地址空间。寻址方式为：选择器：偏移地址《微机原理及接口技术》2008-6-13第5章存储器37/41IBMPC/XT中存储器空间分配《微机原理及接口技术》2008-6-