第5章 微機計算機原理及應用 主存儲器

1、第第5章章 主存儲器主存儲器51 半導體存儲器的分類半導體存儲器的分類1、按存儲介質分：、按存儲介質分： 半導體存儲器半導體存儲器集成電路芯片，用作內存集成電路芯片，用作內存 磁表面存儲器磁表面存儲器磁盤存儲器、磁帶存儲器，用作外存磁盤存儲器、磁帶存儲器，用作外存 光存儲器光存儲器光盤，用作外存光盤，用作外存2、按工作方式分：、按工作方式分： 只讀存儲器（只讀存儲器（ROM）斷電信息保存，用于保存參數、數斷電信息保存，用于保存參數、數據和系統(tǒng)程序據和系統(tǒng)程序 隨機存取存儲器（隨機存取存儲器（RAM）斷電信息即失，可隨機讀或寫斷電信息即失，可隨機讀或寫3、按計算機體系結構分：、按計算機體系結構分

2、： 高速緩沖存儲器（高速緩沖存儲器（Cache）高速存取，與高速存取，與CPU匹配匹配 主存儲器（內存）主存儲器（內存）CPU直接訪問，速度快，容量小，分直接訪問，速度快，容量小，分為為RAM和和ROM 輔助存儲器（外存）輔助存儲器（外存）CPU不直接訪問，容量較大不直接訪問，容量較大 52半導體存儲器的性能指標半導體存儲器的性能指標 1容量容量存儲器可以容納的二進制信息的位數存儲器可以容納的二進制信息的位數表示為：表示為：存儲單元數存儲單元數位數位數 存儲單元數存儲單元數=2地址線數地址線數 位數位數=數據線數數據線數 2存取時間存取時間從存儲器接到讀（或寫）命令到完成讀（或從存儲器接到讀（

3、或寫）命令到完成讀（或寫）操作所需的時間，也稱為存儲器訪問寫）操作所需的時間，也稱為存儲器訪問時間（時間（TA）3 存儲周期存儲周期存儲器進行兩次連續(xù)、獨立的操作之間所需的時存儲器進行兩次連續(xù)、獨立的操作之間所需的時間（間（ TM ）。存儲器在存取數據后要進行周期）。存儲器在存取數據后要進行周期切換，所以存儲周期略大于存取時間。切換，所以存儲周期略大于存取時間。4 存儲器帶寬存儲器帶寬單位時間里存儲器所存取的信息量，是衡量數據單位時間里存儲器所存取的信息量，是衡量數據傳輸的重要指標。傳輸的重要指標。單位：位單位：位/秒、字節(jié)秒、字節(jié)/秒秒53 存儲器接口設計存儲器接口設計531 存儲器地址分配

4、及譯碼器存儲器地址分配及譯碼器 1存儲器地址分配存儲器地址分配 在進行存儲器與在進行存儲器與CPU連接前，首先要確定內連接前，首先要確定內存容量的大小和選擇存儲器芯片的容量大小。存容量的大小和選擇存儲器芯片的容量大小。2存儲器地址譯碼器存儲器地址譯碼器 存儲器系統(tǒng)設計是將芯片與所確定的地址空存儲器系統(tǒng)設計是將芯片與所確定的地址空間聯系起來，即將芯片中的存儲單元與實際間聯系起來，即將芯片中的存儲單元與實際地址一一對應，這樣才能通過尋址對存儲單地址一一對應，這樣才能通過尋址對存儲單元進行讀寫。元進行讀寫。532 存儲器擴展存儲器擴展n數據線連接數據線連接芯片（組）的數據線直連數據總線芯片（組）的數

5、據線直連數據總線n控制線連接控制線連接芯片的讀芯片的讀/寫線連接到控制總線的訪寫線連接到控制總線的訪存讀存讀/寫控制線寫控制線n地址線連接地址線連接片內尋址和片外地址譯碼片內尋址和片外地址譯碼 低位地址線低位地址線片內存儲單元尋址，片內存儲單元尋址，線數等于芯片的地址線線數等于芯片的地址線數數 高位地址線高位地址線片外地址譯碼（電路譯碼，譯碼器譯碼）產片外地址譯碼（電路譯碼，譯碼器譯碼）產生片選信號（生片選信號（CS、CE） 剩余地址線全部譯碼：全地址譯碼剩余地址線全部譯碼：全地址譯碼 剩余地址線部分譯碼：部分地址譯碼剩余地址線部分譯碼：部分地址譯碼n地址譯碼地址譯碼高位地址線經過外地址譯碼產

6、生芯片高位地址線經過外地址譯碼產生芯片的片選信號的片選信號（一）地址譯碼方法（一）地址譯碼方法n全地址譯碼全地址譯碼高位地址線全部用來譯碼產生片選信號，芯片地址空高位地址線全部用來譯碼產生片選信號，芯片地址空間唯一。間唯一。（1）組合邏輯電路譯碼）組合邏輯電路譯碼門電路譯碼門電路譯碼（2）集成譯碼器譯碼）集成譯碼器譯碼少量地址輸入產生多個片選少量地址輸入產生多個片選輸出輸出譯碼器：譯碼器：2-4譯碼器（譯碼器（74LS139） 3-8譯碼器（譯碼器（74LS138） 4-16譯碼器（譯碼器（74LS154）片內低位地址片內低位地址全全0得始地址，全得始地址，全1得末地址得末地址剩余高位地址線剩

7、余高位地址線由地址譯碼決定由地址譯碼決定n部分地址譯碼部分地址譯碼高位地址線中部分用來譯碼產生片選信號。高位地址線中部分用來譯碼產生片選信號。片內低位地址片內低位地址全全0得始地址，全得始地址，全1得末地址得末地址已用地址譯碼線已用地址譯碼線由地址譯碼決定由地址譯碼決定未用地址譯碼線未用地址譯碼線邏輯電平任意邏輯電平任意（二）內存擴展方法（二）內存擴展方法字擴展就是擴展存儲器的地址空間，位擴展就是擴展字擴展就是擴展存儲器的地址空間，位擴展就是擴展存儲器的數據線。存儲器的數據線。n位擴展法位擴展法當存儲芯片所能提供的數據位數不能滿足存儲器的字當存儲芯片所能提供的數據位數不能滿足存儲器的字長要求時

8、。長要求時。方法：方法：（1）各芯片的數據線分別接到數據總線的各位上）各芯片的數據線分別接到數據總線的各位上（2）各芯片的地址線對應并接連到相應的地址總線各）各芯片的地址線對應并接連到相應的地址總線各位上位上（3）各芯片的控制線并接在一起，連到相應控制線上）各芯片的控制線并接在一起，連到相應控制線上D0D1D78片片1K1位位RAM擴展成擴展成1K8位位RAMCPU1K8 RAMn字擴展法字擴展法用存儲容量較小的芯片組成容量較大的存儲器。用存儲容量較小的芯片組成容量較大的存儲器。方法：方法：（1）各芯片的片內地址線、數據線、讀）各芯片的片內地址線、數據線、讀/寫控制線并寫控制線并聯，接到相應的

9、總線上聯，接到相應的總線上（2）高位地址線信號送地址譯碼器輸入端，地址譯碼）高位地址線信號送地址譯碼器輸入端，地址譯碼器輸出端接芯片的片選端器輸出端接芯片的片選端 D0D1D7 D0 D1 D7 D0 D1 D7 D0 D1 D7CPU1K8位位RAM擴展成擴展成8K8位位RAMn字位擴展字位擴展 同時擴展地址線和數據線，用需要的總容量同時擴展地址線和數據線，用需要的總容量NM除除以現有芯片規(guī)格以現有芯片規(guī)格nm，得到需要幾片，得到需要幾片nm去實現去實現NM。 擴展方法：數據線按照位擴展，地址線按照字擴展。擴展方法：數據線按照位擴展，地址線按照字擴展。例：已知有例：已知有4K4的的ROM芯片

10、，若要組成芯片，若要組成16K8的的ROM存儲器，需要幾片這樣的芯片？存儲器，需要幾片這樣的芯片？ 畫出存儲器擴畫出存儲器擴展電路。展電路。16K8的的ROM：2148，14條地址線，條地址線，8條數據線條數據線4K4的的ROM：2124，片內，片內12條地址線，條地址線，4條數據線條數據線需要的芯片數量為（需要的芯片數量為（16K8）（4K4）=8片片位擴展：位擴展：8位位4位位=2，則每組，則每組2個芯片個芯片 8片片2片片=4組組字擴展：字擴展：14-12=2，需要，需要2條高地址線擴展條高地址線擴展所有芯片的所有芯片的12條片內地址線對應并聯到條片內地址線對應并聯到CPU地址線，地址線

11、，2條高地址線分別接譯碼電路（條高地址線分別接譯碼電路（2-4譯碼器）輸入端，譯碼器）輸入端，輸出端（輸出端（00，01，10，11）分別接分組后的）分別接分組后的4組芯片組芯片的片選端。的片選端。例：例：CPU的存儲器系統(tǒng)由一片的存儲器系統(tǒng)由一片6264（8K8SRAM）和）和一片一片2764（ 8K8EPROM ）組成。）組成。6264的地址范圍的地址范圍為為8000H-9FFFH，2764的地址范圍為的地址范圍為0000H-1FFFH。畫出用畫出用74LS138譯碼器的全譯碼法存儲器系統(tǒng)電路譯碼器的全譯碼法存儲器系統(tǒng)電路（CPU的的地址總線寬度為地址總線寬度為16）。）。 6264總容量

12、：總容量：9FFFH-8000H+1=2000H=213 2764總容量：總容量：1FFFH-0000H+1=2000H=213 A15A14A13A12A027640 0 0000011110000H-1FFFH62641 0 08000H-9FFFH例：為某例：為某8位機（地址總線為位機（地址總線為16位）設計一個位）設計一個32KB容量容量的存儲器。要求采用的存儲器。要求采用2732芯片構成芯片構成8KB EPROM區(qū)，區(qū)，地址從地址從0000H開始；采用開始；采用6264芯片構成芯片構成24KB RAM區(qū)，區(qū)，地址從地址從2000H開始。片選信號采用開始。片選信號采用全譯碼全譯碼法。法

13、。（1） 每片每片2732存儲容量為存儲容量為2128（4K8），構成），構成8KB存儲容量所需芯片數量存儲容量所需芯片數量 =8K*8/（4K*8）=2（片），（片），需擴展需擴展13-12=1條高位地址線條高位地址線.片內譯碼片內譯碼片選譯碼片選譯碼（2）每片）每片6264存儲容量為存儲容量為2138（8K8），構成），構成24KB存儲容量所需芯片數量存儲容量所需芯片數量=24K8/（8K8）=3（片），（片），需擴展需擴展15-13=2條高位地址線條高位地址線存儲器擴展電路存儲器擴展電路0000010100110/1n譯碼電路的譯碼方法譯碼電路的譯碼方法（1）線選法）線選法 直接用直接用

14、CPU地址總線中某一高位線作為存儲地址總線中某一高位線作為存儲器芯片的片選信號。適用于擴展存儲容量較器芯片的片選信號。適用于擴展存儲容量較小的系統(tǒng)。小的系統(tǒng)。 533 存儲器芯片與存儲器芯片與CPU的連接的連接n例如，某一計算機系統(tǒng)，共有例如，某一計算機系統(tǒng)，共有16條地址，現條地址，現只需接入只需接入1KB的的RAM和和1KB的的ROM，因此，因此可以確定，當地址范圍要求如下表所示時，可以確定，當地址范圍要求如下表所示時，字選線為字選線為10條，可用條，可用A0A9充當；若用充當；若用A10作片選，則作片選，則RAM和和ROM的地址為第一組，的地址為第一組，當用當用A11作片選時，地址范圍如

15、第二組。作片選時，地址范圍如第二組。線選取控制電路及地址分配線選取控制電路及地址分配 A10A11ROM：0000H03FFH 0000H03FFH RAM：0400H07FFH 0800H0BFFH （2）部分譯碼法）部分譯碼法 高位地址線的一部分地址線，經過譯碼電高位地址線的一部分地址線，經過譯碼電路產生片選信號。未連接的地址線會使芯路產生片選信號。未連接的地址線會使芯片地址不唯一。片地址不唯一。部分譯碼法地址分配情況部分譯碼法地址分配情況芯片芯片A15-A12（不用）（不用）A11-A10（參與譯（參與譯碼）碼）A9-A0地址范圍地址范圍1#00000000000000-111111110-1K2#00000100000000-111111