東北大學(xué)微機(jī)原理第三講

1、微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)第第3講講 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器1.4.1 微型機(jī)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)微型機(jī)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) 1.4 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)中的記憶設(shè)備，用來(lái)存放程序和數(shù)據(jù)。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，存儲(chǔ)器的地位越來(lái)越重要。存儲(chǔ)器有三個(gè)主要指標(biāo)：速度、容量和價(jià)格/位（簡(jiǎn)稱位價(jià)）。 微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)第第3講講 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器1 微型機(jī)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)微型機(jī)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) (1) CPU內(nèi)可以有十幾個(gè)、幾十個(gè)寄存器，它們的速度最快、位價(jià)最高、容量最小。 (2) 在主存與CPU間，插入了比主存速度更快，容量更小的緩存，顯然其價(jià)位要高于主存。主存與緩存之間的數(shù)據(jù)調(diào)動(dòng)是由硬件自動(dòng)完成的。 (3)

2、 主存儲(chǔ)器（內(nèi)存）用來(lái)存放將要參與運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)，并能由CPU直接隨機(jī)存取，其速度與CPU速度差距較大。 （4）輔助存儲(chǔ)器容量比主存大得多，大都用來(lái)存放暫時(shí)未用到的程序和數(shù)據(jù)文件。CPU不能直接訪問輔存，輔存只能與主存交換信息。 微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)第第3講講 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器2 存儲(chǔ)器的組織 存儲(chǔ)器容量單位 位（bit）是二進(jìn)制數(shù)的最基本單位，也是存儲(chǔ)器存儲(chǔ)信息的最小單位。字節(jié)（Byte）是計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)處理的基本單位，一個(gè)字節(jié)由8位構(gòu)成，即1B=8bit。字（Word）可以表示兩個(gè)字節(jié)，即16位。 微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)第第3講講 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器的組成

3、存儲(chǔ)器的組成 存儲(chǔ)器芯片由存儲(chǔ)體、地址譯碼驅(qū)動(dòng)電路、I/O和讀寫電路構(gòu)成 存儲(chǔ)體。存儲(chǔ)體是存儲(chǔ)器的核心，程序和數(shù)據(jù)都存放在存儲(chǔ)體中。地址譯碼。地址譯碼驅(qū)動(dòng)電路實(shí)際上包含譯碼器和驅(qū)動(dòng)器兩部分。譯碼器將地址總線輸入的地址碼轉(zhuǎn)換成與之對(duì)應(yīng)的譯碼輸出線上的有效電平，以表示選中了某一存儲(chǔ)單元，然后由驅(qū)動(dòng)器提供驅(qū)動(dòng)電流去驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的讀寫電路，完成對(duì)被選中存儲(chǔ)單元的讀寫操作。I/O和讀寫電路。I/O和讀寫電路包括讀出放大器、寫入電路和讀寫控制電路，用以完成被選中存儲(chǔ)單元中各位的讀出和寫入操作。微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)第第3講講 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器隨機(jī)讀取存儲(chǔ)器（隨機(jī)讀取存儲(chǔ)器（Random Acce

4、ss Memory-RAM）隨機(jī)存取存儲(chǔ)器中的內(nèi)容即可以讀出，也可以寫入。讀出時(shí)并不損壞原來(lái)存儲(chǔ)的內(nèi)容，只有寫入時(shí)才修改原來(lái)所存儲(chǔ)的內(nèi)容。斷電后，存儲(chǔ)內(nèi)容立即消失，即具有易失性。只讀存儲(chǔ)器（只讀存儲(chǔ)器（Read Only Memory-ROM） ROM是只讀存儲(chǔ)器。顧名思義，它的特點(diǎn)是只能讀出原有的內(nèi)容，不能由用戶再寫入新內(nèi)容。ROM中存儲(chǔ)的內(nèi)容不會(huì)因斷電而丟失，即具有非易失性。 常用的存儲(chǔ)芯片分為兩種：常用的存儲(chǔ)芯片分為兩種：微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)第第3講講 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器RAMROM動(dòng)態(tài)RAM（Dynamic RAM）集成度高、芯片引腳數(shù)少，封裝尺寸小、功耗低、需要實(shí)時(shí)刷

5、靜態(tài)RAM（Static RAM） 存取速度快 PROMEPROMEEPROMFlash Memory只允許數(shù)據(jù)寫入一次 需要用紫外線照射擦除 不能對(duì)個(gè)別需要改寫的單元進(jìn)行單獨(dú)擦除 用電氣方法將存儲(chǔ)內(nèi)容擦除，既可局部擦寫，又可全部擦寫 具有擦除、重寫速度快的特點(diǎn)，而且至少可以擦寫/編程上萬(wàn)次 微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)第第3講講 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器8K8位的靜態(tài)RAM 6264 012AA18I/OI/OCS1CS2WEOE為地址輸入為數(shù)據(jù)輸入/輸出分別為片選信號(hào)為寫允許信號(hào)為讀允許信號(hào) 8K=213微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)第第3講講 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)微

6、型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)第第3講講 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)第第3講講 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器32K的的EPROM 27256 Vcc接+5V Vpp平時(shí)接+5V，當(dāng)其接+25V時(shí)用來(lái)完成編程的需要 Vss為地 CS為片選端 OE為輸出允許端 32K=215微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)第第3講講 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)第第3講講 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器512k FLASH 29C0403條控制線5V編程電壓19條地址線（A0A18）8條數(shù)據(jù)線（D0D7）(OE,CE, WE)微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)第第3講講 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器微型機(jī)原理與

7、程序設(shè)計(jì)微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)第第3講講 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器總結(jié)存儲(chǔ)器件的引腳分類地址引腳 一個(gè)存儲(chǔ)器件的地址線條數(shù)由存儲(chǔ)器的容量決定。=2地址線條數(shù)容量數(shù)據(jù)引腳 用來(lái)選擇存儲(chǔ)器件中的一個(gè)存儲(chǔ)單元 通過數(shù)據(jù)線能夠輸入數(shù)據(jù)（存儲(chǔ)），也能夠提取數(shù)據(jù)（讀出） 被標(biāo)為從A0（最低有效地址輸入）到An 被標(biāo)為D0Dm 微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)第第3講講 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器控制引腳控制引腳 ROM通常只有一個(gè)控制輸入OEG輸出允許（）或是輸出選通（） RAM通常有一個(gè)或兩個(gè)控制輸入一個(gè)控制輸入，則常稱為R / W 兩個(gè)控制輸入 通常標(biāo)為 選擇引腳選擇引腳 每個(gè)存儲(chǔ)器件都有一個(gè)輸入（有時(shí)不止一個(gè)）用來(lái)選擇

8、或允許存儲(chǔ)器件 CSCE常稱為片選（），片允許（） 選擇線通常由地址譯碼電路的譯碼線給出的信號(hào)控制。如果一個(gè)容量為32 KB的存儲(chǔ)器件選擇線被譯碼，其首地址為10000H，則它的最后一個(gè)單元地址為17FFFH。 微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)第第3講講 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器3 存儲(chǔ)器與CPU的連接 微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)第第3講講 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器讀操作是指從CPU送來(lái)的地址所指定的存儲(chǔ)單元中取出信息，再送給CPU，其操作過程是：微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)第第3講講 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器寫操作是指將要寫入的信息存入CPU所指定的存儲(chǔ)單元中，其操作過程是：微型機(jī)原理與程序設(shè)

9、計(jì)微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)第第3講講 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器4 地址譯碼地址譯碼 解決CPU的地址引腳數(shù)與存儲(chǔ)器的地址引腳數(shù)不匹配問題 簡(jiǎn)單的門電路譯碼器簡(jiǎn)單的門電路譯碼器 1111 1XXX XXXX XXXX XXXX 無(wú)關(guān)項(xiàng)A14A0被寫為邏輯0，確定最低地址1111 1000 0000 0000 0000 = F8000H無(wú)關(guān)項(xiàng)A14A0被寫為邏輯1，確定最高地址。1111 1111 1111 1111 1111 = FFFFFH微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)第第3講講 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器專用譯碼集成電路譯碼專用譯碼集成電路譯碼 微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)第第3講講 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器A

10、19 A18 A17 A16 A15 A0 1 1 1 1 X X無(wú)關(guān)項(xiàng)A15A0被寫為邏輯0，確定最低地址。1111 0000 0000 0000 0000 = F0000H無(wú)關(guān)項(xiàng)A15A0被寫為邏輯1，確定最高地址。1111 1111 1111 1111 1111 = FFFFFH微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)第第3講講 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器如果需要與譯碼器的輸出如果需要與譯碼器的輸出Y0相連相連 微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)第第3講講 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器如果需要與譯碼器的輸出如果需要與譯碼器的輸出Y6相連相連 微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)第第3講講 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器可編程

11、邏輯器件譯碼 微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)第第3講講 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)第第3講講 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器A19 A18 A17 A16 A15 A0 0 0 0 X X X無(wú)關(guān)項(xiàng)A16A0被寫為邏輯0，確定最低地址。0000 0000 0000 0000 0000 = 00000H無(wú)關(guān)項(xiàng)A16A0被寫為邏輯1，確定最高地址。0001 1111 1111 1111 1111 = 1FFFFH當(dāng)當(dāng)A19、A18、A17都是都是邏輯邏輯0時(shí)，時(shí)，ROM為邏輯為邏輯0 微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)第第3講講 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器A19 A18 A17 A16

12、A15 A0 0 1 1 X X X無(wú)關(guān)項(xiàng)A16A0被寫為邏輯0，確定最低地址。0110 0000 0000 0000 0000 = 60000H無(wú)關(guān)項(xiàng)A16A0被寫為邏輯1，確定最高地址。0111 1111 1111 1111 1111 = 7FFFFH當(dāng)當(dāng)A19=0、A18=1、A17=1時(shí)，時(shí)，RAM為邏輯為邏輯0 微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)第第3講講 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器譯碼方式 線選法 線選法就是用除片內(nèi)尋址外的高位地址線直接（或經(jīng)反相器）分別接至各個(gè)存儲(chǔ)芯片的片選端，當(dāng)某地址線信息為“0”時(shí)，就選中與之對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)芯片。注意，這些片選地址線每次尋址時(shí)只能有一位有效，不允許同時(shí)有

13、多位有效，這樣才能保證每次只選中一個(gè)芯片（或組）。 線選法的優(yōu)點(diǎn)是不需要地址譯碼器，線路簡(jiǎn)單，選擇芯片無(wú)須外加邏輯電路，但僅適用于連接存儲(chǔ)芯片較少的場(chǎng)合。同時(shí)，線選法不能充分利用系統(tǒng)的存儲(chǔ)器空間，且把地址空間分成了相互隔離的區(qū)域，給編程帶來(lái)了一定的困難。 假設(shè)4片2K8用線選法構(gòu)成8K8存儲(chǔ)器 微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)第第3講講 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器譯碼方式 部分譯碼 部分譯碼只用除片內(nèi)尋址外的高位地址的一部分來(lái)譯碼產(chǎn)生片選信號(hào)。 如用4片2K8的存儲(chǔ)芯片組成8K8存儲(chǔ)器，需要4個(gè)片選信號(hào)，因此只要用兩根地址線來(lái)譯碼產(chǎn)生。 地址重疊 選用A12和A11譯碼 A12=0, A11=0，而

14、無(wú)論A19A13取何值，均選中第一片 A12=0，A11=1，而無(wú)論A19A13取何值，均選中第二片 A12=1，A11=1，而無(wú)論A19A13取何值，均選中第四片 A12=1，A11=0，而無(wú)論A19A13取何值，均選中第三片 8K RAM中的任一個(gè)存儲(chǔ)單元，都對(duì)應(yīng)有2(2013)=27個(gè)地址這種一個(gè)存儲(chǔ)單元出現(xiàn)多個(gè)地址的現(xiàn)象稱為地址重疊。 微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)第第3講講 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器地址重疊區(qū)示意 基本地址為00000H01FFFH 令未用到的高位地址全為0，這樣確定的存儲(chǔ)器地址稱為基本地址微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)第第3講講 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器譯碼方式 全譯碼

15、 全譯碼法將除片內(nèi)尋址外的全部高位地址線都作為地址譯碼器的輸入，譯碼器的輸出作為各芯片的片選信號(hào)，將它們分別接到存儲(chǔ)芯片的片選端，以實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)芯片的選擇。 全譯碼法的優(yōu)點(diǎn)是每片（或組）芯片的地址范圍是唯一確定的，而且是連續(xù)的，也便于擴(kuò)展，不會(huì)產(chǎn)生地址重疊的存儲(chǔ)區(qū)，但全譯碼法對(duì)譯碼電路要求較高。微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)第第3講講 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器1.4.5 容量擴(kuò)展與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量擴(kuò)展與數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 總?cè)萘靠偲瑪?shù)容量/片例如，存儲(chǔ)器容量為128K16，若選用8K8的存儲(chǔ)芯片，則需要：128K16162=328K8片片微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)第第3講講 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器1.4.5

16、 容量擴(kuò)展與數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 位擴(kuò)展位擴(kuò)展 將多片組合起來(lái)常采用位擴(kuò)展法、字?jǐn)U展法、字和位同時(shí)擴(kuò)展法。微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)第第3講講 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器字?jǐn)U展字?jǐn)U展 將存儲(chǔ)器芯片外的地址線都作為地址譯碼器的輸入，即全譯碼微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)第第3講講 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器字位同時(shí)擴(kuò)展字位同時(shí)擴(kuò)展 圖1-4-19 字和位同時(shí)擴(kuò)展連接舉例微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)第第3講講 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器采用字節(jié)編址的存儲(chǔ)器。數(shù)據(jù)在主存中有3種不同存放方法。邊界對(duì)齊邊界對(duì)齊 某CPU字長(zhǎng)為64位（8個(gè)字節(jié)） 即一個(gè)存取周期最多能夠從主存讀或?qū)?4位數(shù)據(jù)。假設(shè)，讀寫的數(shù)據(jù)有4種不同長(zhǎng)度

17、，它們分別是 字節(jié)（8位） 半字（16位） 單字（32位） 雙字（64位）。字節(jié)存儲(chǔ)地址特征字存儲(chǔ)地址特征 雙字的存儲(chǔ)地址特征微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)第第3講講 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器邊界對(duì)齊邊界對(duì)齊 微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)第第3講講 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器存在兩個(gè)問題 不浪費(fèi)存儲(chǔ)器資源的存放方法 訪問一個(gè)雙字、一個(gè)單字或一個(gè)半字時(shí)都有可能需要花費(fèi)兩個(gè)存取周期 存儲(chǔ)器的讀寫控制比較復(fù)雜 字節(jié)存儲(chǔ)地址特征 微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)第第3講講 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器字存儲(chǔ)地址特征 要存放的是字節(jié)、半字、單字或雙字，都必須從最末3個(gè)二進(jìn)制位必須為000的地址起始位置開始存放 克服

18、上面的兩個(gè)缺點(diǎn) 浪費(fèi)了存儲(chǔ)器資源 微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)第第3講講 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器雙字的存儲(chǔ)地址特征 折衷方案 雙字（64位）數(shù)據(jù)的起始地址的最末3個(gè)二進(jìn)制位必須為000（8的整倍數(shù)）單字（32位）數(shù)據(jù)的起始地址的最末兩位必須為00（4的整倍數(shù)）半字（16位）數(shù)據(jù)的起始地址的最末一位必須為0（偶數(shù)） 無(wú)論訪問雙字、單字、半字或字節(jié)，都能在一個(gè)存取周期內(nèi)完成 又稱為邊界對(duì)齊的數(shù)據(jù)存放方法 空間和時(shí)間博弈的結(jié)果 微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)微型機(jī)原理與程序設(shè)計(jì)第第3講講 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器端模式 一個(gè)基本存儲(chǔ)單元可以保存一個(gè)字節(jié)，每個(gè)存儲(chǔ)單元對(duì)應(yīng)一個(gè)地址。對(duì)于大于十進(jìn)制255（16 進(jìn)制0 xff）的整數(shù)，需要多個(gè)存儲(chǔ)單元。順序特征指的是多字節(jié)（如字、雙字等）數(shù)據(jù)的存放形式。對(duì)于跨越多