第三章(存儲器原理與接口)

1、 第第3 3章章 存儲器原理與接口存儲器原理與接口n 存儲器基礎知識存儲器基礎知識n 存儲器接口技術存儲器接口技術n 微型機系統(tǒng)中存儲器的體系結(jié)構微型機系統(tǒng)中存儲器的體系結(jié)構 一、存 儲 器 基 礎 知 識 存儲器的分類存儲器的分類 選擇存儲器件的考慮因素（性能指標）選擇存儲器件的考慮因素（性能指標） 隨機存取存儲器隨機存取存儲器RAM 只讀存儲器只讀存儲器ROM. 按用途和特點分類按用途和特點分類 按存儲器存取方式分類按存儲器存取方式分類 按構成存儲器的器件和存儲介質(zhì)分類按構成存儲器的器件和存儲介質(zhì)分類 按按 用用 途途 和和 特特 點點 分分 類類（輔助存儲器，外存，（輔助存儲器，外存，E

2、xternal Memory） 用來存放不經(jīng)常使用的程序和數(shù)據(jù)，用來存放不經(jīng)常使用的程序和數(shù)據(jù)， CPUCPU不不能直接訪問它。屬計算機的外部設備能直接訪問它。屬計算機的外部設備, ,是為彌補是為彌補內(nèi)存容量的不足而配置的，容量大，成本低，所內(nèi)存容量的不足而配置的，容量大，成本低，所存儲信息既可以修改也可以長期保存，但存取速存儲信息既可以修改也可以長期保存，但存取速度慢。需要配置專門的驅(qū)動設備才能完成對它的度慢。需要配置專門的驅(qū)動設備才能完成對它的訪問，如硬盤、軟盤驅(qū)動器等。訪問，如硬盤、軟盤驅(qū)動器等。（緩存，（緩存，Cache Memory） 位于主存與位于主存與CPU之間，其存取速度非常快

3、，之間，其存取速度非常快，但存儲容量更小，可用來解決存取速度與存儲容但存儲容量更小，可用來解決存取速度與存儲容量之間的矛盾，提高整個系統(tǒng)的運行速度。量之間的矛盾，提高整個系統(tǒng)的運行速度。 （主存儲器，內(nèi)存，（主存儲器，內(nèi)存，Main Memory） 用來存放計算機正在執(zhí)行的或經(jīng)常使用的程序用來存放計算機正在執(zhí)行的或經(jīng)常使用的程序和數(shù)據(jù)。和數(shù)據(jù)。CPU可以直接對它進行訪問。一般是由半可以直接對它進行訪問。一般是由半導體存儲器構成，通常裝在主板上。存取速度快，導體存儲器構成，通常裝在主板上。存取速度快，但容量有限，其大小受地址總線位數(shù)的限制。但容量有限，其大小受地址總線位數(shù)的限制。 按按 用用 途

4、途 和和 特特 點點 分分 類類按存放信息按存放信息原理不同原理不同隨機存取存儲器隨機存取存儲器RAM(Random Access Memory) 只讀存儲器只讀存儲器ROM (Read-Only Memory) 又稱讀寫存儲器，指能夠通過指令隨機地、個別地對其中各個單元進行又稱讀寫存儲器，指能夠通過指令隨機地、個別地對其中各個單元進行讀讀/寫操作的一類存儲器。寫操作的一類存儲器。 在微機系統(tǒng)的在線運行過程中，只能對其進行讀操作，而不能進行寫在微機系統(tǒng)的在線運行過程中，只能對其進行讀操作，而不能進行寫操作的一類存儲器。操作的一類存儲器。 靜態(tài)靜態(tài)RAM動態(tài)動態(tài)RAM掩膜掩膜ROM（MROM）可

5、編程可編程ROM（PROM）可擦除編程可擦除編程ROM（EPROM）可電擦除可編程可電擦除可編程ROM（ E2PROM）閃爍存儲器閃爍存儲器Flash按工藝不同按工藝不同只讀存儲器只讀存儲器ROM掩膜掩膜ROM：信息制作在芯片中，不可更改：信息制作在芯片中，不可更改;PROM：允許一次編程，此后不可更改：允許一次編程，此后不可更改;EPROM：用紫外光擦除，擦除后可編程；并允許用：用紫外光擦除，擦除后可編程；并允許用戶多次擦除和編程戶多次擦除和編程;EEPROM（E2PROM）：采用加電方法在線進行擦：采用加電方法在線進行擦除和編程，也可多次擦寫除和編程，也可多次擦寫;Flash Memory

6、（閃存）（閃存）：能夠快速擦寫的：能夠快速擦寫的EEPROM，但只能按塊（但只能按塊（Block）擦除。）擦除。 讀寫存儲器讀寫存儲器RAM組成單元組成單元速度速度集成度集成度應用應用SRAM觸發(fā)器觸發(fā)器快快低低小容量系統(tǒng)小容量系統(tǒng)DRAM極間電容極間電容慢慢高高大容量系統(tǒng)大容量系統(tǒng)NVRAM帶微型電池帶微型電池慢慢低低小容量非易失小容量非易失RAM的分類的分類 （Static RAM，靜態(tài)隨機存儲器），靜態(tài)隨機存儲器） 速度快、容量低、功耗大、價格高速度快、容量低、功耗大、價格高（Dynamic RAM，動態(tài)，動態(tài)RAM） 容量高、功耗小、價格低容量高、功耗小、價格低n半導體存儲器半導體存儲

7、器n磁表面存儲器磁表面存儲器n光電存儲器光電存儲器 選擇存儲器件的考慮因素（性能指標）選擇存儲器件的考慮因素（性能指標）存儲容量存儲容量存取速度存取速度功耗功耗可靠性可靠性 價格價格隨機存取存儲器隨機存取存儲器RAM （Static RAM，靜態(tài)隨機存儲器），靜態(tài)隨機存儲器） 速度快、容量低、功耗大、價格高速度快、容量低、功耗大、價格高（Dynamic RAM，動態(tài)，動態(tài)RAM） 容量高、功耗小、價格低容量高、功耗小、價格低 SRAM芯片芯片6264n存儲容量為存儲容量為8K8n28個引腳：個引腳：n13根地址線根地址線A12A0n8根數(shù)據(jù)線根數(shù)據(jù)線D7D0n片選片選CS1*、CS2n讀寫讀寫

8、WE*、OE*+5VWE*CS2A8A9A11OE*A10CS1*D7D6D5D4D3NCA12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GND12345678910111213142827262524232221201918171615VCCGNDOEWRCSAn-1 . . .A0D0 . . .D7.電源線控制線地址線數(shù)據(jù)線只讀存儲器只讀存儲器ROM掩膜掩膜ROM（MROM）可編程可編程ROM（PROM）可擦除編程可擦除編程ROM（EPROM）可電擦除可編程可電擦除可編程ROM（ E2PROM）閃爍存儲器閃爍存儲器Flash EPROM芯片芯片2764n存儲容量為存儲容量為8K8n28

9、個引腳：個引腳：n13根地址線根地址線A12A0n8根數(shù)據(jù)線根數(shù)據(jù)線D7D0n片選片選CE*n編程編程PGM*n讀寫讀寫OE*n編程電壓編程電壓VPPVppA12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GNDVccPGM*NCA8A9A11OE*A10CE*D7D6D5D4D312345678910111213142827262524232221201918171615VCCVppGNDOECSAn-1 . . .A0D0 . . .D7.電源線控制線地址線數(shù)據(jù)線3.2 存儲器與存儲器與CPU的連接的連接n這是本章的重點內(nèi)容這是本章的重點內(nèi)容nSRAM、EPROM與與CPU的連接的連接n譯

10、碼方法同樣適合譯碼方法同樣適合I/O端口端口存儲芯片與存儲芯片與8086CPU的連接的連接存儲芯片的數(shù)據(jù)線存儲芯片的數(shù)據(jù)線 存儲芯片的地址線存儲芯片的地址線 存儲芯片的片選端存儲芯片的片選端 存儲芯片的讀寫控制線存儲芯片的讀寫控制線1. 存儲芯片數(shù)據(jù)線的處理存儲芯片數(shù)據(jù)線的處理n若芯片的數(shù)據(jù)線正好若芯片的數(shù)據(jù)線正好8根：根：n一次可從芯片中訪問到一次可從芯片中訪問到8位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)n全部數(shù)據(jù)線與全部數(shù)據(jù)線與CPU系統(tǒng)的系統(tǒng)的8位數(shù)據(jù)總線相連位數(shù)據(jù)總線相連n若芯片的數(shù)據(jù)線不足若芯片的數(shù)據(jù)線不足8根：根：n一次不能從一個芯片中訪問到一次不能從一個芯片中訪問到8位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)n利用多個芯片擴充數(shù)據(jù)位利用

11、多個芯片擴充數(shù)據(jù)位n這個擴充方式簡稱這個擴充方式簡稱“位擴充位擴充” 位擴充位擴充(數(shù)據(jù)寬度擴充數(shù)據(jù)寬度擴充)2114（1）A9A0I/O4I/O1片選片選D3D0D7D4A9A02114（2）A9A0I/O4I/O1CECEn位擴充的連接方式是將多片存儲芯片的位擴充的連接方式是將多片存儲芯片的地址線、片選、讀地址線、片選、讀/寫端應寫端應并聯(lián)并聯(lián)，數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)端端單獨引出單獨引出。n這些芯片應被看作是一個整體常被稱為這些芯片應被看作是一個整體常被稱為“芯片組芯片組” 2. 存儲芯片地址線的連接存儲芯片地址線的連接n芯片的地址線通常應全部與系統(tǒng)的芯片的地址線通常應全部與系統(tǒng)的低低位地址總線位地址總

12、線相連相連n尋址時，這部分地址的譯碼是在存儲尋址時，這部分地址的譯碼是在存儲芯片內(nèi)完成的，我們稱為芯片內(nèi)完成的，我們稱為“片內(nèi)譯碼片內(nèi)譯碼” 片內(nèi)譯碼片內(nèi)譯碼A9A0存儲芯片存儲芯片000H001H002H3FDH3FEH3FFH全全0全全1000000010010110111101111范圍（范圍（16進制）進制）A9A03. 存儲芯片片選端的譯碼存儲芯片片選端的譯碼n存儲系統(tǒng)常需利用多個存儲芯片擴充容量存儲系統(tǒng)常需利用多個存儲芯片擴充容量 也就是擴充了存儲器地址范圍也就是擴充了存儲器地址范圍n進行進行“字節(jié)數(shù)擴充字節(jié)數(shù)擴充”，需要利用存儲芯片的，需要利用存儲芯片的片片選端選端對多個存儲芯片

13、（組）進行尋址對多個存儲芯片（組）進行尋址n這個尋址方法，主要通過將存儲芯片的片這個尋址方法，主要通過將存儲芯片的片選端選端與系統(tǒng)的高位地址線相關聯(lián)來實現(xiàn)與系統(tǒng)的高位地址線相關聯(lián)來實現(xiàn)n這種擴充簡稱為這種擴充簡稱為“地址擴充地址擴充”或或“字擴充字擴充”地址擴充（字節(jié)數(shù)擴充）地址擴充（字節(jié)數(shù)擴充）片選端片選端D7D0A19A10A9A0（2）A9A0D7D0CE（1）A9A0D7D0CE譯碼器00000000010000000000n字擴充應該把字擴充應該把地址線、數(shù)據(jù)線、讀地址線、數(shù)據(jù)線、讀/寫寫端應端應并聯(lián)并聯(lián)，由由片選信號片選信號區(qū)分各片地址區(qū)分各片地址， 故故片選片選端端單獨引出單獨引

14、出。 譯碼和譯碼器譯碼和譯碼器n譯碼：將某個特定的譯碼：將某個特定的“編碼輸入編碼輸入”翻譯翻譯為唯一為唯一“有效輸出有效輸出”的過程的過程n譯碼電路可以使用譯碼電路可以使用門電路組合邏輯門電路組合邏輯n譯碼電路更多的是采用譯碼電路更多的是采用集成譯碼器集成譯碼器n常用的常用的2:4譯碼器譯碼器74LS139n常用的常用的3:8譯碼器譯碼器74LS138n常用的常用的4:16譯碼器譯碼器74LS15474LS138譯碼器譯碼器0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7YCA2GB2GBA1G74LS138譯碼器真值表譯碼器真值表 74LS13874LS138有三條控制線有三條控制線G G1 1， ， ，只

15、有，只有當當G G1 1等于等于1 1， 等于等于0 0， 等于等于0 0時，三時，三八譯碼器才能工作，否則譯碼器輸出全八譯碼器才能工作，否則譯碼器輸出全為高電平。輸出信號為高電平。輸出信號Y Y0 0Y Y7 7是低電平有效是低電平有效的信號，對應于的任何一種組合的信號，對應于的任何一種組合輸入，其個輸出端中只有一個是，輸入，其個輸出端中只有一個是，其他個輸出均為。其他個輸出均為。BG2AG2BG2AG2譯碼器74LS138 線選法線選法 全譯碼法全譯碼法 部分譯碼法部分譯碼法 線性選擇法線性選擇法 將將低位地址總線低位地址總線直接與各芯片直接與各芯片的地址線相連，用剩余的的地址線相連，用剩

16、余的高位地址高位地址總線的總線的一根或者若干根不經(jīng)譯碼后一根或者若干根不經(jīng)譯碼后直接作為各芯片的片選信號。直接作為各芯片的片選信號。 全譯碼法全譯碼法 將將低位地址總線低位地址總線直接與各芯片直接與各芯片的地址線相連，的地址線相連，高位地址總線高位地址總線全部全部經(jīng)譯碼后作為各芯片的片選信號。經(jīng)譯碼后作為各芯片的片選信號。 全譯碼法結(jié)構示意圖全譯碼法結(jié)構示意圖 8KB(2)CS 8KB(1)CS 8KB(8)CS 3-8譯碼器譯碼器A0A12A13A19Y0Y1Y7全譯碼法的特點全譯碼法的特點 全譯碼法可以提供對全存儲空間的尋址能力。全譯碼法可以提供對全存儲空間的尋址能力。當存儲器容量小于可尋

17、址的存儲空間時，可從譯當存儲器容量小于可尋址的存儲空間時，可從譯碼器輸出線中選出連續(xù)的幾根作為片選控制，多碼器輸出線中選出連續(xù)的幾根作為片選控制，多余的空閑下來，以便需要時擴充余的空閑下來，以便需要時擴充. .優(yōu)點：存儲器的地址是連續(xù)的且唯一確定的，即優(yōu)點：存儲器的地址是連續(xù)的且唯一確定的，即無地址間斷和地址重疊。無地址間斷和地址重疊。 部分譯碼法部分譯碼法 將高位地址線中的將高位地址線中的一部分一部分進行譯碼，進行譯碼，產(chǎn)生產(chǎn)生片選信號片選信號。常用于不需要全部地址。常用于不需要全部地址空間的尋址能力，但采用線選法地址線空間的尋址能力，但采用線選法地址線又不夠用的情況。又不夠用的情況。部分譯

18、碼法結(jié)構示意圖部分譯碼法結(jié)構示意圖 8KB(2)CS 8KB(1)CS 8KB(3)CS 3-8譯碼器譯碼器A0A12A13A15Y0Y1Y3 8KB(4)CSA16 A19(不參加譯碼）不參加譯碼）片選端譯碼小結(jié)片選端譯碼小結(jié)n存儲芯片的存儲芯片的片選控制片選控制端可以被看作是端可以被看作是一根最高一根最高位地址線位地址線n在系統(tǒng)中，主要與地址發(fā)生聯(lián)系：包括在系統(tǒng)中，主要與地址發(fā)生聯(lián)系：包括地址空地址空間的選擇間的選擇（接系統(tǒng)的（接系統(tǒng)的M/IO*信號）和信號）和高位地址高位地址的譯碼選擇的譯碼選擇（與系統(tǒng)的高位地址線相關聯(lián)）（與系統(tǒng)的高位地址線相關聯(lián)）n對一些存儲芯片通過片選無效可關閉內(nèi)部

19、的輸對一些存儲芯片通過片選無效可關閉內(nèi)部的輸出驅(qū)動機制，起到降低功耗的作用出驅(qū)動機制，起到降低功耗的作用4. 存儲芯片的讀寫控制存儲芯片的讀寫控制n芯片芯片OE與系統(tǒng)的讀命令線相連與系統(tǒng)的讀命令線相連n當芯片被選中、且讀命令有效時，存儲芯當芯片被選中、且讀命令有效時，存儲芯片將開放并驅(qū)動數(shù)據(jù)到總線片將開放并驅(qū)動數(shù)據(jù)到總線n芯片芯片WE與系統(tǒng)的寫命令線相連與系統(tǒng)的寫命令線相連n當芯片被選中、且寫命令有效時，允許總當芯片被選中、且寫命令有效時，允許總線數(shù)據(jù)寫入存儲芯片線數(shù)據(jù)寫入存儲芯片存儲器子系統(tǒng)的設計一般遵循如下步驟：存儲器子系統(tǒng)的設計一般遵循如下步驟：（1）根據(jù)系統(tǒng)中實際存儲器容量，確定存儲）

20、根據(jù)系統(tǒng)中實際存儲器容量，確定存儲器芯片的個數(shù)；器芯片的個數(shù)；（2）根據(jù)所選用存儲芯片的容量，畫出）根據(jù)所選用存儲芯片的容量，畫出地址地址分配圖分配圖或或列出地址分配表列出地址分配表，將地址信號分類，將地址信號分類為用于為用于和和用于片選的信號用于片選的信號；（3）根據(jù)所擴展的存儲子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)寬度）根據(jù)所擴展的存儲子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)寬度要求確定要求確定A0和和 BHE的連接方式；的連接方式；（4）連接數(shù)據(jù)線和片內(nèi)尋址的地址線；）連接數(shù)據(jù)線和片內(nèi)尋址的地址線；（5）匯合）匯合M/IO、A0、和用于片選的和用于片選的地址信號，選用合適的譯碼器形成存儲芯地址信號，選用合適的譯碼器形成存儲芯片的片選信號；片

21、的片選信號；（6）連接讀寫控制信號。）連接讀寫控制信號。 (2)將主存范圍展開將主存范圍展開 78000H78FFFHA19A18A17A16A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A00111100000000000000001111000000000000001.0111100001111111111101111000100000000000.01111000111111111111 (3) 用于用于和和用于片選的信號用于片選的信號 6116片內(nèi)地址線：存儲容量為片內(nèi)地址線：存儲容量為2K8，所以片，所以片內(nèi)地址線為內(nèi)地址線為11條，即：條，即：A0A10

22、因此因此8086系統(tǒng)地址總線中的系統(tǒng)地址總線中的A1A11作為用作為用于片內(nèi)尋址的信號，與于片內(nèi)尋址的信號，與6116片內(nèi)地址線片內(nèi)地址線A0A10相連相連；而而A12A19作為用于片選的信號作為用于片選的信號, 與與74LS138譯碼器相連；譯碼器相連；A0 懸空即可。懸空即可。（4）連接數(shù)據(jù)線，即數(shù)據(jù)線的低）連接數(shù)據(jù)線，即數(shù)據(jù)線的低8位與偶存儲體位與偶存儲體相連，高相連，高8位與奇存儲體相連；位與奇存儲體相連；（5）連接讀寫控制信號，即）連接讀寫控制信號，即8086的的RD信號與信號與ROM芯片的芯片的OE相連；相連；（6）匯合）匯合M/IO和用于片選的地址信號和用于片選的地址信號A12A

23、19 ，選用選用74LS138譯碼器（可通過一些門電路）形成譯碼器（可通過一些門電路）形成片選信號與存儲芯片的片選信號與存儲芯片的CS相連。相連。8086CPU的片選信號線與的片選信號線與74LS138譯碼器的連接譯碼器的連接A19A18A15A14A13A12M/IO輸出輸出0100010接接G2A 通過與門邏通過與門邏輯電路接輯電路接G1接接74LS138的的 C、B、A通過非門通過非門接接G2BY0注：注：A0懸空懸空2716(1)2716(2)A0A10 D0D7CS OEA0A10 D0D7CS OEA11A1D7D0D15D8RD74LS138Y0 Y1 .Y6 Y7C B AG1

24、 G2A G2BA12 A13 A14A19A15A18M /IO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 地址從地址從50000H開始。開始。(2)將主存范圍展開將主存范圍展開 50000H5FFFFH A19A18A17A16A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0010100000000000000000101000000000000000101011111111111111110010111111111111111110000 1111 1111 1110A19A18 A17 A160 1 0

25、 1輸出輸出A15 A0地址范圍地址范圍Y5=050000H 5FFFEH 偶偶0 1 0 1Y5=050001H 5FFFFH 奇奇62256擴展的全地址譯碼的地址范圍擴展的全地址譯碼的地址范圍0000 0000 0000 00000000 0000 0000 00010000 1111 1111 1111 (3) 用于用于和和用于片選的信號用于片選的信號 61256片內(nèi)地址線：存儲容量為片內(nèi)地址線：存儲容量為32K8，所以，所以片內(nèi)地址線為片內(nèi)地址線為15條，即：條，即：A0A14 因此因此8086系統(tǒng)地址總線中的系統(tǒng)地址總線中的A1A15作為用于片作為用于片內(nèi)尋址的信號，與內(nèi)尋址的信號，

26、與62256芯片的芯片的A0A14相連；相連；而而A0、 BHE 、 A16A19作為用于片選的信號，作為用于片選的信號，與與74LS138譯碼器相連。譯碼器相連。（4）連接數(shù)據(jù)線，即數(shù)據(jù)線的低）連接數(shù)據(jù)線，即數(shù)據(jù)線的低8位與偶存儲體位與偶存儲體相連，高相連，高8位與奇存儲體相連；位與奇存儲體相連；（5）連接讀寫控制信號，即）連接讀寫控制信號，即8086的的RD信號與信號與RAM芯片的芯片的OE相連相連, 8086的的WR信號與信號與RAM芯片芯片的的WR相連；相連；（6）匯合）匯合M/IO、A0、BHE和用于片選的地址信和用于片選的地址信號號A16A19 ，選用，選用74LS138譯碼器形成片選信號與譯碼器形成片選信號與存儲芯片的存儲芯片的CS相連。相連。62256 R A MC SO EW RA14A0D7D062256 R A MC SO EW RA14A0D7D0 A15.A1D15.D8D7.D0RDW RAG2G1BG2BCA0Y1Y2Y7Y6Y5Y4Y3YA16M /IOA19G N DA18A17BH EA0使用使用8086CPU內(nèi)存內(nèi)存擴展擴展連線連線思考題思考題 三、微型機系統(tǒng)中存儲器的體系