數(shù)字邏輯：第四章 存儲(chǔ)系統(tǒng)

本章主要內(nèi)容

存儲(chǔ)系統(tǒng)、分類及其特點(diǎn)

第四章

存儲(chǔ)系統(tǒng)存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)

微機(jī)擁有不同類型的存儲(chǔ)部件(多層/多級(jí)結(jié)構(gòu))。寄存器堆高速緩存cache主存儲(chǔ)器聯(lián)機(jī)外存儲(chǔ)器脫機(jī)外存儲(chǔ)器快慢小大容量速度CPU內(nèi)核§4.1特殊存儲(chǔ)部件由寄存器（D觸發(fā)器）構(gòu)成。CPU內(nèi)部，用于緩存和傳輸操作，容量小，速度快。特殊存儲(chǔ)部件通用寄存器堆寄存器隊(duì)列寄存器棧4.1.1寄存器堆（緩沖存儲(chǔ)器）由多個(gè)寄存器構(gòu)成的集合。常用于數(shù)據(jù)寄存。有三組外部信號(hào)：地址（短地址）、數(shù)據(jù)、讀/寫控制。多端口寄存器?？赏瑫r(shí)讀、寫，可同時(shí)輸出兩個(gè)數(shù)。123456704.1.2寄存器隊(duì)列（FIFO)FIFO（FirstInFirstOut，先進(jìn)先出），用若干個(gè)移位寄存器構(gòu)建的小型存儲(chǔ)部件。用于指令隊(duì)列。

無地址線，雙端口存儲(chǔ)器，可同時(shí)讀寫。FIFO用于兩個(gè)不同系統(tǒng)通信、數(shù)據(jù)采集傳送、串并轉(zhuǎn)換。AABBAAABBA常規(guī)移位寄存器FIFO寄存器FIFO寄存器A速率數(shù)據(jù)B速率數(shù)據(jù)CPaCPb4.1.3寄存器棧（LIFO)LIFO（LastInFirstOut，后進(jìn)先出）方式，用若干個(gè)雙向移位寄存器構(gòu)建的小型存儲(chǔ)部件。雙向移位寄存器構(gòu)成用于減少函數(shù)調(diào)用時(shí)對(duì)內(nèi)存的訪問。存儲(chǔ)器：大容量存儲(chǔ)，由TTL或MOS構(gòu)成。ReadOnlyMemory（ROM）

特性：只能讀不能寫、不易失

作用：存放固定的程序和數(shù)據(jù)內(nèi)存/主存儲(chǔ)器隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器RandomAccessMemory（RAM）

特性：能讀能寫、易失

作用：存放編寫的程序和數(shù)據(jù)只讀存儲(chǔ)器§4.2隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器RAM4.2.1RAM的邏輯結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器的外部連線：數(shù)據(jù)線是（雙向）控制線（單向且讀、寫互斥）片選線地址線（單向）12345670位線：數(shù)據(jù)線字線：存儲(chǔ)單元選通線單譯碼方式雙譯碼方式4.2.2存儲(chǔ)器地址譯碼方式123456701單譯碼方式寫存儲(chǔ)陣列讀行地址譯碼器地址總線數(shù)據(jù)總線一個(gè)譯碼器，選中一個(gè)字的所有存儲(chǔ)元。（二維存儲(chǔ)陣列）2雙譯碼方式兩個(gè)譯碼器，選中交叉點(diǎn)的存儲(chǔ)元。（三維存儲(chǔ)陣列）構(gòu)成大容量存儲(chǔ)器。1234567012345670

單元數(shù)×每單元的位數(shù)3存儲(chǔ)器容量字?jǐn)?shù)字長(zhǎng)單位：KB、MB、GB等，

其中K=210，M=220、G=230、B(Byte)=8bit容量＝8KB=8K8=213

8

說明：13根地址線

8根數(shù)據(jù)線4存儲(chǔ)器的讀寫操作1）寫操作1)地址有效2)數(shù)據(jù)放總線3)寫命令有效AddressregisterDataregisterAddressbusAddressdecoderByteorganizedmemoryarrayWriteDatabus2）讀操作1)地址有效2)讀命令有效3)數(shù)據(jù)被復(fù)制到總線并打入寄存器AddressregisterDataregisterAddressbusByteorganizedmemoryarrayAddressdecoderReadMOS型RAMDRAM

單元：電容存儲(chǔ)信息（1管＋1電容），漏電不穩(wěn)定，需定時(shí)刷新，外圍電路較復(fù)雜。特點(diǎn):

集成度高\(yùn)功耗低\價(jià)格便宜

應(yīng)用：微機(jī)中的內(nèi)存條、顯卡上的顯存SRAM

單元：鎖存器（6管MOS），存儲(chǔ)信息穩(wěn)定特點(diǎn):

存取快\功耗較高\(yùn)價(jià)格貴

應(yīng)用：

PC機(jī)中的CacheMemorycell5RAM的分類RAM系列StaticRAM(SRAM)DynamicRAM(DRAM)AsynchronousSRAM(ASRAM)SynchronousSRAMwithburstfeature(SBSRAM)ExtendedDataOutDRAM(EDODRAM)BurstEDODRAM(BEDODRAM)FastPageModeDRAM(FPMDRAM)SynchronousDRAM(SDRAM)Random-AccessMemory(RAM)靜態(tài)SRAM動(dòng)態(tài)DRAM異步具有突發(fā)特性的同步快速頁模式）擴(kuò)充數(shù)據(jù)輸出突發(fā)DRAM同步DRAM組成單元速度集成度應(yīng)用SRAM觸發(fā)器快低小容量系統(tǒng)DRAM極間電容慢高大容量系統(tǒng)SRAM工作過程：讀周期:

地址有效片選信號(hào)CS有效輸出使能OE有效數(shù)據(jù)輸出（三態(tài)門）到總線寫周期:

地址有效片選信號(hào)CS有效數(shù)據(jù)放置（三態(tài)門）到總線寫信號(hào)WE有效Chipselect4.2.3SRAM存儲(chǔ)器Memorycell靠觸發(fā)器記憶數(shù)據(jù)。

刷新電路（將剛讀出的數(shù)據(jù)再寫回去）

寫、讀、刷新三個(gè)操作4.2.4DRAM存儲(chǔ)器靠MOS管柵極電容記憶數(shù)據(jù)。

地址線分兩次送（減少總線數(shù)，減少芯片引腳）

讀、寫數(shù)據(jù)線分開

SRAMDRAM

存儲(chǔ)信息觸發(fā)器電容破壞性讀出非是需要刷新不要需要送行列地址同時(shí)送分兩次送運(yùn)行速度快慢集成度低高發(fā)熱量大小存儲(chǔ)成本高低

掩模ROM可編程ROM可擦除ROM紫外線PROM電可擦除E2PROM§4.3只讀存儲(chǔ)器ROMPC機(jī)中存儲(chǔ)BIOS程序、機(jī)器碼、出廠信息。Read-OnlyMemory(ROM)ElectricallyErasablePROM(EEPROM)MaskROMErasablePROM(EPROM)UltravioletEPROM(UVEPROM)ProgrammableROM(PROM)FlashMemory閃存U盤USBflashdisk1ROM的內(nèi)部組成2ROM的邏輯構(gòu)成ROM真值表ROM＝與門陣列（地址譯碼器）＋或門陣列（存儲(chǔ)矩陣）構(gòu)成的組合邏輯電路。地址存儲(chǔ)內(nèi)容A1A0b3b2b1b0000110110101101001111110A0AW0W3W2W11地址譯碼器b32bb＋10b＋＋＋ROM真值表地址存儲(chǔ)內(nèi)容A1A0b3b2b1b0000110110101101001111110G3G2G1G0B3B3B2B2B1B1B0B0固定的點(diǎn)陣可編程部分思考題：

1、32K×16表示什么意思?(32K=215,15根地址線,16根數(shù)據(jù)線)2、構(gòu)成4M×32存儲(chǔ)器需要16K×8的芯片多少片？（1024）

3：奔騰CPU的數(shù)據(jù)總線寬度為64位，地址總線寬度32位，問：奔騰主存的最大物理地址空間為多少？（232×64=4×230×64=4×230×8×8=32GB）已知存儲(chǔ)器的地址空間:ROM地址為0000H~3FFFHPROM地址為4000H~7FFFHEPROM地址為C000H~DFFFHRAM地址為E000H~FFFFH用2:4譯碼器、適當(dāng)?shù)拈T設(shè)計(jì)地址譯碼電路。A15A14A13A12

A11A10A9A8

A7A6A5A4A3A2A1A01100

0000

0000

0000EPROM1101

1111

1111

11110100

0000

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0000PROM0111

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11110000

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0000ROM0011

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1111

11111110