第五章+存儲器(201510)

一生中重要的六個字1、藏：藏鋒藏巧，勝者總是笑到最后；2、防：強者都是“漏洞”最少的人；3、穩(wěn)：穩(wěn)扎穩(wěn)打，不走彎路便是捷徑；4、變：變則通，通則久，求變就是贏；5、牽：暗中牽制勝過明面的強制；6、退：勝敗無常，給自己留后路就是留希望。

1人生，既要淡，又要有味世事太喧囂，你耐不起重口味的折騰，凡事最好少計較，少爭執(zhí)，能往寬處行就莫往窄處擠。有些事情，有些感情寧愿看淡點，吃咸點，做一個淡泊寧靜的雅人。但是，切忌淡而無味，即對任何事情都喪失了興趣和追求。與己無緣者，隨他來去，即為淡；與己有緣者，好自珍惜，即可有味。

2第5章

存儲器系統(tǒng)3微型計算機中存儲器的作用存儲器MI/O接口輸入設(shè)備II/O接口數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB輸出設(shè)備OCPU外部存儲接口外部存儲設(shè)備4本章主要內(nèi)容微型機的存儲系統(tǒng)、分類及其特點半導(dǎo)體存儲芯片的外部特性及其與系統(tǒng)的連接存儲器擴展技術(shù)

55.1概述內(nèi)容：存儲器的分類及其特點存儲器的性能指標(biāo)半導(dǎo)體存儲器的基本概念兩類半導(dǎo)體存儲器的主要區(qū)別6一、存儲器的分類按存儲器在系統(tǒng)中的地位分類存儲器的三級結(jié)構(gòu):Cache容量小，速度與CPU相當(dāng)主存容量大，速度比Cache慢外存容量大，速度慢7按存儲媒質(zhì)分類按信息存取方式分類隨機存取存儲器RandomAccessMemory（RAM）

特性：能讀能寫、揮發(fā)

作用：存放編寫的程序和數(shù)據(jù)只讀存儲器ReadOnlyMemory（ROM）

特性：只能讀不能寫、不揮發(fā)

作用：存放固定的程序和數(shù)據(jù)8二、存儲器的主要性能指標(biāo)存儲容量：存儲單元個數(shù)M×每單元位數(shù)N存取時間：從啟動讀(寫)操作到操作完成的時間

存取周期：兩次獨立的存儲器操作所需間隔的最小時間功耗：動態(tài)功耗、靜態(tài)功耗可靠性：

平均故障間隔時間MTBF95.2半導(dǎo)體存儲器10半導(dǎo)體存儲器芯片的結(jié)構(gòu)-典型的RAM的示意圖11(1)存儲體一個基本存儲電路只能存儲一個二進制位。將基本的存儲電路有規(guī)則地組織起來，就是存儲體。

(2)外圍控制電路

地址譯碼器、I/O電路、片選控制端CS、輸出緩沖器等單譯碼方式雙譯碼方式地址譯碼電路的譯碼方式-以6根地址線為例12譯碼器A5A4A3A2A1A06301存儲單元64個單元單譯碼行譯碼A2A1A0710列譯碼A3A4A501764個單元雙譯碼-可簡化芯片設(shè)計選擇線16條選擇線64條13CEWEOE工作方式

LHL讀LL*寫H**未選通存儲陣列128*128行譯碼A4A10??A0A3列I/O列譯碼輸入控制??I/O1I/O8??CEWEOE??靜態(tài)RAM6116的內(nèi)部功能圖145.3存儲器擴充方法

位擴展——擴展每個存儲單元的位數(shù)(擴展寬度)字擴展——擴展存儲單元的個數(shù)(擴展長度)字位擴展——兩者的綜合(擴展寬度和長度)用多片存儲芯片構(gòu)成一個需要的內(nèi)存空間，它們在整個內(nèi)存中占據(jù)不同的地址范圍，任一時刻僅有1片（或1組）被選中。假設(shè)擴展同種芯片，則需要的芯片：總片數(shù)＝總?cè)萘?（容量/片）………………位擴展字擴展字位擴展15位擴展存儲器芯片的存儲容量等于M×N：

單元數(shù)M（=2K）

×每單元的位數(shù)N當(dāng)構(gòu)成內(nèi)存的存儲芯片的字長<內(nèi)存單元的字長時，就要進行位擴展，使每個單元的字長滿足要求。8088/8086的內(nèi)存單元的字長=8/16。字節(jié)數(shù)字長…位擴展162114（1）A9～A0I/O4～I/O1片選D3～D0D7～D4A9～A02114（2）A9～A0I/O4～I/O1CECE10441位擴展例1:

把兩片SRAM2114,其容量=1K

4=210

4擴展為1KB=1K8(1)多個位擴充的存儲芯片的數(shù)據(jù)線連接于系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的不同位數(shù),其它連接都一樣;(2)這些芯片應(yīng)被看作是一個整體,常被稱為“芯片組”,它們應(yīng)同時選中，一起進行讀或?qū)憽蓚€芯片可看作為一個整體的“芯片組”17位擴展方法總結(jié)：

位擴展方法：將每片的地址線、控制線并聯(lián)，數(shù)據(jù)線分別引出。位擴展特點：存儲器的單元數(shù)不變，位數(shù)增加?！粩U展18字擴展特點:

地址空間的擴展。芯片每個單元中的字長滿足，但單元數(shù)不滿足。擴展原則：每個芯片的地址線、數(shù)據(jù)線、控制線并聯(lián)，僅片選端分別引出，以實現(xiàn)每個芯片占據(jù)不同的地址范圍?！謹U展19字擴展例用兩片1KB=1K×8位=210×8位的SRAM芯片構(gòu)成容量為2KB=2K×8位的存儲器片選端D7～D0A19～A10A9～A0（2）A9～A0D7～D0CE（1）A9～A0D7～D0CE譯碼器00000000010000000000兩芯片不同時選中,不會同時工作1K

81K

8總?cè)萘?K

820字位擴展根據(jù)內(nèi)存容量及芯片容量確定所需存儲芯片數(shù)；進行位擴展以滿足字長要求；進行字擴展以滿足容量要求。若已有存儲芯片的容量為L×K，要構(gòu)成容量為M×N的存儲器，需要的芯片數(shù)為：

(M×N)

/(L×K)

=（M/L）×（N/K）即總片數(shù)＝總?cè)萘?（容量/片）=字擴展倍數(shù)×位擴展倍數(shù)…………字位擴展21例:某半導(dǎo)體存儲器總?cè)萘?Kⅹ8。其中固化區(qū)2K字節(jié)，選用EPROM芯片2716（2Kⅹ8）；工作區(qū)2K字節(jié)，選用SRAM芯片2114（1Kⅹ4）。解：先確定所需芯片數(shù)：固化區(qū)2Kⅹ8，需2716一塊；工作區(qū)2Kⅹ8，2塊2114拼接為一組容量為1Kⅹ8，需2組，共4塊2114。見下圖。

22235.4存儲器與微處理器的連接24CPU與M連接時的幾點考慮：1CPU總線時序與M的讀寫時序

高速CPU與低速M間的速度若不匹配，應(yīng)在CPU訪問M的周期內(nèi)插入等待脈沖TW。下面僅考慮兩者匹配。2CPU總線的負載能力

系統(tǒng)總線一般能帶1~幾個TTL負載。系統(tǒng)總線需驅(qū)動隔離時，DB要雙向驅(qū)動，AB與CB則單向驅(qū)動，驅(qū)動器的輸出連至M或其他電路。下面僅考慮不需驅(qū)動。

3．M結(jié)構(gòu)的選定

CPU的DB有8、16、32、64位等幾類，相應(yīng)M的結(jié)構(gòu)分為單體、2體、4體、8體等。CPU與M連接時，M是單體結(jié)構(gòu)還是多體結(jié)構(gòu)。下面先僅考慮兩者D相等。254．片選信號（片外）及片內(nèi)地址產(chǎn)生機制

由于M芯片的容量是有限的，微機中M的總?cè)萘恳话氵h大于M芯片的容量，因此，M往往由多片M芯片組成，在CPU與M芯片之間必須設(shè)有片選擇譯碼電路，一般由CPU的高位地址譯碼產(chǎn)生片選，而低位地址送給存儲器芯片的地址輸入端，以提供存儲芯片內(nèi)部的行、列地址。26譯碼電路作用:

將輸入的一組二進制編碼變換為一個特定的控制信號，即：將輸入的一組高位地址信號通過變換，產(chǎn)生一個有效的控制信號，用于選中某一個存儲器芯片，從而確定該存儲器芯片在內(nèi)存中的地址范圍。組成:

它可用普通的邏輯芯片或?qū)ｉT的譯碼器實現(xiàn)。存儲器地址譯碼方法:根據(jù)存儲器的片選信號譯碼（1）線選法:從高位選擇幾條地址線（2）全譯碼法:高位全部參加譯碼（3）部分譯碼:高位地址線部分參加譯碼27

CS2732（1）

CS2732（2）A0~A11A15A14A13A12內(nèi)部譯碼：由存儲芯片自己完成的。外部譯碼線譯碼全譯碼部分譯碼A15A14A13A12

XX01（1）1000H~1FFFH（2）2000H~2FFFHA11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0000000000000??111111111111

XX10譯碼電路28（1）全譯碼法

片內(nèi)尋址未用的全部高位地址線都參加譯碼，譯碼輸出作為片選信號。全譯碼的優(yōu)點是每個芯片的地址范圍是唯一確定，而且各片之間是連續(xù)的。缺點是譯碼電路比較復(fù)雜。（2）部分譯碼用片內(nèi)尋址外的高位地址的一部分譯碼產(chǎn)生片選信號。部分譯碼優(yōu)點是較全譯碼簡單，但缺點是存在地址重疊區(qū)。（3）線選法高位地址線不經(jīng)過譯碼，直接（或經(jīng)反相器）分別接各存儲器芯片的片選端來區(qū)別各芯片的地址。它的優(yōu)點是電路最簡單,但缺點是也會造成地址重疊，且各芯片地址不連續(xù)。三種譯碼方式特點29全地址譯碼例6264芯片的地址范圍：

A19~A13A12~A0A19~A13A12~A0111100000……0~111100011……1=F0000H~F1FFFHA19A18A17A16A15A14A13&≥1A12～A0D7～D0高位地址線全部參加譯碼6264A12~A0D7~D00111110001111130部分地址譯碼例同一物理存儲器占用兩組地址：

F0000H~F1FFFHB0000H~B1FFFH

A18不參與譯碼（A18=1/0=x）A19A17A16A15A14A13&≥1到6264CS100011110A19A18A17~A13A12~A0

0~011/0110001~1=F0000H~F1FFFH或B0000H~B1FFFH此例使用高5位地址作為譯碼信號，從而使被選中芯片的每個單元都占有兩個地址，即這兩個地址都指向同一個單元。31使用譯碼器的應(yīng)用舉例將SRAM6264芯片與系統(tǒng)連接，使其地址范圍為：38000H~39FFFH和78000H~79FFFH。選擇使用74LS138譯碼器構(gòu)成譯碼電路

Y0G1Y1G2AY2G2BY3Y4AY5BY6CY7片選信號輸出譯碼允許信號地址信號（接到不同的存儲體上）74LS138邏輯圖：3274LS138的真值表（注意：輸出低電平有效）可以看出，當(dāng)譯碼允許信號有效時，Yi是輸入A、B、C的函數(shù)，即Y=f(A,B,C)11111111XXX其他值0111111111110010111111110100110111111011001110111110010011110111011100111110110101001111110100110011111110000100Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0CBAG1G2AG2B33應(yīng)用舉例(續(xù)):D0~D7A0A12???WEOECS1CS2???A0A12MEMWMEMRD0~D7G1G2AG2BCBA&&A19A14A13A17A16A15+5VY0下圖中A18不參與譯碼，故6264的地址范圍為：=38000H~39FFFH或78000H~79FFFH6264138CPU系統(tǒng)1000001110/11/00Y7???可接其它存儲芯片A19A18A17~A13A12~A000/1111000~01~134A15A14A13A12

0000（1）0000H~0FFFH（2）1000H~1FFFHA11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0000000000000??111111111111

0001

CS2732（1）

CS2732（2）A0~A11A15A14A13A12G1G2AG2BCY1BY0AM/IOCBA35部分譯碼示例138A17

A16A11～A0A14

A13A12(4)(3)(2)(1)2732273227322732CBAE3E2E1IO/MCEY0Y1Y2Y3CECECEA19～

A15A14～

A12A11～A0一個可用地址1234××10×××10×××10×××10×000001010011全0～全1全0～全1全0～全1全0～全120000H～20FFFH21000H～21FFFH22000H～22FFFH23000H～23FFFH138A17

A16A11～A0A14

A13A12(4)(3)(2)(1)2732273227322732CBAE3E2E1IO/MCEY0Y1Y2Y3CECECE138A17

A16A11～A0A14

A13A12(4)(3)(2)(1)2732273227322732CBAE3E2E1IO/MCEY0Y1Y2Y3CECECE138A17

A16A11～A0A14

A13A12(4)(3)(2)(1)2732273227322732CBAE3E2E1IO/MCEY0Y1Y2Y3CECECE138A17

A16A11～A0A14

A13A12(4)(3)(2)(1)2732273227322732CBAE3E2E1IO/MCEY0Y1Y2Y3CECECE36線選譯碼示例切記：A14A13＝00的情況不能出現(xiàn)00000H～01FFFH的地址不可使用A14A12～A0A13(1)2764(2)2764

CECEA19～

A15A14A13A12～A0一個可用地址12××××××××××1001全0～全1全0～全104000H～05FFFH02000H～03FFFH37控制線的連接：38數(shù)據(jù)線的連接：系統(tǒng)的存儲器系統(tǒng)，每個存儲器單元的位數(shù)為8位，而存儲器芯片每個存儲單元的位數(shù)卻有多樣，有1位、4位、8位。D0~D7D0~D7D0~D7D0~D7D0~D3D4~D7

CS2732OE（1）A0~A11

CS2732OE（2）RD

CS2114WE（1）

CS2114WE（2）A0~A9WR39

0100

CS2732OE（1）

CS2732OE（2）A0~A11A15A14A13A12G1G2AY7G2BCY6BY4AM/IOD0~D7D0~D3D4~D7

CS2114WE（1）

CS2114WE（2）WRD0~D7D0~D7RDA10A11+（1）4000~4FFFH（2）6000~6FFFH7000~73FFHA11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0000000000000??111111111111

0110A15A14A13A12A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A00000000000??111111111100

011140IBM－PC/XT計算機擴展槽上與存儲