《微機(jī)原理與接口技術(shù)》第6章存儲器

第6章

內(nèi)存儲器與存儲體系1本章主要內(nèi)容微型機(jī)的存儲系統(tǒng)、分類及其特點(diǎn)〔了解〕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(kuò)展技術(shù)26.1概述內(nèi)容：微型機(jī)的存儲系統(tǒng)半導(dǎo)體存儲器的根本概念存儲器的分類及其特點(diǎn)兩類半導(dǎo)體存儲器的主要區(qū)別3微型機(jī)的存儲系統(tǒng)將兩個(gè)或兩個(gè)以上速度、容量和價(jià)格各不相同的存儲器用硬件、軟件或軟硬件相結(jié)合的方法組織起來這樣就構(gòu)成了計(jì)算機(jī)的存儲系統(tǒng)。系統(tǒng)的存儲速度接近最快的存儲器，容量接近最大的存儲器。4微型機(jī)的存儲系統(tǒng)Cache存儲系統(tǒng)解決速度問題虛擬存儲系統(tǒng)解決容量問題高速緩沖存儲器主存儲器主存儲器磁盤存儲器5存儲器的層次結(jié)構(gòu)由上至下容量越來越大，速度越來越慢通用存放器堆及指令、數(shù)據(jù)緩沖棧

高速緩存

主存儲器

聯(lián)機(jī)外存儲器

脫機(jī)外存儲器6兩大類——內(nèi)存、外存內(nèi)存——存放當(dāng)前運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)。特點(diǎn)：快，容量小，隨機(jī)存取，CPU可直接訪問。通常由半導(dǎo)體存儲器構(gòu)成RAM、ROM外存——存放非當(dāng)前使用的程序和數(shù)據(jù)。特點(diǎn)：慢，容量大，順序存取/塊存取。需調(diào)入內(nèi)存后CPU才能訪問。通常由磁、光存儲器構(gòu)成，也可以由半導(dǎo)體存儲器構(gòu)成磁盤、磁帶、CD-ROM、DVD-ROM、u盤7半導(dǎo)體存儲器存儲器是計(jì)算機(jī)中用來記錄信息的設(shè)備。由能夠表示二進(jìn)制數(shù)“0”和“1”的、具有記憶功能的一些物理器件組成。能存放一位二進(jìn)制數(shù)的物理器件稱為一個(gè)存儲元。假設(shè)干存儲元構(gòu)成一個(gè)存儲單元。8內(nèi)存儲器的分類內(nèi)存儲器隨機(jī)存取存儲器〔RAM〕只讀存儲器〔ROM〕9隨機(jī)存取存儲器〔RAM〕RAM靜態(tài)存儲器〔SRAM〕動態(tài)存儲器〔DRAM〕10只讀存儲器〔ROM〕只讀存儲器掩模ROM一次性可寫ROMEPROMEEPROM11主要技術(shù)指標(biāo)存儲容量存取時(shí)間和存取周期平均故障間隔時(shí)間〔MTBF〕〔可靠性〕功耗CPU讀寫存儲器的時(shí)間必須大于存儲芯片的額定存取時(shí)間12§6.2隨機(jī)存取存儲器要求掌握：SRAM與DRAM的主要特點(diǎn)幾種常用存儲器芯片及其與系統(tǒng)的連接存儲器擴(kuò)展技術(shù)13一、靜態(tài)存儲器SRAM特點(diǎn)：存儲元由雙穩(wěn)電路構(gòu)成，存儲信息穩(wěn)定14典型SRAM芯片CMOSRAM芯片6264〔8KB〕：

主要引腳功能工作時(shí)序與系統(tǒng)的連接使用15SRAM6264芯片

6264外部引線圖166264芯片的主要引線地址線：A0------A12；數(shù)據(jù)線：D0------D7；輸出允許信號：OE；寫允許信號：WE；選片信號：CS1，CS2。176264芯片與系統(tǒng)的連接D0~D7A0A12???WEOECS1CS2???A0A12WRRD譯碼電路高位地址13-19D0~D7??????18譯碼電路將輸入的一組二進(jìn)制編碼變換為一個(gè)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(gè)有效的控制信號，用于選中某一個(gè)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。19全地址譯碼用全部的高位地址信號作為譯碼信號，使得存儲器芯片的每一個(gè)單元都占據(jù)一個(gè)唯一的內(nèi)存地址。存儲器芯片譯碼器低位地址高位地址全部地址片選信號20全地址譯碼例6264芯片的地址范圍：F0000H~F1FFFH111100000……00~111100011……11A19A18A17A16A15A14A13&≥1#CS1A12～A0D7～D0高位地址線全部參加譯碼6264A12-A0D7-D0#OE#WE21局部地址譯碼用局部高位地址信號〔而不是全部〕作為譯碼信號，使得被選中得存儲器芯片占有幾組不同的地址范圍。下例使用高5位地址作為譯碼信號，從而使被選中芯片的每個(gè)單元都占有兩個(gè)地址，即這兩個(gè)地址都指向同一個(gè)單元。22局部地址譯碼例同一物理存儲器占用兩組地址：

F0000H~F1FFFHB0000H~B1FFFH101100000……00~101100011……11

A18不參與譯碼A19A17A16A15A14A13&≥1到6264CS123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

Y0#G1Y1#G2AY2#G2BY3#Y4#AY5#BY6#CY7#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：2474LS138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(shí)，Yi是輸入A、B、C的函數(shù)，即Y=f(A,B,C)11111111XXX其他值0111111111110010111111110100110111111011001110111110010011110111011100111110110101001111110100110011111110000100Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0CBAG1G2AG2B25應(yīng)用舉例(續(xù)):D0~D7A0A12???WEOECS1CS2???A0A12WRDRD0~D7G1G2AG2BCBA&&A19A14A13A17A16A15+5VY0以下圖中A18不參與譯碼，故6264的地址范圍為：38000H~39FFFH78000H~79FFFH626426二、動態(tài)隨機(jī)存儲器DRAM特點(diǎn)：DRAM是靠MOS電路中的柵極電容來存儲信息的，由于電容上的電荷會逐漸泄漏，需要定時(shí)充電以維持存儲內(nèi)容不喪失〔稱為動態(tài)刷新〕，所以動態(tài)RAM需要設(shè)置刷新電路，相應(yīng)外圍電路就較為復(fù)雜。刷新定時(shí)間隔一般為幾微秒～幾毫秒DRAM的特點(diǎn)是集成度高〔存儲容量大，可達(dá)1Gbit/片以上〕，功耗低，但速度慢〔10ns左右〕，需要刷新。DRAM在微機(jī)中應(yīng)用非常廣泛，如微機(jī)中的內(nèi)存條〔主存〕、顯卡上的顯示存儲器幾乎都是用DRAM制造的。27常見DRAM的種類：SDRAM〔SynchronousDRAM〕——它在1個(gè)CPU時(shí)鐘周期內(nèi)可完成數(shù)據(jù)的訪問和刷新，即可與CPU的時(shí)鐘同步工作。SDRAM的工作頻率目前最大可達(dá)150MHz，存取時(shí)間約為5～10ns，最大數(shù)據(jù)率為150MB/s，是當(dāng)前微機(jī)中流行的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)存類型。RDRAM〔RambusDRAM〕——是由Rambus公司所開發(fā)的高速DRAM。其最大數(shù)據(jù)率可達(dá)1.6GB/s。DDRDRAM〔DoubleDataRateDRAM〕——是對SDRAM的改進(jìn)，它在時(shí)鐘的上升沿和下降沿都可以傳送數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)率可達(dá)200-800MB/s。主要應(yīng)用在主板和高速顯示卡上。RAM的3個(gè)特性：1〕可讀可寫，非破壞性讀出，寫入時(shí)覆蓋原內(nèi)容。2〕隨機(jī)存取，存取任一單元所需的時(shí)間相同。3〕易失性〔或揮發(fā)性〕。當(dāng)斷電后，存儲器中的內(nèi)容立即消失。28典型DRAM芯片4164A4164A：64K×1采用行地址和列地址來確定一個(gè)單元；行列地址分時(shí)傳送，共用一組地址線；地址線的數(shù)量僅為同等容量SRAM芯片的一半。具體可參照課本p164自學(xué)行地址10001000列地址29三、存儲器擴(kuò)展技術(shù)位擴(kuò)展——擴(kuò)展每個(gè)存儲單元的位數(shù)字?jǐn)U展——擴(kuò)展存儲單元的個(gè)數(shù)字位擴(kuò)展——二者的綜合用多片存儲芯片構(gòu)成一個(gè)需要的內(nèi)存空間，它們在整個(gè)內(nèi)存中占據(jù)不同的地址范圍，任一時(shí)刻僅有一片〔或一組〕被選中。30位擴(kuò)展存儲器的存儲容量等于：

單元數(shù)×每單元的位數(shù)當(dāng)構(gòu)成內(nèi)存的存儲器芯片的字長小于內(nèi)存單元的字長時(shí)，就要進(jìn)行位擴(kuò)展，使每個(gè)單元的字長滿足要求。字節(jié)數(shù)字長31位擴(kuò)展例用8片4164A芯片構(gòu)成64KB存儲器。4164A:64Kx1，需8片構(gòu)成64Kx8〔64KB〕LS138A8~A194164A4164A4164ADBABD0D1D7A0~A7…譯碼輸出讀寫信號A0~A19D0~D7A0~A7A0~A732位擴(kuò)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(kuò)展特點(diǎn)：存儲器的單元數(shù)不變，位數(shù)增加。33字?jǐn)U展地址空間的擴(kuò)展。芯片每個(gè)單元中的字長滿足，但單元數(shù)不滿足。擴(kuò)展原那么：每個(gè)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(shí)現(xiàn)每個(gè)芯片占據(jù)不同的地址范圍。34字?jǐn)U展例用兩片64K×8位的SRAM芯片構(gòu)成容量為128KB的存儲器芯片引腳圖連接示意圖3536字位擴(kuò)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(jìn)行位擴(kuò)展以滿足字長要求；進(jìn)行字?jǐn)U展以滿足容量要求。假設(shè)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/L〕×〔N/K〕378086系統(tǒng)中存儲器的連接使用方法存儲器與8086系統(tǒng)總線的連接的要點(diǎn)是：存儲器的地址范圍？根據(jù)要求的地址范圍可確定用哪幾根地址線進(jìn)行片選，哪幾根地址線做片內(nèi)尋址以及如何進(jìn)行片選譯碼。系統(tǒng)總線上與存儲器有關(guān)的信號線有哪些？熟悉與存儲器有關(guān)的總線信號和存儲芯片引腳的功能。譯碼電路的構(gòu)成〔譯碼器的連接方法〕系統(tǒng)地址空間一般比存儲芯片的容量大〔即總線中的地址線數(shù)多于存儲芯片的地址線數(shù)〕，物理內(nèi)存實(shí)際只占用系統(tǒng)地址空間的一小塊區(qū)域。把物理內(nèi)存分配到系統(tǒng)地址空間的哪一塊區(qū)域，取決于如何進(jìn)行地址譯碼。388086系統(tǒng)中存儲器連接涉及到的總線信號包括：地址線A19-A0數(shù)據(jù)線D7-D0存儲器讀信號RD#存儲器寫信號WR#需要考慮的存儲芯片引腳地址線An-1-A0：接地址總線的An-1-A0數(shù)據(jù)線D7-D0：接數(shù)據(jù)總線的D7-D0片選信號CS#(CE#)

(可能有多根)：接地址譯碼器的片選輸出輸出允許OE#(有時(shí)也稱為讀出允許)：接RD#寫入允許WE#：接WR#396.3只讀存儲器〔ROM〕掩模ROM一次性可寫ROM可讀寫ROM分類EPROM〔紫外線擦除〕EEPROM〔電擦除〕40一、EPROM特點(diǎn)：可屢次