第五章微機(jī)的存儲(chǔ)器

第五章微機(jī)的存儲(chǔ)器

存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)信息的部件。計(jì)算機(jī)的工作原理是把要處理的程序和原始數(shù)據(jù)提前存儲(chǔ)在指定的存儲(chǔ)器中，在工作時(shí)，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)而連續(xù)地從存儲(chǔ)器取

出程序中的指令并執(zhí)行。

5.1存儲(chǔ)器的分類與組成

在微機(jī)系統(tǒng)中，存儲(chǔ)器有三個(gè)層次組成，即輔助存儲(chǔ)器（外存）、主存儲(chǔ)器（內(nèi)存）和高速緩沖器（高緩）。高緩相比較速度最快、同樣容量最小。高緩的引入較好的解決了存儲(chǔ)器與CPU在速度上的協(xié)調(diào)性。存儲(chǔ)器中除采用磁、光原理的輔輔助存儲(chǔ)器外，其它存儲(chǔ)器主要都是采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。

本章重點(diǎn)介紹采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器及其使用的方法

存儲(chǔ)器按它與CPU的連接方式不同，可分為內(nèi)存儲(chǔ)器和外存儲(chǔ)器。通過CPU的外部總線直接與CPU相連的存儲(chǔ)器稱為內(nèi)存儲(chǔ)器（簡稱內(nèi)存或主存）。

CPU要通過I/O接口電路才能訪問的存儲(chǔ)器稱為外存儲(chǔ)器（簡稱外存或二級(jí)存儲(chǔ)器）。按存儲(chǔ)器信息的器件和媒體來分，有半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、磁表面存儲(chǔ)器、磁泡存儲(chǔ)器和磁芯存儲(chǔ)器以及光盤存儲(chǔ)器等。一、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類

按使用的功能可分為兩大類：隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM

(RandomAccessmemory)和只讀存儲(chǔ)器ROM(ReadOnlyMemory)。如圖5.2二、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的組成

半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的組成框圖如圖5.3所示。它一般由存儲(chǔ)體、地址選擇電路、輸入輸出電路和控制電路組成。（一）存儲(chǔ)體

存儲(chǔ)體是存儲(chǔ)1或0信息的電路實(shí)體，它由許多存儲(chǔ)單元組成，每個(gè)存儲(chǔ)單元賦予一個(gè)編號(hào)，稱為地址單元號(hào)。而每個(gè)存儲(chǔ)單元由若干相同的位組成，每個(gè)位需要一個(gè)存儲(chǔ)元件。存儲(chǔ)器的地址用一組二進(jìn)制數(shù)表示，其地址線的位數(shù)n與存儲(chǔ)單元的數(shù)量N之間的關(guān)系為：2n=N地址線數(shù)與存儲(chǔ)單元數(shù)的關(guān)系列于下表中：（二）地址選擇電路地址選擇電路包括地址碼緩沖器，地址譯碼器等。地址譯碼器用來對(duì)地址碼譯碼。地址譯碼方式有兩種：1.單譯碼方式（或稱字結(jié)構(gòu)）它的全部地址只用一個(gè)電路譯碼，譯碼輸出的字選擇線直接選中對(duì)應(yīng)地址碼的存儲(chǔ)單元。2.雙譯碼方式（或稱重合譯碼）雙譯碼方式如圖5.4所示。它將地址碼分為X和Y兩部分，用兩個(gè)譯碼電路分別譯碼。Ｘ向譯碼又稱行譯碼，其輸出線稱行選擇線，它選中存儲(chǔ)矩陣中一行的所有存儲(chǔ)單元。Ｙ向譯碼又稱列譯碼，其輸出線稱列選擇線，它選中一列的所有單元。只有X向和Y向的選擇線同時(shí)選中的那一位存儲(chǔ)單元,才能進(jìn)行讀或?qū)懖僮?。（三）讀/寫電路與控制電路讀/寫電路包括讀/寫放大器、數(shù)據(jù)緩沖器（三態(tài)雙向緩沖器）等。它是數(shù)據(jù)信息輸入和輸出的通道。外界對(duì)存儲(chǔ)器的控制信號(hào)有讀信號(hào)（ＲＤ）、寫信號(hào)（ＷＲ）和片選信號(hào)（ＣＳ）等，通過控制電路以控制存儲(chǔ)器的讀或?qū)懖僮饕约捌x。只有片選信號(hào)處于有效狀態(tài)，存儲(chǔ)器才能與外界交換信息。5.2隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）一、靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器靜態(tài)RAM芯片舉例靜態(tài)RAM芯片有2114、2142、6116、6264等。例如：常用的Intel6116是CMOS靜態(tài)RAM芯片，屬雙列直插式、24引腳封裝。它的存儲(chǔ)容量為2K×8位，其引腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖5.7所示：二、動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器動(dòng)態(tài)RAM芯片舉例Intel2116單管動(dòng)態(tài)RAM芯片的引腳和邏輯符號(hào)如圖5.10所示。Intel2116芯片的存儲(chǔ)容量為16K×1位，需要14條地址輸入線，但2116只有16條引腳。由于受封裝引線的限制，只用了A0到A67條地址輸入線，數(shù)據(jù)線只有1條(1位)，而且數(shù)據(jù)輸入(DIN)和輸出(DOUT)端是分開的，他們有各自的鎖存期。寫允許信號(hào)WE為低電平時(shí)表示允許寫入，為高電平時(shí)可以讀出。綜上所述，動(dòng)態(tài)基本存儲(chǔ)電路所需管子的數(shù)目比靜態(tài)的要少，提高了集成度，降低了成本，存取速度快。但由于要刷新，需要增加刷新電路，外圍控制電路比較復(fù)雜。靜態(tài)ＲＡＭ盡管集成度低些，但靜態(tài)基本存儲(chǔ)電路工作較穩(wěn)定，也不需要刷新，所以外圍控制電路比較簡單。究竟選用哪種ＲＡＭ，要綜合比較各方面的因素決定。5.3只讀存儲(chǔ)器（ＲＯＭ）只讀存儲(chǔ)器的分類

（一）不可編程掩模式MOS只讀存儲(chǔ)器（二）可編程存儲(chǔ)器（三）可擦除、可再編程的只讀存儲(chǔ)器EPROM芯片實(shí)例----Intel2716（一）Intel2716的引腳與內(nèi)部結(jié)構(gòu)2716EPROM芯片的容量為2K×8位，采用NMOS工藝和雙列直插式封裝，其引腳、邏輯符號(hào)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖5.14（a）、（b）及（c）。（二）2716的工作方式

2716的工作方式見表5.3所示：

5.4存儲(chǔ)器的連接本章要解決兩個(gè)問題：一個(gè)是如何用容量較小、字長較短的芯片，組成微機(jī)系統(tǒng)所需的存儲(chǔ)器，另一個(gè)是存儲(chǔ)器與ＣＰＵ的連接方法與應(yīng)注意的問題。一、存儲(chǔ)器芯片的擴(kuò)充（一）位數(shù)的擴(kuò)充用１位或４位的存儲(chǔ)器芯片構(gòu)成８位的存儲(chǔ)器，可采用位并聯(lián)的方法。例如，可以用８片２Ｋ×１位的芯片組成容量為２Ｋ×８位的存儲(chǔ)器，如圖5.15所示。這時(shí)，各芯片的數(shù)據(jù)線分別接到數(shù)據(jù)總線的各位，而地址線的相應(yīng)位及各控制線，則并聯(lián)在一起。圖5.16則是用２片１Ｋ×４位的芯片，組成１Ｋ×８位的存儲(chǔ)器的情況。這時(shí)，一片芯片的數(shù)據(jù)線接數(shù)據(jù)總線的低4位，另一片芯片的數(shù)據(jù)線則接數(shù)據(jù)總線的高4位。而兩片芯片的地址線及控制線則分別并聯(lián)在一起。（二）地址的擴(kuò)充當(dāng)擴(kuò)充存儲(chǔ)容量時(shí)，采用地址串聯(lián)的方法。這時(shí)，要用到地址譯碼電路，以其輸入的地址碼來區(qū)分高位地址，而以其輸出端的控制線來對(duì)具有相同低位地址的幾片存儲(chǔ)器芯片進(jìn)行片選。例：圖5.18是用4片16K×8位的存儲(chǔ)器芯片（或是經(jīng)過位擴(kuò)充的芯片組）組成64K×8位存儲(chǔ)器連接線路。16K存儲(chǔ)器芯片的地址為14位，而64K存儲(chǔ)器的地址碼應(yīng)有16位。連接時(shí)，各芯片的14位地址線可直接接地址總線的A0～A13，而地址總線的A15，A14則接到2-4譯碼器的輸入端，其輸出端4根選擇線分別接到4片芯片的片選CS端。因此，在任一地址碼時(shí)，僅有一片芯片處于被選中的工作狀態(tài)，各芯片的取值范圍如表5.４所示。二、存儲(chǔ)器與CPU的連接在第3章中，對(duì)8086最小方式與最大方式的典型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及8086存儲(chǔ)器高低位庫的連接，曾作過一些概略的介紹。這里，將結(jié)合存儲(chǔ)器的分類及其與8086CPU的具體連接給予較詳細(xì)的說明。

1.只讀存儲(chǔ)器與8086CPU的連接

ROM、PROM或EPROM芯片都可以與8086系統(tǒng)總線連接，實(shí)現(xiàn)程序存儲(chǔ)器。例如，2716、2732、2764和27128這一類EPROM芯片，由于它們屬于以1字節(jié)寬度輸出組織的，因此，在連接到8086系統(tǒng)時(shí)，為了存儲(chǔ)16位指令字，要使用兩片這類芯片并聯(lián)組成一組。圖5.19給出了兩片2732EPROM與8086系統(tǒng)總線的連接示意圖。該存儲(chǔ)器子系統(tǒng)提供了4K字的程序存儲(chǔ)器(即存放指令代碼的只讀存儲(chǔ)器)。2.靜態(tài)RAM與8086CPU芯片的連接

一般，當(dāng)微機(jī)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器容量少于16K字時(shí)，宜采用靜態(tài)RAM芯片，因?yàn)榇蠖鄶?shù)動(dòng)態(tài)RAM芯片都是以16K×1位或64K×1位來組織的，并且，動(dòng)態(tài)RAM芯片還要求動(dòng)態(tài)刷新電路，這種附加的支持電路會(huì)增加存儲(chǔ)器的成本。8086CPU無論是在最小方式或最大方式下，都可以尋址1MB的存儲(chǔ)單元，存儲(chǔ)器均按字節(jié)編址。圖5.20給出了2K字的讀寫存儲(chǔ)器子系統(tǒng)。存儲(chǔ)器芯片選用靜態(tài)RAM6116(2K×8位)。3.EPROM、靜態(tài)RAM與8086CPU連接實(shí)例圖5.21給出了8086CPU組成的單處理器系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)。圖中，8086接成最小工作方式（MN/MX引腳置邏輯高電平）。當(dāng)機(jī)器復(fù)位時(shí)，8086將執(zhí)行FFFF0H單元的指令。簡介：微機(jī)

存儲(chǔ)系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)主存-輔存層次：具有主存的較快存取速度又具有輔存的大容量和