第6章 存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)

第6章存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)方式存儲(chǔ)單元8位二進(jìn)制字節(jié)編號(hào)地址§6.1存儲(chǔ)器分類一、存儲(chǔ)器的分類1、按存儲(chǔ)介質(zhì)分類半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、磁表面存儲(chǔ)器、光表面存儲(chǔ)器2、按存儲(chǔ)器的讀寫功能分類只讀存儲(chǔ)器（ROM）、隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM）3、按信息的可保存性分類非永久性記憶的存儲(chǔ)器、永久性記憶的存儲(chǔ)器4、按在微機(jī)系統(tǒng)中的作用分類

主存儲(chǔ)器、輔助存儲(chǔ)器、高速緩沖存儲(chǔ)器二、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類與選用原則1、分類及特點(diǎn)2、選用原則ROM與RAM的選用ROM類型的選用RAM類型的選用芯片型號(hào)的選用掩模ROMPROMEPROMEPROMFlashROM2（4個(gè)層面）SRAMDRAM內(nèi)存條FlashROM特點(diǎn)：

兼具EEPROM、SRAM和DRAM的優(yōu)點(diǎn)FlashROM應(yīng)用：

主板、顯卡BIOS

移動(dòng)存儲(chǔ)器

MP3播放器數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)存儲(chǔ)卡嵌入式、便攜式系統(tǒng)電子盤典型FlashROM芯片：

SST28EF020（256KB)Intel28F032SA（4MB）

……速度高、密度大；非易失（掉電時(shí)信息不丟失）；內(nèi)含命令、狀態(tài)寄存器，可在系統(tǒng)編程；可整片/按扇區(qū)/按頁面/按字節(jié)擦寫；有數(shù)據(jù)保護(hù)、保密能力。存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)

1、存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)

是指把各種不同存儲(chǔ)容量、存取速度和價(jià)格的存儲(chǔ)器按層次結(jié)構(gòu)組成多層存儲(chǔ)器，并通過管理軟件和輔助硬件有機(jī)組合成統(tǒng)一的整體，使所存放的程序和數(shù)據(jù)按層次分布在各種存儲(chǔ)器中,核心是解決容量、速度、價(jià)格間的矛盾

2、常用的存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)主要由高速緩沖存儲(chǔ)器Cache、主存儲(chǔ)器和輔助存儲(chǔ)器組成

3、解決CPU與主存儲(chǔ)器速度差所采取的措施（1）CPU內(nèi)部設(shè)置多個(gè)通用寄存器（2）采用多存儲(chǔ)模塊交叉存取（3）采用高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）

§6.2存儲(chǔ)器的基本性能指標(biāo)

1、存儲(chǔ)容量（1）存儲(chǔ)容量=存儲(chǔ)器單元數(shù)×每單元二進(jìn)制位數(shù)（2）換算關(guān)系：

1KB=210B=1024B1MB=220B=1024KB1GB=230B=1024MB1TB=240B=1024GB2、讀寫速度（1）存取時(shí)間：?jiǎn)?dòng)一次存儲(chǔ)器操作到完成該操作所經(jīng)歷的時(shí)間。時(shí)間越小，存儲(chǔ)速度越快。如DRAM：100ns～200ns，SRAM：20ns～40ns。（2）存取周期：連續(xù)兩次獨(dú)立的存儲(chǔ)器操作所需要的最短的時(shí)間。一般情況下，存取周期略大于存取時(shí)間。

tcyc(R)<4T–tda

–tD

–T

tcyc(R)：最小讀出時(shí)間4T：最小總線周期tda

：地址總線延時(shí)時(shí)間tD

：其他因素引起的總線附加延時(shí)

3、非易失性：存儲(chǔ)器在掉電后信息仍然能夠保持

4、可靠性：用平均故障時(shí)間MTBF（MeanTimeBetweenFailures）來衡量。MTBF越長，可靠性越高。5、功耗：存儲(chǔ)器耗電的多少，同時(shí)反映了其發(fā)熱的程度。

6、成本、體積等§

6.3

存儲(chǔ)器芯片與CPU的接口特性——設(shè)計(jì)/擴(kuò)展存儲(chǔ)器系統(tǒng)的基礎(chǔ)片選地址片內(nèi)地址高位地址低位地址內(nèi)存地址1.各種存儲(chǔ)器芯片的接口共性4類接口信號(hào)線（電源線除外）數(shù)據(jù)線地址線片選線讀/寫控制線直連直連地址譯碼器DB低位

高位AB匹配直連等待產(chǎn)生電路CB相應(yīng)線CPU不匹配關(guān)鍵：高低位AB如何劃分根據(jù)譯碼方式的不同，可有三種常用片選控制方法：1、線選法2、全譯碼法3、局部譯碼法1.線選法除將低位地址線直接接片內(nèi)地址外，把余下的高位地址線分別作為各個(gè)存儲(chǔ)器芯片內(nèi)片選控制信號(hào)。注意：片選地址線每次尋址時(shí)只能有一位有效，不允許同時(shí)有多位有效。A10～A02KB(1)2KB(2)2KB(3)2KB(4)2KB(5)CSCSCSCSCSA11A12A13A14A15常用片選控制方法：線選法局部譯碼法全譯碼法常用片選控制方法：線選法局部譯碼法全譯碼法2.局部譯碼法對(duì)高位地址總線中的一部分(而不是全部)進(jìn)行譯碼，以產(chǎn)生各存儲(chǔ)器芯片的片選控制信號(hào)。A11～A04KB(1)4KB(2)4KB(8)CSCSCSY0Y1Y7譯碼器A15～A12中任三根當(dāng)采用線選法地址線不夠用，而又不需要全部存儲(chǔ)空間的尋址能力時(shí)，可采用這種方法。常用片選控制方法：線選法局部譯碼法全譯碼法4KB(1)A11～A0A15～A12譯碼器4KB(2)4KB(16)CSCSCSY0Y1Y153.全譯碼法對(duì)高位地址總線全部譯碼，譯碼輸出作為各芯片的片選信號(hào)。線選法和局都譯碼法雖電路簡(jiǎn)單，但都存在地址重疊和地址不連續(xù)問題，使尋址空間利用率降低，所以一般多采用全譯碼法。2.內(nèi)存儲(chǔ)器系統(tǒng)的構(gòu)成原理三項(xiàng)任務(wù)確定結(jié)構(gòu)——單體？多體？選擇芯片設(shè)計(jì)接口——關(guān)鍵對(duì)8位機(jī)，單體對(duì)32位機(jī)，4體對(duì)16位機(jī)，雙體??????BHE、A0組合：BHEA0總線使用情況

00從偶地址單元開始，在16位數(shù)據(jù)總線上進(jìn)行字傳送

01從奇地址單元開始，在高8位數(shù)據(jù)總線上進(jìn)行字節(jié)傳送

10從偶地址單元開始，在低8位數(shù)據(jù)總線上進(jìn)行字節(jié)傳送

11無效控制總線(1)BHE/S7：高8位數(shù)據(jù)總線允許/狀態(tài)復(fù)用引腳。在總線周期的T1狀態(tài)，此引腳輸出BHE信號(hào)，表示高8位數(shù)據(jù)線D15-D8上的數(shù)據(jù)有效。在8086中，S7未定義。A0~A23BHE80286D0~D15地址鎖存器80286存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)A1~A23A0BHE地址總線D0~D7D8~D15數(shù)據(jù)總線偶數(shù)存儲(chǔ)體奇數(shù)存儲(chǔ)體FFFFFEFFFFFC

000002000000000003000001

FFFFFDFFFFFF8086CPU對(duì)存儲(chǔ)器的讀方式A2~A31BHE80386/80486BE0BE3D0~D31地址鎖存器386/486存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)體0存儲(chǔ)體1存儲(chǔ)體2存儲(chǔ)體3數(shù)據(jù)收/發(fā)驅(qū)動(dòng)器A2~A31BE0BE1BE2BE3D0~D7D16~D23D24~D31D8~D15D0~D313、歸結(jié)為（8位）單體存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)：?

芯片選擇?接口設(shè)計(jì)?

位、字?jǐn)U展通過位擴(kuò)展，滿足（8位）字長要求通過字?jǐn)U展，滿足字?jǐn)?shù)（地址單元數(shù)）要求——重點(diǎn)是在地址分配基礎(chǔ)上的地址譯碼與地址總線的連接/轉(zhuǎn)換與控制總線的連接/轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)總線的連接/轉(zhuǎn)換

4、存儲(chǔ)器擴(kuò)展用多片存儲(chǔ)芯片構(gòu)成一個(gè)需要的內(nèi)存空間；各存儲(chǔ)器芯片在整個(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。

存儲(chǔ)器芯片的存儲(chǔ)容量等于：

單元數(shù)×每單元的位數(shù)字節(jié)數(shù)字長擴(kuò)展單元擴(kuò)展字長

存儲(chǔ)器擴(kuò)展方法位擴(kuò)展字?jǐn)U展字位擴(kuò)展擴(kuò)展字長擴(kuò)展單元數(shù)既擴(kuò)展字長也擴(kuò)展單元數(shù)位擴(kuò)展構(gòu)成內(nèi)存的存儲(chǔ)器芯片的字長小于內(nèi)存單元的字長時(shí)——需進(jìn)行位擴(kuò)展。位擴(kuò)展：每單元字長的擴(kuò)展。位擴(kuò)展例用8片2164A芯片構(gòu)成64KB存儲(chǔ)器。LS158A0~A7A8~A152164A2164A2164ADBABD0D1D70000HFFFFH.…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(chǔ)器的單元數(shù)不變，位數(shù)增加。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)展原則：每個(gè)芯片的地址線、數(shù)據(jù)線、控制線并聯(lián)。片選端分別引出，以使每個(gè)芯片有不同的地址范圍。A0～A10DBABD0～D7A0~A10R/WCS2K×8D0～D7A0～A102K×8D0～D7D0～D7A0~A10CS譯碼器Y0Y1高位地址R/W字?jǐn)U展示意圖字?jǐn)U展例用兩片64K×8位的SRAM芯片構(gòu)成容量為128KB的存儲(chǔ)器兩芯片的地址范圍分別為：20000H～2FFFFH30000H～3FFFFH

字?jǐn)U展例G1G2AG2BCBAY2Y3&MEMRMEMWA19A18A17A1674LS138高位地址：芯片1：0010芯片2：0011A19A18A17A16芯片1芯片2字位擴(kuò)展設(shè)計(jì)過程：根據(jù)內(nèi)存容量及芯片容量確定所需存儲(chǔ)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。若已有存儲(chǔ)芯片的容量為L×K，要構(gòu)成容量為M×N的存儲(chǔ)器，需要的芯片數(shù)為：

（M/L）×（N/K）【例】試用8K×4位存儲(chǔ)芯片設(shè)計(jì)一個(gè)48KB容量的8位單體存儲(chǔ)器。設(shè)地址總線為A19—A0,存儲(chǔ)器起始地址為90000H。解：（1）位擴(kuò)展——確定芯片數(shù)/組，滿足字長要求；（組內(nèi)各芯片CS端并聯(lián)，數(shù)據(jù)線分聯(lián)）

（2）字?jǐn)U展——確定組數(shù)，滿足容量要求；（各組CS端分聯(lián)，對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)端并聯(lián)）

（3）選擇譯碼芯片，進(jìn)行地址譯碼設(shè)置

——滿足地址范圍要求；

（4）直接畫出接口連接圖?！纠?】設(shè)計(jì)結(jié)果圖：CS（11）8kx4位CS（12）8kx4位CS（2）8kx4位CS（1）8kx4位?74LS138●A18A17A16A15A14A13A19MRMWD7D0A12A0|D7D4D3