微機(jī)原理與接口技術(shù) 第5章

《微機(jī)原理及接口技術(shù)》2008-6-13第5章存儲(chǔ)器1/41微機(jī)原理與接口技術(shù)《微機(jī)原理及接口技術(shù)》2008-6-13第5章存儲(chǔ)器2/41第五章存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器概述存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中用來(lái)存儲(chǔ)信息的部件，它是計(jì)算機(jī)中的重要硬件資源。從存儲(chǔ)程序式的馮.諾依曼經(jīng)典結(jié)構(gòu)而言，沒(méi)有存儲(chǔ)器，就無(wú)法構(gòu)成現(xiàn)代計(jì)算機(jī)。

《微機(jī)原理及接口技術(shù)》2008-6-13按用途分類(lèi)內(nèi)存儲(chǔ)器：分為高速緩沖存儲(chǔ)器(Cache)和主存儲(chǔ)器(內(nèi)存條)兩種

Cache一般為幾百KB,工作速度幾 乎與CPU相當(dāng)。 內(nèi)存條容量相對(duì)較大,目前一般在

128MB到512MB之間,但速度較

Cache慢。外存儲(chǔ)器：主要是磁介質(zhì)存儲(chǔ)器，容量大，目前一般在10GB以上。用來(lái)存放相對(duì)來(lái)說(shuō)不經(jīng)常使用的程序或者數(shù)據(jù)或者需要長(zhǎng)期保存的信息。此外還有光盤(pán)等其他介質(zhì)的存儲(chǔ)器。

CPUCACHE

主存（內(nèi)存） 輔存（外存）

第5章存儲(chǔ)器3/41《微機(jī)原理及接口技術(shù)》2008-6-13第5章存儲(chǔ)器4/41半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類(lèi)按使用功能RAM（RandomAccessMemory）ROM（ReadOnlyMemory）RAM的種類(lèi)SRAM（靜態(tài)）：速度快、集成度低、功耗大DRAM（動(dòng)態(tài)）：速度慢、集成度高、功耗低、需要周期性刷新ROM的種類(lèi)可編程ROM：數(shù)據(jù)固化到ROM后不可更改。可擦除、可編程ROM：可以通過(guò)特殊裝置進(jìn)行改寫(xiě)，平時(shí)使用過(guò)程中只作為可讀存儲(chǔ)器電可擦除、可編程ROM：可以通過(guò)特殊裝置進(jìn)行改寫(xiě)，平時(shí)使用過(guò)程中只作為可讀存儲(chǔ)器《微機(jī)原理及接口技術(shù)》2008-6-13第5章存儲(chǔ)器5/41隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAMCPU能根據(jù)RAM的地址將數(shù)據(jù)隨機(jī)地寫(xiě)入或讀出。電源切斷后，所存數(shù)據(jù)全部丟失。SRAM靜態(tài)RAM(StaticRAM)：靜態(tài)RAM速度非?？?，只要電源存在內(nèi)容就不會(huì)自動(dòng)消失。DRAM動(dòng)態(tài)RAM(DynamicRAM)：DRAM存在泄漏電流，因此必須周期性的在內(nèi)容消失之前進(jìn)行刷新(Refresh)?？紤]因素：功耗，速度，容量/價(jià)格，電路的復(fù)雜性《微機(jī)原理及接口技術(shù)》2008-6-13第5章存儲(chǔ)器6/41SRAM存儲(chǔ)器的構(gòu)成最基本存儲(chǔ)單元：6個(gè)MOS管構(gòu)成的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路存儲(chǔ)體：許多基本存儲(chǔ)單元構(gòu)成的矩陣存儲(chǔ)矩陣

字結(jié)構(gòu)排列 位結(jié)構(gòu)排列地址譯碼器片選信號(hào)（高位地址生成）線(xiàn)性譯碼或復(fù)合譯碼控制邏輯片選、讀允許、寫(xiě)允許三態(tài)控制為什么需要？《微機(jī)原理及接口技術(shù)》2008-6-13第5章存儲(chǔ)器7/41DRAM存儲(chǔ)器的構(gòu)成最基本存儲(chǔ)單元：4管、3管或單管結(jié)構(gòu)需要配置刷新邏輯電路原因：利用電容存儲(chǔ)電荷刷新：刷新周期、集中刷新、分布刷新DRAM控制器地址多路器行地址、列地址CPU的地址分兩次發(fā)送到DRAM芯片刷新定時(shí)器根據(jù)時(shí)間要求進(jìn)行定時(shí)刷新地址計(jì)數(shù)器仲裁電路來(lái)自CPU的訪問(wèn)請(qǐng)求和刷新請(qǐng)求同時(shí)產(chǎn)生時(shí)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)裁定定時(shí)發(fā)生器《微機(jī)原理及接口技術(shù)》2008-6-13第5章存儲(chǔ)器8/41靜態(tài)存儲(chǔ)器的工作時(shí)序很多參量，關(guān)注你需要的參量即可《微機(jī)原理及接口技術(shù)》2008-6-13第5章存儲(chǔ)器9/41動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的工作時(shí)序《微機(jī)原理及接口技術(shù)》2008-6-13第5章存儲(chǔ)器10/41常見(jiàn)RAM廠家靜態(tài)存儲(chǔ)器：ISSI動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器：SamSung、Hynix、MicronFIFO：IDT《微機(jī)原理及接口技術(shù)》2008-6-13第5章存儲(chǔ)器11/41高速緩沖存儲(chǔ)器CACHE技術(shù)是為了把主存儲(chǔ)器看成是高速存儲(chǔ)器而設(shè)置的小容量局部存儲(chǔ)器。利用某些程序訪問(wèn)存儲(chǔ)器在時(shí)間上和空間上有局部區(qū)域的特性：子程序的反復(fù)調(diào)用，變量的重復(fù)使用。可以把CACHE看作是主存儲(chǔ)器中面向CPU的一組高速暫存寄存器，保存有一份主存儲(chǔ)器的“內(nèi)容拷貝”，該“內(nèi)容拷貝”是最近曾被CPU使用過(guò)的?！段C(jī)原理及接口技術(shù)》2008-6-13第5章存儲(chǔ)器12/41CACHE組成一部分存放由主存儲(chǔ)器來(lái)的數(shù)據(jù)另一部分存放該數(shù)據(jù)在主存儲(chǔ)器中的地址由關(guān)聯(lián)性，高速緩沖存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)分為：全相聯(lián)直接映象成組相聯(lián)《微機(jī)原理及接口技術(shù)》2008-6-13第5章存儲(chǔ)器13/41CACHE的數(shù)據(jù)更新通寫(xiě)式(write-through)Cache中數(shù)據(jù)一被修改就將其寫(xiě)入主存儲(chǔ)器中的相關(guān)存儲(chǔ)塊優(yōu)點(diǎn)：更新內(nèi)容不會(huì)丟失缺點(diǎn)：總線(xiàn)操作頻繁、影響性能回寫(xiě)式(write-back)當(dāng)cache中的數(shù)據(jù)塊被其他數(shù)據(jù)替換時(shí)，才將該數(shù)據(jù)塊回寫(xiě)到主存儲(chǔ)器優(yōu)點(diǎn)：減少寫(xiě)存儲(chǔ)器的次數(shù)缺點(diǎn)：控制器要復(fù)雜一些《微機(jī)原理及接口技術(shù)》2008-6-13第5章存儲(chǔ)器14/41影響CACHE性能的因素Cache規(guī)模大小關(guān)聯(lián)方式Cache行大小速度配置《微機(jī)原理及接口技術(shù)》2008-6-13第5章存儲(chǔ)器15/41只讀存儲(chǔ)器ROM可分為幾類(lèi):掩膜型ROMPROMEPROMEEPROM《微機(jī)原理及接口技術(shù)》2008-6-13第5章存儲(chǔ)器16/41掩膜型ROMROM信息由廠家根據(jù)用戶(hù)指定數(shù)據(jù)對(duì)芯片圖形掩膜進(jìn)行兩次光刻后形成用戶(hù)對(duì)此類(lèi)芯片無(wú)法修改《微機(jī)原理及接口技術(shù)》2008-6-13第5章存儲(chǔ)器17/41PROM(ProgrammableROM)可編程只讀存儲(chǔ)器通過(guò)燒斷微小的鎳-鉻絲或硅氧化物熔絲來(lái)實(shí)現(xiàn),一旦編程后不能被擦除《微機(jī)原理及接口技術(shù)》2008-6-13第5章存儲(chǔ)器18/41EPROM可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器頂部開(kāi)有一個(gè)圓形的石英窗口，用于紫外線(xiàn)透過(guò)擦除原有信息一般使用專(zhuān)門(mén)的編程器（燒寫(xiě)器）進(jìn)行編程編程后，應(yīng)該貼上不透光封條出廠未編程前，每個(gè)基本存儲(chǔ)單元都是信息1,編程就是將某些單元寫(xiě)入信息0《微機(jī)原理及接口技術(shù)》2008-6-13第5章存儲(chǔ)器19/41紫外線(xiàn)擦除器《微機(jī)原理及接口技術(shù)》2008-6-13第5章存儲(chǔ)器20/41EEPROM/E2PROM電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器在系統(tǒng)中是電可擦除的,擦寫(xiě)的電壓比讀入電壓要高，通常為12V，擦寫(xiě)速度在毫秒量級(jí),但仍比普通的RAM慢很多不同廠家的EEPROM時(shí)序會(huì)有不同,要選擇相應(yīng)的EEPROM才能與芯片配合《微機(jī)原理及接口技術(shù)》2008-6-13第5章存儲(chǔ)器21/41編程器《微機(jī)原理及接口技術(shù)》2008-6-13第5章存儲(chǔ)器22/41RAM與CPU的連接連接部分主要由三個(gè)部分組成:1.地址線(xiàn)2.數(shù)據(jù)線(xiàn)3.控制線(xiàn)連接中需要考慮的問(wèn)題:CPU總線(xiàn)的負(fù)載能力(與驅(qū)動(dòng)電流和系統(tǒng)工作速度有關(guān)）CPU的時(shí)序和存儲(chǔ)器存取速度之間的配合存儲(chǔ)器的地址分配和片選控制信號(hào)的連接《微機(jī)原理及接口技術(shù)》2008-6-13第5章存儲(chǔ)器23/41RAM存儲(chǔ)器的模塊結(jié)構(gòu)外圍電路： 地址譯碼器

I/O電路片選控制端（CS）集電極開(kāi)路或三態(tài)輸出緩沖器預(yù)充，刷新電路等A0~A9地址輸入WE＃寫(xiě)允許CS＃片選IO1~IO4數(shù)據(jù)輸入輸出

《微機(jī)原理及接口技術(shù)》2008-6-13Intel2114考慮單片與8086的互連

數(shù)據(jù)？ 地址？ 控制線(xiàn)：

WE＃、CS＃

時(shí)序配合？多片與8086的互連

數(shù)據(jù)線(xiàn)的連接（三態(tài)） 地址的分配 總線(xiàn)的負(fù)載能力

第5章存儲(chǔ)器24/41123456789

40 39 38211437 36 35 34 33 32

A6 A5 A4 A3 A0 A1 A2CS#GNDVCCA7A8A9IO1IO2IO3IO4WE#《微機(jī)原理及接口技術(shù)》2008-6-13第5章存儲(chǔ)器25/41線(xiàn)性選擇方式只有存儲(chǔ)芯片的片選信號(hào)CS有效，才能對(duì)該芯片進(jìn)行操作連接方式（書(shū)例5－1）：將CPU地址總線(xiàn)低13位與存儲(chǔ)芯片地址線(xiàn)相連CS端與某一位高位地址線(xiàn)（A13）相連1＃芯片地址：0000～1FFFH、4000～5FFFH、……2＃芯片地址：2000～3FFFH、6000～7FFFH、……《微機(jī)原理及接口技術(shù)》2008-6-13第5章存儲(chǔ)器26/41全譯碼所有的系統(tǒng)地址線(xiàn)均參與對(duì)存儲(chǔ)單元的譯碼尋址包括低位地址線(xiàn)對(duì)芯片內(nèi)各存儲(chǔ)單元的譯碼尋址（片內(nèi)譯碼），高位地址線(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)芯片的譯碼尋址（片選譯碼）采用全譯碼．每個(gè)存儲(chǔ)單元的地址都是唯一的，不存在地址重復(fù)譯碼電路可能比較復(fù)雜、連線(xiàn)也較多《微機(jī)原理及接口技術(shù)》2008-6-13第5章存儲(chǔ)器27/41譯碼和譯碼器譯碼：將某個(gè)特定的“編碼輸入”翻譯為唯一“有效輸出”的過(guò)程譯碼電路可以使用門(mén)電路組合邏輯譯碼電路更多的是采用集成譯碼器常用的2-4譯碼器74LS139常用的3-8譯碼器74LS138常田的4-16譯碼器74LS154《微機(jī)原理及接口技術(shù)》2008-6-13第5章存儲(chǔ)器28/41門(mén)電路譯碼《微機(jī)原理及接口技術(shù)》2008-6-13第5章存儲(chǔ)器29/413-8譯碼器：74LS138《微機(jī)原理及接口技術(shù)》2008-6-13第5章存儲(chǔ)器30/41全譯碼示例2764：64K(8K×8)PROM《微機(jī)原理及接口技術(shù)》2008-6-13第5章存儲(chǔ)器31/41部分譯碼只有部分（高位）地址線(xiàn)參與對(duì)存儲(chǔ)芯片的譯碼每個(gè)存儲(chǔ)單元將對(duì)應(yīng)多個(gè)地址（地址重復(fù)），需要進(jìn)取一個(gè)可用地址可簡(jiǎn)化譯碼電路的設(shè)計(jì)，但系統(tǒng)的部分地址空間將被浪費(fèi)《微機(jī)原理及接口技術(shù)》2008-6-13第5章存儲(chǔ)器32/41部分譯碼示例《微機(jī)原理及接口技術(shù)》2008-6-13第5章存儲(chǔ)器33/41片選端譯碼小結(jié)存儲(chǔ)芯片的片選控制端可以被看作是一根最高位地址線(xiàn)在系統(tǒng)中，主要與地址發(fā)生聯(lián)系：包括地址空間的選擇（接系統(tǒng)的M/IO#信號(hào)）和高位地址的譯碼選擇（與系統(tǒng)的高位地址線(xiàn)相關(guān)聯(lián)）對(duì)一些存儲(chǔ)芯片通過(guò)片進(jìn)無(wú)效可關(guān)閉內(nèi)部的輸出驅(qū)動(dòng)機(jī)制，起到降低功耗的作用《微機(jī)原理及接口技術(shù)》2008-6-13第5章存儲(chǔ)器34/41存儲(chǔ)芯片數(shù)據(jù)線(xiàn)的處理若芯片的數(shù)據(jù)線(xiàn)正好16根：一次可從芯片中訪問(wèn)到16位數(shù)據(jù)全部數(shù)據(jù)線(xiàn)與系統(tǒng)的16位數(shù)據(jù)總線(xiàn)相連若芯片的數(shù)據(jù)線(xiàn)不足16根：一次不能從一個(gè)芯片中訪問(wèn)到16位數(shù)據(jù)利用多個(gè)芯片擴(kuò)充數(shù)據(jù)位這種擴(kuò)充方式簡(jiǎn)稱(chēng)為位擴(kuò)充《微機(jī)原理及接口技術(shù)》2008-6-13第5章存儲(chǔ)器35/41存儲(chǔ)芯片的讀寫(xiě)控制芯片OE與系統(tǒng)的讀命令線(xiàn)相連當(dāng)芯片被選中、且讀命令有效時(shí)，在儲(chǔ)芯片將開(kāi)放并驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)到總線(xiàn)芯片WE與系統(tǒng)的寫(xiě)命令線(xiàn)相連當(dāng)芯片被選中、且寫(xiě)命令有效時(shí)，允許總線(xiàn)數(shù)據(jù)寫(xiě)入存儲(chǔ)芯片《微機(jī)原理及接口技術(shù)》2008-6-13第5章存儲(chǔ)器36/41存儲(chǔ)器空間的分配和使用實(shí)模式(ReaIMode)：實(shí)模式就是8086／8088CPU所采用的工作模式，20條地址線(xiàn)能尋址1MB存儲(chǔ)空間。尋址方式為：段地址：偏移地址存儲(chǔ)器的實(shí)際地址為：段地址*16十偏移地址保護(hù)模式(ProtectMode)；80286CPU有24條地址線(xiàn)能尋址16MB存儲(chǔ)空間，80386CPU有32條地址線(xiàn)能尋址4GB存儲(chǔ)空間，利用保護(hù)模式的尋址方式，能夠訪問(wèn)整個(gè)存儲(chǔ)器地址空間。尋址方式為：選擇器：偏移地址《微機(jī)原理及接口技術(shù)》2008-6-13第5章存儲(chǔ)器37/41IBMPC/XT中存儲(chǔ)器空間分配《微機(jī)原理及接口技術(shù)》2008-6-