第五章-存儲(chǔ)器裝置

第5章存儲(chǔ)器一、概述二、典型芯片舉例三、主存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)

作業(yè)2023/7/71一、概述存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)的重要組成部分，用來存放計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工作時(shí)所用的信息——程序和數(shù)據(jù)。1、內(nèi)存和外存2、存儲(chǔ)器的分類3、存儲(chǔ)器的性能指標(biāo)4、存儲(chǔ)器的基本結(jié)構(gòu)2023/7/721、內(nèi)存和外存（1）內(nèi)存(或主存），用于存放當(dāng)前正在使用的程序和數(shù)據(jù)，CPU可以對(duì)它直接訪問，存取速度快，但容量較小。（2）外存（或輔存），用于存放一些CPU暫時(shí)不處理的程序和數(shù)據(jù)。當(dāng)CPU么處理這些信息時(shí)，必須先將其調(diào)入內(nèi)存。 外存包括軟盤，硬盤，光盤等等。 外存容量大，相對(duì)內(nèi)存來說，存取速度較慢。2023/7/732、存儲(chǔ)器的分類(應(yīng)用)(1)只讀存儲(chǔ)器ROM(2)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM2023/7/74(1)只讀存儲(chǔ)器ROM只讀存儲(chǔ)器(ReadOnlyMemory—ROM)——用戶在使用時(shí)只能讀出其中信息，不能修改或?qū)懭胄碌男畔ⅲ瑪嚯姾?，其信息不?huì)消失。①存儲(chǔ)單元中的信息由ROM制造廠在生產(chǎn)時(shí)一次性寫入，稱為掩膜ROM（MaskedROM）；②PROM(ProgrammableROM—可編程ROM)——PROM中的程序和數(shù)據(jù)是由用戶自行寫入的，但一經(jīng)寫入，就無法更改，是一次性的ROM；2023/7/75(1)只讀存儲(chǔ)器ROM③EPROM(ErasebleProgrammableROM—可擦除可編程ROM)——可由用戶自行寫入程序和數(shù)據(jù)，寫入后的內(nèi)容可用紫外線燈照射擦除，然后可以重新寫入新的內(nèi)容，可以多次擦除，多次使用。

④

E2PROM(ElectricallyErasebleProgrammableROM—電可擦除可編程ROM)——可用電信號(hào)進(jìn)行清除和改寫的存儲(chǔ)器，使用方便。2023/7/76(2)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RandomAccessMemory)——RAM的特點(diǎn)是存儲(chǔ)器中的信息能讀能寫，且對(duì)存儲(chǔ)器中任一單元的讀或?qū)懖僮魉枰臅r(shí)間基本是一樣的。斷電后，RAM中的信息即消失。分為兩類：①SRAM(StaticRAM—靜態(tài)RAM)——SRAM是利用半導(dǎo)體觸發(fā)器的兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)表示“1”和“0”。只要電源不撤除，信息不會(huì)消失，不需要刷新電路。2023/7/77(2)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM②DRAM(DynamicRAM—?jiǎng)討B(tài)RAM)——DRAM是利用電容端電壓的高低來表示“1”和“0”，為了彌補(bǔ)漏電需要定時(shí)刷新。一般微機(jī)系統(tǒng)中的內(nèi)存采用DRAM，配有刷新電路，每隔1—2ms刷新一次。2023/7/783、存儲(chǔ)器的性能指標(biāo)(1)存儲(chǔ)容量(2)存儲(chǔ)速度(3)可靠性2023/7/79(1)存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量是指一塊存儲(chǔ)芯片上所能存儲(chǔ)的二進(jìn)制位數(shù)。假設(shè)存儲(chǔ)芯片的存儲(chǔ)單元數(shù)是M，一個(gè)存儲(chǔ)單元所存儲(chǔ)的信息的位數(shù)是N，則其存儲(chǔ)容量為M×N。D7…D1D0例題2023/7/710例題1、已知單片6116芯片的地址線是11位，每個(gè)存儲(chǔ)單元是8位，求其存儲(chǔ)容量?解:因?yàn)榭删幹贩秶?11

，即M＝211，

每個(gè)存儲(chǔ)單元可存8位，即N＝8，所以，6116的存儲(chǔ)容量=211×8 =2×1024×8 =2K×8 ＝2KB2023/7/711例題2、若要組成64K字節(jié)的存儲(chǔ)器，以下芯片各需幾片? ①6116(2K×8) ②4416(16K×4)解:①(64K×8)÷(2K×8)=32(片)②(64K×8)÷(16K×4)=8(片)2023/7/712區(qū)別：芯片的存儲(chǔ)容量和微機(jī)的存儲(chǔ)容量微機(jī)的存儲(chǔ)容量——

由多片存儲(chǔ)芯片組成的總存儲(chǔ)容量。①微機(jī)的最大內(nèi)存容量——由CPU的地址總線決定。如：PC486，地址總線是32位，則，內(nèi)存容許最大容量是232=4G；②實(shí)際的裝機(jī)容量——

由實(shí)際使用的若干片存儲(chǔ)芯片組成的總存儲(chǔ)容量。2023/7/713(2)存儲(chǔ)速度存儲(chǔ)器的存取速度是影響計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度的主要因素，用兩個(gè)參數(shù)來衡量：①存取時(shí)間TA（AccessTime）——定義為啟動(dòng)一次存儲(chǔ)器操作（讀或?qū)懀?，到完成該操作所?jīng)歷的時(shí)間。②存儲(chǔ)周期TMC（MemoryCycle）——定義啟動(dòng)兩次讀（或?qū)懀┐鎯?chǔ)器操作之間所需的最小時(shí)間間隔。2023/7/714(3)可靠性存儲(chǔ)器的可靠性用MTBF來衡量。MTBF即MeanTimeBetweenFailures——平均故障間隔時(shí)間，MBTF越長，表示可靠性越高。2023/7/7154、存儲(chǔ)器的基本結(jié)構(gòu)1、存儲(chǔ)體—由多個(gè)基本存儲(chǔ)單元組成，容量即為M×N；2、地址寄存器（地址鎖存器）—鎖存CPU送來的地址信號(hào)；3、地址譯碼器—對(duì)地址信號(hào)進(jìn)行譯碼，選擇存儲(chǔ)體中要訪問的存儲(chǔ)單元；4、讀/寫驅(qū)動(dòng)電路—包括讀出放大和寫入電路；5、數(shù)據(jù)緩沖器—芯片數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)雙向三態(tài)門掛在數(shù)據(jù)總線上，未選中該片，呈高阻狀態(tài)；6、讀/寫控制電路—接受來自CPU的片選信號(hào)、讀/寫信號(hào)。（對(duì)ROM—只讀；對(duì)DRAM－刷新信號(hào)）2023/7/716“讀”操作工作過程（1）送地址—CPU通過地址總線將地址送入地址寄存器，并譯碼；（2）發(fā)出“讀”命令—CPU通過控制總線將“存儲(chǔ)器讀”信號(hào)送入讀/寫控制電路；（3）從存儲(chǔ)器讀出數(shù)據(jù)—讀/寫控制電路根據(jù)“讀”信號(hào)和片選信號(hào)選中存儲(chǔ)體中的某一存儲(chǔ)單元，從該單元讀出數(shù)據(jù)，送到數(shù)據(jù)緩存器。再經(jīng)過數(shù)據(jù)總線送到CPU。2023/7/717“寫”操作工作過程（1）送地址—CPU通過地址總線將地址送入地址寄存器，并譯碼；（2）發(fā)出“寫”命令—CPU通過控制總線將“寫”信號(hào)送入讀/寫控制電路；（3）寫入數(shù)據(jù)到存儲(chǔ)器—讀/寫控制電路根據(jù)“寫”信號(hào)和片選信號(hào)選中存儲(chǔ)體中的某一存儲(chǔ)單元，將數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)，送到數(shù)據(jù)緩存器，再寫入到選中的存儲(chǔ)單元。2023/7/718二、典型芯片舉例1、SRAM芯片HM6116(簡稱6116）——靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，11條地址線，8位數(shù)據(jù)線，3條控制線，兩條電源線，單片存儲(chǔ)容量2K×8。常用的SRAM還有6232，6264、62256，適用于較小系統(tǒng)。2023/7/719二、典型芯片舉例2、DRAM芯片Intel2164A—?jiǎng)討B(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，8條地址線，2位數(shù)據(jù)線(輸出和輸入），3條控制線，兩條電源線，單片存儲(chǔ)容量64K×1。地址線采用分時(shí)復(fù)用，由CAS（列選通）和RAS（行選通），從而實(shí)現(xiàn)16位地址線，M＝216＝64K。2023/7/720三、主存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)1、芯片選擇2、存儲(chǔ)器芯片的基本地址3、存儲(chǔ)器芯片的容量擴(kuò)充4、存儲(chǔ)器芯片與CPU連接2023/7/7211、芯片選擇①SRAM與CPU連接，不需要外圍電路，連接簡單，用于小型控制系統(tǒng)。②DRAM常用于大型系統(tǒng)，因?yàn)樾枰⑿码娐罚热鏟C機(jī)的內(nèi)存條。③ROM通常用于存放固定的系統(tǒng)程序。2023/7/7222、存儲(chǔ)器芯片的基本地址6116的基本地址：000H~7FFHD7…D1D02023/7/7232、存儲(chǔ)器芯片的基本地址6264的基本地址:0000H~1FFFHD7…D1D02023/7/7242、存儲(chǔ)器芯片的基本地址2114的基本地址是000H~3FFHD3D2D1D02023/7/7252、存儲(chǔ)器芯片的基本地址EPROM27218基本地址是0000H~3FFFHD7…D1D02023/7/7263、存儲(chǔ)器芯片的容量擴(kuò)充對(duì)1#來說其地址范圍00000000000000~00011111111111（即0000H~07FFH）用兩片6116芯片（2K×8）即可擴(kuò)展成4K×8位，這種擴(kuò)展方式就稱為字?jǐn)U展。對(duì)2#來說其地址范圍00100000000000~00111111111111（即0800H~0FFFH)譯碼和譯碼器2023/7/7273、存儲(chǔ)器芯片的容量擴(kuò)充顯然，我們可以用2片2114組成1K×8位的存儲(chǔ)器，這種擴(kuò)展方式稱為位擴(kuò)展。對(duì)2114來說，存儲(chǔ)容量是1K×4位，而正常數(shù)據(jù)都以字節(jié)作為存儲(chǔ)單元，顯然需要進(jìn)行擴(kuò)展。N=(1K×8位)÷(1K×4位)=22023/7/728譯碼和譯碼器全部CPU高位地址參與譯碼，稱之為全譯碼。全譯碼方式能保證每個(gè)存儲(chǔ)單元地址唯一。若只選擇CPU一部分高位地址參與譯碼，這稱為部分譯瑪。每個(gè)存儲(chǔ)單元會(huì)有多個(gè)地址對(duì)應(yīng)，地址譯碼可以選擇專用芯片，在微機(jī)系統(tǒng)中常用的有74LS138（稱3-8譯碼器）。

真值表2023/7/72974LS138真值表2023/7/7304、存儲(chǔ)器芯片與CPU連接1、地址總線低位直接相連，高位通過譯碼器相連。地址線的連接方式確定了芯片的地址。2、數(shù)據(jù)總線8位芯片的數(shù)據(jù)線可以直接與8088CPU的相連，與8086CPU連接，要分成兩個(gè)存儲(chǔ)體；低于8位的要進(jìn)行位擴(kuò)充后再與CPU相連。例題3、控制信號(hào)系統(tǒng)總線中與存儲(chǔ)器有關(guān)的控制信號(hào)有IO/M，RD，WR(針對(duì)8088)。2023/7/731例題所以27128地址范圍：00100000000000000000——00100011111111111111即20000H—23FFFH1、如圖是某一8088系統(tǒng)的存儲(chǔ)器連接圖，試確定其中各芯片的地址空間。解：（1）27128是ROM，沒有WR，Y0＝0選中該片；該片14條地址線，其基本地址00000000000000~11111111111111；高6位：A19A18＝00；A17＝1；A16A15A14＝000；2023/7/732例題00110000000000000000—00110001111111111111即30000H—31FFFH解：（2）6264是SRAM，13條地址線，用2片，基本地址0000000000000~1111111111111；1＃6264的高7位：A13＝0

且Y4＝0有效選中此片，則A16A15A14＝100；A19A18＝0；A17＝1；1＃6264地址范圍：2023/7/733例題2＃6264地