計組課件第4章主存儲器

讀機(jī)態(tài)讀機(jī)態(tài)第4章主器第4章主器（一）器的分（二）器的層次化結(jié)（三）隨機(jī)存取SRAM器的工作原DRAM器的工作原（四）只讀（五）主器與CPU的連（六）雙口RAM和多模塊 4．14．1主器處全機(jī)的地位PI/O I/OMEM .I/O2主內(nèi)器ROM(不可改寫ROM)4.4.3 容量是指器系統(tǒng)能容納的二進(jìn)制總位數(shù)，常用字節(jié)數(shù)或(1若主存按字節(jié)編址，即每個單元有8位，則相應(yīng)地用字節(jié)數(shù)表1MB＝1K×1K＝1024×1024B1GB＝1KMB＝1024×1024×1024B(2)例1某計算機(jī)的字長16位，它的容量是64KW，若按字節(jié)編址，那么它的容量可表示成128KB。例2機(jī)器字長32位，其容量為4MB，若按字編 計算機(jī)機(jī)A．0A．0～1MW- B．0～1MB-C．0-4MW- D．0～4MB-★某機(jī)字長32位 容量為256KW，若按字節(jié)編址，它 A0～1MW- B0～512KB-C0～1MB- D0～256KB- ★某計算機(jī)字長16位，其容量為2MB，若按半字編址， A.0～8M- B.0～4M-C.0～2M- D.0～1M- ★某計算機(jī)字長32位，容量是8MB，若按雙字編址，那么它的尋址范圍是 。A.0～256K- B.0～512K-C.0～1M- D.0～2M- 存取時間 存取期 1/Tm乘以總線寬度W就是單位時間內(nèi)寫入存儲器或從器取出信息的最大數(shù)量，稱為最即：最大數(shù)據(jù)傳送速率=W/Tm(位／秒)4.4主器的基本結(jié)構(gòu)和基本操器的基本操作如下：（見地址→ARCPU發(fā)讀命令，則：M（AR）→DR，地址→AR，數(shù)據(jù)→DR，CPU發(fā)寫命令，則（AR），器發(fā)ready命令4．5讀/寫44．5讀/寫4.5.1靜 元電路X T5、T6、T7、T8AB靜態(tài) Y其特點(diǎn)是當(dāng)供電電源切斷 ①①保持狀態(tài)(X、YT、T截止；或T、T截止或T、T、T、T均截止） T導(dǎo)通→A 保持“0”態(tài)：T導(dǎo)通→B B高←T截 A高→T截②寫入狀態(tài)(X、YTT 位線，即T5、T6、T7、T8寫位線2為→B高→T1導(dǎo)通A位線1加低電平→A低→T2寫位線2為低電平→B低→T1位線1加→A高→T2導(dǎo)通位線(X、Y譯碼線為，即T5、T6、、TVcc從T4到T6、T82有電流。所以，不同的位線上的電流使放大器讀出不同的信息1和0。 AB2.靜態(tài)器(體 一個4×4的 矩陣的結(jié)構(gòu)如P108圖4.3所 P107圖4.2。P108圖4.3中 矩陣4×4＝16×1位， 譯碼器 譯碼器 X64×6464×64的假定X方向有m根選擇線，Y方向有n根選擇線，則矩陣位。若用4個同樣的矩陣，則可組成字長為4位、容量為單譯碼結(jié)構(gòu)中，地址譯只有一個，譯的輸出，選擇對應(yīng)的一個字。若地址線數(shù)n＝2，譯碼后輸出＝4個狀態(tài)，對應(yīng)4個地址使器的成本迅速上升，性能下降。例如，n＝12時，譯輸出為2根選擇線，每根選擇線還要配一個驅(qū)動器。所以，單譯碼結(jié)構(gòu)為了減少驅(qū)動器數(shù)量、降低成本，器一般采用雙譯碼結(jié)構(gòu)。這由于一塊集成的容量有限，要組成一個大容量的器，往往需要將多塊 暫時不用的問題，這就是所謂片選。只有片選信號CS有效時，該才被選中，此片所連的地址線才有效，才能對它進(jìn)行讀或?qū)懖僮?。片選和讀／寫控制電路如圖所示。 CS＝0時若WE＝0W＝控制寫入電路進(jìn)行寫入；WE＝1R＝ 控制讀出電路進(jìn)行讀出；CS＝1時R＝0、W＝讀與寫均不能進(jìn)行。器每一必須有一片選信號，對于RAM器還必須有一讀／寫信號，加上電源線、地線組成的所有引腳。2114（2114（1K×4）的例 解：①16K＝2，所以地址線14根；字長8位，所以數(shù)據(jù)線8，加上選信號，讀／寫信號，電源線、地線，該引出線的最小數(shù)②器的地址范圍為0000H～3FFFH例2某一SRAM，其容量為512×8位，除電源端和接地端外，該芯 下面的圖示出RAM的讀周期與寫周期的時(1)讀周期ttt t地址CTttWtD 為了保證有效數(shù)據(jù)的可靠寫入，地址有效的時間至少應(yīng)為tWC＝tAW＋tW＋tWR線為低電平時，器按當(dāng)時地址2450H把數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)寫。 本次課程習(xí)題P1265.5.RAM器的擴(kuò)展由于每一個集成片的容量終究是有限的，所以需要一定數(shù)量由mK×n1的器組成mK×n2的器，需(n2／n1)片mK×n1的器。位擴(kuò)展的連接方式是將多片器的地址、片選、讀寫控制端相解：由16K×42)片16K×4器器組成16K×8，器擴(kuò)展圖如圖4.1016K16KD4～D7字?jǐn)U展指的是增加器中字的數(shù)量由mK×n的器組成mK×n的器，需(m／m)片mK×n的器靜態(tài)器進(jìn)行字?jǐn)U展時，將各的地址線、數(shù)據(jù)線、讀寫控制線相應(yīng)并聯(lián)，而由片選信號來區(qū)分各的地址范圍。例2由16K×8的器組成64K×8的器，畫出該器的組成邏輯框圖。（P120）解：由16K×8的器組成64K×8的器，需(64／16＝4)片16K×8的器。圖4.19所示是字?jǐn)U展連接方式圖，其中數(shù)據(jù)線D～D與各片的數(shù)據(jù)端相連，地址總線低位地址A～A與各的14位地址端相連，而兩位地址A、A經(jīng)過譯和4。A161000………0111……….100003FFF2000………0111……….140007FFF3000………0111……….18000BFFF4000………0111……….1C000FFFF實(shí)際器往往需要字向和位向同時擴(kuò)充，由m1K×n1的器組成m2K×n2的器，需(m2／m1)×(n2／n1)片m1K×n1的存儲器。例3用16k×8位的SRAM構(gòu)成64K×16位的器，要求畫解：用16k×8位的SRAM構(gòu)成64K×16位的器，需(64／16×16／8)＝8片16K×8的器(先位擴(kuò)展再字?jǐn)U展）。稱A13～A0為地址，A15～A14為外部地址，也稱 ×4組成4K×8×4組成4K×8已知某16位機(jī)的主存采用存貯器，地址碼為20位，若使用8K×8位SRAM組成該機(jī)所允許的最大主存空間，并選用模塊板結(jié)構(gòu)形式。問：①若每個模板為64K×16②每個模塊內(nèi)共有多少片RAM③主存共需多少RAM？CPU如何選擇模塊板①由于主存地址碼給定20位，所以最大空間為2=1M，主存的最大容量為1MW?，F(xiàn)在每個模塊板的存貯容量為64K×16，所以主存共需1024K/64K=16塊板。②每個模塊板的存貯容量為64K×16，現(xiàn)用8K×8位的SRAM。每塊板采用位并聯(lián)與地址串聯(lián)相結(jié)合的方式：即用2片SRAM拼成8K×16位(共8組)，用地址碼的低13位(A～A)直接接到的高3位(A～A)通過3：8譯輸出分別接到8組的片選端，8×2=16個③根據(jù)前面所得，共需16個模板，每個模板上有16片，故主存共需16×16=256片(SRAM)。CPU選擇各模塊板的方法是：A～A為地址，AAA為模塊板的選擇地址，AAAA通過4：16譯輸出選擇各模塊。譯譯 YAB3：8譯AA使能端 1．1．已知某64位機(jī)的主存采用存貯器，地址碼4.6只讀器DRAM和SRAM均為可任意讀／寫的隨機(jī)器，當(dāng)?shù)綦姇r，所的內(nèi)容立即，所以是易失性器。而ROM器，即使停1.掩模式只讀器掩模式M由制造商在制造時寫入內(nèi)容，以后只能讀而不能再寫 器PROM可由用戶根據(jù)自己的需要來確定ROM中的內(nèi)容，常見的熔絲式PROM是以熔絲的接通和斷開來表示所存的信息為“1”或“0”,如圖所示。剛出廠的產(chǎn)品，其熔絲是全部接通的，使用前，用戶根據(jù)需要斷開某些單元的熔絲(寫入)。斷開后的熔絲是不能再接通了，因此，它是寫入的器。掉電后不會影響其所的內(nèi)容。 EPROM元用浮置柵中有無電子來分別GE2PROM的編程序原理與EPROM相同，但擦除原理完全不同，重復(fù)改寫的次數(shù)有限制(因氧化層被磨損)，一般為10萬次。其讀寫操作可按每個位或每個字節(jié)進(jìn)行，類似于SRAM，但每字節(jié)的寫入周期要幾毫秒，比SRAM長得多。FlashMemory是在EPROM與E2PROM基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它與EPROM一樣，用單管來一位信息，它與E2PROM相同之處是快擦除讀寫器兼有ROM和RAM兩者的性能，又有ROM目前價格已略低于DRAM，容量已接近于DRAM，是唯一具有大量、非易失性、低價格、可改寫和高速度(讀)等特性的器。它是近年來發(fā)展很快很有前途的器。用戶用戶一般所使用的只讀器(ROM)是EPROM器，它與RAM器的區(qū)別是沒有WE信號，但增加了一個高壓輸入引腳和一個編程脈沖(寬50ms)兩個寫入信號。2716是2K×8EPROM，因?yàn)?K＝211，所以地址線11根；字長8位，所以數(shù)據(jù)線8；加上選信號，高壓輸入引腳線、編程脈沖(寬50ms)線、電源線、地線，該引出線的最下所給設(shè)計一個器，容量為32KB，其中址范圍。(RAM：8K×8，ROM：8K×4)每種各需要多少片 例例3用8K×8位的ROM和8K×4位的RAM芯片組成器，按字節(jié)編址，其中RAM的地址為FFFFH，畫出此器組成結(jié)構(gòu)圖及與CPU的連接RAMRAM0000000000000000～0101111111111111，A～A從地址AAA從所以RAM的容量為：8K×3=24KRAM用8K×4的組成，需8K×4的6片214=16K。ROM用8K×8的組成，需8K×8的2片。ROM1100000000000000～1111111111111111高為地址AAA從。 例 某機(jī)中，已知ROM的地址空間為0000H～3FFFH， ，再用 8K×8形成16K×8的RAM域，起始地址為8000H，RAM 有CS和WE信號控制端，地址不同 器設(shè)計，可選擇兩種000000000000 100000000000 101000000000 用A15A14A13作譯輸入，則Y0和Y1選 YYYYYYY38AB 則Y0選 A例5．用64K×8的RAM和32K×16的ROM設(shè)計地址范圍為10000H∽1FFFFH，其余為RAM0000000000000000111111111111010000000000000111111111111110000000000000101111111111111100000000000011111111111111000000000011111111100000000111111111 （2）因?yàn)镽AM的地址范圍為0000H~0FFFH，所以 Y0 A 0 0。 128K×16的器，其中ROM的地址范圍為PU的地址總線16根(～，是低位)，雙向數(shù)據(jù)總線8根D～D)，控制總線中與主存有關(guān)的信號有REQ允許訪存，低電平有效，E(讀命令，低電平寫命令。0～8191為系統(tǒng)程序區(qū)，由EPROM組成8192～32767現(xiàn)有如下EPROM8K×8SRAM：16K×8位，2K×8位，4K×8位，8K×8請從上述中選擇設(shè)計該計算機(jī)的主器畫出主存邏輯框圖，注意畫選片邏輯(可選用門電路及 )根據(jù)以上分析選用EPROM根據(jù)以上分析選用EPROM:8K×8SRAM:8K×8 1片，地址分析如下000000000000001000000000111110000000根據(jù)以上分析選用EPROM8K×8SRAM:8K×8 113:8 1片，地址分析如下000000000000000111111111 001000000000010111111111 011000000000011111111111111110000000111111111111 與與DDDDDD8KBAAAAAM3：8ABC【相關(guān)知識】器的設(shè)計，即能按8位，又能按16 BCD說明0011不偶010010101101用16K×8的設(shè)計一個64K×32的器。當(dāng)B1B0=00時32位數(shù)；當(dāng)B1B0=01時16位數(shù)；當(dāng)B1B0=10時【相關(guān)知識】器的設(shè)計，即能按8位，又能由于要求器能按字節(jié)，即 BBACDE00011不00100 不00100 不01011 不1100 不0010 10001 10100 10100 譯譯譯譯 的需要CSCSCSCSCSCS

1.1.的擴(kuò)展原理（位擴(kuò)展、字?jǐn)U展和字2.模塊化器設(shè)計的工作原3.ROM元的工作原4.ROM的原5.ROM的外部特6.器系統(tǒng)設(shè)計舉作業(yè)4。4．8動 器 器(DRAM)，它利用電容器 數(shù)據(jù)，可以提高器 個單元中的信息。為了縮小器的體積，提高集成度，動態(tài)元單管動態(tài)元電路如圖所示，它由一個管子和一1.單管動1.單管動 C寫”1”加低電平;寫”0”.讀出：字選擇線為 的電荷，通過T輸出到數(shù)據(jù)線上，通過 為了節(jié)省面積，這種單 16K×l位動態(tài)器的框圖見P111，單元采用單管單元。該①16K＝2＝2×2＝128×128，但由于讀出放大器的需要，將128×128矩陣分成兩個64×128的矩陣，分布在讀出放大器的兩邊。讀出信號保存在讀出放大器(簡稱讀放)中，讀出放大器由觸發(fā)器構(gòu)成。在讀出時，讀出放大器又使相應(yīng)的單元的信息自動恢復(fù)(重寫)，所以讀出放大器還用作再生放大器。②16K字器需14位地址碼，為了減少封裝引腳數(shù)，地址碼分兩批(每批7位)送至器。先送行地址，后送列地址。行地址由行地址選通信號RS送入，列地址由列地址選通信號CS送入。與靜態(tài)器有所不同。線、RAS線、CAS線、WE線、刷新線、電源線和地線共16個引腳。例題某一動態(tài)例題某一動態(tài)RAM，容量為64K×1，除電源線、接地線和刷新線外，該的最小引腳數(shù)目應(yīng)為多少。綜上所述，除電源線、接地線和刷新線外，該的器的刷新刷新動態(tài)元是依靠柵極電容上有無電荷來表示信息的，但電容的絕緣電阻不是無窮大，因而電荷會泄漏掉。通常，MOS管柵極電容上的電荷只能保持幾個毫秒。為了使已寫入器的信息保持不變，一般每隔一定時間必須對體中的所有單元的柵極電容補(bǔ)充電荷，這個過程就是刷新。動 器如何刷新②刷新通常是一行一行地進(jìn)行的，與 周期數(shù)與DRAM的擴(kuò)展無關(guān)，只與單個器的結(jié)構(gòu)有關(guān)，對于一個128×128矩陣結(jié)構(gòu)的DRAM只（3）刷新方式設(shè)器為1024×1024矩陣，讀／寫周期tc＝200ns，刷新間隔為2ms，如圖為集中刷新方式的時間分配圖。在s內(nèi)，前一段時間進(jìn)行讀或?qū)懟虮３?。保持狀態(tài)即未選中狀態(tài)，既不讀也不寫。后一段集中進(jìn)行刷新。用于刷新的時間只需124個c，且集中在后段時間。前段8976個c都用來讀 這種方式的主要缺點(diǎn)是在集中刷新的這段時間內(nèi)不能進(jìn)行存取訪問，稱之為死時間。讀/寫刷新讀/寫刷 讀/寫刷 這種方式下，每過1024個t整個器就刷新一次。讀寫周期tc＝200n，系統(tǒng)周期為400ns，那么，只需409.6μ即可將整個器刷新一遍。。讀/ 刷 讀/ 刷 它是先用要刷新的行數(shù)對2ms進(jìn)行分割成1024等份，然后再將已分割的每段時間分為兩部分，前段時間用于讀或?qū)懟虮?23456123456786AAYt例例有一個16K×16 器，用1K×4位的(64×16，引腳同SRAM)構(gòu)成，設(shè)讀／寫周期為0.1μs①采用分布刷新方式，如單元刷新間隔不超過２ms，則刷新信號周期是②如采用集中刷新方式 器刷新一遍最少用多少讀／寫周期？死解：①采用分布刷方式，在2ms時間內(nèi)分散地把64行刷新一遍，故刷新信號的時間間隔為2ms／64＝31.25μs，即可取刷新信號周期為②如采用集中刷新方式，假定T為讀／寫周期，則所需刷新時間為64T因?yàn)門單位為0.1μs，ms＝2000μs，則死時間率＝（64T／2000）×100%＝0.32%In2164為64K×1bit的DRAM，元排成4個獨(dú)立的128×128的矩陣，用In構(gòu)成 解：(1)64K×lbit擴(kuò)展成256K×8bit，總共需要8×4＝32片In。RASCASt0，t1有關(guān)，還與器的尋址空間有關(guān)，t2＝t1＋Δt。In2116片內(nèi)尋址需要16根地址線，而器為256KB容量，需要18根地址線尋址整個空間。其中A15～A0用于片內(nèi)尋址，A17A16用于譯碼選擇4個不同的頁.譯碼電路如圖所示。所以RAS和CAS 的形成條件為：RASAAtRASAAtRASAAtRASAAtCASAAtCASAAtCASAAtCASAAt根據(jù)已知條件，根據(jù)已知條件，CPU在1μs內(nèi)至少需要訪存一次，采用異步刷新比較合理。對動態(tài)MOS存貯器來講，兩次刷新的最大時間間隔是2ms。由于64K×1位的RAM4個獨(dú)立的128×128的矩陣構(gòu)，這4個獨(dú)立的128×128的矩陣可同時刷新，刷新時只對128行進(jìn)行刷新，則刷新間隔為2ms／128＝15.6μs，可取刷新信號周期15μs。對全部存貯單元刷新一遍，所需實(shí)際刷新時間＝(4)(4)為(4)為了控制刷新，往往需要增加刷新控制電路，刷新控制電路的主要任務(wù)是解決刷新和U 器之間的。通常，當(dāng)刷新請求和訪存請求同時發(fā)生時，應(yīng)優(yōu)先進(jìn)行刷新操作。也有些MS型動態(tài)RM本身有自刷新功能，即刷控制電路在。In8203 而設(shè)計的。2117，2118是16K×l位的DRAM，2164是64K×l位的DRAM。P122圖4.21是In8203邏輯框圖。根據(jù)它所控制的①在16K模式下，AL0～AL6連CPU的A0～A6；AH0～AH6在64KAL0～AL7連CPU的A0～A7AH0～AH7連 ②B②B0B1為體選信號，這兩者結(jié)合起來可以分別使RAS0～RAS3有效，從而最多可對4進(jìn)B1B0=00時RAS B1B0=01時RASB1B0=10時RAS B1B0=11時RASRAS0～RAS3全部有效，以實(shí)現(xiàn)對4同時刷新(4)刷新控制器③③REFRQ＝1時，外部對器進(jìn)行刷新。若無輸 RD＝0CAS＝0WE＝1WR＝0時CAS＝0同時WE用16K×1位的DRAM(16K×1位的RAM16)×(8／1)＝32片。本身地址線占14位，其組成邏輯框圖如圖，其中使用一片2：4譯。SS這里設(shè)置8203工作在16KAL0～AL6AH0～經(jīng)鎖存器后形成行地址和列地址分時輸出OUT0～OUT到器。由于只有一個體，所以置B1B0＝使RAS0CPU的刷新信號RFSH 反相后送REFRQ(因?yàn)镽EFRQ是高電平有效)控制刷新。在刷新周期，通過刷新定時器和刷新計RAS0～RAS3全部有效，以實(shí)現(xiàn)對(這里只有一個體)；同時 信號控制使器擴(kuò)展的四個信號RAS1～RAS4對4個組的同時刷新 (5)(5) E.F.刷新是動態(tài)器（6）（6）動態(tài)M器與靜態(tài)A.每 BDRAM的價格比較便宜，大約只有SRAM的1／4..F.DRAM需要再生，這不僅浪費(fèi)了寶貴的時間，還需要有配套的G.SRAM一般用作容量不大的高 。 習(xí)題4．9多體交叉多體交叉器是指體內(nèi)有多個容量相同的存儲模塊，而且各模塊都有各自獨(dú)立的地址寄存MARMARMARMARMARMARMDRMDRMDRMDR01201234567時MMMM序控制片內(nèi)A15A14A13161000………0111……….100003FFF2000………0111……….140007FFF3000………0111……….18000BFFF4000………0111……….1C000FFFF 例例解：(1 321模 4 10模塊字譯MMMM08譯1碼41225器37123(6內(nèi)存地址格內(nèi)存地址格 模43 0字模塊譯MMMM0 3譯4 78 1碼18器42 2222 33(64一般交叉器為了實(shí)現(xiàn)流水線方式，每通過應(yīng)滿足T＝mτ，交叉器要求其模塊數(shù)>＝m，m個字所需要時間為：t＝T＋(m1)τ。例例q32位×4128T2=mT=4×200ns=8×10－7T1=T＋(m–1)t=200ns＋=350ns=3.5×10－7W2q/T2128位 W1q/T1128位…………解：設(shè)器的解：設(shè)器的周期為T。（方案1不允許跨行1001～1007所需時間=T1010～1017所需時間=T1020～1027所需時間=T1030