微機(jī)原理與接口技術(shù)微機(jī)存儲器64課件

微機(jī)原理與接口技術(shù)微機(jī)存儲器微機(jī)存儲器1半導(dǎo)體存儲器2存儲器與系統(tǒng)的連接3現(xiàn)代存儲器體系結(jié)構(gòu)1.1半導(dǎo)體存儲器的性能指標(biāo)

半導(dǎo)體存儲器具有集成度高、功耗低、可靠性好、存取速度快、成本低等優(yōu)點，是構(gòu)成存儲器的最主要的存儲器件。

◆存儲容量：存儲器容量是數(shù)據(jù)存儲能力的指標(biāo)，用存儲器的最大字節(jié)數(shù)表示?！舸嫒∷俣龋捍鎯ζ鞯拇嫒∷俣扔米畲蟠嫒r間或存取周期描述，單位為納秒（ns）。

◆功耗：功耗指每個存儲單元的功耗，單位為微瓦/單元（μW/單元），或給出每塊芯片的總功耗，單位為毫瓦/芯片（mW/芯片）。◆可靠性：可靠性是指存儲器對電磁場、溫度等外界變化因素的抗干擾能力，一般用平均無故障時間來描述。1.2半導(dǎo)體存儲器的分類及特點掩膜ROM可編程ROM(PROM)紫外線擦除可編程ROM(EPROM)電擦除可編程ROM(E2PROM)快擦寫存儲器（FlashMemory）半導(dǎo)體存儲器(Memory)隨機(jī)存取存儲器（RAM）只讀存儲器（ROM）雙極型RAMMOS型RAM靜態(tài)RAM(SRAM)動態(tài)RAM(DRAM)常用半導(dǎo)體存儲器件的特點

◆雙極型RAM：基本存儲電路的管子較多，存取速度快，與MOS型RAM相比集成度低、功耗大、成本高。◆MOS型RAM：制造工藝簡單、集成度高、功耗低、價格便宜，存取速度不及雙極型RAM。靜態(tài)RAM（SRAM）以雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器做基本存儲電路，集成度較高。動態(tài)RAM（DRAM）利用電容電荷存儲信息，需附加刷新電路，采用的元件比靜態(tài)RAM少，集成度更高，功耗更小。。從總體來看，DRAM優(yōu)于SRAM。◆EPROM：是一種可用紫外線進(jìn)行多次（脫線）擦除，可用編程器固化信息的ROM。EPROM可以多次改寫，但編程速度較慢?！鬍2PROM：是一種可用特定電信號進(jìn)行（在線）擦除和編程的ROM。E2PROM比EPROM使用更加方便，但存取速度較慢，價格也較高?！艨觳翆懘鎯ζ鳎菏窃贓2PROM基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，但比E2PROM擦除和改寫速度快得多。

1.3存儲器芯片的基本組成◆半導(dǎo)體存儲器芯片是把成千上萬個基本存儲電路以矩陣陣列的組織形式（稱為存儲體）集成在數(shù)平方厘米上的大規(guī)模集成電路?！艋敬鎯﹄娐肥谴鎯σ晃欢M(jìn)制信息的電路，由一個具有兩個穩(wěn)定狀態(tài)（“0”和“1”）的電子元件組成。◆半導(dǎo)體存儲器芯片主要由存儲體、存儲單元譯碼電路、數(shù)據(jù)緩沖電路、讀/寫控制邏輯電路組成?！舭雽?dǎo)體存儲器芯片的引腳主要有存儲單元地址線Am-1~A0、數(shù)據(jù)線Dn-1~D0、片選通線CS、讀/寫控制線OE和WE等。存儲器芯片的基本組成

（以靜態(tài)存儲器為例）

半導(dǎo)體存儲器芯片通常由存儲矩陣、單元地址譯碼、數(shù)據(jù)緩沖/驅(qū)動和讀/寫控制邏輯四部分組成。數(shù)據(jù)緩沖器基本存儲電路組成的存儲矩陣（體）

地址譯碼器

片選通

讀/寫選通

讀/寫控制邏輯

D0A0A1Am-1......Dn-1D1......存儲器芯片的容量表示◆存儲器芯片的容量表示：存儲芯片的單元數(shù)×單元位數(shù) 例如，1K×48K×116K×8◆存儲器芯片組成存儲器的芯片數(shù)計算：存儲器字節(jié)數(shù)8 芯片單元數(shù)芯片位數(shù)例如，一個64KB的RAM存儲器，若用動態(tài)RAM2116（16K×1）芯片組成，則64/16×8=32片；若用靜態(tài)RAM6116（2K×8）芯片組成，則64/2×1=32片。常用存儲器芯片的引腳芯片型號M×N地址線數(shù)據(jù)線控制線SRAM6116（靜態(tài)RAM）2K×8A10～A0

D7～D0

CS，OE，WEDRAM2164（動態(tài)RAM）64K×1A7～A0(行列地址復(fù)用)

DinDout

RAS，CAS，WEEPROM27648K×8A12～A0

O7～O0

CE，OE/VPP，PGME2PROM28172K×8A10～A0

I/O7～I(xiàn)/O0

CE，OE，WE，RDY/BUSY◆數(shù)據(jù)線的連接：存儲器芯片的數(shù)據(jù)端Dn-1~D0可以直接和系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線（DB）相應(yīng)的數(shù)據(jù)位掛接起來。◆地址線的連接： 存儲器芯片的地址端Am-1~A0可以直接和系統(tǒng)地址總線（AB），從A0開始的低位地址部分相應(yīng)的地址線掛接起來。2.1數(shù)據(jù)、地址和讀/寫線的連接讀/寫控制線的連接

◆把CPU讀/寫操作控制信號(RD，WR和M/IO)進(jìn)行邏輯組合，產(chǎn)生存儲器讀MEMR和存儲器寫MRMW信號，分別接存儲器芯片的輸出（讀）允許OE和寫允許WE信號。

與與MEMRMEMWRDM/IOWR◆當(dāng)單個存儲器芯片的容量不能滿足系統(tǒng)存儲器要求時，需要用多個存儲器芯片組合，以擴(kuò)充存儲器的容量?！魯U(kuò)充存儲器容量的連接方法：

存儲器位擴(kuò)充 若擴(kuò)充存儲單元（以字節(jié)為單位）的數(shù)據(jù)位數(shù)，稱為位擴(kuò)充。

存儲器字節(jié)擴(kuò)充 若擴(kuò)充存儲單元的字節(jié)個數(shù)，稱為字節(jié)擴(kuò)充。2.2存儲器容量的擴(kuò)充

存儲器位擴(kuò)充連接示意圖

D3~D0

D7~D4

CSWEA9~A02114(1K×4)D3~D0CSWEA9~A0

2114(1K×4)D3~D0A9~A0MEMWA19~A10譯碼器存儲器字節(jié)擴(kuò)充連接示意圖

MEMWMEMRA19A188088系統(tǒng)A15~A0D7~D02-4譯碼器CSOEWR6116(2)A10~A0D7~D0CSOEWR6116(1)A10~A0D7~D0CSOE27512(2)A15~A0D7~D0CSOE27512(1)A15~A0D7~D016161111◆CPU對存儲單元的尋址必須要保證其尋址惟一性?！舸鎯ζ鲉卧獙ぶ贩謨杉夁M(jìn)行： 首先根據(jù)提供的片選地址碼，通過存儲器芯片外部譯碼電路，產(chǎn)生存儲器芯片選通信號（CS/CE）； 然后在片選信號有效的前提下，根據(jù)片內(nèi)地址碼由芯片內(nèi)部譯碼電路，產(chǎn)生片內(nèi)尋址，選中該芯片中（惟一的）一個存儲單元。◆產(chǎn)生存儲器片選信號的方法：

線選譯碼法 局部（部分）譯碼法 全局（完全）譯碼法2.3片選信號的產(chǎn)生

存儲器片選信號的產(chǎn)生例

M/IOA19A18A17A16A15A14A13G1G2AG2B

74LS138CBAMY0~MY7或或MY0~MY7的地址范圍：10000H～1FFFFH

2.4微機(jī)內(nèi)存儲器組織

微機(jī)內(nèi)存空間結(jié)構(gòu)由多個模塊（板）構(gòu)成內(nèi)存儲器空間。系統(tǒng)總線ROM模塊RAM模塊模塊i模塊j模塊n模塊1內(nèi)存儲器模塊（板）結(jié)構(gòu)地址譯碼地址總線

MEMRMEMWREADY模塊選擇存儲器接口數(shù)據(jù)控制地址數(shù)據(jù)總線存儲芯片矩陣IBMPC微機(jī)內(nèi)存空間分配40KB基本ROMFFFFFHF6000HC8000HC0000HA0000H40000H00000H256KBROM空間768KBRAM空間640KB基本RAM256KBRAM（系統(tǒng)板）384KBRAM（選件板）128KB顯示緩沖區(qū)硬盤驅(qū)動程序（4KB）微機(jī)存儲器設(shè)計要點

◆芯片的選擇

◆總線的負(fù)載

◆速度的匹配

◆地址的分配（要保證對存儲器尋址的惟一性）

◆高性能微機(jī)系統(tǒng)的高速度、大容量、低價格是評價存儲器性能和存儲體系設(shè)計的三大主要指標(biāo)?！籼岣叽鎯ζ黧w系性能的三大技術(shù)：提高信息吞吐量的多體存儲器（并行主存）結(jié)構(gòu)提高CPU訪存速度的高速緩沖存儲器（Cache）擴(kuò)大編程邏輯空間的虛擬存儲器（VirtualMemory）3現(xiàn)代存儲器體系結(jié)構(gòu)微機(jī)存儲器體系結(jié)構(gòu)

CPU主存輔存CacheCache控制器MMUDOS存儲管理Cache－內(nèi)存－輔存三級存儲層次結(jié)構(gòu)3.2高速緩沖存儲器◆現(xiàn)代存儲器系統(tǒng)是用靜態(tài)RAM組成一個小容量存儲器，稱為高速緩沖存儲器（Cache）；用動態(tài)RAM（DRAM）組成大容量的主存儲器，構(gòu)成一個兩級存儲器結(jié)構(gòu)，既Cache—主存結(jié)構(gòu)?！鬋ache位于主存與微處理器之間，其容量一般為（8~32）KB。高檔微處理器（如，80486，Pentium）甚至在微處理器芯片內(nèi)又集成了Cache，形成了兩級Cache結(jié)構(gòu)。CPUCacheCache控制器主存CacheCache存儲系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)不命中Cache主存儲器地址總線多字寬CPUCacheCache替換控制Cache地址寄存器主存地址寄存器主存↓Cache地址變換數(shù)據(jù)總線單字寬命中3.3虛擬存儲器◆虛擬存儲器（VirtualMemory）是建立在主存－輔存物理結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之上，由負(fù)責(zé)主存－輔存之間信息調(diào)度的硬件裝置——存儲管理部件（MMU）和操作系統(tǒng)的存儲管理軟件所組成的一種存儲體系層次。◆主存－輔存存儲系統(tǒng)對于應(yīng)用者來說，好像有一個比實際主存大得多的，可使編程空間不受限制的虛（主）存空間存在，并可用接近主存的速度在這個虛擬存儲器上運行。主存輔存