第6章 内存储器及其管理.pdf

第第6章 内存储器及其管理章 内存储器及其管理 6 1 存储器概述存储器概述 6 2 半导体存储器半导体存储器 6 3 半导体存储器在微机系统中的应用半导体存储器在微机系统中的应用 6 4 IBM PC XT的存储器的存储器 6 1 存储器概述存储器概述 6 1 1 存储器的分类存储器的分类 1 按存取速度和在计算机系统中的地位分类按存取速度和在计算机系统中的地位分类 主存储器 简称 主存 辅助存储器 简称 辅存 主存储器 简称 主存 辅助存储器 简称 辅存 2 按存储介质和作用机理分类按存储介质和作用机理分类 磁存储器 光学存储器 半导体存储器磁存储器 光学存储器 半导体存储器 3 按存取方式分类按存取方式分类 读读 写存储器写存储器RAM 只读存储器 只读存储器ROM 6 1 2 选择存储器的考虑因素选择存储器的考虑因素 1 易失性 易失性 断电后信息是否丢失 断电后信息是否丢失 2 只读性 只读性 只能读出只能读出ROM 可读可写 可读可写RAM 3 容量 容量 容量越大越好 容量越大越好 4 速度 速度 用存储器访问时间来衡量 用存储器访问时间来衡量 5 功耗 功耗 功耗与速度成正比 功耗与速度成正比 6 可靠性 可靠性 决定于管脚的接触 插件的接触及存储器模块的复杂性 决定于管脚的接触 插件的接触及存储器模块的复杂性 7 价格 价格 存储器本身价格和外围附加电路价格 存储器本身价格和外围附加电路价格 6 2 半导体存储器半导体存储器 6 2 1 半导体存储器的分类半导体存储器的分类 ECL 射极偶合逻辑射极偶合逻辑 只读存储 器 只读存储 器ROM 双极型双极型IIL电流注人式逻辑 高速 电流注人式逻辑 高速TTL 肖特基肖特基TTL逻辑逻辑 MOS 静态静态RAM SRAM 掉电保护 动态 掉电保护 动态RAM DRAM 靠电容存储电荷 故要刷新 掩模的 靠电容存储电荷 故要刷新 掩模的ROM 只能读不能写 只能读不能写 PROM 可编程 可编程ROM 只能写一次 只能写一次 EPROM 可擦可编程 可擦可编程ROM 多次写 多次写 用紫外线和 用紫外线和21V电压 电压 E2PROM 电可擦可编程 电可擦可编程ROM 在线进行多次写 在线进行多次写 可读可读 写存 储器 写存 储器RAM 双极型静态双极型静态RAM动态动态RAM 集成度低中集成度低中高高 功耗大中功耗大中小小 速度速度快快中慢中慢 集成度与功耗成集成度与功耗成反比反比 速度与功耗成 速度与功耗成正比正比 成度 成度最高最高 动态 动态RAM 功耗功耗最小最小 动态 动态RAM 速度速度最快最快 双极型 双极型ECL集集 在在RAM中 中 RAM性能比较性能比较 如 如 6264 8K x 8 1 静态静态RAM SRAM 1 A0 A12 地址线 地址线 2 D0 D7 数据线 数据线 3 OE 读信号 读信号 4 WE 写信号 写信号 5 CS1 CS2 片选信号片选信号 CS1 CS2OEWE工作方式工作方式 0101读读 01 0写写 6 2 2 可读可读 写存储器写存储器RAM 8K 213 2 动态动态RAM DRAM 如 如 Intel 2164A 64K 1 64K 4 128 128 4 27 27 64K 1的存储体由的存储体由4个个128 128的存储阵列构成 每个的存储阵列构成 每个 128x128的存储矩阵有的存储矩阵有7条条行 列地址线进行译码 行 列地址线进行译码 Intel 2164A是是16个引脚 双列直插式芯片 其引脚 个引脚 双列直插式芯片 其引脚 1 A0 A7 地址信号地址信号的输入引脚 用来分时接收的输入引脚 用来分时接收CPU送 来的 送 来的7位行 列地址和产生位行 列地址和产生1 2译码线 译码线 2 RAS 行地址选通信号行地址选通信号输入引脚 低电平有效 兼作 芯片选择信号 当 输入引脚 低电平有效 兼作 芯片选择信号 当RAS为低电平时 表明芯片当前接收的是行地址 为低电平时 表明芯片当前接收的是行地址 3 CAS 列地址选通信号列地址选通信号输入引脚 低电平有效 表明 当前正在接收的是列地址 输入引脚 低电平有效 表明 当前正在接收的是列地址 此时此时RAS应保持为低电平应保持为低电平 4 WE 写允许控制信号写允许控制信号输入引脚 当其为低电平时 执 行写操作 否则 执行读操作 输入引脚 当其为低电平时 执 行写操作 否则 执行读操作 5 DIN 数据输入数据输入引脚 引脚 6 DOUT 数据输出数据输出引脚 引脚 7 VDD 5V电源引脚 电源引脚 8 Css 地 地 9 N C 未用引脚 未用引脚 6 2 3 只读存储器只读存储器ROM 可编程只读存储器可编程只读存储器PROM便于用户根据自己的需要来写 入存储信息 便于用户根据自己的需要来写 入存储信息 PROM中的存储内容一旦写入就无法更改 是 一种 中的存储内容一旦写入就无法更改 是 一种一次性写入一次性写入的只读存储器 的只读存储器 1 存储的内容 存储的内容一经写入便不能修一经写入便不能修改 灵活性差 改 灵活性差 2 存储内容固定不变 可靠性高 存储内容固定不变 可靠性高 3 少量生产时造价昂贵 因而只适应于定型批量生产 少量生产时造价昂贵 因而只适应于定型批量生产 2 可编程只读存储器可编程只读存储器PROM Programmable ROM 1 掩膜式掩膜式ROM EPROM作为一种可以作为一种可以多次擦除和重写多次擦除和重写的的ROM 克服了掩 膜式 克服了掩 膜式ROM和和PROM灵活性差的缺点 但对灵活性差的缺点 但对EPROM编程时是在编程时是在 专门的编程器专门的编程器上进行的 而且信息的擦除也需要专门的设备 上进行的 而且信息的擦除也需要专门的设备 如 如 Intel 2716 2K 8 2732A 4K 8 2764 8K 8 27128 16K 8 27256 32K 8 27512 64K 8 E2PROM能以能以字节为单位擦除和改写字节为单位擦除和改写 在用户系统下即可完成 使用起来就象 在用户系统下即可完成 使用起来就象RAM一样方便 而且 掉电后内容不丢失 一样方便 而且 掉电后内容不丢失 3 可擦可编程只读存储器可擦可编程只读存储器EPROM Erasable PROM 4 电擦除可编程只读存储器电擦除可编程只读存储器E2PROM Electrically EPROM 6 3 半导体存储器在微机系统中的应用半导体存储器在微机系统中的应用 6 3 1 存储器在微机系统中的连接存储器在微机系统中的连接 不同容量的存储器芯片 其地址线的位数不同 不同容量的存储器芯片 其地址线的位数不同 1K需要需要10条条 地址线 地址线 A9 A0 2K需要需要11条地址线 条地址线 A10 A0 以此类推 若一片存储器 以此类推 若一片存储器不够不够8位数据位数据 则需要用多片共同构成存储 单元 若 则需要用多片共同构成存储 单元 若CPU系统只有系统只有8条数据线 则存储器的数据线与其一 一对应相接即可 不同的存储器芯片 引脚功能的区别主要 条数据线 则存储器的数据线与其一 一对应相接即可 不同的存储器芯片 引脚功能的区别主要体现在控制线体现在控制线 1 关于地址线的连接关于地址线的连接 2 关于数据线的连接关于数据线的连接 3 关于控制线的连接关于控制线的连接 1K 210 6 3 2 存储器的选址存储器的选址 高位地址高位地址不经过译码不经过译码 直接连接各芯片的片选端来区别 各芯片的地址 直接连接各芯片的片选端来区别 各芯片的地址 1 对应的存储器寻址空间 对应的存储器寻址空间可能不唯一可能不唯一 2 若有多片存储器均使用线选法选址 则可能出现地址 不连续或交叉 重叠 覆盖等现象 若有多片存储器均使用线选法选址 则可能出现地址 不连续或交叉 重叠 覆盖等现象 特点 特点 1 线选法线选法 总线 D7D0 A0A AA0 D0D7 2764 2 2764 3 2764 1 AA0 D0D7 D7D0 AA0 A A A OEOEOE CECE CE MEMW 例 例 设系统有设系统有16位地址线位地址线A15 A0 而存储器的地址为 而存储器的地址为A12 A0 用 用A15 A14 A13分别做三片分别做三片2764的片选信号 求芯片的寻址空间 的片选信号 求芯片的寻址空间 A15A14A13 A12 A11A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0寻址空间 寻址空间 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 6000H 7FFFH 2 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 A000H BFFFH 3 00 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 C000H DFFFH 若 若 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 01 1 1 1 1 1 1 1 01 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 01 1 1 1 1 1 1 1 01 1 1 1 1 1 1 1 01 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7C B AE3 E2 E1 0 1 1 1 1 01 1 1 1 01 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 Y0 Y1 Y2 Y3B AE 常 用 的 译 码 器 常 用 的 译 码 器 是指通过译码电路或译码器产生存储器的片选信号 译码法又可分为两种 即 是指通过译码电路或译码器产生存储器的片选信号 译码法又可分为两种 即部分译码部分译码和和完全译码完全译码 2 译码法译码法 1 部分译码法 部分译码法 存储器本身不使用的高位地址中有 存储器本身不使用的高位地址中有一部分一部分参与译码 参与译码 另一部分另一部分不参与译码 以产生各芯片的片选控制信号 译码电路较为简单 但存在地址 不参与译码 以产生各芯片的片选控制信号 译码电路较为简单 但存在地址重叠区重叠区 未用到的地 址线可为任意值 未用到的地 址线可为任意值 总线 D7D0 A0AAA0 D0D7 2764 1 2764 2 D7D0 AA0 A A A OE CECE OE MEMW 图部分译码举例图部分译码举例 A15A14 A13A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0寻址空间 寻址空间 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0000H 1FFFH 8000H 9FFFH 2 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 2000H 3FFFH A000H BFFFH A15可以为可以为0或或1 2 完全译码法 完全译码法 除了低位地址总线直接连至各芯片的地址线外 还将存储器 本身 除了低位地址总线直接连至各芯片的地址线外 还将存储器 本身不使用的高位地址线全部参与译码不使用的高位地址线全部参与译码 每块芯片地址范围 每块芯片地址范围唯一唯一确定 但译码电路比较复杂 确定 但译码电路比较复杂 例 例 若使用若使用3 8译码器译码器74LS138产生三片产生三片2764 的片选信 号 且让 的片选信 号 且让A15 A14 A13都参与译码 连接方法如下图 都参与译码 连接方法如下图 2764 8K 8 总线 D7D0 A0A AA0 D0D7 2764 2 2764 3 2764 1 AA0 D0D7 D7D0 AA0 A A A A C B G1 5V OE CECECE OEOE MEMW G 2 A G 2 B Y7 Y0 Y1 Y2 图完全译码举例图完全译码举例 A15 A14 A13A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0寻址空间 寻址空间 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 10000H 1FFFH 2 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 12000H 3FFFH 3 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 14000H 5FFFH 总线 A7A0 DOUTDIN D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 A0A7 WE OE RAS RAS CAS CAS RAS MEMW 图 存储矩阵和存储模块举例图 存储矩阵和存储模块举例 6 3 3 存储矩阵和存储模块存储矩阵和存储模块 在微机系统中 常用存储矩阵和存储模块来组织内存 它 是指由若干片存储器通过适当连接构成的一个存储区域 在微机系统中 常用存储矩阵和存储模块来组织内存 它 是指由若干片存储器通过适当连接构成的一个存储区域 例 例 动态动态RAM 4164是是64K 1的存储芯片 假如用这种芯片 构成 的存储芯片 假如用这种芯片 构成128K 8的存储模块 就需要的存储模块 就需要16片片 如下页图所示 如下页图所示 64K 1 128K 8 2组 每组 组 每组8片片 举例举例 例例1 256 4的的RAM芯片 组成芯片 组成4KB的存储容量 需多少芯 片组 每组多少片 共需多少 的存储容量 需多少芯 片组 每组多少片 共需多少RAM芯片 共需多少根地址线 每片需多少根地址线和译码地址线 采用 芯片 共需多少根地址线 每片需多少根地址线和译码地址线 采用部分译码法部分译码法 答案 答案 16组 组 2片 片 32片 片 12根 根 8根和根和4根根 例例2 1K 4的的RAM芯片 组成芯片 组成4KB的存储容量 若采用的存储容量 若采用线选法线选法进 行片选 共需多少 进 行片选 共需多少RAM芯片 多少芯片组 每组需多少地址线 芯片 多少芯片组 每组需多少地址线 答案 答案 8片 片 4组 组 11根 根 10根芯片地址线根芯片地址线 1根芯片片选信号线 根芯片片选信号线 1K 4 4K 8 4组 每组 组 每组2片片 256 4 4K 8 16组 每组 组 每组2片片 4K 212 共需 共需12根地址线根地址线 256 28 每片需要 每片需要8根地址线根地址线 16组 组 16 24 需 需4根译码地址线根译码地址线 例例3 连接图如下 连接图如下 1 总的存储容量为多少 总的存储容量为多少 2 地址分配情况 地址分配情况 1 4KB A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 Y8 2000H 23FFH Y13 3400H 37FFH Y40 A000H A3FFH Y63 FC00H FFF