微机原理及应用第3章.ppt

第3章半导体存储器 3 1概述 3 2典型存储器芯片介绍 3 3存储器的扩展及其与CPU的连接3 4高速缓冲存储器Cache 第3章半导体存储器 1 了解存储器的管理方法 掌握80 x86系列微处理器的存储器管理机制 学习目的 要求 2 一 三个概念 明确3个概念的区别 内存 I O接口 一个中心 两个基本点 4 主存 内存 用于存放当前正在运行的程序和正待处理数据 CPU内部cache 主板上的内存 造价高 速度快 存储容量小 辅存 外存 存放暂不运行的程序和输入处理的数据 主机箱内或主机箱外 造价低 容量大 可长期保存 但速度慢 微机的存储器分 内存和外存 3 1概述 5 一 存储器的分类 按存储载体材料分 按存储器和CPU的关系分 按存储器的读写功能分类 或按存储信息的功能 按数据传送方式分类 半导体材料 磁性材料 光介质材料 内存储器 外存储器 高速缓冲存储器Cache 读写存储器RAM 只读存储器ROM 并行存储器PM 串行存储器SM 6 1 存储容量 用某一芯片有多少个存储单元 每个存储单元存储若干位来表示 是以bit为单位的 存储容量 单元数 位数 2M N 2 存取时间 即存取芯片中某一个单元的数据所需要的时间 3 其它指标 可靠性 功耗 价格等 二 存储器的性能指标 7 例 指出存储芯片的地址线和数据线条数 512 4 1K 4 2K 1 8K 8 说明 94 104 111 138 8 一 半导体存储器 半导体存储器 只读存储器 ROM 随机存取存储器 RAM 掩膜式ROM一次性可编程ROM PROM 紫外线擦除可编程ROM EPROM 电擦除可编程ROM EEPROM 闪速存储器 FlashMemory 3 2典型存储器芯片介绍 静态RAM SRAM 动态RAM DRAM 非易失RAM NVRAM 1 分类 9 2 半导体存储器的结构 10 3 地址译码电路 11 1 随机存取存储器 静态RAMSRAM2114SRAM6264 动态RAMDRAM4116DRAM2164 二 常用存储器芯片 12 1 SRAM芯片6264 存储容量为8K 8位28个引脚 13根地址线A12 A08根数据线D7 D0片选CS1 CS2读写WE OE 13 SRAM6264的功能 14 2 DRAM芯片2164 存储容量为64K 1位16个引脚 8根地址线A7 A01根数据输入线DIN1根数据输出线DOUT行地址选通RAS 列地址选通CAS 读写控制WE 15 2 只读存储器 EPROMEPROM2716EPROM2764 EEPROMEEPROM2817AEEPROM2864A 16 EEPROM芯片2864A 存储容量为8K 828个引脚 13根地址线A12 A08根数据线I O7 I O0片选CE 读写OE WE 17 EEPROM2864A的功能 18 这是本章的重点内容译码方法同样适合I O端口 3 3存储器扩展及其与CPU的连接 19 一 存储器容量扩展 1 位扩展加大字长 例 用8个16K 1bit芯片组成16K 8bit的存储器 20 2 字扩展扩大地址 例 用4个16K 4bit芯片组成64K 4bit的存储器 译码器 21 3 字位扩展 一个由2114 1K 4bit 芯片组成的存储器 容量为4K 8bit 与CPU的连接方式 22 已知单片容量n m 要求存储容量为N M 组成一个芯片组n M 需芯片数为M m 组成N M容量存储器 需芯片组数为N n 则所需芯片总数 M m N n 结论 23 问题 1 现有1024 1bit静态RAM芯片 欲组成64K 8bit存储容量的存储器 试求需要多少片RAM芯片 多少芯片组 2 设有一个具有14位地址和8位字长的存储器 问 该存储器能存储多少位的信息 如果存储器由2114 1K 4bit 的静态RAM芯片组成 需多少芯片 答案 512片64组 答案 128Kbit 1K 4 16K 8 1K 8 8 4 16K 1K 2 16 32 片 24 实质上是CPU与三总线相连注意片选端的处理 二 存储器与CPU的连接 25 存储器片选控制方法 常用的片选控制方法有线选法 全译码法 局部译码法等几种 1 线选法线选法除将低位地址直接接片内地址 将余下的高位地址线 分别作为各个存储器芯片的片选控制信号 如图所示 26 RAM2KB RAM2KB RAM2KB CS CS CS CS CS A11A12A13A14A15 D0 D7 A0 A10 数据总线 地址总线 线选法片选原理图 3 4 5 RAM2KB RAM2KB 1 2 27 片内译码 A10 A0 存储芯片 28 A15A14A13A12A11A10 A0地址范围 01111007800H 01111117FFFH 1011100B800H 1011111BFFFH 1101100C800H 1101111CFFFH 1110100E800H 1110111EFFFH 1111000F000H 1111011F7FFH 存储器5地址范围 存储器4地址范围 存储器3地址范围 存储器2地址范围 存储器1地址范围 存储器地址的形成 线选法的优点 连接简单 选择芯片无需专门的译码电路 线选法的缺点 地址不连续 使可寻址的地址范围减少 多个存储单元共用的地址不应使用 即寻址能力的利用率太低 使大量地址空间浪费 片内译码 29 这种方法除了将低位地址总线直接连至各芯片的地址线外 将余下的高位地址全部译码 译码的输出作为各芯片的片选信号 如图所示 2 全地址译码法 30 4KB 1 4KB 2 4KB 16 译码器 CS CS CS Y0 Y1 Y15 A0 A11 地址总线 数据总线 D0 D7 A15 A12 全译码片选法原理图 31 A15A14A13A12A11A10 A0地址范围 0000000Y10000H 0FFFH 0001000Y21000H 1FFFH 0010000Y32000H 2FFFH 1101000Y14D000H DFFFH 1110000Y15E000H EFFFH 1111000Y16F000H FFFFH 存储器1地址范围 存储器2地址范围 存储器3地址范围 存储器14地址范围 存储器15地址范围 全地址译码片选信号的形成 存储器16地址范围 全译码的优点 每个存储单元的地址都是唯一的 不存在地址重复 全译码的缺点 译码电路可能比较复杂 连线也较多 当采用线选法地址线不够用 而又不需要全部存储空间的寻址能力时 可采用这种方法 它是介于全译码和线选法之间的一种选址方法 3 局部译码法 33 2KB 1 2KB 2 2KB 8 译码器 CS CS CS Y0 Y1 Y7 A0 A10 地址总线 数据总线 D0 D7 A15 A11 局部译码片选原理图 中任三根 34 例1 存储器62648KB芯片工作在F0000H F1FFFH内存空间 画出和系统的连线图 全译码法 6264地址线 A0 A12数据线 D0 D7WEOECS2接 5V电源CS1高位地址译码 系统总线 地址线 A0 A12数据线 D0 D7MEMWMEMR 35 36 例2 存储器62648KB芯片工作在80000H 81FFFH内存空间 画出和系统的连线图 37 部分地址译码方式 D0 D7 A0 A12 A19 A18 A16 A15 A13 D0 D7 A0 A12 CS2 8086CPU 6264 部分地址译码方式是以牺牲内存空间为代价来换得译码的简单 38 4 存储芯片与CPU的配合 存储芯片与CPU总线的连接 还有两个很重要的问题 CPU的总线负载能力CPU能否带动总线上包括存储器在内的连接器件存储芯片与CPU总线时序的配合CPU能否与存储器的存取速度相配合 39 8086与存储体的连接 补充 16位和32位微机系统的内存组织 40 32位微机系统的内存组织 一 层次化存储系统 3 4高速缓冲存储器Cache 为什么需要Cache 微机系统中存储器的配置 工作原理 Cache 用高速静态RAM芯片组成的小容量存储器 存放当前使用的程序代码和数据 即主存中部分内容的副本主存储器 用廉价的动态RAM芯片组成大容量存储器 存放程序运行的所有信息CPU访问方式 CPU先在Cache中寻找 若寻找成功 通常称为 命中 则直接对Cache操作 若寻找失败 则对主存储器进行操作 并将有关内容置入Cache 二 Cache的原理 DB CPU Cache控制部件 Cache RAM AB 送主存地址 检索 用主存地址作为关键字 查找CAM 前提 每次访问的主存地址都保留在CAM内 CAM ContentAccessMemory 地址索引机构 命中则发出读Cache命令 从Cache取数据 不命中则发出读RAM命令 从RAM取数据 Cache的工作原理图示 命中率影响系统的平均存取速度系统的平均存取速度 Cache存取速度 命中率 RAM存取速度 不命中率在一定的范围内 Cache越大 命中率就越高 但相应成本也相应提高现代计算机中CACHE的命中率都在90 以上 Cache与内存的空间比一般为1 128 三 关于命中率 地址映象方式 Cache的内容与主存之间的映像关系全相联映象方式 页地址编码全部存入地址索引机构中直接映象方式 地址索引机构中只要存入地址的段号分组相联映象方式地址的转换 将访问主存的地址转换为访问Cache的地址置换控制策略 更新Cache内容的替换算法FIFO策略 选择最早装入高速缓存的页作为被置换的页LRU策略 选择CPU最近最少访问的页作为被替换的页 四 CPU访问Cache需解决的问题 略 第3章教学要求 ROM RAM存储器的特点 存储器的扩展 存储芯片与CPU的连接方法 特别是片选端的处理 高速缓存Cache作业 P70题3 7 译码和译码器 译码 将某个特定的 编码输入 翻译为唯一 有效输出 的过程译码电路可以使用门电路组合逻辑译码电路更多的是采用集成译码器常用的2 4译码器 74LS139常用的3 8译码器 74LS138常用的4 16译码器 74LS154 门电路