第5章存储系统

1 第5章存储系统 南京农业大学工学院 2 主要内容 微型机存储系统的概念和体系结构存储器的分类及其特点半导体存储芯片的外部特性及其与系统的连接高速缓存的一般概念 3 5 1概述 存储系统存储器的分类及主要技术指标 4 微型机的存储系统 将两个或两个以上速度 容量和价格各不相同的存储器用硬件 软件或软硬件相结合的方法连接起来就构成存储系统 系统的存储速度接近较快的存储器 容量接近较大的存储器 5 微型计算机系统 Cache存储系统 主存储器高速缓冲存储器 虚拟存储系统 主存储器磁盘存储器 6 存储系统的层次结构 由上至下容量越来越大 速度越来越慢 价格越来越低 通用寄存器堆及指令 数据缓冲栈 高速缓存 主存储器 联机外存储器 脱机外存储器 7 存储器的分类 高速缓冲存储器主存储器辅助存储器 内存储器 半导体存储器 8 半导体存储器 由能够表示 0 和 1 具有记忆功能的一些物理器件组成 能存放一位二进制数的物理器件称为一个存储元 若干存储元构成一个存储单元 9 半导体存储器 随机存取存储器 RAM 只读存储器 ROM FLASH存储器 闪存 静态RAM 存取时间短 外电路简单 动态RAM 需动态刷新 集成度高 价格便宜 掩模ROM一次编程型ROM PROM 可读写ROM EPROMEEROM 10 半导体存储器的主要技术指标 存储容量 存储单元个数 每存储单元的位数 存取时间 启动到完成一次读或写的时间 和存取周期 连续两次操作的最小时间 平均故障间隔时间 MTBF 可靠性功耗 低功耗可减少对电源容量的要求 提高可靠性 CPU读写存储器的时间必须大于存储芯片的额定存取时间 11 5 2随机存取存储器 主要内容 SRAM与DRAM的主要特点几种常用存储器芯片及其与系统的连接 12 一 静态存储器SRAM 特点 存储元由双稳电路构成 存储信息稳定 13 典型SRAM芯片 了解 主要引脚功能工作时序与系统的连接使用 14 SRAM6264芯片 容量 8K 8芯片外部引线图 15 6264芯片的主要引线 地址线 A0 A12 数据线 D0 D7 输出允许信号 OE 写允许信号 WE 选片信号 CS1 CS2 16 6264的工作过程 读操作写操作 工作时序 17 6264芯片与系统的连接 D0 D7 A0 A12 WE OE CS1 CS2 A0 A12 MEMW MEMR 译码电路 高位地址信号 D0 D7 系统总线 6264 5V 18 译码电路 将输入的二进制 地址 编码变换为一个特定的输出信号 即 将输入的高位地址信号通过变换 产生一个有效的输出信号 该信号选中某一个存储器芯片 使该存储器芯片进入工作状态 参与译码的高位地址信号决定了存储器的地址范围 19 译码方式 全地址译码部分地址译码 20 全地址译码 用全部的高位地址信号作为译码器的输入存储器芯片的每一个存储单元都具有唯一的内存地址 即存储单元与地址编号是一对一的关系 21 全地址译码例 A19 A18 A17 A16 A15 A14 A13 1 6264CS1 全部高位地址信号 A19 A13 都作为译码器输入 低位地址信号 A12 A0 接到6264的地址引脚 6264的地址范围 22 部分地址译码 用部分高位地址信号 而不是全部 作为译码器的输入存储器芯片的每一个存储单元具有多个内存地址 即存储单元与地址编号是一对多的关系 23 部分地址译码例 A18不参加译码 从而使被选中芯片的每个单元都拥有两个地址 6264的地址范围 A19 A17 A16 A15 A14 A13 1 6264CS1 24 应用举例 将SRAM6264芯片与系统连接 使其地址范围为 38000H 39FFFH 使用74LS138译码器构成译码电路 25 应用举例 D0 D7 A0 A12 WE OE CS1 CS2 A0 A12 MEMW MEMR D0 D7 A19 G1 G2A G2B C B A A18 A14 A13 A17 A16 A15 5V Y0 系统总线 74LS138 6264 26 二 动态随机存储器DRAM 特点 存储元主要由电容构成 由于电容存在的漏电现象而使其存储的信息不稳定 故DRAM芯片需要定时刷新 27 典型DRAM芯片2164A 2164A 64K 1bit采用行地址和列地址来确定一个单元 行列地址分时传送 共用一组地址信号线地址信号线的数量仅为同等容量SRAM芯片的一半 0100 0100 COL ROW 存储矩阵 28 2164A的内部结构 A0 A7 RAS CAS WE 29 主要引线 RAS 行地址选通信号 用于锁存行地址 CAS 列地址选通信号 地址总线上先送上行地址 后送上列地址 它们分别在RAS和CAS有效期间被锁存芯片中 A0 A7 地址线DIN 数据输入DOUT 数据输出 WE 0数据写入WE 1数据读出 WE 写允许信号 30 工作时序 数据读出数据写入刷新 一次一行 31 2164A在系统中的连接 利用8片2164A构成64KB存储体 通过选择控制芯片将存储体与系统相连 简化的电路原理图 32 DRAM读写简化示意图 33 5 3只读存储器 ROM 特点 可随机读取数据 但不能随机写入 掉电后信息不丢失 34 一 EPROM 特点 可多次编程写入 掉电后内容不丢失 内容的擦除需用紫外线擦除器 35 典型EPROM芯片2764 8K 8bit芯片 其引脚与SRAM6264完全兼容 地址信号 A0 A12数据信号 D0 D7输出信号 OE片选信号 CE编程脉冲输入 PGM 36 2764的工作方式 数据读出编程写入擦除 标准编程方式快速编程方式 编程写入 每出现一个编程脉冲就写入一个字节数据 505ns TMS27C040100 S 37 二 EEPROM 特点 可在线编程写入 掉电后内容不丢失 电可擦除 38 工作方式 数据读出编程写入擦除 字节写入 每次写入一个字节自动页写入 每次写入一页 32字节 字节擦除 一次擦除一个字节片擦除 一次擦除整片 39 典型EEPROM芯片 98C64A 容量8K 8 13根地址线 A0 A12 8位数据线 D0 D7 输出允许信号 OE 写允许信号 WE 选片信号 CE 状态输出端 READY BUSY 40 98C64A的字节写入法 方法1 每写入一个字节都判断READY BUSY端的状态 仅当该端为高电平时才可写入下一个字节 方法2 每写一个字节后 等待一段时间 10ms 再写下一个字节 98C64A的写入时间为5 10ms 41 98C64A的页写入法和擦除 页 32个字节连续排列用中断或查询判断READY BUSY电平高低擦除即为写FFH 42 EEPROM芯片应用例 使用98C64A作为存储器芯片 芯片地址为30000H 31FFFH 现将其连接到8086系统 并向其8K个单元全部写入FFH 43 5 4存储器扩展技术 用多片存储芯片构成所需的内存容量 每个芯片在内存中占据不同的地址范围 任一时刻仅有一片 或一组 被选中 位扩展字扩展字位扩展 44 存储器扩展技术 存储器芯片的存储容量等于 单元数 每单元的位数 字节数 字长 45 位扩展 当存储器芯片的字长小于所需内存单元的字长时 则进行位扩展 使每个单元的字长满足要求 46 位扩展例 用8片2164A 64K 1位DRAM 芯片构成64KB存储器 A0 A15 2164A 2164A 2164A D0 D7 D0 D1 D7 A0 A7 WE RAS CAS 行 列地址多路转换器 地址选择 A0 A7 A0 A7 47 位扩展原则 将每片的地址线 控制线并联 数据线分别引出 位扩展特点 存储器的单元数不变 位数增加 48 字扩展 地址空间的扩展 芯片每个单元中的字长满足 但单元数不满足 扩展原则 每个芯片的地址线 数据线 控制线并联 仅片选端分别引出 以实现每个芯片占据不同的地址范围 49 字扩