第5章_存储器

微机原理及应用 主讲教师陈玮 2020 4 7 微机原理及应用 2 第5章存储器 一 概述二 典型芯片举例三 主存储器设计作业 2020 4 7 微机原理及应用 3 一 概述 存储器是计算机的重要组成部分 用来存放计算机系统工作时所用的信息 程序和数据 1 内存和外存2 存储器的分类3 存储器的性能指标4 存储器的基本结构 2020 4 7 微机原理及应用 4 1 内存和外存 1 内存 或主存 用于存放当前正在使用的程序和数据 CPU可以对它直接访问 存取速度快 但容量较小 2 外存 或辅存 用于存放一些CPU暂时不处理的程序和数据 当CPU么处理这些信息时 必须先将其调入内存 外存包括软盘 硬盘 光盘等等 外存容量大 相对内存来说 存取速度较慢 2020 4 7 微机原理及应用 5 2 存储器的分类 应用 1 只读存储器ROM 2 随机存取存储器RAM 2020 4 7 微机原理及应用 6 1 只读存储器ROM 只读存储器 ReadOnlyMemory ROM 用户在使用时只能读出其中信息 不能修改或写入新的信息 断电后 其信息不会消失 存储单元中的信息由ROM制造厂在生产时一次性写入 称为掩膜ROM MaskedROM PROM ProgrammableROM 可编程ROM PROM中的程序和数据是由用户自行写入的 但一经写入 就无法更改 是一次性的ROM 2020 4 7 微机原理及应用 7 1 只读存储器ROM EPROM ErasebleProgrammableROM 可擦除可编程ROM 可由用户自行写入程序和数据 写入后的内容可用紫外线灯照射擦除 然后可以重新写入新的内容 可以多次擦除 多次使用 E2PROM ElectricallyErasebleProgrammableROM 电可擦除可编程ROM 可用电信号进行清除和改写的存储器 使用方便 2020 4 7 微机原理及应用 8 2 随机存取存储器RAM 随机存取存储器 RandomAccessMemory RAM的特点是存储器中的信息能读能写 且对存储器中任一单元的读或写操作所需要的时间基本是一样的 断电后 RAM中的信息即消失 分为两类 SRAM StaticRAM 静态RAM SRAM是利用半导体触发器的两个稳定状态表示 1 和 0 只要电源不撤除 信息不会消失 不需要刷新电路 2020 4 7 微机原理及应用 9 2 随机存取存储器RAM DRAM DynamicRAM 动态RAM DRAM是利用电容端电压的高低来表示 1 和 0 为了弥补漏电需要定时刷新 一般微机系统中的内存采用DRAM 配有刷新电路 每隔1 2ms刷新一次 2020 4 7 微机原理及应用 10 3 存储器的性能指标 1 存储容量 2 存储速度 3 可靠性 2020 4 7 微机原理及应用 11 1 存储容量 存储容量是指一块存储芯片上所能存储的二进制位数 假设存储芯片的存储单元数是M 一个存储单元所存储的信息的位数是N 则其存储容量为M N D7 D1D0 例题 2020 4 7 微机原理及应用 12 例题 1 已知单片6116芯片的地址线是11位 每个存储单元是8位 求其存储容量 解 因为可编址范围211 即M 211 每个存储单元可存8位 即N 8 所以 6116的存储容量 211 8 2 1024 8 2K 8 2KB 2020 4 7 微机原理及应用 13 例题 2 若要组成64K字节的存储器 以下芯片各需几片 6116 2K 8 4416 16K 4 解 64K 8 2K 8 32 片 64K 8 16K 4 8 片 2020 4 7 微机原理及应用 14 区别 芯片的存储容量和微机的存储容量 微机的存储容量 由多片存储芯片组成的总存储容量 微机的最大内存容量 由CPU的地址总线决定 如 PC486 地址总线是32位 则 内存容许最大容量是232 4G 实际的装机容量 由实际使用的若干片存储芯片组成的总存储容量 2020 4 7 微机原理及应用 15 2 存储速度 存储器的存取速度是影响计算机运算速度的主要因素 用两个参数来衡量 存取时间TA AccessTime 定义为启动一次存储器操作 读或写 到完成该操作所经历的时间 存储周期TMC MemoryCycle 定义启动两次读 或写 存储器操作之间所需的最小时间间隔 2020 4 7 微机原理及应用 16 3 可靠性 存储器的可靠性用MTBF来衡量 MTBF即MeanTimeBetweenFailures 平均故障间隔时间 MBTF越长 表示可靠性越高 2020 4 7 微机原理及应用 17 4 存储器的基本结构 1 存储体 由多个基本存储单元组成 容量即为M N 2 地址寄存器 地址锁存器 锁存CPU送来的地址信号 3 地址译码器 对地址信号进行译码 选择存储体中要访问的存储单元 4 读 写驱动电路 包括读出放大和写入电路 5 数据缓冲器 芯片数据信号经双向三态门挂在数据总线上 未选中该片 呈高阻状态 6 读 写控制电路 接受来自CPU的片选信号 读 写信号 对ROM 只读 对DRAM 刷新信号 2020 4 7 微机原理及应用 18 读 操作工作过程 1 送地址 CPU通过地址总线将地址送入地址寄存器 并译码 2 发出 读 命令 CPU通过控制总线将 存储器读 信号送入读 写控制电路 3 从存储器读出数据 读 写控制电路根据 读 信号和片选信号选中存储体中的某一存储单元 从该单元读出数据 送到数据缓存器 再经过数据总线送到CPU 2020 4 7 微机原理及应用 19 写 操作工作过程 1 送地址 CPU通过地址总线将地址送入地址寄存器 并译码 2 发出 写 命令 CPU通过控制总线将 写 信号送入读 写控制电路 3 写入数据到存储器 读 写控制电路根据 写 信号和片选信号选中存储体中的某一存储单元 将数据总线上的数据 送到数据缓存器 再写入到选中的存储单元 2020 4 7 微机原理及应用 20 二 典型芯片举例 1 SRAM芯片HM6116 简称6116 静态随机存取存储器 11条地址线 8位数据线 3条控制线 两条电源线 单片存储容量2K 8 常用的SRAM还有6232 6264 62256 适用于较小系统 2020 4 7 微机原理及应用 21 二 典型芯片举例 2 DRAM芯片Intel2164A 动态随机存取存储器 8条地址线 2位数据线 输出和输入 3条控制线 两条电源线 单片存储容量64K 1 地址线采用分时复用 由CAS 列选通 和RAS 行选通 从而实现16位地址线 M 216 64K 2020 4 7 微机原理及应用 22 三 主存储器设计 1 芯片选择2 存储器芯片的基本地址3 存储器芯片的容量扩充4 存储器芯片与CPU连接 2020 4 7 微机原理及应用 23 1 芯片选择 SRAM与CPU连接 不需要外围电路 连接简单 用于小型控制系统 DRAM常用于大型系统 因为需要刷新电路 比如PC机的内存条 ROM通常用于存放固定的系统程序 2020 4 7 微机原理及应用 24 2 存储器芯片的基本地址 6116的基本地址 000H 7FFH D7 D1D0 2020 4 7 微机原理及应用 25 2 存储器芯片的基本地址 6264的基本地址 0000H 1FFFH D7 D1D0 2020 4 7 微机原理及应用 26 2 存储器芯片的基本地址 2114的基本地址是000H 3FFH D3D2D1D0 2020 4 7 微机原理及应用 27 2 存储器芯片的基本地址 EPROM27218基本地址是0000H 3FFFH D7 D1D0 2020 4 7 微机原理及应用 28 3 存储器芯片的容量扩充 对1 来说其地址范围00000000000000 00011111111111 即0000H 07FFH 用两片6116芯片 2K 8 即可扩展成4K 8位 这种扩展方式就称为字扩展 对2 来说其地址范围00100000000000 00111111111111 即0800H 0FFFH 译码和译码器 2020 4 7 微机原理及应用 29 3 存储器芯片的容量扩充 显然 我们可以用2片2114组成1K 8位的存储器 这种扩展方式称为位扩展 对2114来说 存储容量是1K 4位 而正常数据都以字节作为存储单元 显然需要进行扩展 N 1K 8位 1K 4位 2 2020 4 7 微机原理及应用 30 译码和译码器 全部CPU高位地址参与译码 称之为全译码 全译码方式能保证每个存储单元地址唯一 若只选择CPU一部分高位地址参与译码 这称为部分译玛 每个存储单元会有多个地址对应 地址译码可以选择专用芯片 在微机系统中常用的有74LS138 称3 8译码器 真值表 2020 4 7 微机原理及应用 31 74LS138真值表 2020 4 7 微机原理及应用 32 4 存储器芯片与CPU连接 1 地址总线低位直接相连 高位通过译码器相连 地址线的连接方式确定了芯片的地址 2 数据总线8位芯片的数据线可以直接与8088CPU的相连 与8086CPU连接 要分成两个存储体 低于8位的要进行位扩充后再与CPU相连 例题 2020 4 7 微机原理及应用 33 例题 所以27128地址范围 00100000000000000000 00100011111111111111即20000H 23FFFH 1 如图是某一8088系统的存储器连接图 试确定其中各芯片的地址空间 该片14条地址线 其基本地址00000000000000 11111111111111 高6位 A19A18 00 A17 1 A16A15A14 000 2020 4 7 微机原理及应用 34 例题 00110000000000000000 00110001111111111111即30000H 31FFFH 解 2 6264是SRAM 13条地址线 用2片 基本地址0000000000000 1111111111111 1 6264的高7位 则A16A15A14 100 A19A18 0 A17 1 1 6264地址范围 2020 4 7 微机原理及应用 35 例题 2 6264