第五章存储器原理与接口微机原理与接口技术ppt课件

第五章存储器原理与接口,存储器分类存储器结构8086CPU最小模式下总线产生存储器接口,5.1存储器分类一、有关存储器几种分类存储介质分类半导体存储器磁盘和磁带等磁表面存储器光电存储器,半导体存储器按存取方式分类随机存储器RAM(RandomAccessMemory)只读存储器ROM（Read-OnlyMemory）串行访问存储器(SerialAccessStorage),按在计算机中的作用分类主存储器(内存)辅助存储器(外存)高速缓冲存储器,二、半导体存储器的分类1、随机存取存储器RAM2、只读存储器ROM,二、半导体存储器的分类1、随机存取存储器RAMa.静态RAM（ECL，TTL，MOS）b.动态RAM,2、只读存储器ROMa.掩膜式ROMb.可编程的PROMc.可用紫外线擦除、可编程的EPROMd.可用电擦除、可编程的E2PROM等,可编程的PROM,绝缘层,浮动栅雪崩注入式MOS管,可用紫外线擦除、可编程的EPROM,编程使栅极带电擦除EPROM芯片上方有一个石英玻璃窗口当一定光强的紫外线透过窗口照射时，所有存储电路中浮栅上的电荷会形成光电流泄放掉，使浮栅恢复初态。一般照射2030分钟后，读出各单元的内容均为FFH，说明EPROM中内容已被擦除。,浮栅隧道氧化层MOS管Flotox(FloatinggateTunnelOxide)：浮栅与漏区间的氧化物层极薄（20纳米以下），称为隧道区。当隧道区电场大于107V/cm时隧道区双向导通。,当隧道区的等效电容极小时，加在控制栅和漏极间的电压大部分降在隧道区，有利于隧道区导通。,擦除和写入均利用隧道效应,10ms,可用电擦除、可编程的E2PROM,分类,掩模ROM,可编程ROM（PROM）,可擦除可编程ROM（EPROM）,随机存储器RAM,静态存储器SRAM,动态存储器DRAM,按功能,(Read-OnlyMemory),(RandomAccessMemory),(ProgrammableROM),(ErasablePROM),UVEPROM,EEPROM,只读存储器ROM,FlashMemory,(Ultra-Violet),(Electrically),电可擦除,紫外线擦除,(StaticRAM),快闪存储器,(DynamicRAM),只能读出不能写入,断电不失,还可以按制造工艺分为双极型和MOS型两种。,主要指标：存储容量、存取速度。,存储容量:用字数位数表示，也可只用位数表示。如，某动态存储器的容量为109位/片。,三、多层存储结构概念1、核心是解决容量、速度、价格间的矛盾，建立起多层存储结构。一个金字塔结构的多层存储体系充分体现出容量和速度关系,2、多层存储结构寄存器Cache(高速缓存)内存（主存）磁盘磁道、光盘,（主存）,辅存,Cache主存层次：解决CPU与主存的速度上的差距；主存辅存层次：解决存储的大容量要求和低成本之间的矛盾。,5.2、主存储器结构一、主存储器的主要技术指标存储容量存取速度可靠性功耗,1、容量存储容量存储器可以容纳的二进制信息量称为存储容量（寻址空间，由CPU的地址线决定）实际存储容量：在计算机系统中具体配置了多少内存。,2、存取速度存取时间是指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间，又称为读写周期。SDRAM:12ns10ns8nsRDRAM:1ns0.625ns,3、可靠性可靠性是用平均故障间隔时间来衡量（MTBF,MeanTimeBetweenFailures）4、功耗功耗通常是指每个存储元消耗功率的大小,二、主存储器的基本组成MOS型器件构成的RAM，分为静态和动态RAM两种，静态RAM通常有6管构成的触发器作为基本存储电路静态存储单元，动态RAM通常用单管组成基本存储电路。,1、静态存储单元,（2）动态存储单元,（3）、结构地址译码输入输出控制存储体,地址线,控制线,数据线,存储体,译码器,输入输出控制,单译码结构,地址译码器：接收来自CPU的n位地址，经译码后产生2n个地址选择信号，实现对片内存储单元的选址。控制逻辑电路：接收片选信号CS及来自CPU的读/写控制信号，形成芯片内部控制信号，控制数据的读出和写入(双向)。存储体：是存储芯片的主体，由基本存储元按照一定的排列规律构成。,译码器,译码器,矩阵译码电路,行线,列线,地址线,地址线,一、8086CPU的管脚及功能8086是16位CPU。它采用高性能的N沟道，耗尽型负载的硅栅工艺(HMOS)制造。由于受当时制造工艺的限制，部分管脚采用了分时复用的方式，构成了40条管脚的双列直插式封装,5.3、8086CPU总线产生,二、8086的两种工作方式最小模式：系统中只有8086一个处理器，所有的控制信号都是由8086CPU产生。最大模式：系统中可包含一个以上的处理器，比如包含协处理器8087。在系统规模比较大的情况下，系统控制信号不是由8086直接产生，而是通过与8086配套的总线控制器等形成。,三、最小模式下8086CPU总线产生（一）、地址线、数据线产生相关信号线及芯片1、AD15AD0(AddressDataBus)地址/数据复用信号，双向，三态。在T1状态（地址周期）AD15AD0上为地址信号的低16位A15A0；在T2T4状态（数据周期）AD15AD0上是数据信号D15D0。,2、A19/S6A16/S3(Address/Status)：地址/状态复用信号，输出。在总周期的T1状态A19/S6A16/S3上是地址的高4位。在T2T4状态，A19/S6A16/S3上输出状态信息。,机器周期：时钟周期总线周期：对内存或对I/O接口的一次操作的时间指令周期：指令执行的时间,MOV2000H,AX,地址周期,数据周期,3、三态缓冲的8位数据锁存器74LS373(8282),A、CP正脉冲，DQB、CP为零，保持C、/OE=0，O0输出；否则高阻,4、ALE(AddressLatchEnable)地址锁存使能信号，输出，高电平有效。用来作为地址锁存器的锁存控制信号。,触发类型：上升沿，下降沿，高电平，低电平,1、AD0AD15，A16/S1A19/S4出现地址信息；2、ALE发正脉冲，地址信息进74LS373；3、AD0AD15转换为数据线,A16/S1A19/S4输出状态,1,1,2,3,3,（二）、数据线驱动相关信号线及芯片1、双向数据总线收发器（8286，74LS245）两个功能：a、双向选择b、通道控制,A、/OE控制通道/OE0，或门导通；/OE1，或门封锁；B、T控制方向T0，BAT1，AB,A、/OE控制通道/OE0，或门导通；/OE1，或门封锁；B、T控制方向T0，BAT1，AB,2、/DEN(DataEnable)数据使能信号，输出，三态，低电平有效。表示CPU对数据线操作。用于数据总线驱动器的控制信号。3、DT/R(DataTransmit/Receive)：数据驱动器数据流向控制信号，输出，三态。在8086系统中，通常采用8286或8287作为数据总线的驱动器，用DT/R#信号来控制数据驱动器的数据传送方向。当DT/R#1时，进行数据发送；DT/R#0时，进行数据接收。,1、如果CPU输出数据，DT/R1，三态门方向为AB,如果CPU输入数据，DT/R0，三态门方向为BA；2、/DEN有效，74LS245工作；3、CPU