微机原理第3讲

1、微型机原理与程序设计微型机原理与程序设计第第3讲讲 存储器存储器存储器有三个主要指标：速度、容量和价格/位（简称位价） 1 微型机存储器结构 存储器是计算机中的记忆设备，用来存放程序和数据。CPU 芯片内，数量有十几个、几十个，速度最快、位价最高、容量最小。主存、内存用来存放将要参与运行的程序和数据，由中央处理器直接随机存取速度比主存快，容量比主存小外存，容量比主存大得多，用来存放暂时未用到的程序和数据文件。CPU不能直接访问辅存，辅存只能与主存交换信息微型机原理与程序设计微型机原理与程序设计第第3讲讲 存储器存储器2 存储器的组织 存储器容量单位 位位（bit）是二进制数的最基本单位，也是存

2、储器存储信息的最小单位。字节字节（Byte）是计算机中数据处理的基本单位，一个字节由8位构成，即1B=8bit。字字（Word）可以表示两个字节，即16位。 微型机原理与程序设计微型机原理与程序设计第第3讲讲 存储器存储器存储器的组成 存储体是存储器的核心，存放程序和数据译码器-地址码转换为有效电平，表示选中了某一存储单元。驱动器-提供驱动电流，驱动读写电路， 完成对被选中存储单元的读写操作。完成被选中存储单元中各位的读出和写入操作主存的读写操作是在控制器的控制下进行的，只有接受到来自控制器的读写命令或写允许信号后，才能实现正确的读写操作。微型机原理与程序设计微型机原理与程序设计第第3讲讲 存

3、储器存储器常用存储器器件 一般情况下，存储体、地址译码驱动电路、I/O和读写电路集成到一起，这样就构成了存储器芯片。 常用的存储芯片分为两种： 随机存取存储器（Random Access Memory-RAM） 只读存储器（Read Only Memory-ROM）。 随机存取存储器中的内容即可以读出，也可以写入。读出时并不损坏原来存储的内容，只有写入时才修改原来所存储的内容。断电后，存储内容立即消失，即具有易失性。 ROM是只读存储器。顾名思义，它的特点是只能读出原有的内容，不能由用户再写入新内容。ROM中存储的内容不会因断电而丢失，即具有非易失性。 微型机原理与程序设计微型机原理与程序设计

4、第第3讲讲 存储器存储器RAM动态RAM（Dynamic RAM）集成度高、芯片引脚数少，封装尺寸小、功耗低、需要实时刷新 计算机的内存静态RAM（Static RAM） 存取速度快，主要用于高速缓存例如CPU的一级缓存，二级缓存ROMPROMEPROMEEPROMFlash Memory只允许数据写入一次 需要用紫外线照射擦除 不能对个别需要改写的单元进行单独擦除 用电气方法将存储内容擦除，既可局部擦写，又可全部擦写 具有擦除、重写速度快的特点，而且至少可以擦写/编程上万次 ROM 中数据的重写的机制通常被称为编程。编程时必须先擦除原有数据，然后才能写入微型机原理与程序设计微型机原理与程序设

5、计第第3讲讲 存储器存储器8K8位的静态RAM 6264 012AA18I/OI/OCS1CS2WEOE为地址输入为数据输入/输出分别为片选信号为写允许信号为读允许信号 ssVccV电源端接地端微型机原理与程序设计微型机原理与程序设计第第3讲讲 存储器存储器微型机原理与程序设计微型机原理与程序设计第第3讲讲 存储器存储器微型机原理与程序设计微型机原理与程序设计第第3讲讲 存储器存储器32K的EPROM 27256 微型机原理与程序设计微型机原理与程序设计第第3讲讲 存储器存储器微型机原理与程序设计微型机原理与程序设计第第3讲讲 存储器存储器512k FLASH 29C0405V编程电压256字

6、节扇区的FLASH器件 8条数据线（D0D7）19条地址线（A0A18）3条控制线（/OE、/CE、/WE） D0D7微型机原理与程序设计微型机原理与程序设计第第3讲讲 存储器存储器微型机原理与程序设计微型机原理与程序设计第第3讲讲 存储器存储器总结存储器件的引脚分类地址引脚 一个存储器件的地址线条数由存储器的容量决定。=2地址线条数容量数据引脚 用来选择存储器件中的一个存储单元 通过数据线能够输入数据（存储），也能够提取数据（读出） 被标为从A0（最低有效地址输入）到An 被标为D0Dm 微型机原理与程序设计微型机原理与程序设计第第3讲讲 存储器存储器控制引脚 ROM通常只有一个控制输入OE

7、G输出允许（）或是输出选通（） RAM通常有一个或两个控制输入一个控制输入，则常称为R / W 两个控制输入 通常标为 选择引脚 每个存储器件都有一个输入（有时不止一个）用来选择或允许存储器件 CSCE常称为片选（），片允许（） 选择线通常由地址译码电路的译码线给出的信号控制。如果一个容量为32 KB的存储器件选择线被译码，其首地址为10000H，则它的最后一个单元地址为17FFFH。 微型机原理与程序设计微型机原理与程序设计第第3讲讲 存储器存储器3 存储器与CPU的连接 微型机原理与程序设计微型机原理与程序设计第第3讲讲 存储器存储器读操作是指从CPU送来的地址所指定的存储单元中取出信息，

8、再送给CPU，其操作过程是：写操作是指将要写入的信息存入CPU所指定的存储单元中，其操作过程是：CPU与主存的硬连接是两个部件之间联系的物理基础。而两个部件之间还有软连接，即CPU向主存发出的读或写命令，这才是两个部件之间有效工作的关键。CPU 对主存进行读写操作时，首先CPU 在地址总线上给出地址信号，然后发出相应的读或写命令，并在数据总线上交换信息。以异步存储器读取为例，读写的基本操作如下：微型机原理与程序设计微型机原理与程序设计第第3讲讲 存储器存储器4 地址译码 解决CPU的地址引脚数与存储器的地址引脚数不匹配问题 简单的门电路译码器 8086 CPU有20条地址线，寻址范围1MEPR

9、OM 27256 有15 条地址线，寻址32K20位地址由与非门译码，写成最左边5位（A19A15）是逻辑1，最右边15位（A14A0）是无关项（X），则可以确定EPROM的实际地址范围（无关项为逻辑1或逻辑0都可以）1111 1XXX XXXX XXXX XXXX无关项A10A0被写为逻辑0，确定最低地址1111 1000 0000 0000 0000 = F8000H无关项A10A0被写为逻辑1，确定最高地址。1111 1111 1111 1111 1111 = FFFFFH因此，32K的EPROM被译码为地址范围为F8000HFFFFFH 的CPU寻址空间中。微型机原理与程序设计微型机原

10、理与程序设计第第3讲讲 存储器存储器专用译码集成电路译码 集成电路译码器74LS138（3-8译码器）微型机原理与程序设计微型机原理与程序设计第第3讲讲 存储器存储器为选中与译码器的输出Y0相连的RAM，即译码器的输出Y0为低电平时，C、B、A的输入均为逻辑0。如果需要与译码器的输出Y6相连的EPROM的地址范围，则C，B及A输入为110。微型机原理与程序设计微型机原理与程序设计第第3讲讲 存储器存储器可编程逻辑器件译码 存储器件MSM271000为128K的EPROM，MS621000为128K的RAM译码器采用可编程逻辑器件GAL16V8实现微型机原理与程序设计微型机原理与程序设计第第3讲

11、讲 存储器存储器微型机原理与程序设计微型机原理与程序设计第第3讲讲 存储器存储器译码方式 线选法 线选法就是用除片内寻址外的高位地址线直接（或经反相器）分别接至各个存储芯片的片选端，当某地址线信息为“0”时，就选中与之对应的存储芯片。注意，这些片选地址线每次寻址时只能有一位有效，不允许同时有多位有效，这样才能保证每次只选中一个芯片（或组）。 线选法的优点是不需要地址译码器，线路简单，选择芯片无须外加逻辑电路，但仅适用于连接存储芯片较少的场合。同时，线选法不能充分利用系统的存储器空间，且把地址空间分成了相互隔离的区域，给编程带来了一定的困难。 假设4片2K8用线选法构成8K8存储器 微型机原理与

12、程序设计微型机原理与程序设计第第3讲讲 存储器存储器译码方式 部分译码 部分译码只用除片内寻址外的高位地址的一部分来译码产生片选信号。 如用4片2K8的存储芯片组成8K8存储器，需要4个片选信号，因此只要用两根地址线来译码产生。 地址重叠 选用A12和A11译码 A12=0, A11=0，而无论A19A13取何值，均选中第一片 A12=0，A11=1，而无论A19A13取何值，均选中第二片 A12=1，A11=1，而无论A19A13取何值，均选中第四片 A12=1，A11=0，而无论A19A13取何值，均选中第三片 8K RAM中的任一个存储单元，都对应有2(2013)=27个地址这种一个存储

13、单元出现多个地址的现象称为地址重叠。 微型机原理与程序设计微型机原理与程序设计第第3讲讲 存储器存储器地址重叠区示意 基本地址为00000H01FFFH 令未用到的高位地址全为0，这样确定的存储器地址称为基本地址微型机原理与程序设计微型机原理与程序设计第第3讲讲 存储器存储器译码方式 全译码 全译码法将除片内寻址外的全部高位地址线都作为地址译码器的输入，译码器的输出作为各芯片的片选信号，将它们分别接到存储芯片的片选端，以实现对存储芯片的选择。 全译码法的优点是每片（或组）芯片的地址范围是唯一确定的，而且是连续的，也便于扩展，不会产生地址重叠的存储区，但全译码法对译码电路要求较高。例、CPU的地

14、址总线有20位，现用4片2K8的存储芯片组成一个8K8的存储器。全译码法要求除片内寻址用到的11 位地址线外，高9 位地址A19A11都要参与译码微型机原理与程序设计微型机原理与程序设计第第3讲讲 存储器存储器5 容量扩展与数据存储 位扩展 总容量总片数容量/片将各存储芯片的地址线、片选线和读写线相应地并联起来，数据线单独列出如用64K1的SRAM芯片组成64K8的存储器，所需芯片数为：(64K8) (64K1) = 8片微型机原理与程序设计微型机原理与程序设计第第3讲讲 存储器存储器字扩展 将芯片的地址线、数据线、读写线并联，由片选信号来区分各个芯片如用8K8的SRAM组成32K8的存储器，

15、所需芯片数为 4片微型机原理与程序设计微型机原理与程序设计第第3讲讲 存储器存储器采用字节编址的存储器。数据在主存中有3种不同存放方法。边界对齐-字地址的最末3 个二进制位必定为000（存储字的起始位置）某CPU字长为64位（8个字节） 即一个存取周期最多能够从主存读或写64位数据。假设，读写的数据有4种不同长度，它们分别是 字节（8位） 半字（16位） 单字（32位） 双字（64位）。2数据存储数据存储微型机原理与程序设计微型机原理与程序设计第第3讲讲 存储器存储器存在两个问题 不浪费存储器资源的存放方法 访问一个双字、一个单字或一个半字时都有可能需要花费两个存取周期 存储器的读写控制比较复

16、杂 字节存储地址特征 微型机原理与程序设计微型机原理与程序设计第第3讲讲 存储器存储器字存储地址特征 要存放的是字节、半字、单字或双字，都必须从从一个存储字的起始位置开始存放最末3个二进制位必须为000的地址起始位置开始克服上面的两个缺点 浪费了存储器资源 微型机原理与程序设计微型机原理与程序设计第第3讲讲 存储器存储器双字的存储地址特征 折衷方案 双字（64位）数据的起始地址的最末3个二进制位必须为000（8的整倍数）单字（32位）数据的起始地址的最末两位必须为00（4的整倍数）半字（16位）数据的起始地址的最末一位必须为0（偶数） 无论访问双字、单字、半字或字节，都能在一个存取周期内完成 又称为边界对齐的数据存放方法 空间和时间博弈的结果 微型机原理与程序设计微型机原理与程序设计第第3讲讲 存储器存储器端模式 一个基本存储单元可以保存一个字节，每个存储单元对应一个地址。对于大于十进制255（16 进制0 xff）的整数，需要多个存储单元。顺序特征指的是多字节（如字、双字等）数据的存放形式。对于跨越多个字节的数据，一般它所占的字节都是连续的。在计算机业