第3章存储器接口ppt课件

1、计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 第第3 3章章 存储器接口存储器接口 存储器是组成计算机系统的重要部件，它用来保管计算机存储器是组成计算机系统的重要部件，它用来保管计算机任务所必需的程序和数据，并用来存放计算机在运转过程任务所必需的程序和数据，并用来存放计算机在运转过程中产生的有用信息。中产生的有用信息。CPUCPU虽然是整个计算机系统的中心部虽然是整个计算机系统的中心部件，但假设没有存储器，它丝毫不能发扬它的运算和控制件，但假设没有存储器，它丝毫不能发扬它的运算和控制功能。功能。 计算机科学与技术学院计算

2、机科学与技术学院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 3.1 3.1 概述概述 存储器的分类存储器的分类 1 1内存和外存内存和外存 2 2按存储价质分类：根据存储介质的资料及器件的按存储价质分类：根据存储介质的资料及器件的不同，可分为磁存储器包括磁芯、磁泡、磁鼓、不同，可分为磁存储器包括磁芯、磁泡、磁鼓、磁盘及磁带、半导体存储器即半导体集成电磁盘及磁带、半导体存储器即半导体集成电路存储器、光存储器以及激光光盘存储器。路存储器、光存储器以及激光光盘存储器。 半导体存储器半导体存储器 1 1从器件原理的角度来看，可分为单极型存储器和从器件原理的角度来看，

3、可分为单极型存储器和双极型存储器两种。双极型存储器两种。 2 2从任务特点、作用和制造工艺的角度来看，又可从任务特点、作用和制造工艺的角度来看，又可以分为如下几种：以分为如下几种：1 1随机访问存储器随机访问存储器RAMRAM：RAMRAM又分为又分为DRAMDRAM和和SRAMSRAM两种。两种。 2 2只读存储器只读存储器ROMROM：ROMROM分为以下几种类型，分为以下几种类型，掩膜掩膜ROMROM、PROMPROM、EPROMEPROM、E2PROM E2PROM 计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学

4、3.2 3.2 典型存储芯片典型存储芯片 1 1静态静态RAM HM6116 RAM HM6116 61166116芯片的存储容量为芯片的存储容量为2K2K8 8位，片内有位，片内有1638416384个存储单元，排成个存储单元，排成128128128128的矩阵，构成的矩阵，构成2K2K个字，字长个字，字长8 8位，因此需有位，因此需有1111条地址线，条地址线，分成分成7 7条行地址线条行地址线A4A4A10A10，4 4条列地址线条列地址线A0A0A3A3，一个，一个1l1l位地址位地址码选中一个存储字。字长码选中一个存储字。字长8 8位，需求有位，需求有8 8条数据线条数据线D7D7D

5、0D0。 2 2静态静态RAM 6264 RAM 6264 62646264是是8K8K8 8位的静态随机存取存储器，双列直插式芯片，有位的静态随机存取存储器，双列直插式芯片，有2828个引个引脚，包括脚，包括1313条地址线、条地址线、8 8条数据线、条数据线、1 1条电源线条电源线VCCVCC和和1 1条接地线条接地线GNDGND，片选信号和，片选信号和CE1CE1、写允许信号和输出允许信号及一个空引脚。、写允许信号和输出允许信号及一个空引脚。 3 3EPROM 2716 EPROM 2716 27162716是是8K8K8 8位的可擦除可编程的位的可擦除可编程的EPROMEPROM存储器

6、，双列直插式芯片，有存储器，双列直插式芯片，有2424个引脚，包括个引脚，包括1111条地址线、条地址线、8 8条数据线、条数据线、1 1条电源线条电源线VCCVCC和和1 1条接条接地线地线GNDGND，片选信号、编程电压，片选信号、编程电压VPPVPP、功率下降、功率下降/ /编程脉冲编程脉冲PD/PGMPD/PGM。计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 3.3 3.3 存储器与存储器与CPUCPU的接口的接口 在微处置器系统中，在微处置器系统中，CPUCPU对存贮器进展读写操作时，首先要由地对存贮器进展读写

7、操作时，首先要由地址总线给出存贮单元的地址号，然后要发出相应的读址总线给出存贮单元的地址号，然后要发出相应的读/ /写控制信写控制信号，最后才干经过数据总线读号，最后才干经过数据总线读/ /写数据，交换信息。写数据，交换信息。存贮器与存贮器与CPUCPU的接口应包括三部分内容：的接口应包括三部分内容： 1 1与地址总线的接口与地址总线的接口 2 2与数据总线的接口与数据总线的接口 3 3与相应控制线的接口与相应控制线的接口存贮器芯片的选择有两种方法：线性片选法和译码片选法。存贮器芯片的选择有两种方法：线性片选法和译码片选法。l l线性片选法线性片选法 线性片选法是用地址总线中的某一条线直接作为

8、选择某线性片选法是用地址总线中的某一条线直接作为选择某一存贮器芯片的片选信号，即用单根地址线来进展存贮器芯片的一存贮器芯片的片选信号，即用单根地址线来进展存贮器芯片的选择。选择。2 2译码片选法译码片选法 译码片选法是利用译码器对有关地址信号进展译码，然译码片选法是利用译码器对有关地址信号进展译码，然后用译码器的输出去控制存贮器的片选端，也就是用译码器的输后用译码器的输出去控制存贮器的片选端，也就是用译码器的输出来选择存贮器芯片。出来选择存贮器芯片。 计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 3.4 3.4 动态存储

9、器及其接口动态存储器及其接口 动态动态RAMRAM单元线路简单，是以单元线路简单，是以MOSMOS管极间寄生电容来存储信管极间寄生电容来存储信息的。由于漏电缘由，电容器上的电荷普通会在几毫秒内息的。由于漏电缘由，电容器上的电荷普通会在几毫秒内走漏掉。为此，必需定期给它们补充电荷，这就是动态走漏掉。为此，必需定期给它们补充电荷，这就是动态RAMRAM的刷新。的刷新。动态动态RAMRAM集成度高，而引脚数目遭到小型化封装的限制，集成度高，而引脚数目遭到小型化封装的限制，往往较少。少量的地址线要分时做行地址和列地址用，所往往较少。少量的地址线要分时做行地址和列地址用，所以在存储器外部要有行以在存储器

10、外部要有行/ /列地址转换的多路开关，把先出列地址转换的多路开关，把先出如今地址总线上的行地址经过多路开关，接至存储器的地如今地址总线上的行地址经过多路开关，接至存储器的地址输入端；随后转换开关，再把地址总线上的列地址接至址输入端；随后转换开关，再把地址总线上的列地址接至存储器的地址输入端。存储器的地址输入端。动态动态RAMRAM内部构造还有两个特点：内部构造还有两个特点： 一是具有行地址锁存器和列地址锁存器，由于行一是具有行地址锁存器和列地址锁存器，由于行地址和列地址分时传送，故必需根据时序要求产生行、列地址和列地址分时传送，故必需根据时序要求产生行、列地址选通讯号，以便把行、列地址锁存到相

11、应的锁存器中，地址选通讯号，以便把行、列地址锁存到相应的锁存器中，从而寻址一个确定的存储单元。从而寻址一个确定的存储单元。 另一个是内部带有读出再生放大器，它能提高信另一个是内部带有读出再生放大器，它能提高信号输出功率，还能在读写操作的同时，刷新本单元的内容号输出功率，还能在读写操作的同时，刷新本单元的内容及与该单元处同一行的其他各单元的内容。及与该单元处同一行的其他各单元的内容。 计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 3.5 3.5 存储器的扩展与驱动存储器的扩展与驱动 存储器的扩展存储器的扩展 扩展存储器普通

12、有三个步骤：片选、板选、体选。扩展存储器普通有三个步骤：片选、板选、体选。 总线的驱动总线的驱动 CPU时序与存储器存取速度之间的配合时序与存储器存取速度之间的配合 存储器的扩展，除要思索正确的衔接及总线的驱动外，还必存储器的扩展，除要思索正确的衔接及总线的驱动外，还必需思索存储器与需思索存储器与CPU在时间上的配合。在时间上的配合。当存储器的最大存取时间大于当存储器的最大存取时间大于CPU的读的读/写存储器总线周期写存储器总线周期时，即慢速存储器与快速时，即慢速存储器与快速CPU衔接，就应该采取措施使它们衔接，就应该采取措施使它们协调任务。协调任务。1降低降低CPU的时钟频率，使的时钟频率，

13、使CPU时钟周期拉时钟周期拉长，以满足存储器的最大存取时间的要求。这种方法简单，长，以满足存储器的最大存取时间的要求。这种方法简单，但却使整个系统的处置速度和信息吞吐量降低。但却使整个系统的处置速度和信息吞吐量降低。2插入等待形状插入等待形状TW。普通微处置器都设有恳。普通微处置器都设有恳求等待输入线。如求等待输入线。如Z80的线，的线，8088的的READY线。线。8088 CPU的的READY线，当在一个总线周期线，当在一个总线周期T3下降沿时为低电平，那下降沿时为低电平，那么么CPU就在总线周期就在总线周期T3后自动插入等待周期后自动插入等待周期TW。插入等待。插入等待周期周期TW的个数

14、取决于的个数取决于“预备就绪预备就绪READY信号的宽度，信号的宽度，这样就延伸了系统对存储器的访问时间。这样就延伸了系统对存储器的访问时间。 计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 3.6 3.6 软盘及软盘控制器软盘及软盘控制器 软盘：以软塑料为基底，外表涂有一层磁性资料的圆形盘片，盘片被装软盘：以软塑料为基底，外表涂有一层磁性资料的圆形盘片，盘片被装在一个薄的半弹性套内在一个薄的半弹性套内软盘片的外形与构造：软盘片的外形与构造：1 1中心孔：位于软盘正中央的大圆孔，用于装卡盘片，经过中心中心孔：位于软盘正中央

15、的大圆孔，用于装卡盘片，经过中心孔带动软盘转动。孔带动软盘转动。 2 2索引孔：位于中心孔旁边的一个小圆孔，用于检索磁道的起始索引孔：位于中心孔旁边的一个小圆孔，用于检索磁道的起始位置。位置。3 3磁头读写槽：位于中心孔下方的椭圆形长孔，只需此孔使得磁磁头读写槽：位于中心孔下方的椭圆形长孔，只需此孔使得磁头与盘片接触，磁头经过此孔读头与盘片接触，磁头经过此孔读/ /写盘片上的信息。写盘片上的信息。4 4写维护孔：位于盘片右上侧的方形孔。贴住写维护孔，使软盘写维护孔：位于盘片右上侧的方形孔。贴住写维护孔，使软盘处于写维护形状。处于写维护形状。5 5磁道：磁盘外表上的许多同心圆称为磁道，信息就存储

16、在磁道磁道：磁盘外表上的许多同心圆称为磁道，信息就存储在磁道上面。磁道号由外向里，依次为上面。磁道号由外向里，依次为0 0号磁道、号磁道、1 1号磁道，号磁道，。6 6扇区：盘面被划分成假设干个扇形的区域，每个区域称为一个扇区：盘面被划分成假设干个扇形的区域，每个区域称为一个扇区。扇区。 图 3.6.1 软磁盘示意图 中心孔 写保护孔 磁头读写槽 索引孔 磁头读写槽 索引孔 中心孔 0 磁道 39/79 磁道 磁道扇区 计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 软盘驱动器组成软盘驱动器组成软盘驱动器：由主轴驱动软盘驱

17、动器：由主轴驱动系统、磁头及其定位系统系统、磁头及其定位系统和信息读和信息读/ /写写/ /抹电路组成抹电路组成软盘驱动器任务过程：软盘驱动器任务过程： 1 1发出驱动器选择和发出驱动器选择和启动主轴电机信号启动主轴电机信号 2 2盘片在驱动器内恒盘片在驱动器内恒速转动，驱动器向控制器速转动，驱动器向控制器发出索引、零磁道、写维发出索引、零磁道、写维护护3 3个形状信号个形状信号 3 3控制器根据零磁道控制器根据零磁道信号形状，发出导道检测信号形状，发出导道检测指令，最后再回到零磁道指令，最后再回到零磁道 4 4寻道检测无误，转寻道检测无误，转入读操作，开场读盘。根入读操作，开场读盘。根据扇区

18、地址发出读出命令据扇区地址发出读出命令并接纳驱动器读出的数据并接纳驱动器读出的数据 5 5控制器检测到写维控制器检测到写维护信号无效时，允许写操护信号无效时，允许写操作作 图 3.6.2 软盘驱动器组成框图 读/写/抹系统 读电路 软盘控制器 （适配器） 读数据 写选通 写数据 写保护 驱动器选择 索引脉冲 方向 步进 零磁道 允许驱动 写/抹电路 写保护检测 定位系统 索引检测 定位控制 零磁道检测 主轴驱动系统 主轴驱动控制 机械装置及传感器 磁头线圈 写保护开关 LED 指示灯 索引传感器 步进电机 零磁道传感器 主轴直流电机 软盘驱动器控制电路 计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院

19、COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 3.7 3.7 硬盘存储器硬盘存储器 硬盘与硬盘驱动器组装在一同，普通所说的硬盘驱动器，硬盘与硬盘驱动器组装在一同，普通所说的硬盘驱动器，都含有硬盘盘体在内都含有硬盘盘体在内硬盘驱动器：一种精细的电子机械安装，既有精细的机械硬盘驱动器：一种精细的电子机械安装，既有精细的机械构造，又有一套复杂的控制电路构造，又有一套复杂的控制电路组成：主轴系统、磁头定位系统、读写系统和控制电路组成：主轴系统、磁头定位系统、读写系统和控制电路 图 3.7.1 硬 盘 驱 动 器 的 逻 辑 结 构 控 制 系 统 读 写 系 统 定

20、位 系 统 主 轴 系 统 硬 盘 控 制 器 计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 硬盘构造硬盘构造硬盘：与软盘盘片不同，由铝合金制成，盘片上涂磁性资料。盘硬盘：与软盘盘片不同，由铝合金制成，盘片上涂磁性资料。盘片、磁头及其驱动机构密封在一个组合件中片、磁头及其驱动机构密封在一个组合件中温彻斯特技术：对硬盘采用质轻浮力小的浮动磁头、磁盘接触起温彻斯特技术：对硬盘采用质轻浮力小的浮动磁头、磁盘接触起停、盘片外表涂薄层光滑剂等技术停、盘片外表涂薄层光滑剂等技术硬盘内部构造：一个硬盘通常有硬盘内部构造：一个硬盘通常有

21、3 31010张硬盘片，串在一根轴上，张硬盘片，串在一根轴上，每张盘片上、下两面各安装有一个磁头每张盘片上、下两面各安装有一个磁头柱面：不同盘片上与中心间隔相等的一切磁道称为一个柱面柱面：不同盘片上与中心间隔相等的一切磁道称为一个柱面 图 3.7.2 硬盘内部结构示意图 磁头 磁头活动臂 盘片 柱面 驱动器轴 磁道 计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 3.8 3.8 光盘存储器光盘存储器 光盘存储器：容量大、易保管、携带方便，采用非接触方式读光盘存储器：容量大、易保管、携带方便，采用非接触方式读写信息写信息光盘

22、分类：普通分为三类，即固定型光盘、追记型光盘和可改写光盘分类：普通分为三类，即固定型光盘、追记型光盘和可改写型光盘型光盘光盘任务原理：将聚焦的激光照射在光盘外表的存储介质上，对光盘任务原理：将聚焦的激光照射在光盘外表的存储介质上，对被照射的微小区域进展加热，烧出微米级的小孔又称为凹坑，被照射的微小区域进展加热，烧出微米级的小孔又称为凹坑，利用这种凹坑的边缘来代表利用这种凹坑的边缘来代表“1 1，平坦部分代表，平坦部分代表“0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 E F M码码 读读 出出 的的 光光 电电 信信 号号 保保 护护 层层

23、 铝铝 反反 射射 层层 透透 明明 衬衬 底底 计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 光盘构造光盘构造光盘构造：由光盘片、光盘驱动器、光盘适配器组成光盘构造：由光盘片、光盘驱动器、光盘适配器组成光道：光盘的光道与软盘、硬盘的磁道不同，光道呈平面光道：光盘的光道与软盘、硬盘的磁道不同，光道呈平面螺旋状，只需一条大的螺旋道，共分成约螺旋状，只需一条大的螺旋道，共分成约27273030万个扇区，万个扇区，每个扇区为每个扇区为20482048个字节，实践容量达个字节，实践容量达500500多多MBMB 图图 2.5.7

24、 光光 驱驱 的的 外外 形形 光驱的正面 光驱的背面 光驱的倍速指示 盘片托盘面板 光驱弹开、关闭按钮 操作指示灯 音量调节钮 耳机插孔 电源接口 音源插座 IDE 数据线接口 Master，Slave 设置跳线 图图 2.5.6 磁磁盘盘上上的的磁磁道道与与CDROM上上的的光光道道 CDROM光道 磁盘磁道 计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 光盘驱动器光盘驱动器光盘驱动器：由主轴驱动机构、定位机构、光头安装及有关控制、光盘驱动器：由主轴驱动机构、定位机构、光头安装及有关控制、驱动电路组成驱动电路组成光盘

25、安装在主轴驱动机构的主轴上，由主轴电机直接驱动不断旋转；光盘安装在主轴驱动机构的主轴上，由主轴电机直接驱动不断旋转；光头安装在直流电机驱动的长行程走位机构上，可以对光盘存储介光头安装在直流电机驱动的长行程走位机构上，可以对光盘存储介质上的恣意光道进展存取质上的恣意光道进展存取; ;光头上有半导体激光器，它发出的激光经过一系列处置，最后聚焦光头上有半导体激光器，它发出的激光经过一系列处置，最后聚焦成成1m1m左右的微小光点，在盘片存储介质上进展信息读出。左右的微小光点，在盘片存储介质上进展信息读出。 图 3.8.2 CD-ROM 驱动器基本结构 光头装置 定位机构 光头驱动 光头驱动 数字信号处

26、理 读出信号 主轴电机 CD-ROM 盘片 计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 光驱技术光驱技术 光驱的根本技术比光盘本身要复杂的多，不同的光驱有不同的读光驱的根本技术比光盘本身要复杂的多，不同的光驱有不同的读取方式和纠错才干。光驱普通有三种读取方式：恒定线速度、恒取方式和纠错才干。光驱普通有三种读取方式：恒定线速度、恒定角速度和部分恒定角速度。定角速度和部分恒定角速度。1 1恒定线速度恒定线速度这种类型光驱的特点是读取光盘内圈时加快转速，可以保这种类型光驱的特点是读取光盘内圈时加快转速，可以保证在读取盘片内外

27、圈时有大致一样的传输速度。证在读取盘片内外圈时有大致一样的传输速度。2 2恒定角速度恒定角速度这种方式被大多数光驱采用，其原理是这种方式被大多数光驱采用，其原理是: :无论激光头读取光无论激光头读取光盘片外圈还是内圈时，马达都以一样的速度旋转。光盘内圈的周盘片外圈还是内圈时，马达都以一样的速度旋转。光盘内圈的周长无论任何时候也会小于外圈，而光盘上存取数据区域的密度是长无论任何时候也会小于外圈，而光盘上存取数据区域的密度是恒定的，更长的周长意味着更多的数据。也就是说恒定的，更长的周长意味着更多的数据。也就是说“恒定角速度恒定角速度技术的技术的CDROMCDROM驱动器在读取盘片外圈和内圈时的传输率不一样，驱动器在读取盘片外圈和内圈时的传输率不一样，这样的光驱只需在读光盘外圈时才根本到达其