微机原理第5章存储系统2010

1、*用人的，给人用微机组成：CPU、MEM、I/O，SW(a) 硬件(b)微机的基本结构教学安排：微机原理（1）： CPU，SW1（编程方法）微机原理（2）： MEM、I/O，SW2（接口编程）*参考：微机原理与接术实用，等，2008.5解剖机型： el 8086（简单易学、五脏俱全）第 5 章系统5.1器概述器(Memory)：用于信息。（信息：程序、数据等）*层次结构：CPU Reg 内外 Cache 主存 DRAM 辅存(磁盘、光盘等）一、器分类1、内存：速度快，容量小，CPU 可直接。 如：RAM、ROM 等。2、外存：速度慢，容量大，CPU 通过 I/O 接口才能。 如：磁盘、光盘等。

2、（* 外存通常归入外设，要调入内存或通过 I/O 接口 CPU 才可使用。）二、半导体器的分类1、RAM（Random Acs Memory, 随机读写器）：易失、临时存放信息。双极型（TTL）：速度快、集成度低、功耗大、价格高。（用于 Cache。）MOS 型：速度慢、集成度高、功耗小、价格低。（用于 SRAM、DRAM。）静态 RAM（SRAM）：速度较快、不需刷新、集成度低、功耗大。动态 RAM（DRAM）：速度较慢、需要刷新、集成度高、功耗小。2、ROM（Read Only Memory，只读器）：非易失、存放固定信息。掩膜 ROM：信息固定，不可改变。可编程 ROM：一旦编程后，信息

3、便固定。（即 PROM）可擦除可编程 ROM：可多次擦除和编程。（如 EPROM、E2PROM 等）* 也可分类如下：1、RAM （掉电丢失，可读/可写）静态 RAM（触发寄存，动态 RAM（电容寄存，快，功耗大、集成度/容量小，用作 Cache）慢，功耗小、集成度/容量大，用作内存）2、ROM （掉电不失，用时只读）掩膜 ROM（一次定型，出厂后只能读不能写） PROM（用户一次写入，只能读不能改写） EPROM（紫外线可擦除，可读可重新编程写入） E2PROM（高电压可擦除，可读可重新编程写入）Flash ROM（高电压可擦除，以固定区块删除，可读可重新编程写入）三、器的一般结构1、体矩阵

4、结构：位结构，如 4K1； 字结构，如 2K8 。 （即单元数位数）2、译码电路单译：全部地址一起译码，一址 双译：全部地址分两组译码，需译，需译多，2n 个。少，2n1+2n2 个。如 210 25+253、读写电路包括控制电路、放大电路。另外还有：地址寄存、数据寄存、逻辑控制等部分。(a) 整体结构(b) 单元读写半导体MEM 的基本结构四、器的主要指标1 Byte 8 bit容量：单元数位数 （如：8K88KB，1K2101024）1、2、存取时间：读出时间、写入时间（一般几十几百 ns）。 （速度）3、其他指标：可靠性、功耗、工作温度、性价比等。5.2半导体器的结构器 RAM一、随机读

5、写1、静态 RAM（即 Sic RAM，或 SRAM）基本单元静态 RAM 6 管电路原理：用“触发器”存放信息。 （两管互锁）特点：工作稳定、不需刷新，但集成度低、功耗大。一般结构静态 RAM 基本结构示意图3232、el 6116 2K8 等SRAM 的结构参看书上。静态 RAM 典型SRAM：6116（2K8）、6264（8K8）、62128（16K8）等。el 6116 引脚el 6264 引脚 (CS2 掉电保护)2、动态 RAM（即 Dynamic RAM，或 DRAM）基本单元动态 RAM 单管电路原理：用“电容电荷”表示信息。特点：速度慢、需刷新，但集成度高、功耗小。结构特点采

6、用：位结构；行址列址分时输入；定时刷新。（便于刷新、减少引脚）刷新周期T TnLR 2ms，逐行刷新（刷新期间数据线，不可读写）。动态 RAM举例DRAM：el 2118（16K1）、2164（64K1）等。el 2118 引脚el 2164 引脚* 现代 RAM： EDO DRAM，SDRAM，DDR SDRAM，RDRAM 等。（速度更快）二、只读器 ROM1、掩模 ROM掩模 ROM 结构示意图 （44）原理：用“管子有无”表示信息。特点：一旦出厂，固定不变。 （用户不能更改）2、可编程 ROM（即 PROM）熔丝式PROM 单管电路原理：用“熔丝通断”表示信息。特点：一旦编程后，不能再

7、恢复。 （即：一次编程，不可改写）编程：位线接高，熔丝连通，写入 1；位线接低，熔丝烧断，写入 0。读出：熔丝未断，位线读 1；熔丝已断，位线读 0。3、可擦除 PROM（即 EPROM、E2PROM、FLASH 等）EPROM：可擦除可编程器（用紫外光整片擦除）。基本单元FAMOS 管结构电路（浮栅雪崩注入 MOS 晶体管）浮栅 MOS 管EPROM原理：用“浮栅电荷”表示信息。特点：可擦除，可重新编程。编程：加高电压注入电荷，擦除：用紫外光照使电荷逃逸。EPROM举例EPROM：el 2716（2K8）、2732（4K8）、2764（8K8）等。el 2732A 引脚el 2764A 引脚

8、* E2PROM：电可擦除可编程器 （可随机擦除）。（略）* FLASH：闪速器，或“闪存” （电擦除，高集成度）。（略）5.3器的连接(或：内存接术)一、驱动、时序及空间扩充1、总线驱动小系统：可直接连接（可带 1 个 TTL）。大系统：需加驱动器（如 8282、8286 等）2、时序配合CPU-MEM：当A，Tctc 时，速度才可跟上。（参看 CPU 和 2764A 读时序）否则，需要等待周期 Tw(采样 Ready0 后)。el 2764A 读时序3、地址分配根据系统要求，合理安排 ROM、RAM 的地址范围。（分：系统区、用户区）4、扩充 （或空间扩充）位数扩充 (亦称位扩充)：位数不

9、够，可用多片并联（Di 分别连接）。如：el 2114（1K4）2 片1K8位扩充示意图单元扩充 (亦称字扩充)：单元不够，可用多片串联（分别连接）。如：el 2732（4K8）4 片16K8字扩充示意图字位扩充 (亦称双向扩充)：单元、位数均不够，可双向扩充。（方法：几片拼够位数，几组拼够单元。）如：el 2114（1K4）8 片4K8片数 总容量/片容量。（如：4K8/1K4 8 片）二、总线的连接CPU 与MEM 连接的一般方法1、地址线 的连接总地址 片外地址 + 片内地址（CS：Chip Select,，CE：Chip Enable）片外地址（A）：经译用于选定片选信号。即：。，确定

10、的起始地址，起定位作用。片内地址（A 低位）：直接连接，由片内译码。用于选定片内单元。*由线路图反推地址范围：A， 片内A 低位 。地址译码方法：全址译码法方法：全部外址都参与译码，即：特点：电路复杂，地址惟一（不。）。 （地址空间到充分利用）如：A19A130010100，用与门译码；A19A131011010，用 74LS138 译码。全址译码法：采用门电路译码全址译码法：采用 74LS138 译码地址范围：A19 A13 0 0 1 0 1 0 01 0 1 1 0 1 0，A12 A0 x x地址范围（最小最大）1#2#x x28000H 290B4000H0B5H H常用译：74LS

11、138（亦称 3:8 译）的逻辑关系（包括：3 个使能端、3 个编码端，8 个输出端）( E3输入端：G111A2 C 00A1 A0)、00B 00A 01输出端：0011111 11 11 11 11 11 110010110110111G1 1 0 0 时， 1 11111 1 1(全无效)其中，A B C 称编码端，G1(或E3) 称允许端（或使能端）。部分译码法方法：部分外址参与译码，即：特点：电路简化，地址有。而造成地址空间浪费）（因如：A19 A18A14 A13 A12 0 10 0 00 10 1 0，用 74LS138 译码。部分译码法连接一例区，占用 23 区实用 1 区

12、）地址范围：（有A19 A18（取 000）A17 A16 A15A14 A13 A12A11A0地址范围（之一）0#1#2#000111x x xx x xx x x000001010 x x xx x x40000H4041000H4142000H42H H H000111238 个000 1111 1111 1111001 1111 1111 1111010 1111 1111 1111* 实际上，各的地址范围如下（各有区）：0#:：1#:：2#:：010101000 0000 0000 0000001 0000 0000 0000010 0000 0000 0000 01 01 01线

13、选法方法：只用一位外址作为片选码，即：。特点：电路最简单，最厉害。 （地址空间浪费最大）如：用A13 A14 A15 分别选通 1#、2#、3#。线选法译码一例地址范围：（有区，占用 27 区实用 3 区）A19A16，A15 A14 A13，A12A0可用地址范围 XC000HXD XA000HXBX 6000HX71#2#3#x x x110101011x x xx x xH H H2、数据线、控制线的连接数据线的连接： （MEM 的每个字节为 8 位。）、对应 8 位 CPU 的系统：CPU 的 D7D0 与的 8 位数据线直接相连即可。、对应 16 位 CPU 的系统：器被分为“奇体”

14、和“偶体”两个部分。其中，“奇体”存放高 8 位，“偶体”存放低 8 位。因此，CPU 的 D15D8 应与“奇体”的 8 位数据线相连，而D7D0 应与“偶体”的 8 位数据线相连。当A00 时，由 A0 控制低 8 位（偶体）；当0 时，由16 位（一个字）。控制高 8 位（奇体）。A0 和同为 0 时，+ 偶体 8 位即：16 位数据 奇体 8 位CPU 读/写“规则字”（又称“对准字” ，即偶地址开始的字/16 位），只需一个总线周期，而读/写“非规则字”（又称“未对准字” ，即奇地址开始的字/16 位），需要两个总线周期。*参看（下图）：8086器的奇偶分体结构图1MB 奇地址体(5

15、12KB) + 偶地址体(512KB)控制线的连接：有的可直接连接、有的参与译码、有的参与控制，通常如下：直接连接：参与译码：，等参与控制：ALEDT/RReady用于地址锁存，控制数据收发器，、Tw 。用于5.4系统的构建解题步骤：1. 总空间、首地址2.数、内外址3 外址译码、内址连接，其他连接如：要求由 2732（4K8）组成 16KB EPROM，起始地址 F8000H；由 6116（2K8）组成 8KB SRAM，起始地址 FC000H。试确定所需片数及各片外址。、ROM：16KB片数：需 2732 共（16KB/4K8）4 片，内址：（4K212）12 位；外址：20-128 位。

16、 （4K22210 212） 首址：F8000H 1111 1000 , 0000 0000 0000 (外 8 位，内 12 位)、RAM:：8KB片数：需 6116 共（8KB/2K8）4 片内址：（2K211）11 位；外址：20-119 位。首址：FC000H 1111 1100 0,000 0000 0000(外 9 位，内 11 位)因前 5 位相同，两组可合用一片 74LS138 将外址前 8 位译码（9 位的再组合）。一、8 位 CPU系统的构建例 1、要求：由 2732（4K8）组成 16KB EPROM，起始地址为 F8000H；由 6116（2K8）组成 8KB SRAM

17、，起始地址 FC000H。请画出连接图并写出各的地址范围。连接简图如下：（外址推算：过程如上。连接：外址译码、内址连接、数据连接、控制连接）8 位微机的器子系统例一 （）各片地址范围如下（可由连接图推出）：（全址译码，地址空间无*）A19 A18 A17 A16A15 A14 A13 A12A11A10A0地址范围1#2#5#6#1111111111000001x xx xx x0F8000H0F80F9000H0F9H H，111111111111000001x xx x0FC000H0FC7FFH，0FC800H0FCH例 2、要求：由 2732（4K8）组成 8KB EPROM，起始地址

18、 04000H；由 6116（2K8）组成 4KB SRAM，起始地址 06000H。请画出连接图。解：、ROM：8KB片数：需 2732 共（8KB/4K8）2 片，内址：（4K212）12 位外址：（2012）8 位，共 2 个。(首址 04000H0000 0100 0000 0000 0000 B)“一端”带两片的应用截前 8 位 依次取两个如下：0000 01000000 0101一片 8KB 相当于两片 4KB。因此，两个 8 位外址也可由 4 个 9 位外址组合而成（以便与 RAM 合用 9 位译，其中末位既参与外址译码也参与内址译码），即：0000000000000000010

19、00100010101010101、RAM：4KB片数：需 6116 共（4KB/2K8）2 片，内址：（2K211）11 位外址：（2011）9 位，共 2 个。(首址 06000H0000 0110 0000 0000 0000 B)截前 9 位 依次取两个如下：0000 0110 00000 0110 1因ROM 外址与 RAM 外址的前 6 位完全相同，所以可以合用一片 74LS138 译码（后面 3 位分别取 Y0Y5）。线路连接图如下：8 位器系统例二（）* 说明：采用“一端带两片”或“两端带一片”的连接方法，通常是为了合用一个译（比如合用 74LS138）。二、16 位 CPU系

20、统的构建例 3、8086 微机系统：由el 6116组成 16KB SRAM，起始地址 x0000H；由el 2732 组成 32KB EPROM，首址为 F8000H。请连接并写出各片的地址范围。（*注：采用奇偶分体结构，0 时奇体、即高 8 位；A00 时偶体、即低 8 位。）“两端”带一片的应用连接简图如下：（过程略）8086 微机系统的器子系统*注意：两片配对，形成奇偶体、共 16 位。奇体由选通，偶体由A0 选通。译码。ROM：奇偶控 ，只要一路译码。RAM：奇偶控 （因 、 都用），需奇偶总线上的A11A1、A0 为 CPU 引脚（4K）。而片上的 A10A0 为 MEM 内址（2K）。A11A1 用作 MEM 内址选单元，和 A0 用于MEM 外部选奇偶体。