w5存儲器PPT課件

1、2021-8-15w5存儲器存儲器1 第第5章章 存儲器存儲器 一、概述一、概述 二、典型芯片舉例二、典型芯片舉例 三、主存儲器設計三、主存儲器設計 作業(yè)作業(yè) 2021-8-15w5存儲器存儲器2 一、概述一、概述 存儲器是計算機的重要組成部分，用來存放計算存儲器是計算機的重要組成部分，用來存放計算 機系統(tǒng)工作時所用的信息機系統(tǒng)工作時所用的信息 程序和數(shù)據(jù)。程序和數(shù)據(jù)。 1、 內(nèi)存和外存內(nèi)存和外存 2、 存儲器的分類存儲器的分類 3、 存儲器的性能指標存儲器的性能指標 4、 存儲器的基本結構存儲器的基本結構 2021-8-15w5存儲器存儲器3 1、內(nèi)存和外存、內(nèi)存和外存 （1）內(nèi)存內(nèi)存(或主

2、存），用于存放當前正在使用的程序和或主存），用于存放當前正在使用的程序和 數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)，CPU可以對它直接訪問，存取速度快，但容量較小。可以對它直接訪問，存取速度快，但容量較小。 （2）外存外存（或輔存），用于存放一些（或輔存），用于存放一些CPU暫時不處理的暫時不處理的 程序和數(shù)據(jù)。當程序和數(shù)據(jù)。當CPU么處理這些信息時，必須先將其調(diào)入內(nèi)么處理這些信息時，必須先將其調(diào)入內(nèi) 存。存。 外存外存包括軟盤，硬盤，光盤等等。包括軟盤，硬盤，光盤等等。 外存外存容量大，相對內(nèi)存來說，存取速度較慢。容量大，相對內(nèi)存來說，存取速度較慢。 微 處 理 器 CPU 存儲器I/O接口I/O設備 數(shù)據(jù)總線 控制總線

3、 地址總線 2021-8-15w5存儲器存儲器4 2、存儲器的分類、存儲器的分類(應用應用) (1)只讀存儲器只讀存儲器ROM (2)隨機存取存儲器隨機存取存儲器RAM 2021-8-15w5存儲器存儲器5 (1)只讀存儲器只讀存儲器ROM 只讀存儲器只讀存儲器(Read Only Memory ROM) 用戶在使用時只能讀出其中信息，不能修改或?qū)懭胄掠脩粼谑褂脮r只能讀出其中信息，不能修改或?qū)懭胄?的信息，斷電后，其信息不會消失。的信息，斷電后，其信息不會消失。 存儲單元中的信息由存儲單元中的信息由ROM制造廠在生產(chǎn)時一制造廠在生產(chǎn)時一 次性寫入，稱為次性寫入，稱為掩膜掩膜ROM（Masked

4、 ROM）；）； PROM(Programmable ROM 可編程可編程ROM) PROM中的程序和數(shù)據(jù)是由用戶自行寫入的，中的程序和數(shù)據(jù)是由用戶自行寫入的， 但一經(jīng)寫入，就無法更改，是一次性的但一經(jīng)寫入，就無法更改，是一次性的ROM； 2021-8-15w5存儲器存儲器6 (1)只讀存儲器只讀存儲器ROM EPROM(Eraseble Programmable ROM 可可 擦除可編程擦除可編程ROM) 可由用戶自行寫入程序和數(shù)可由用戶自行寫入程序和數(shù) 據(jù)，寫入后的內(nèi)容可用紫外線燈照射擦除，然后可以據(jù)，寫入后的內(nèi)容可用紫外線燈照射擦除，然后可以 重新寫入新的內(nèi)容，可以多次擦除，多次使用。重

5、新寫入新的內(nèi)容，可以多次擦除，多次使用。 E2PROM(Electrically Eraseble Programmable ROM 電可擦除可編程電可擦除可編程ROM) 可用電信號進可用電信號進 行清除和改寫的存儲器，使用方便。行清除和改寫的存儲器，使用方便。 2021-8-15w5存儲器存儲器7 (2)隨機存取存儲器隨機存取存儲器RAM 隨機存取存儲器隨機存取存儲器(Random Access Memory) RAM的特點是存儲器中的信息能讀能寫，且對存儲的特點是存儲器中的信息能讀能寫，且對存儲 器中任一單元的讀或?qū)懖僮魉枰臅r間基本是一樣器中任一單元的讀或?qū)懖僮魉枰臅r間基本是一樣

6、的。斷電后，的。斷電后，RAM中的信息即消失。中的信息即消失。 分為兩類：分為兩類： SRAM (Static RAM 靜態(tài)靜態(tài)RAM) SRAM 是利用半導體觸發(fā)器的兩個穩(wěn)定狀態(tài)表示是利用半導體觸發(fā)器的兩個穩(wěn)定狀態(tài)表示“1”和和 “0”。只要電源不撤除，信息不會消失，不需要刷。只要電源不撤除，信息不會消失，不需要刷 新電路。新電路。 2021-8-15w5存儲器存儲器8 (2)隨機存取存儲器隨機存取存儲器RAM DRAM (Dynamic RAM 動態(tài)動態(tài)RAM) DRAM是利用電容端電壓的高低來表示是利用電容端電壓的高低來表示“1”和和“0”， 為了彌補漏電需要定時刷新。一般微機系統(tǒng)中的內(nèi)

7、存為了彌補漏電需要定時刷新。一般微機系統(tǒng)中的內(nèi)存 采用采用DRAM，配有刷新電路，每隔配有刷新電路，每隔12ms刷新一次。刷新一次。 2021-8-15w5存儲器存儲器9 3、存儲器的性能指標、存儲器的性能指標 (1)存儲容量存儲容量 (2)存儲速度存儲速度 (3)可靠性可靠性 2021-8-15w5存儲器存儲器10 (1)存儲容量存儲容量 存儲容量存儲容量 是指是指 一塊存儲芯片上所一塊存儲芯片上所 能存儲的二進制位能存儲的二進制位 數(shù)。數(shù)。 假設存儲芯片的假設存儲芯片的 存儲單元數(shù)是存儲單元數(shù)是M， 一個存儲單元所存一個存儲單元所存 儲的信息的位數(shù)是儲的信息的位數(shù)是N， 則其存儲容量為則其

8、存儲容量為 MN。 1位1位 1個存儲單元1個存儲單元 設N設N8位8位即即 一個字節(jié)）一個字節(jié)） 存儲芯片中的存儲體存儲芯片中的存儲體 共有M個共有M個 存儲單元存儲單元 可編址可編址 單元單元 D7 D1D0 例題例題 2021-8-15w5存儲器存儲器11 例題例題 1、已知單片、已知單片6116芯片的地址線是芯片的地址線是11位，位， 每個存儲每個存儲 單元是單元是8位，求其存儲容量位，求其存儲容量? 解解: 因為可編址范圍因為可編址范圍211 ，即，即M 211 ， 每個存儲單元可存 每個存儲單元可存8位，即位，即N 8， 所以，所以， 6116的存儲容量的存儲容量 = 2118 =

9、 210248 = 2K8 2KB 2021-8-15w5存儲器存儲器12 例題例題 2、若要組成、若要組成64K字節(jié)的存儲器，以下芯片各需幾片字節(jié)的存儲器，以下芯片各需幾片? 6116(2K8) 4416(16K4) 解解: (64K8) ( 2K8)=32(片片) (64K8) ( 16K4)= 8 (片片) 2021-8-15w5存儲器存儲器13 區(qū)別：芯片的存儲容量和微機的存儲容量區(qū)別：芯片的存儲容量和微機的存儲容量 微機的存儲容量微機的存儲容量 由多片存儲芯片組成的由多片存儲芯片組成的 總存儲容量?？偞鎯θ萘?。 微機的最大內(nèi)存容量微機的最大內(nèi)存容量 由由CPU的地址總的地址總 線決定

10、。線決定。 如：如：PC486，地址總線是地址總線是32位，位， 則，內(nèi)存容許最大容量是則，內(nèi)存容許最大容量是232=4G； 實際的裝機容量實際的裝機容量 由實際使用的若干片由實際使用的若干片 存儲芯片組成的總存儲容量。存儲芯片組成的總存儲容量。 2021-8-15w5存儲器存儲器14 (2)存儲速度存儲速度 存儲器的存取速度是影響計算機運算速度的主存儲器的存取速度是影響計算機運算速度的主 要因素，用兩個參數(shù)來衡量：要因素，用兩個參數(shù)來衡量： 存取時間存取時間TA （Access Time） 定義為啟定義為啟 動一次存儲器操作（讀或?qū)懀?，到完成該操作所?jīng)動一次存儲器操作（讀或?qū)懀酵瓿稍摬僮?/p>

11、所經(jīng) 歷的時間。歷的時間。 存儲周期存儲周期TMC（Memory Cycle） 定義啟定義啟 動兩次讀（或?qū)懀┐鎯ζ鞑僮髦g所需的最小時間動兩次讀（或?qū)懀┐鎯ζ鞑僮髦g所需的最小時間 間隔。間隔。 2021-8-15w5存儲器存儲器15 (3)(3)可靠性可靠性 存儲器的可靠性用存儲器的可靠性用MTBF來衡量。來衡量。 MTBF即即Mean Time Between Failures 平平 均故障間隔時間，均故障間隔時間，MBTF越長，表示可靠性越高。越長，表示可靠性越高。 2021-8-15w5存儲器存儲器16 4、存儲器的基本結構、存儲器的基本結構 連 數(shù) 據(jù) 總 線 地 址 寄 存 器

12、地 址 譯 碼 器 存儲體 數(shù) 據(jù) 緩 沖 器 讀 / 寫 驅(qū) 動 電 路 讀/寫控制電路 連 地 址 總 線 RD/WECS 連控制總線 1、存儲體存儲體 由多個基本存由多個基本存 儲單元組成，容量即為儲單元組成，容量即為 MN； 2、地址寄存器地址寄存器（地址鎖存（地址鎖存 器）器） 鎖存鎖存CPU送來的地址送來的地址 信號；信號； 3、地址譯碼器地址譯碼器 對地址信對地址信 號進行譯碼，選擇存儲體中號進行譯碼，選擇存儲體中 要訪問的存儲單元；要訪問的存儲單元； 4、讀讀/寫驅(qū)動電路寫驅(qū)動電路 包括讀包括讀 出放大和寫入電路；出放大和寫入電路； 5、數(shù)據(jù)緩沖器數(shù)據(jù)緩沖器 芯片數(shù)據(jù)芯片數(shù)據(jù)

13、信號經(jīng)雙向三態(tài)門掛在數(shù)據(jù)信號經(jīng)雙向三態(tài)門掛在數(shù)據(jù) 總線上，未選中該片，呈高總線上，未選中該片，呈高 阻狀態(tài)；阻狀態(tài)； 6、讀讀/寫控制電路寫控制電路 接受來自接受來自 CPU的片選信號、讀的片選信號、讀/寫信寫信 號。（對號。（對ROM只讀；對只讀；對 DRAM刷新信號）刷新信號） 2021-8-15w5存儲器存儲器17 “讀讀”操作工作過程操作工作過程 （1）送地址送地址 CPU通通 過地址總線將地址送入過地址總線將地址送入 地址寄存器，并譯碼；地址寄存器，并譯碼； （2）發(fā)出發(fā)出“讀讀”命令命令 CPU通過控制總線將通過控制總線將 “存儲器讀存儲器讀”信號送入信號送入 讀讀/寫控制電路；寫

14、控制電路； 連 數(shù) 據(jù) 總 線 地 址 寄 存 器 地 址 譯 碼 器 存儲體 數(shù) 據(jù) 緩 沖 器 讀 / 寫 驅(qū) 動 電 路 讀/寫控制電路 連 地 址 總 線 RD/WECS 連控制總線 （3）從存儲器讀出數(shù)據(jù)從存儲器讀出數(shù)據(jù) 讀讀/寫控制電路根據(jù)寫控制電路根據(jù) “讀讀” 信號和片選信號選中存儲體中的某一存儲單元，從信號和片選信號選中存儲體中的某一存儲單元，從 該單元讀出數(shù)據(jù)，送到數(shù)據(jù)緩存器。再經(jīng)過數(shù)據(jù)總該單元讀出數(shù)據(jù)，送到數(shù)據(jù)緩存器。再經(jīng)過數(shù)據(jù)總 線送到線送到CPU。 2021-8-15w5存儲器存儲器18 “寫寫”操作工作過程操作工作過程 （1）送地址送地址 CPU通過通過 地址總線將

15、地址送入地址地址總線將地址送入地址 寄存器，并譯碼；寄存器，并譯碼； （2）發(fā)出發(fā)出“寫寫”命令命令 CPU通過控制總線將通過控制總線將“寫寫” 信號送入讀信號送入讀/寫控制電路；寫控制電路； 連 數(shù) 據(jù) 總 線 地 址 寄 存 器 地 址 譯 碼 器 存儲體 數(shù) 據(jù) 緩 沖 器 讀 / 寫 驅(qū) 動 電 路 讀/寫控制電路 連 地 址 總 線 RD/WECS 連控制總線 （3）寫入數(shù)據(jù)到存儲器寫入數(shù)據(jù)到存儲器 讀讀/寫控制電路根據(jù)寫控制電路根據(jù) “寫寫” 信號和片選信號選中存儲體中的某一存儲單元，將數(shù)信號和片選信號選中存儲體中的某一存儲單元，將數(shù) 據(jù)總線上的數(shù)據(jù)，送到數(shù)據(jù)緩存器，再寫入到選中的

16、據(jù)總線上的數(shù)據(jù)，送到數(shù)據(jù)緩存器，再寫入到選中的 存儲單元。存儲單元。 2021-8-15w5存儲器存儲器19 二、典型芯片舉例二、典型芯片舉例 1、SRAM芯片芯片HM 6116(簡稱簡稱6116） 靜態(tài)靜態(tài) 隨機存取存儲器，隨機存取存儲器，11條地址線，條地址線，8位數(shù)據(jù)線，位數(shù)據(jù)線，3條控條控 制線，兩條電源線，單片存儲容量制線，兩條電源線，單片存儲容量2K8 。 6116 A0A10 +5V GND CS I/O0I/O7 WE OE CS 片 選 信 號 OE 輸 出 允 許 信 號 WE 寫 允 許 信 號 方 式 I/O 引 腳 H 未 選 中 高 阻 L L H 讀 出 DO U

17、 T L L 寫 入 DI N 常用的常用的SRAM還有還有6232，6264、62256，適用于，適用于 較小系統(tǒng)。較小系統(tǒng)。 2021-8-15w5存儲器存儲器20 二、典型芯片舉例二、典型芯片舉例 2、DRAM芯片芯片Intel 2164A 動態(tài)隨機存取存動態(tài)隨機存取存 儲器，儲器，8條地址線，條地址線，2位數(shù)據(jù)線位數(shù)據(jù)線(輸出和輸入）輸出和輸入），3條條 控制線，兩條電源線，單片存儲容量控制線，兩條電源線，單片存儲容量64K1 。 地址線采用分時復用，由地址線采用分時復用，由CAS（列選通）和列選通）和 RAS（行選通），從而實現(xiàn)行選通），從而實現(xiàn)16位地址線，位地址線，M216 64

18、K。 2164 A0A7 GND Din Dout Vcc CAS RAS WE 2021-8-15w5存儲器存儲器21 三、主存儲器設計三、主存儲器設計 1、芯片選擇、芯片選擇 2、存儲器芯片的基本地址、存儲器芯片的基本地址 3、 存儲器芯片的容量擴充存儲器芯片的容量擴充 4、存儲器芯片與、存儲器芯片與CPU連接連接 2021-8-15w5存儲器存儲器22 1、芯片選擇、芯片選擇 SRAM與與CPU連接，不需要外圍電路，連接連接，不需要外圍電路，連接 簡單，用于小型控制系統(tǒng)。簡單，用于小型控制系統(tǒng)。 DRAM常用于大型系統(tǒng)，因為需要刷新電路，常用于大型系統(tǒng)，因為需要刷新電路， 比如比如PC機

19、的內(nèi)存條。機的內(nèi)存條。 ROM通常用于存放固定的系統(tǒng)程序。通常用于存放固定的系統(tǒng)程序。 2021-8-15w5存儲器存儲器23 2、存儲器芯片的基本地址、存儲器芯片的基本地址 6116的基本地址：的基本地址：000H7FFH 6116 A0A10 +5V GND CS I/O0I/O7 WE OE 000 0000 0000 000 0000 0001 111 1111 1111 D7 D1D0 2021-8-15w5存儲器存儲器24 2、存儲器芯片的基本地址、存儲器芯片的基本地址 6264的基本地址的基本地址:0000H1FFFH 6264 A0A12 +5V GND CS I/O0I/O7

20、 WE OE 0 0000 0000 0000 0 0000 0000 0001 1 1111 1111 1111 D7 D1D0 2021-8-15w5存儲器存儲器25 2、存儲器芯片的基本地址、存儲器芯片的基本地址 2114的基本地址是的基本地址是000H3FFH 2114 A0A9I/O1I/O4 +5V WE GND CS 00 0000 0000 00 0000 0001 11 1111 1111 D3 D2 D1D0 2021-8-15w5存儲器存儲器26 2、存儲器芯片的基本地址、存儲器芯片的基本地址 EPROM 27218基本地址是基本地址是0000H3FFFH 27218 A

21、0A13 +5V GND CS I/O0I/O7 OE 00 0000 0000 0000 00 0000 0000 0001 11 1111 1111 1111 D7 D1D0 2021-8-15w5存儲器存儲器27 3、存儲器芯片的容量擴充、存儲器芯片的容量擴充 對對1#來說其地址范圍來說其地址范圍 00 0000 0000 0000 00 0111 1111 1111 （即（即0000H07FFH） 6116 (1#) +5V GND CS I/O0I/O7 WE OE 6116 (2#) A0A10 AB的低11位 +5V GND CS I/O0I/O7 WE OE DB 譯 碼 器

22、AB A0A10 AB的低11位 A11 A12A13 Y0 Y1 (ABC) 用用兩片兩片6116芯片芯片（ 2K 8）即可擴展成即可擴展成4K 8 位，這種擴展方式就稱為位，這種擴展方式就稱為字擴展字擴展。 對對2#來說其地址范圍來說其地址范圍 00 1000 0000 000000 1111 1111 1111 （即（即0800H0FFFH) 譯碼和譯碼器譯碼和譯碼器 2021-8-15w5存儲器存儲器28 3、存儲器芯片的容量擴充、存儲器芯片的容量擴充 顯然，我們可以用顯然，我們可以用2片片 2114組成組成1K8位的存儲器，位的存儲器， 這種擴展方式稱為這種擴展方式稱為位擴展位擴展。

23、 2114 A0A9 AB的低10位 I/O1I/O4 接DB高4位 +5V WE GND CS 2114 I/O1I/O4 接DB低4位 +5V WE GND CS AB CB DB CS A0A9 AB的低10位 對對2114來說，存儲容量是來說，存儲容量是1K4位，而正常數(shù)據(jù)位，而正常數(shù)據(jù) 都以字節(jié)作為存儲單元，顯然需要進行擴展。都以字節(jié)作為存儲單元，顯然需要進行擴展。 N= (1K8位位)( 1K4位位)= 2 2021-8-15w5存儲器存儲器29 譯碼和譯碼器譯碼和譯碼器 全部全部CPU高位地址參與譯碼，稱之為高位地址參與譯碼，稱之為全譯碼全譯碼。全。全 譯碼方式能保證每個存儲單元

24、地址唯一。譯碼方式能保證每個存儲單元地址唯一。 若只選擇若只選擇CPU一部分高位地址參與譯碼，這稱為一部分高位地址參與譯碼，這稱為 部分譯瑪部分譯瑪。每個存儲單元會有多個地址對應，。每個存儲單元會有多個地址對應， 地址譯碼可以選擇專用芯片，在微機系統(tǒng)中常用地址譯碼可以選擇專用芯片，在微機系統(tǒng)中常用 的有的有74LS138（稱稱3-8譯碼器）。譯碼器）。 真值表真值表 2021-8-15w5存儲器存儲器30 74LS138真值表真值表 74LS138 C B AY0Y7 +5V G2B GND G2A G1 G1G2AG2BCBA輸 出輸 出 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 1

25、0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0，其余全部為1 0，其余全部為1 0，其余全部為1 0，其余全部為1 0，其余全部為1 0，其余全部為1 0，其余全部為1 0，其余全部為1 2021-8-15w5存儲器存儲器31 4、存儲器芯片與、存儲器芯片與CPU連接連接 1、地址總線地址總線 低位直接相連，低位直接相連， 高位通過譯碼器相連。高位通過譯碼器相連。 地址線的連接方式確定了芯片的地址。地址線的連接方式確定了芯片的地址。 2、數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總

26、線 8位芯片的數(shù)據(jù)線可以直接與位芯片的數(shù)據(jù)線可以直接與8088CPU 的相連，的相連， 與與8086CPU連接，要分成兩個存儲體；低連接，要分成兩個存儲體；低 于于8位的要進行位擴充后再與位的要進行位擴充后再與CPU相連。相連。 例題例題 3、控制信號 系統(tǒng)總線中與存儲器有關的控制信號有系統(tǒng)總線中與存儲器有關的控制信號有 IO/M， RD， WR(針對針對8088) 。 2021-8-15w5存儲器存儲器32 例題例題 所以所以27128地址范圍：地址范圍： 0010 0000 0000 0000 0000 0010 0011 1111 1111 1111 即即20000H23FFFH A12

27、A0 CE2 CE1 1#6264 WE OE D7D0 G1 Y0 G2A G2B C Y4 B A A17 IO/M A19 A18 A16 A15 A14 A12A0 CE2 CE1 2#6264 WE OE D7D0 A13A0 CE 27128 OE D7D0 VccVcc A13 1 1 A13A0 D7D0 WR RD 74LS138 11 1、如圖是某一、如圖是某一8088系統(tǒng)的存儲器連接圖，試確定其中各芯系統(tǒng)的存儲器連接圖，試確定其中各芯 片的地址空間。片的地址空間。 解解： （1）27128是是ROM ，沒有沒有WR，Y0 0選中該片；選中該片； 該片該片14條地址線，其基本地址條地址線，其基本地址00 0000 0000 0000 11 1111 1111 1111； 高高6位：位： A19A18 00； A17 1； A16A15 A14000； 2021-8-15w5存儲器存儲器33 例題例題 0011 0000 0000 0000 0000 0011 000