第5章 微機(jī)計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用 主存儲器

1、第第5章章 主存儲器主存儲器51 半導(dǎo)體存儲器的分類半導(dǎo)體存儲器的分類1、按存儲介質(zhì)分：、按存儲介質(zhì)分： 半導(dǎo)體存儲器半導(dǎo)體存儲器集成電路芯片，用作內(nèi)存集成電路芯片，用作內(nèi)存 磁表面存儲器磁表面存儲器磁盤存儲器、磁帶存儲器，用作外存磁盤存儲器、磁帶存儲器，用作外存 光存儲器光存儲器光盤，用作外存光盤，用作外存2、按工作方式分：、按工作方式分： 只讀存儲器（只讀存儲器（ROM）斷電信息保存，用于保存參數(shù)、數(shù)斷電信息保存，用于保存參數(shù)、數(shù)據(jù)和系統(tǒng)程序據(jù)和系統(tǒng)程序 隨機(jī)存取存儲器（隨機(jī)存取存儲器（RAM）斷電信息即失，可隨機(jī)讀或?qū)憯嚯娦畔⒓词?，可隨機(jī)讀或?qū)?、按計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)分：、按計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)分

2、： 高速緩沖存儲器（高速緩沖存儲器（Cache）高速存取，與高速存取，與CPU匹配匹配 主存儲器（內(nèi)存）主存儲器（內(nèi)存）CPU直接訪問，速度快，容量小，分直接訪問，速度快，容量小，分為為RAM和和ROM 輔助存儲器（外存）輔助存儲器（外存）CPU不直接訪問，容量較大不直接訪問，容量較大 52半導(dǎo)體存儲器的性能指標(biāo)半導(dǎo)體存儲器的性能指標(biāo) 1容量容量存儲器可以容納的二進(jìn)制信息的位數(shù)存儲器可以容納的二進(jìn)制信息的位數(shù)表示為：表示為：存儲單元數(shù)存儲單元數(shù)位數(shù)位數(shù) 存儲單元數(shù)存儲單元數(shù)=2地址線數(shù)地址線數(shù) 位數(shù)位數(shù)=數(shù)據(jù)線數(shù)數(shù)據(jù)線數(shù) 2存取時(shí)間存取時(shí)間從存儲器接到讀（或?qū)懀┟畹酵瓿勺x（或從存儲器接到讀（

3、或?qū)懀┟畹酵瓿勺x（或?qū)懀┎僮魉璧臅r(shí)間，也稱為存儲器訪問寫）操作所需的時(shí)間，也稱為存儲器訪問時(shí)間（時(shí)間（TA）3 存儲周期存儲周期存儲器進(jìn)行兩次連續(xù)、獨(dú)立的操作之間所需的時(shí)存儲器進(jìn)行兩次連續(xù)、獨(dú)立的操作之間所需的時(shí)間（間（ TM ）。存儲器在存取數(shù)據(jù)后要進(jìn)行周期）。存儲器在存取數(shù)據(jù)后要進(jìn)行周期切換，所以存儲周期略大于存取時(shí)間。切換，所以存儲周期略大于存取時(shí)間。4 存儲器帶寬存儲器帶寬單位時(shí)間里存儲器所存取的信息量，是衡量數(shù)據(jù)單位時(shí)間里存儲器所存取的信息量，是衡量數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾笜?biāo)。傳輸?shù)闹匾笜?biāo)。單位：位單位：位/秒、字節(jié)秒、字節(jié)/秒秒53 存儲器接口設(shè)計(jì)存儲器接口設(shè)計(jì)531 存儲器地址分配

4、及譯碼器存儲器地址分配及譯碼器 1存儲器地址分配存儲器地址分配 在進(jìn)行存儲器與在進(jìn)行存儲器與CPU連接前，首先要確定內(nèi)連接前，首先要確定內(nèi)存容量的大小和選擇存儲器芯片的容量大小。存容量的大小和選擇存儲器芯片的容量大小。2存儲器地址譯碼器存儲器地址譯碼器 存儲器系統(tǒng)設(shè)計(jì)是將芯片與所確定的地址空存儲器系統(tǒng)設(shè)計(jì)是將芯片與所確定的地址空間聯(lián)系起來，即將芯片中的存儲單元與實(shí)際間聯(lián)系起來，即將芯片中的存儲單元與實(shí)際地址一一對應(yīng)，這樣才能通過尋址對存儲單地址一一對應(yīng)，這樣才能通過尋址對存儲單元進(jìn)行讀寫。元進(jìn)行讀寫。532 存儲器擴(kuò)展存儲器擴(kuò)展n數(shù)據(jù)線連接數(shù)據(jù)線連接芯片（組）的數(shù)據(jù)線直連數(shù)據(jù)總線芯片（組）的數(shù)

5、據(jù)線直連數(shù)據(jù)總線n控制線連接控制線連接芯片的讀芯片的讀/寫線連接到控制總線的訪寫線連接到控制總線的訪存讀存讀/寫控制線寫控制線n地址線連接地址線連接片內(nèi)尋址和片外地址譯碼片內(nèi)尋址和片外地址譯碼 低位地址線低位地址線片內(nèi)存儲單元尋址，片內(nèi)存儲單元尋址，線數(shù)等于芯片的地址線線數(shù)等于芯片的地址線數(shù)數(shù) 高位地址線高位地址線片外地址譯碼（電路譯碼，譯碼器譯碼）產(chǎn)片外地址譯碼（電路譯碼，譯碼器譯碼）產(chǎn)生片選信號（生片選信號（CS、CE） 剩余地址線全部譯碼：全地址譯碼剩余地址線全部譯碼：全地址譯碼 剩余地址線部分譯碼：部分地址譯碼剩余地址線部分譯碼：部分地址譯碼n地址譯碼地址譯碼高位地址線經(jīng)過外地址譯碼產(chǎn)

6、生芯片高位地址線經(jīng)過外地址譯碼產(chǎn)生芯片的片選信號的片選信號（一）地址譯碼方法（一）地址譯碼方法n全地址譯碼全地址譯碼高位地址線全部用來譯碼產(chǎn)生片選信號，芯片地址空高位地址線全部用來譯碼產(chǎn)生片選信號，芯片地址空間唯一。間唯一。（1）組合邏輯電路譯碼）組合邏輯電路譯碼門電路譯碼門電路譯碼（2）集成譯碼器譯碼）集成譯碼器譯碼少量地址輸入產(chǎn)生多個(gè)片選少量地址輸入產(chǎn)生多個(gè)片選輸出輸出譯碼器：譯碼器：2-4譯碼器（譯碼器（74LS139） 3-8譯碼器（譯碼器（74LS138） 4-16譯碼器（譯碼器（74LS154）片內(nèi)低位地址片內(nèi)低位地址全全0得始地址，全得始地址，全1得末地址得末地址剩余高位地址線剩

7、余高位地址線由地址譯碼決定由地址譯碼決定n部分地址譯碼部分地址譯碼高位地址線中部分用來譯碼產(chǎn)生片選信號。高位地址線中部分用來譯碼產(chǎn)生片選信號。片內(nèi)低位地址片內(nèi)低位地址全全0得始地址，全得始地址，全1得末地址得末地址已用地址譯碼線已用地址譯碼線由地址譯碼決定由地址譯碼決定未用地址譯碼線未用地址譯碼線邏輯電平任意邏輯電平任意（二）內(nèi)存擴(kuò)展方法（二）內(nèi)存擴(kuò)展方法字?jǐn)U展就是擴(kuò)展存儲器的地址空間，位擴(kuò)展就是擴(kuò)展字?jǐn)U展就是擴(kuò)展存儲器的地址空間，位擴(kuò)展就是擴(kuò)展存儲器的數(shù)據(jù)線。存儲器的數(shù)據(jù)線。n位擴(kuò)展法位擴(kuò)展法當(dāng)存儲芯片所能提供的數(shù)據(jù)位數(shù)不能滿足存儲器的字當(dāng)存儲芯片所能提供的數(shù)據(jù)位數(shù)不能滿足存儲器的字長要求時(shí)

8、。長要求時(shí)。方法：方法：（1）各芯片的數(shù)據(jù)線分別接到數(shù)據(jù)總線的各位上）各芯片的數(shù)據(jù)線分別接到數(shù)據(jù)總線的各位上（2）各芯片的地址線對應(yīng)并接連到相應(yīng)的地址總線各）各芯片的地址線對應(yīng)并接連到相應(yīng)的地址總線各位上位上（3）各芯片的控制線并接在一起，連到相應(yīng)控制線上）各芯片的控制線并接在一起，連到相應(yīng)控制線上D0D1D78片片1K1位位RAM擴(kuò)展成擴(kuò)展成1K8位位RAMCPU1K8 RAMn字?jǐn)U展法字?jǐn)U展法用存儲容量較小的芯片組成容量較大的存儲器。用存儲容量較小的芯片組成容量較大的存儲器。方法：方法：（1）各芯片的片內(nèi)地址線、數(shù)據(jù)線、讀）各芯片的片內(nèi)地址線、數(shù)據(jù)線、讀/寫控制線并寫控制線并聯(lián)，接到相應(yīng)的

9、總線上聯(lián)，接到相應(yīng)的總線上（2）高位地址線信號送地址譯碼器輸入端，地址譯碼）高位地址線信號送地址譯碼器輸入端，地址譯碼器輸出端接芯片的片選端器輸出端接芯片的片選端 D0D1D7 D0 D1 D7 D0 D1 D7 D0 D1 D7CPU1K8位位RAM擴(kuò)展成擴(kuò)展成8K8位位RAMn字位擴(kuò)展字位擴(kuò)展 同時(shí)擴(kuò)展地址線和數(shù)據(jù)線，用需要的總?cè)萘客瑫r(shí)擴(kuò)展地址線和數(shù)據(jù)線，用需要的總?cè)萘縉M除除以現(xiàn)有芯片規(guī)格以現(xiàn)有芯片規(guī)格nm，得到需要幾片，得到需要幾片nm去實(shí)現(xiàn)去實(shí)現(xiàn)NM。 擴(kuò)展方法：數(shù)據(jù)線按照位擴(kuò)展，地址線按照字?jǐn)U展。擴(kuò)展方法：數(shù)據(jù)線按照位擴(kuò)展，地址線按照字?jǐn)U展。例：已知有例：已知有4K4的的ROM芯片

10、，若要組成芯片，若要組成16K8的的ROM存儲器，需要幾片這樣的芯片？存儲器，需要幾片這樣的芯片？ 畫出存儲器擴(kuò)畫出存儲器擴(kuò)展電路。展電路。16K8的的ROM：2148，14條地址線，條地址線，8條數(shù)據(jù)線條數(shù)據(jù)線4K4的的ROM：2124，片內(nèi)，片內(nèi)12條地址線，條地址線，4條數(shù)據(jù)線條數(shù)據(jù)線需要的芯片數(shù)量為（需要的芯片數(shù)量為（16K8）（4K4）=8片片位擴(kuò)展：位擴(kuò)展：8位位4位位=2，則每組，則每組2個(gè)芯片個(gè)芯片 8片片2片片=4組組字?jǐn)U展：字?jǐn)U展：14-12=2，需要，需要2條高地址線擴(kuò)展條高地址線擴(kuò)展所有芯片的所有芯片的12條片內(nèi)地址線對應(yīng)并聯(lián)到條片內(nèi)地址線對應(yīng)并聯(lián)到CPU地址線，地址線

11、，2條高地址線分別接譯碼電路（條高地址線分別接譯碼電路（2-4譯碼器）輸入端，譯碼器）輸入端，輸出端（輸出端（00，01，10，11）分別接分組后的）分別接分組后的4組芯片組芯片的片選端。的片選端。例：例：CPU的存儲器系統(tǒng)由一片的存儲器系統(tǒng)由一片6264（8K8SRAM）和）和一片一片2764（ 8K8EPROM ）組成。）組成。6264的地址范圍的地址范圍為為8000H-9FFFH，2764的地址范圍為的地址范圍為0000H-1FFFH。畫出用畫出用74LS138譯碼器的全譯碼法存儲器系統(tǒng)電路譯碼器的全譯碼法存儲器系統(tǒng)電路（CPU的的地址總線寬度為地址總線寬度為16）。）。 6264總?cè)萘?/p>

12、：總?cè)萘浚?FFFH-8000H+1=2000H=213 2764總?cè)萘浚嚎側(cè)萘浚?FFFH-0000H+1=2000H=213 A15A14A13A12A027640 0 0000011110000H-1FFFH62641 0 08000H-9FFFH例：為某例：為某8位機(jī)（地址總線為位機(jī)（地址總線為16位）設(shè)計(jì)一個(gè)位）設(shè)計(jì)一個(gè)32KB容量容量的存儲器。要求采用的存儲器。要求采用2732芯片構(gòu)成芯片構(gòu)成8KB EPROM區(qū)，區(qū)，地址從地址從0000H開始；采用開始；采用6264芯片構(gòu)成芯片構(gòu)成24KB RAM區(qū)，區(qū)，地址從地址從2000H開始。片選信號采用開始。片選信號采用全譯碼全譯碼法。法

13、。（1） 每片每片2732存儲容量為存儲容量為2128（4K8），構(gòu)成），構(gòu)成8KB存儲容量所需芯片數(shù)量存儲容量所需芯片數(shù)量 =8K*8/（4K*8）=2（片），（片），需擴(kuò)展需擴(kuò)展13-12=1條高位地址線條高位地址線.片內(nèi)譯碼片內(nèi)譯碼片選譯碼片選譯碼（2）每片）每片6264存儲容量為存儲容量為2138（8K8），構(gòu)成），構(gòu)成24KB存儲容量所需芯片數(shù)量存儲容量所需芯片數(shù)量=24K8/（8K8）=3（片），（片），需擴(kuò)展需擴(kuò)展15-13=2條高位地址線條高位地址線存儲器擴(kuò)展電路存儲器擴(kuò)展電路0000010100110/1n譯碼電路的譯碼方法譯碼電路的譯碼方法（1）線選法）線選法 直接用直接用

14、CPU地址總線中某一高位線作為存儲地址總線中某一高位線作為存儲器芯片的片選信號。適用于擴(kuò)展存儲容量較器芯片的片選信號。適用于擴(kuò)展存儲容量較小的系統(tǒng)。小的系統(tǒng)。 533 存儲器芯片與存儲器芯片與CPU的連接的連接n例如，某一計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，共有例如，某一計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，共有16條地址，現(xiàn)條地址，現(xiàn)只需接入只需接入1KB的的RAM和和1KB的的ROM，因此，因此可以確定，當(dāng)?shù)刂贩秶笕缦卤硭緯r(shí)，可以確定，當(dāng)?shù)刂贩秶笕缦卤硭緯r(shí)，字選線為字選線為10條，可用條，可用A0A9充當(dāng)；若用充當(dāng)；若用A10作片選，則作片選，則RAM和和ROM的地址為第一組，的地址為第一組，當(dāng)用當(dāng)用A11作片選時(shí)，地址范圍如

15、第二組。作片選時(shí)，地址范圍如第二組。線選取控制電路及地址分配線選取控制電路及地址分配 A10A11ROM：0000H03FFH 0000H03FFH RAM：0400H07FFH 0800H0BFFH （2）部分譯碼法）部分譯碼法 高位地址線的一部分地址線，經(jīng)過譯碼電高位地址線的一部分地址線，經(jīng)過譯碼電路產(chǎn)生片選信號。未連接的地址線會使芯路產(chǎn)生片選信號。未連接的地址線會使芯片地址不唯一。片地址不唯一。部分譯碼法地址分配情況部分譯碼法地址分配情況芯片芯片A15-A12（不用）（不用）A11-A10（參與譯（參與譯碼）碼）A9-A0地址范圍地址范圍1#00000000000000-111111110-1K2#00000100000000-111111