計(jì)算機(jī)組成原理-第4章 存儲(chǔ)器系統(tǒng))

1、 第 四 章 存 儲(chǔ) 器 系 統(tǒng) 4.1 4.1 存儲(chǔ)器概述存儲(chǔ)器概述4.2 4.2 存儲(chǔ)器子系統(tǒng)組成和接口存儲(chǔ)器子系統(tǒng)組成和接口4.3 4.3 I/OI/O子系統(tǒng)組成和接口子系統(tǒng)組成和接口4.4 4.4 輔助存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器4.5 4.5 相對(duì)簡(jiǎn)單計(jì)算機(jī)相對(duì)簡(jiǎn)單計(jì)算機(jī)4.6 4.6 實(shí)例：一臺(tái)基于實(shí)例：一臺(tái)基于80858085的計(jì)算機(jī)的計(jì)算機(jī)同濟(jì)大學(xué) 軟件學(xué)院4.1 存儲(chǔ)器概述 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)部件，用于存放程序和數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)部件，用于存放程序和數(shù)據(jù)。 計(jì)算機(jī)發(fā)展的計(jì)算機(jī)發(fā)展的重要問題重要問題之一，就是如何設(shè)計(jì)容量之一，就是如何設(shè)計(jì)容量 大、速度快、價(jià)格低的存儲(chǔ)器。大、速度快

2、、價(jià)格低的存儲(chǔ)器。 本章討論本章討論: :存儲(chǔ)器的基本結(jié)構(gòu)與讀寫原理存儲(chǔ)器的基本結(jié)構(gòu)與讀寫原理4.1.1 存儲(chǔ)器的種類1. 按存儲(chǔ)介質(zhì)分類 存儲(chǔ)介質(zhì)特點(diǎn)：存儲(chǔ)介質(zhì)特點(diǎn)：兩種穩(wěn)定狀態(tài)；兩種穩(wěn)定狀態(tài)；方便檢測(cè)；方便檢測(cè)； 容易相互轉(zhuǎn)換。容易相互轉(zhuǎn)換。 (1) (1) 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器：半導(dǎo)體存儲(chǔ)器：速度快，用作內(nèi)存。速度快，用作內(nèi)存。 記憶原理：觸發(fā)器、電容（靜態(tài)、動(dòng)態(tài)）記憶原理：觸發(fā)器、電容（靜態(tài)、動(dòng)態(tài)） 雙極型晶體管（雙極型晶體管（ECLECL、TTLTTL、I I2 2L L） 場(chǎng)效應(yīng)管型場(chǎng)效應(yīng)管型MOS MOS （PMOSPMOS、NMOSNMOS、CMOSCMOS） (2) (2) 磁表面存

3、儲(chǔ)器：磁表面存儲(chǔ)器：容量大，用作外存。容量大，用作外存。 (3) (3) 光存儲(chǔ)器：光存儲(chǔ)器：可靠性高，保存時(shí)間長(zhǎng)?？煽啃愿?，保存時(shí)間長(zhǎng)。2. 按存儲(chǔ)方式分類 存儲(chǔ)方式：存儲(chǔ)方式：訪問存儲(chǔ)單元的方法。訪問存儲(chǔ)單元的方法。 兩個(gè)名詞術(shù)語：兩個(gè)名詞術(shù)語： 存儲(chǔ)位元：存儲(chǔ)位元：記錄（存儲(chǔ)）一位二進(jìn)制信息的存儲(chǔ)記錄（存儲(chǔ)）一位二進(jìn)制信息的存儲(chǔ) 介質(zhì)區(qū)域或存儲(chǔ)元器件。介質(zhì)區(qū)域或存儲(chǔ)元器件。 存儲(chǔ)單元：存儲(chǔ)單元：存儲(chǔ)一個(gè)機(jī)器字或一個(gè)字節(jié)，且具有存儲(chǔ)一個(gè)機(jī)器字或一個(gè)字節(jié)，且具有 唯一地址的存儲(chǔ)場(chǎng)所。唯一地址的存儲(chǔ)場(chǎng)所。 (1) (1) 隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器RAMRAM 存儲(chǔ)器的任意單元都可隨機(jī)訪問。

4、存儲(chǔ)器的任意單元都可隨機(jī)訪問。 訪問時(shí)間與存儲(chǔ)單元的位置無關(guān)訪問時(shí)間與存儲(chǔ)單元的位置無關(guān) (2) (2) 只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器ROMROM 正常工作時(shí)只讀，能隨機(jī)讀出，不能隨機(jī)寫入。正常工作時(shí)只讀，能隨機(jī)讀出，不能隨機(jī)寫入。 MROM MROM：只讀：只讀 PROM PROM：一次寫：一次寫 可多次改寫可多次改寫ROMROM：EPROMEPROM、E E2 2PROMPROM(3) (3) 順序存取存儲(chǔ)器順序存取存儲(chǔ)器 信息以文件形式組織，一個(gè)文件包含若干個(gè)塊，信息以文件形式組織，一個(gè)文件包含若干個(gè)塊， 一個(gè)塊包含若干字節(jié)；一個(gè)塊包含若干字節(jié)； 存儲(chǔ)時(shí)以數(shù)據(jù)塊為單位存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)時(shí)間存儲(chǔ)時(shí)以

5、數(shù)據(jù)塊為單位存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)時(shí)間 與數(shù)據(jù)物理位置關(guān)系極大；與數(shù)據(jù)物理位置關(guān)系極大； 速度慢，容量大，成本低；速度慢，容量大，成本低； 磁帶、電荷耦合器件磁帶、電荷耦合器件CCDCCD、VCDVCD(4) (4) 直接存取存儲(chǔ)器直接存取存儲(chǔ)器 信息的組織同順序存取存儲(chǔ)器。對(duì)信息信息的組織同順序存取存儲(chǔ)器。對(duì)信息 的存儲(chǔ)分兩步：先隨機(jī)查找數(shù)據(jù)區(qū)域，找到的存儲(chǔ)分兩步：先隨機(jī)查找數(shù)據(jù)區(qū)域，找到 后再順序存儲(chǔ)。后再順序存儲(chǔ)。 例：磁盤例：磁盤盤片盤片磁道磁道扇間空隙扇間空隙扇區(qū)扇區(qū)3. 按存儲(chǔ)器信息的可保存性分(1)(1) 斷電后是否丟失數(shù)據(jù)斷電后是否丟失數(shù)據(jù) 易失性易失性存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 特點(diǎn)：特點(diǎn)：斷電

6、后，信息就丟失。如斷電后，信息就丟失。如SRAMSRAM 非非易失性易失性存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器( (永久性存儲(chǔ)器永久性存儲(chǔ)器) ) 特點(diǎn)：特點(diǎn)：斷電后，信息不丟失。如磁盤斷電后，信息不丟失。如磁盤(2) (2) 讀出后是否保持?jǐn)?shù)據(jù)讀出后是否保持?jǐn)?shù)據(jù) 破壞性存儲(chǔ)器破壞性存儲(chǔ)器 特點(diǎn)：特點(diǎn)：讀出時(shí)，原存信息被破壞，需重寫。讀出時(shí)，原存信息被破壞，需重寫。 如：如：DRAMDRAM 非破壞性存儲(chǔ)器非破壞性存儲(chǔ)器 特點(diǎn)：特點(diǎn)：讀出時(shí)，原存信息不被破壞。讀出時(shí)，原存信息不被破壞。 如：如：SRAM SRAM 4. 按在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的作用分類 (1) (1) 高速緩沖存儲(chǔ)器：高速緩沖存儲(chǔ)器：位于主存和位于主存和C

7、PUCPU之間之間 (2) (2) 主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器 (3) (3) 輔助存儲(chǔ)器：輔助存儲(chǔ)器：不能由不能由CPUCPU的指令直接訪問，的指令直接訪問， 必須通過專門的程序或?qū)ｉT的通道把所需必須通過專門的程序或?qū)ｉT的通道把所需 的信息與主存進(jìn)行成批交換，調(diào)入主存后的信息與主存進(jìn)行成批交換，調(diào)入主存后 才能使用。才能使用。4.1.2 主存儲(chǔ)器的基本操作 1.主存與CPU之間的連接MDRMARCPU主主 存存讀讀數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線地址總線地址總線寫寫 地址總線 地址 寄存器 MAR 地址譯碼器 地址驅(qū)動(dòng)電路 存儲(chǔ)體 讀寫電路 數(shù)據(jù) 寄存器 MDR 數(shù)據(jù)總線 存儲(chǔ)控制電路 讀信號(hào) 寫信號(hào) 2.主存儲(chǔ)器的

8、基本組成 3. 主存的基本操作 MARMAR：地址寄存器地址寄存器 MDRMDR：數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器CPU讀操作（取操作）讀操作（取操作）地址地址（MAR）ABMEM讀命令讀命令（Read）CBMEMMEM存儲(chǔ)單存儲(chǔ)單元內(nèi)容元內(nèi)容（M）DBMDRCPU寫操作（存操作）寫操作（存操作）地址地址（MAR）ABMEM寫命令寫命令（Write）CBMEMMEM存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)單元MDBMDR 從系統(tǒng)的角度看計(jì)算機(jī)怎樣執(zhí)行這些操作圖圖4.2 4.2 存儲(chǔ)器讀寫數(shù)據(jù)的操作時(shí)序存儲(chǔ)器讀寫數(shù)據(jù)的操作時(shí)序 (1) (1) 存儲(chǔ)容量：存儲(chǔ)容量：存儲(chǔ)器所能存儲(chǔ)的二進(jìn)制信息總量。存儲(chǔ)器所能存儲(chǔ)的二進(jìn)制信息總量。 (2)

9、 (2) 速度速度: : 主存的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)。主存的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)。 存取時(shí)間：存取時(shí)間：又稱訪問時(shí)間，是指從啟動(dòng)一次存儲(chǔ)又稱訪問時(shí)間，是指從啟動(dòng)一次存儲(chǔ) 器操作到完成該操作所經(jīng)歷的時(shí)間。器操作到完成該操作所經(jīng)歷的時(shí)間。 存儲(chǔ)周期存儲(chǔ)周期: : 指連續(xù)啟動(dòng)兩次獨(dú)立的存儲(chǔ)體操作所指連續(xù)啟動(dòng)兩次獨(dú)立的存儲(chǔ)體操作所 需的最小時(shí)間間隔。它包括存儲(chǔ)器的存取時(shí)間和需的最小時(shí)間間隔。它包括存儲(chǔ)器的存取時(shí)間和 自身恢復(fù)時(shí)間。自身恢復(fù)時(shí)間。 4.1.3 存儲(chǔ)器的主要技術(shù)指標(biāo) (3) (3) 帶寬帶寬（存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)傳輸率、頻寬）（存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)傳輸率、頻寬）: :存儲(chǔ)器單位時(shí)間存儲(chǔ)器單位時(shí)間 所存取的二進(jìn)制信息的

10、位數(shù)。所存取的二進(jìn)制信息的位數(shù)。 帶寬存儲(chǔ)器總線寬度帶寬存儲(chǔ)器總線寬度/ /存取周期存取周期(4) (4) 價(jià)格（每位價(jià)格）價(jià)格（每位價(jià)格） 除上述指標(biāo)外，影響存儲(chǔ)器性能的還有功耗、除上述指標(biāo)外，影響存儲(chǔ)器性能的還有功耗、 可靠性等因素?？煽啃缘纫蛩?。4.2 存儲(chǔ)器子系統(tǒng)組成和接口4.2.1 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的種類 主存儲(chǔ)器主要由半導(dǎo)體存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)主存儲(chǔ)器主要由半導(dǎo)體存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn) 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器（按存儲(chǔ)方式分）半導(dǎo)體存儲(chǔ)器（按存儲(chǔ)方式分） （1 1）隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 （Random Access MemoryRandom Access Memory，RAMRAM） （2 2）只讀存儲(chǔ)器）只

11、讀存儲(chǔ)器 （Read-Only MemoryRead-Only Memory，ROMROM） 它們各自有許多不同的類型。它們各自有許多不同的類型。4.2.1.1 ROM芯片 1. 按可編程方式和頻度的不同，ROM芯片有幾種不同 的類型： (1) (1) 掩膜式掩膜式ROMROM（或簡(jiǎn)單地稱為（或簡(jiǎn)單地稱為ROMROM） 在芯片制作時(shí)就將數(shù)據(jù)編程進(jìn)去了。一在芯片制作時(shí)就將數(shù)據(jù)編程進(jìn)去了。一 旦安裝完畢，數(shù)據(jù)就不再更改。旦安裝完畢，數(shù)據(jù)就不再更改。 雙極型固定掩模型雙極型固定掩模型ROMROM(2) (2) PROMPROM( (可編程可編程ROM)ROM) 可由用戶使用標(biāo)準(zhǔn)的可由用戶使用標(biāo)準(zhǔn)的P

12、ROMPROM編程器編程。編程器編程。 具有保險(xiǎn)絲一樣的內(nèi)部連接，只能編程一次。具有保險(xiǎn)絲一樣的內(nèi)部連接，只能編程一次。 存儲(chǔ)位元的基本結(jié)構(gòu)有兩種：存儲(chǔ)位元的基本結(jié)構(gòu)有兩種： 全全“1”1”熔斷絲型、全熔斷絲型、全“0”0”肖特基二極管肖特基二極管型型 雙極熔絲型雙極熔絲型PROMPROM存儲(chǔ)矩陣存儲(chǔ)矩陣(3) (3) EPROMEPROM是可擦除是可擦除PROMPROM 能編程，內(nèi)容可以擦除，即可以重復(fù)編程。能編程，內(nèi)容可以擦除，即可以重復(fù)編程。 編程類似電容器充電，紫外線照射可重置其內(nèi)編程類似電容器充電，紫外線照射可重置其內(nèi) 容。容。疊柵注入疊柵注入MOSMOS管（管（Stacked-ga

13、te Injection MOSStacked-gate Injection MOS，SIMOSSIMOS） (4) (4) EEPROMEEPROM，或，或E E2 2PROMPROM，電可擦除，電可擦除PROMPROM 和和EPROMEPROM相似，但用電擦除和重編程，不用相似，但用電擦除和重編程，不用 紫外線?？尚薷膫€(gè)別單元，重編程只要幾秒鐘。紫外線?？尚薷膫€(gè)別單元，重編程只要幾秒鐘。(5) (5) flash Eflash E2 2PROMPROM IntelIntel公司公司 8080年代后期年代后期 一種高密度、非易失性的可讀一種高密度、非易失性的可讀/ /寫存儲(chǔ)器寫存儲(chǔ)器 可用電

14、擦除數(shù)據(jù)塊，而不是單個(gè)的存儲(chǔ)單可用電擦除數(shù)據(jù)塊，而不是單個(gè)的存儲(chǔ)單 元。元。兼?zhèn)淞思鎮(zhèn)淞薊EPROMEEPROM和和RAMRAM的優(yōu)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)。 2. 不管哪一種ROM，它們的外部配置幾乎一樣。 把存儲(chǔ)體及其外圍電路（包括地址譯碼與驅(qū)動(dòng)把存儲(chǔ)體及其外圍電路（包括地址譯碼與驅(qū)動(dòng)電路、讀寫放大電路及時(shí)序控制電路等電路、讀寫放大電路及時(shí)序控制電路等) )）集成在一塊）集成在一塊硅片上，稱為硅片上，稱為存儲(chǔ)器芯片。存儲(chǔ)器芯片。 譯譯碼碼驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)存存儲(chǔ)儲(chǔ)體體讀讀寫寫電電路路片選線片選線(使能端使能端)讀讀/寫控制線寫控制線地地址址線線數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)線線存儲(chǔ)器芯片的基本結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器芯片的基本結(jié)構(gòu)ROM芯片：芯片：2

15、 2n n m m位位 則它有：則它有：n n個(gè)地址輸入個(gè)地址輸入An-1An-1A0A0 m m個(gè)數(shù)據(jù)輸出個(gè)數(shù)據(jù)輸出Dm-1Dm-1D0D0 芯片使能輸入端（芯片使能輸入端（CECE） 輸出允許端（輸出允許端（OEOE） 除掩膜式除掩膜式ROMROM，其它所有的，其它所有的ROMROM都有一個(gè)編程都有一個(gè)編程 控制輸入端（控制輸入端（VPPVPP），用來控制向芯片輸入數(shù)據(jù)。），用來控制向芯片輸入數(shù)據(jù)。4.2.1.2 RAM芯片 1. 按保持?jǐn)?shù)據(jù)方式的不同，RAM芯片分為： (1) (1) 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)RAMRAM（DRAMDRAM） 利用利用MOSMOS晶體管極電容晶體管極電容( (或或MOSM

16、OS電容電容) )上充上充 積的電荷來存儲(chǔ)信息的。積的電荷來存儲(chǔ)信息的。 通常定義：電容充電至通常定義：電容充電至高電平，為高電平，為1 1； 電容放電至電容放電至低電平，為低電平，為0 0。 由于有漏電阻存在，電容上的電荷不可由于有漏電阻存在，電容上的電荷不可 能長(zhǎng)久保存，需要周期地對(duì)電容進(jìn)行充電，能長(zhǎng)久保存，需要周期地對(duì)電容進(jìn)行充電， 以補(bǔ)允泄漏的電荷，這就叫以補(bǔ)允泄漏的電荷，這就叫刷新刷新。 C0WCTD單管單管MOSMOS動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)位元電路動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)位元電路定義：定義：C C上有電荷上有電荷 “1”“1” C C無電荷無電荷 “0” “0”保持：保持：字線字線w w低，低，T T截止，截止

17、， 切斷了切斷了C C的通路，的通路，C C 上電荷狀態(tài)保持不上電荷狀態(tài)保持不 變。當(dāng)然由于漏電變。當(dāng)然由于漏電 存在，需刷新。存在，需刷新。寫入操作寫入操作 寫入寫入“1”1”，位線，位線D D上加高電位，對(duì)電容上加高電位，對(duì)電容C C充電。充電。 寫入寫入“0”0”，位線，位線D D上加低電位，電容上加低電位，電容C C通過通過T T放電。放電。讀操作讀操作 當(dāng)當(dāng)T T導(dǎo)通以后，若原存信息為導(dǎo)通以后，若原存信息為“1”1”，電容，電容C C上的電上的電荷通過荷通過T T輸出到位線上，在位線上檢測(cè)到電流，表示所輸出到位線上，在位線上檢測(cè)到電流，表示所存信息為存信息為“1”1”。 若原存信息為

18、若原存信息為“0 0，電容，電容C C上幾乎無電荷，在位線上上幾乎無電荷，在位線上檢測(cè)不到電流，表示所存信息為檢測(cè)不到電流，表示所存信息為“0”0”。(2) (2) 靜態(tài)靜態(tài)RAMRAM（SRAMSRAM） 利用觸發(fā)器來存儲(chǔ)信息利用觸發(fā)器來存儲(chǔ)信息 。一旦寫入數(shù)據(jù)，。一旦寫入數(shù)據(jù)， 內(nèi)容一直保持有效，不需要刷新。內(nèi)容一直保持有效，不需要刷新。 一種一種六管靜態(tài)存貯六管靜態(tài)存貯元件電路，元件電路，它由兩個(gè)反它由兩個(gè)反相器彼此交叉反饋構(gòu)成相器彼此交叉反饋構(gòu)成一個(gè)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。一個(gè)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。定義：定義：T T1 1通導(dǎo)，通導(dǎo)，T T2 2截止，截止，為為“1”1”狀態(tài)；狀態(tài)； T T2 2 通導(dǎo)

19、，通導(dǎo)， T T1 1 截止，為截止，為 “ “ 0 ” 0 ” 狀狀態(tài)。態(tài)。 字驅(qū)動(dòng)線 W Vcc T3 T4 T1 T2 T5 T6 位線 D 位線 D A B 保持保持 字驅(qū)動(dòng)線字驅(qū)動(dòng)線W W處于低電位時(shí)，處于低電位時(shí)，T5T5、T6T6截止，切斷了兩根截止，切斷了兩根位線與觸發(fā)器之間的聯(lián)系。位線與觸發(fā)器之間的聯(lián)系。寫入操作寫入操作 寫入寫入“1”1”：位線：位線D D上加低電位，位線上加低電位，位線D D上加高電位，上加高電位，即即B B點(diǎn)為高電位，點(diǎn)為高電位，A A點(diǎn)為低電位，點(diǎn)為低電位，導(dǎo)致導(dǎo)致T1T1導(dǎo)通，導(dǎo)通，T2T2截止截止，保存了信息保存了信息“1”1”。 寫入寫入“0”0

20、”：位線：位線D D上加高電位，位線上加高電位，位線D D上加低電位，上加低電位，即即B B點(diǎn)為低電位，點(diǎn)為低電位，A A點(diǎn)為高電位，點(diǎn)為高電位，導(dǎo)致導(dǎo)致T2T2導(dǎo)通，導(dǎo)通，T1T1截止，截止，保存了信息保存了信息“0”0”。 D讀操作讀操作 若原存信息為若原存信息為“1”1”，即，即T1T1導(dǎo)通，導(dǎo)通，T2T2截止。這時(shí)截止。這時(shí)B B點(diǎn)為高電位，點(diǎn)為高電位，A A點(diǎn)為低電位，分別傳給兩根位線，使得點(diǎn)為低電位，分別傳給兩根位線，使得位線位線D D為低電位，位線為低電位，位線D D為高電位，表示讀出的信息為為高電位，表示讀出的信息為“1”1”。 若原存信息為若原存信息為“0”0”，即，即T2T

21、2導(dǎo)通，導(dǎo)通，T1T1截止。這時(shí)截止。這時(shí)A A點(diǎn)為高電位，點(diǎn)為高電位，B B點(diǎn)為低電位，分別傳給兩根位線，使得點(diǎn)為低電位，分別傳給兩根位線，使得位線位線D D為高電位，位線為高電位，位線D D為低電位，表示讀出的信息為為低電位，表示讀出的信息為“0”0”。2. 動(dòng)態(tài)RAM與靜態(tài)RAM的比較 集成度、功耗、容量、速度、集成度、功耗、容量、速度、價(jià)格價(jià)格3. 兩種RAM外部配置相同 2 2n nm m的芯片都有：的芯片都有： n n個(gè)地址輸入個(gè)地址輸入 m m個(gè)雙向數(shù)據(jù)引腳個(gè)雙向數(shù)據(jù)引腳 （正常操作條件下數(shù)據(jù)引腳也可輸入數(shù)據(jù)）（正常操作條件下數(shù)據(jù)引腳也可輸入數(shù)據(jù)） 芯片使能端（芯片使能端（CEC

22、E或者或者CECE） 讀使能端（讀使能端（RDRD或或RDRD） 寫使能端（寫使能端（WRWR或或WRWR） 或一個(gè)組合的信號(hào)，如或一個(gè)組合的信號(hào)，如R/WR/W4.2.2 內(nèi)部芯片組成 ROMROM、RAMRAM芯片內(nèi)部組成相似。芯片內(nèi)部組成相似。1. 線性組成（linear organizationlinear organization） 隨著單元數(shù)量的增加，線性組成中地址譯碼隨著單元數(shù)量的增加，線性組成中地址譯碼 器的規(guī)模變得相當(dāng)?shù)拇?。此時(shí)可使用多維譯碼。器的規(guī)模變得相當(dāng)?shù)拇?。此時(shí)可使用多維譯碼。 圖圖4.4 84.4 82 2的的ROMROM芯片的內(nèi)部線性組成芯片的內(nèi)部線性組成 三位地

23、址被譯碼，以選擇三位地址被譯碼，以選擇8 8個(gè)單元中的個(gè)單元中的1 1個(gè)，個(gè)， 但但CECE要有效。如果要有效。如果CE=0,CE=0,譯碼器無效，則不選譯碼器無效，則不選 擇任何單元。譯碼選中單元的三態(tài)緩沖器有效，擇任何單元。譯碼選中單元的三態(tài)緩沖器有效， 允許數(shù)據(jù)傳送到輸出緩沖器中。如果允許數(shù)據(jù)傳送到輸出緩沖器中。如果CE=1CE=1且且 OE=1OE=1，則輸出緩沖器有效，數(shù)據(jù)從芯片中輸出；，則輸出緩沖器有效，數(shù)據(jù)從芯片中輸出； 否則，輸出是三態(tài)。否則，輸出是三態(tài)。線性組成線性組成的存儲(chǔ)器芯片（的存儲(chǔ)器芯片（6464字字8 8位）位）CE2. 二維組成（two-dimensional o

24、rganizationtwo-dimensional organization） 多維譯碼帶來的節(jié)省很重要。多維譯碼帶來的節(jié)省很重要。 如如:4096:40961 1的芯片，其線性組成需要一個(gè)的芯片，其線性組成需要一個(gè)121240964096 譯碼器，大小與輸出的數(shù)量（譯碼器，大小與輸出的數(shù)量（40964096）成正比。如）成正比。如 果排列成果排列成64646464的二維數(shù)組，則要兩個(gè)的二維數(shù)組，則要兩個(gè)6 66464譯譯 碼器，大小正比于碼器，大小正比于2 26464。兩個(gè)譯碼器一起大約。兩個(gè)譯碼器一起大約 是那個(gè)大譯碼器大小的是那個(gè)大譯碼器大小的3%3%。 圖圖4.5 84.5 82 2

25、的的ROMROM芯片的內(nèi)部二維組成芯片的內(nèi)部二維組成 二維組成二維組成的存儲(chǔ)器芯片（的存儲(chǔ)器芯片（16161 1位）位） X 地址譯碼器 A3 2 位地址 A2 A1 A0 0,0 X0 0,1 0,3 1,0 X1 1,1 1,3 2,0 X2 2,1 2,3 讀寫控 制電路 數(shù)據(jù) D 讀寫信 號(hào) R/W 片選信 號(hào) CS 0,2 1,2 2,2 3,0 X3 3,1 3,3 3,2 Y 地址譯碼器 2 位地址 Y0 Y1 Y2 Y3 4.2.3 存儲(chǔ)器子系統(tǒng)的組成 構(gòu)造單個(gè)芯片的存儲(chǔ)器只需從系統(tǒng)總線上連接地址、構(gòu)造單個(gè)芯片的存儲(chǔ)器只需從系統(tǒng)總線上連接地址、數(shù)據(jù)和控制信號(hào)。大多數(shù)存儲(chǔ)器系統(tǒng)需

26、要組合多個(gè)芯片。數(shù)據(jù)和控制信號(hào)。大多數(shù)存儲(chǔ)器系統(tǒng)需要組合多個(gè)芯片。要組成一個(gè)主存儲(chǔ)器，需要要組成一個(gè)主存儲(chǔ)器，需要考慮的問題考慮的問題： 如何選擇芯片如何選擇芯片 根據(jù)存取速度、存儲(chǔ)容量、電源電壓、功耗及成本等根據(jù)存取速度、存儲(chǔ)容量、電源電壓、功耗及成本等方面的要求進(jìn)行芯片的選擇。方面的要求進(jìn)行芯片的選擇。 所需的芯片數(shù)量所需的芯片數(shù)量 單元位數(shù)每片芯片單元數(shù)單元位數(shù)存儲(chǔ)器總單元數(shù)芯片總片數(shù)/例：例：用用1K1K4 4位位芯片組成芯片組成32K32K8 8位位的存儲(chǔ)器，所需芯片為：的存儲(chǔ)器，所需芯片為： 如何把許多芯片連接起來。如何把許多芯片連接起來。 通常存儲(chǔ)器芯片在單元數(shù)和位數(shù)方面都與實(shí)際

27、存儲(chǔ)器通常存儲(chǔ)器芯片在單元數(shù)和位數(shù)方面都與實(shí)際存儲(chǔ)器要求有很大差距，所以需要在字方向和位方向兩個(gè)方面進(jìn)要求有很大差距，所以需要在字方向和位方向兩個(gè)方面進(jìn)行擴(kuò)展行擴(kuò)展。（片）位位6441K832K 一、組合構(gòu)造多位 連接芯片相應(yīng)的地址和控制信號(hào)，數(shù)據(jù)引腳連連接芯片相應(yīng)的地址和控制信號(hào)，數(shù)據(jù)引腳連 到數(shù)據(jù)總線的不同位。到數(shù)據(jù)總線的不同位。 例：例：2 2個(gè)個(gè)8 82 2的芯片組合成一個(gè)的芯片組合成一個(gè)8 84 4的存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器 共同的三位地址輸入，共同的共同的三位地址輸入，共同的CECE、OEOE信號(hào)。信號(hào)。 第一個(gè)芯片數(shù)據(jù)引腳連到數(shù)據(jù)總線的第第一個(gè)芯片數(shù)據(jù)引腳連到數(shù)據(jù)總線的第3 3位位 和第和

28、第2 2位，位， 第二個(gè)芯片數(shù)據(jù)引腳則連在第第二個(gè)芯片數(shù)據(jù)引腳則連在第1 1位和第位和第0 0位。位。 圖圖4.6 4.6 由兩個(gè)由兩個(gè)8 82ROM2ROM芯片構(gòu)成的芯片構(gòu)成的8 84 4存儲(chǔ)器子系統(tǒng)存儲(chǔ)器子系統(tǒng) 用用4K4K2 2位的位的RAMRAM存儲(chǔ)芯片構(gòu)成存儲(chǔ)芯片構(gòu)成4K4K8 8位的存儲(chǔ)器位的存儲(chǔ)器 二、組合構(gòu)造多字 兩個(gè)兩個(gè)8 82 2芯片組芯片組成一個(gè)成一個(gè)16162 2的存儲(chǔ)的存儲(chǔ)子系統(tǒng)。子系統(tǒng)。 圖圖4.74.7（a a）使用）使用高位交叉高位交叉，各芯片高，各芯片高位地址相同，位地址相同， 同一芯片所有存同一芯片所有存儲(chǔ)單元在系統(tǒng)內(nèi)存中儲(chǔ)單元在系統(tǒng)內(nèi)存中相鄰。相鄰。 圖圖

29、4.74.7（b b）用的是）用的是低位交叉低位交叉，各芯片低位，各芯片低位地址相同。地址相同。 低位交叉能為流水低位交叉能為流水線存儲(chǔ)器訪問提供速度線存儲(chǔ)器訪問提供速度上的優(yōu)勢(shì)，對(duì)能同時(shí)從上的優(yōu)勢(shì)，對(duì)能同時(shí)從多于一個(gè)存儲(chǔ)器單元中多于一個(gè)存儲(chǔ)器單元中讀取數(shù)據(jù)的讀取數(shù)據(jù)的CPUCPU來說，來說，低位交叉也存在速度上低位交叉也存在速度上的優(yōu)勢(shì)。的優(yōu)勢(shì)。 例：用例：用16K16K8 8位位的的RAMRAM存儲(chǔ)器芯片構(gòu)成存儲(chǔ)器芯片構(gòu)成64K64K8 8位位的存儲(chǔ)器。的存儲(chǔ)器。 需要需要4 4片片16K16K8 8位的芯片位的芯片 64K64K8 8位的存儲(chǔ)器：位的存儲(chǔ)器：1616位地址線位地址線A15

30、A15A0A0 16K 16K8 8位的芯片的片內(nèi)地址線：位的芯片的片內(nèi)地址線：1414根根 用用1616位地址線中的低位地址線中的低1414位位A13A13A0A0進(jìn)行片內(nèi)尋址進(jìn)行片內(nèi)尋址 高兩位地址高兩位地址A15A15、A14A14用于選擇芯片用于選擇芯片設(shè)存儲(chǔ)器從設(shè)存儲(chǔ)器從0000H0000H開始連續(xù)編址，則四塊芯片的地址分配：開始連續(xù)編址，則四塊芯片的地址分配： 第一片地址范圍為：第一片地址范圍為：0000H0000H3FFFH3FFFH 第二片地址范圍為：第二片地址范圍為：4000H4000H7FFFH7FFFH 第三片地址范圍為：第三片地址范圍為：8000H8000HBFFFHB

31、FFFH 第四片地址范圍為：第四片地址范圍為：C000HC000HFFFFHFFFFHA15A14 A13A12A2A1A0 00 00000000000000 00 111111111111110000H3FFFH第一片 01 00000000000000 01 111111111111114000H7FFFH第二片 10 00000000000000 10 111111111111118000HBFFFH第三片 11 00000000000000 11 11111111111111C000HFFFFH第四片片內(nèi)地址片內(nèi)地址芯片使能芯片使能端地址端地址CE0CE1CE2CE3三、字、位擴(kuò)展用

32、用2K2K4 4位位的存儲(chǔ)芯片構(gòu)成的存儲(chǔ)芯片構(gòu)成4K4K8 8位位存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 2K4 位 RAM 芯片 A10 12 位地址 2K4 位 RAM 芯片 2K4 位 RAM 芯片 2K4 位 RAM 芯片 A9 A0 D0 D1 D4 8 位數(shù)據(jù) CS0 R/W CS0 CS1 CS1 A11 D3 D2 D7 D6 D5 4.2.4 多字節(jié)數(shù)據(jù)組成 用多個(gè)字節(jié)表示整型、浮點(diǎn)或字符串?dāng)?shù)值，必須存用多個(gè)字節(jié)表示整型、浮點(diǎn)或字符串?dāng)?shù)值，必須存 儲(chǔ)在多個(gè)單元中，儲(chǔ)在多個(gè)單元中，CPUCPU應(yīng)定義數(shù)據(jù)在這些單元中的順序。應(yīng)定義數(shù)據(jù)在這些單元中的順序。1. 兩種多字節(jié)數(shù)據(jù)排列順序 高端優(yōu)先高端優(yōu)先（bi

33、g endianbig endian） 數(shù)值的最高字節(jié)存儲(chǔ)在單元數(shù)值的最高字節(jié)存儲(chǔ)在單元X X中，次高字節(jié)存中，次高字節(jié)存 儲(chǔ)在單元儲(chǔ)在單元X+1X+1中，以此類推。中，以此類推。 低端優(yōu)先低端優(yōu)先（little endianlittle endian） 最低字節(jié)存儲(chǔ)在單元最低字節(jié)存儲(chǔ)在單元X X中，次低字節(jié)存儲(chǔ)在中，次低字節(jié)存儲(chǔ)在X+1X+1 中，以此類推。中，以此類推。 （a）低端優(yōu)先 字節(jié) 4 高 低 字節(jié) 3 字節(jié) 2 字節(jié) 1 存儲(chǔ)器 字節(jié) 1 字節(jié) 2 字節(jié) 3 字節(jié) 4 X X+1 X+2 X+3 （b）高端優(yōu)先 字節(jié) 4 高 低 字節(jié) 3 字節(jié) 2 字節(jié) 1 存儲(chǔ)器 字節(jié) 4

34、字節(jié) 3 字節(jié) 2 字節(jié) 1 X X+1 X+2 X+3 數(shù)據(jù) 2. 同一字節(jié)的不同位也有大、小endian結(jié)構(gòu) 大大endianendian結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 0 0位代表字節(jié)中最右邊的位，最左邊的位是位位代表字節(jié)中最右邊的位，最左邊的位是位7 7。 小小endianendian結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 最左邊的位是位最左邊的位是位0 0，最右邊的位是位，最右邊的位是位7 7。3. 對(duì)齊（信息存儲(chǔ)的整數(shù)邊界原則信息存儲(chǔ)的整數(shù)邊界原則 ） 存儲(chǔ)多字節(jié)值的起始單元?jiǎng)偤檬悄硞€(gè)多字節(jié)讀取存儲(chǔ)多字節(jié)值的起始單元?jiǎng)偤檬悄硞€(gè)多字節(jié)讀取 模塊的開始單元。模塊的開始單元。 該多字節(jié)值的首字節(jié)地址必須是該信息寬度該多字節(jié)值的首字節(jié)地址必

35、須是該信息寬度( (字字 節(jié)數(shù)節(jié)數(shù)) )的整數(shù)倍。的整數(shù)倍。 對(duì)齊的對(duì)齊的CPUCPU具有更好的性能。具有更好的性能。 8 個(gè)字節(jié) 字節(jié) 半字 單字 雙字 字節(jié) 雙字 單字 單字 字節(jié) （a） 8 個(gè)字節(jié) 字節(jié) 單字 字節(jié) 雙字 單字 字節(jié) （b） 浪費(fèi)浪費(fèi) 浪費(fèi)浪費(fèi) 半字 字節(jié)信息的起始地址為：字節(jié)信息的起始地址為：半字信息的起始地址為：半字信息的起始地址為：?jiǎn)巫中畔⒌钠鹗嫉刂窞椋簡(jiǎn)巫中畔⒌钠鹗嫉刂窞椋弘p字信息的起始地址為：雙字信息的起始地址為： 4.2.5 刷 新 刷新是動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器區(qū)別于靜態(tài)存儲(chǔ)器的明顯標(biāo)刷新是動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器區(qū)別于靜態(tài)存儲(chǔ)器的明顯標(biāo) 志。志。CPUCPU與刷新線路在訪問存儲(chǔ)器方

36、面是竟?fàn)幍?，為與刷新線路在訪問存儲(chǔ)器方面是竟?fàn)幍?，?了確保信息不丟失，刷新優(yōu)先，而了確保信息不丟失，刷新優(yōu)先，而CPUCPU和和DMADMA請(qǐng)求會(huì)由請(qǐng)求會(huì)由 于刷新正在進(jìn)行而推遲響應(yīng)。推遲的程度與刷新線路于刷新正在進(jìn)行而推遲響應(yīng)。推遲的程度與刷新線路 操作類型有關(guān)。操作類型有關(guān)。 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)MOSMOS存儲(chǔ)器采用存儲(chǔ)器采用“讀出讀出”方式進(jìn)行刷新。方式進(jìn)行刷新。 1. 刷新周期 從上一次對(duì)整個(gè)存儲(chǔ)器刷新結(jié)束到下一次從上一次對(duì)整個(gè)存儲(chǔ)器刷新結(jié)束到下一次 對(duì)整個(gè)存儲(chǔ)器全部刷新一遍的時(shí)間間隔。對(duì)整個(gè)存儲(chǔ)器全部刷新一遍的時(shí)間間隔。 主要與電容的放電速度有關(guān)主要與電容的放電速度有關(guān)。2. 刷新方式 (1

37、) (1) 集中式刷新集中式刷新 在刷新周期內(nèi)集中安排刷新時(shí)間，在刷新時(shí)在刷新周期內(nèi)集中安排刷新時(shí)間，在刷新時(shí) 間內(nèi)停止間內(nèi)停止R/WR/W操作。操作。 例如：例如：某存儲(chǔ)器芯片容量為某存儲(chǔ)器芯片容量為16K16K1 1位位，存儲(chǔ)矩陣為，存儲(chǔ)矩陣為128128128128，在，在2ms2ms（刷新周期）內(nèi)要對(duì)（刷新周期）內(nèi)要對(duì)128128行行全部刷新一遍。全部刷新一遍。假設(shè)存儲(chǔ)器的存取周期為假設(shè)存儲(chǔ)器的存取周期為0.50.5 s s。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：主存利用率高，控制簡(jiǎn)單。主存利用率高，控制簡(jiǎn)單。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：刷新時(shí)間內(nèi)不能使用存儲(chǔ)器，形成一段刷新時(shí)間內(nèi)不能使用存儲(chǔ)器，形成一段 “死區(qū)死區(qū)”，且

38、芯片的存，且芯片的存儲(chǔ)儲(chǔ)行數(shù)越多，死區(qū)越長(zhǎng)。行數(shù)越多，死區(qū)越長(zhǎng)。 正常的存儲(chǔ)器訪問 刷新 1936s（3872 個(gè)周期） 64s（128 個(gè)周期） 2ms（4000 個(gè)存取周期） 0 3871 1 3872 3999 (2)(2) 分散式刷新分散式刷新 將系統(tǒng)的存取周期分成兩部分，前半期可用于將系統(tǒng)的存取周期分成兩部分，前半期可用于 正常讀寫或保持，后半期用于刷新，如圖所示。正常讀寫或保持，后半期用于刷新，如圖所示。 刷新 128s（128 個(gè)系統(tǒng)周期） 讀/寫 刷新 讀/寫 刷新 讀/寫 存取 周期 系統(tǒng)周期 0.5s 0.5s 存儲(chǔ)芯片的存取周期：存儲(chǔ)芯片的存取周期：0.50.5 s s系

39、統(tǒng)存取周期應(yīng)：系統(tǒng)存取周期應(yīng)：1 1 s s 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：不存在不存在“死區(qū)死區(qū)”，控制較簡(jiǎn)單。，控制較簡(jiǎn)單。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：刷新動(dòng)作過于頻繁，系統(tǒng)速度損失一半。刷新動(dòng)作過于頻繁，系統(tǒng)速度損失一半。(3) (3) 異步式刷新異步式刷新 是上述兩種方式的結(jié)合。是上述兩種方式的結(jié)合。 把刷新操作平均分配到整個(gè)最大刷新間隔內(nèi)進(jìn)行，相把刷新操作平均分配到整個(gè)最大刷新間隔內(nèi)進(jìn)行，相鄰兩行的刷新間隔為：最大刷新間隔時(shí)間鄰兩行的刷新間隔為：最大刷新間隔時(shí)間行數(shù)。行數(shù)。 在前述的在前述的128128128128矩陣?yán)又校仃嚴(yán)又校?ms2ms內(nèi)分散地將內(nèi)分散地將128128行行刷新一遍，即每隔刷新一遍，即每

40、隔15.515.5 s s（20002000 s s12815.512815.5 s s）刷新刷新一行。一行。 此方式此方式“死區(qū)死區(qū)”長(zhǎng)度長(zhǎng)度幾乎無幾乎無，且每行在，且每行在2ms2ms內(nèi)只刷內(nèi)只刷新一次，機(jī)器的工作效率高，但控制稍復(fù)雜。新一次，機(jī)器的工作效率高，但控制稍復(fù)雜。 目前最常用的是異步式刷新。目前最常用的是異步式刷新。 2ms（4000 個(gè)存取周期） 讀/寫 刷新 15s 0.5s 讀/寫 刷新 15s 0.5s 1 128 4.3 I/O子系統(tǒng)組成和接口 輸入輸入/ /輸出（輸出（I/OI/O）設(shè)備功能很不一樣，但都是）設(shè)備功能很不一樣，但都是I/OI/O子系統(tǒng)的一部分。子系統(tǒng)

41、的一部分。對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者而言，對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者而言，CPUCPU和各和各I/OI/O設(shè)備設(shè)備之間的接口非常相似。之間的接口非常相似。 圖圖4.14.1中，每一中，每一I/OI/O設(shè)備與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的地址、數(shù)據(jù)設(shè)備與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的地址、數(shù)據(jù)和控制總線相連接，都包括一個(gè)和控制總線相連接，都包括一個(gè)I/OI/O接口電路接口電路，此電路，此電路與總線交互、也與實(shí)際的與總線交互、也與實(shí)際的I/OI/O設(shè)備交互來傳輸數(shù)據(jù)。設(shè)備交互來傳輸數(shù)據(jù)。1. 輸入設(shè)備的一般接口電路 輸入設(shè)備來的數(shù)據(jù)傳送到三態(tài)緩沖器，當(dāng)?shù)刂房傒斎朐O(shè)備來的數(shù)據(jù)傳送到三態(tài)緩沖器，當(dāng)?shù)刂房?線和控制總線上的值正確時(shí)，緩沖器設(shè)為有效，數(shù)據(jù)線和控制總線上

42、的值正確時(shí)，緩沖器設(shè)為有效，數(shù)據(jù) 傳到數(shù)據(jù)總線上，傳到數(shù)據(jù)總線上，CPUCPU可以讀取數(shù)據(jù)。條件不正確時(shí)，可以讀取數(shù)據(jù)。條件不正確時(shí)， Enable logic Enable logic 不會(huì)使緩沖器有效，緩沖器保持三態(tài)，不會(huì)使緩沖器有效，緩沖器保持三態(tài)， 不把數(shù)據(jù)傳到總線上。不把數(shù)據(jù)傳到總線上。 使能邏輯使能邏輯 每個(gè)每個(gè)I/OI/O設(shè)備有唯一的地址。除非從數(shù)據(jù)總線設(shè)備有唯一的地址。除非從數(shù)據(jù)總線 得到正確的地址，使能邏輯不置緩沖器有效。同時(shí)得到正確的地址，使能邏輯不置緩沖器有效。同時(shí) 必須從控制總線上得到正確的控制信號(hào)。對(duì)輸入設(shè)必須從控制總線上得到正確的控制信號(hào)。對(duì)輸入設(shè) 備，備，RDRD

43、（或（或RDRD）、）、IO/MIO/M（獨(dú)立（獨(dú)立I/OI/O中）必須有效。中）必須有效。 圖圖4.9(b)4.9(b)：一個(gè)輸入設(shè)備的使能邏輯一個(gè)輸入設(shè)備的使能邏輯 設(shè)備所在系統(tǒng)有設(shè)備所在系統(tǒng)有8 8位地址位地址及及RDRD、IO/MIO/M 信號(hào)信號(hào) 設(shè)備地址為設(shè)備地址為1111 00001111 0000 用組合邏輯（使能邏輯必須在單個(gè)時(shí)鐘用組合邏輯（使能邏輯必須在單個(gè)時(shí)鐘 周期內(nèi)產(chǎn)生），不能使用時(shí)序器件。周期內(nèi)產(chǎn)生），不能使用時(shí)序器件。2. 輸出設(shè)備接口電路設(shè)計(jì)（端口地址為（端口地址為1111 00001111 0000） 裝載邏輯裝載邏輯 在輸出設(shè)備中發(fā)揮著使能邏輯的作用。獲得正在

44、輸出設(shè)備中發(fā)揮著使能邏輯的作用。獲得正 確的地址和控制信號(hào)后，發(fā)出寄存器的確的地址和控制信號(hào)后，發(fā)出寄存器的LDLD信號(hào)，信號(hào)， 促使它從數(shù)據(jù)總線上讀數(shù)據(jù)。然后輸出設(shè)備可以促使它從數(shù)據(jù)總線上讀數(shù)據(jù)。然后輸出設(shè)備可以 在空閑時(shí)從寄存器中讀取該數(shù)據(jù)，同時(shí)在空閑時(shí)從寄存器中讀取該數(shù)據(jù)，同時(shí)CPUCPU可以執(zhí)可以執(zhí) 行其它任務(wù)。行其它任務(wù)。 圖圖4.104.10（b b）：）：輸出設(shè)備產(chǎn)生裝載信號(hào)的邏輯輸出設(shè)備產(chǎn)生裝載信號(hào)的邏輯 端口地址為端口地址為1111 00001111 0000 與圖與圖4.94.9（b b）大致相同，只是用）大致相同，只是用WRWR代替了代替了RDRD3. 輸入輸出組合接口

45、本質(zhì)上是兩個(gè)接口：本質(zhì)上是兩個(gè)接口：一個(gè)用于輸入，另一個(gè)用于輸出。一個(gè)用于輸入，另一個(gè)用于輸出。 邏輯器件既用來產(chǎn)生緩沖器的使能信號(hào)，又用來邏輯器件既用來產(chǎn)生緩沖器的使能信號(hào)，又用來 產(chǎn)生寄存器的載入信號(hào)。產(chǎn)生寄存器的載入信號(hào)。 如下圖：如下圖：地址為地址為1111 00001111 0000的組合的組合I/OI/O接口接口圖圖4.11 4.11 帶接口和使能帶接口和使能/ /裝載邏輯的雙向輸入輸出設(shè)備裝載邏輯的雙向輸入輸出設(shè)備4.I/O設(shè)備比CPU和存儲(chǔ)器慢得多，與CPU交互時(shí)，存在 時(shí)序上的問題。 就緒信號(hào)就緒信號(hào)（READYREADY）：一個(gè)控制輸入信號(hào)，）：一個(gè)控制輸入信號(hào)，CPUCP

46、U用用 來同步與來同步與I/OI/O設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸。設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸。l通常為高電平。當(dāng)通常為高電平。當(dāng)CPUCPU輸出某輸出某I/OI/O設(shè)備的地址和設(shè)備的地址和正確的控制信號(hào)，使其三態(tài)緩沖器有效，該正確的控制信號(hào)，使其三態(tài)緩沖器有效，該I/OI/O設(shè)備置設(shè)備置READYREADY信號(hào)為低電平。信號(hào)為低電平。lCPUCPU讀取這一信號(hào)，并繼續(xù)輸出同樣的地址和讀取這一信號(hào)，并繼續(xù)輸出同樣的地址和控制信號(hào)，使緩沖器保持有效。在硬盤驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)，使緩沖器保持有效。在硬盤驅(qū)動(dòng)器的例子中，此時(shí)驅(qū)動(dòng)器旋轉(zhuǎn)磁頭，并且定位讀的例子中，此時(shí)驅(qū)動(dòng)器旋轉(zhuǎn)磁頭，并且定位讀寫頭，直到讀到想要的數(shù)據(jù)為止。寫頭，直到讀到

47、想要的數(shù)據(jù)為止。 設(shè)置設(shè)置READYREADY為低電平而生成的附加時(shí)鐘周期叫做為低電平而生成的附加時(shí)鐘周期叫做等等待狀態(tài)待狀態(tài)（wait stateswait states）。）。 CPUCPU也可使用也可使用READYREADY同步與存儲(chǔ)器子系統(tǒng)之間的數(shù)同步與存儲(chǔ)器子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸。據(jù)傳輸。l I/O I/O設(shè)備通過緩沖器將數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)總線上，并重設(shè)備通過緩沖器將數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)總線上，并重 新設(shè)置新設(shè)置READYREADY為高電平。為高電平。l CPUCPU才從總線上讀入數(shù)據(jù)，之后繼續(xù)它的正常操作。才從總線上讀入數(shù)據(jù)，之后繼續(xù)它的正常操作。4.4 輔助存儲(chǔ)器1.1. 輔助存儲(chǔ)器作為主存

48、儲(chǔ)器的后援存儲(chǔ)器，用于存放輔助存儲(chǔ)器作為主存儲(chǔ)器的后援存儲(chǔ)器，用于存放 CPUCPU當(dāng)前暫時(shí)不用的程序和數(shù)據(jù)。當(dāng)前暫時(shí)不用的程序和數(shù)據(jù)。當(dāng)當(dāng)CPUCPU需要時(shí)，再需要時(shí)，再將數(shù)據(jù)成批地調(diào)入主存。從輔存所處的位置和與主將數(shù)據(jù)成批地調(diào)入主存。從輔存所處的位置和與主機(jī)交換信息的方式看，它屬于外部設(shè)備的一種。機(jī)交換信息的方式看，它屬于外部設(shè)備的一種。2. 2. 輔存的特點(diǎn)輔存的特點(diǎn) 容量大，成本低，可以脫機(jī)保存信息容量大，成本低，可以脫機(jī)保存信息3. 3. 輔存主要有兩類輔存主要有兩類: : 磁表面存儲(chǔ)器、光存儲(chǔ)器磁表面存儲(chǔ)器、光存儲(chǔ)器 如磁盤、磁帶、光盤等如磁盤、磁帶、光盤等4.4.1 磁表面存儲(chǔ)器

49、的基本原理1. 磁表面存儲(chǔ)器 把某些磁性材料均勻地涂敷在載體的表面上，把某些磁性材料均勻地涂敷在載體的表面上， 形成厚度為形成厚度為0.30.35m5m的磁層，將信息記錄在磁層的磁層，將信息記錄在磁層 上，構(gòu)成磁表面存儲(chǔ)器。上，構(gòu)成磁表面存儲(chǔ)器。2. 磁表面存儲(chǔ)器存儲(chǔ)信息的原理 利用磁性材料在不同方向的磁場(chǎng)作用下，形成利用磁性材料在不同方向的磁場(chǎng)作用下，形成 的兩種穩(wěn)定的剩磁狀態(tài)來記錄信息。的兩種穩(wěn)定的剩磁狀態(tài)來記錄信息。3. 磁表面存儲(chǔ)器的讀寫操作 磁頭：磁頭：磁表面存儲(chǔ)器的讀寫元件。利用磁頭來磁表面存儲(chǔ)器的讀寫元件。利用磁頭來 形成和判別磁層中的不同磁化狀態(tài)。形成和判別磁層中的不同磁化狀態(tài)

50、。 磁頭是由鐵氧化體或坡莫合金等高導(dǎo)磁率的材磁頭是由鐵氧化體或坡莫合金等高導(dǎo)磁率的材 料制成的電磁鐵，磁頭上繞有讀寫線圈，可以料制成的電磁鐵，磁頭上繞有讀寫線圈，可以 通過不同方向的電流。通過不同方向的電流。 寫磁頭：寫磁頭：用于寫入信息的磁頭。用于寫入信息的磁頭。 讀磁頭：讀磁頭：用于讀出信息的磁頭。用于讀出信息的磁頭。 復(fù)合磁頭：復(fù)合磁頭：既可用于讀出，又可用于寫入的磁頭。既可用于讀出，又可用于寫入的磁頭。 讀讀/ /寫操作寫操作: : 通過磁頭與磁層相對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行通過磁頭與磁層相對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行 一般都采用磁頭固定，磁層作勻速平移或高一般都采用磁頭固定，磁層作勻速平移或高 速旋轉(zhuǎn)。由磁頭縫隙對(duì)準(zhǔn)

51、運(yùn)動(dòng)的磁層進(jìn)行讀速旋轉(zhuǎn)。由磁頭縫隙對(duì)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)的磁層進(jìn)行讀/ /寫操作。寫操作。 磁頭磁頭磁表面存儲(chǔ)器的的讀寫元件磁表面存儲(chǔ)器的的讀寫元件 當(dāng)載體相對(duì)于磁頭運(yùn)動(dòng)時(shí)，就可以連續(xù)寫入一當(dāng)載體相對(duì)于磁頭運(yùn)動(dòng)時(shí)，就可以連續(xù)寫入一連串的二進(jìn)制信息。連串的二進(jìn)制信息。局部磁化單元局部磁化單元載磁體載磁體寫線圈寫線圈SNI局部磁化單元局部磁化單元寫線圈寫線圈SN鐵芯鐵芯磁通磁通磁層磁層寫入寫入“0”寫入寫入“1”I寫N讀線圈讀線圈S讀線圈讀線圈SN鐵芯鐵芯磁通磁通磁層磁層運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)方向ssttffee讀出讀出 “0”讀出讀出 “1”讀讀數(shù)據(jù)系列數(shù)據(jù)系列PMFMMFMNRZNRZ1RZ11111

52、0000位周期位周期 T4.4.2 磁表面存儲(chǔ)器的記錄方式1.1. 歸零制歸零制(RZ)(RZ) 寫寫0 0時(shí)，先發(fā)時(shí)，先發(fā)+I+I，然后回到，然后回到0 0； 寫寫1 1時(shí)，先發(fā)時(shí)，先發(fā)-I,-I,，然后回到，然后回到0 0。2. 2. 不歸零制不歸零制(NRZ)(NRZ) 寫寫0 0時(shí)，維持時(shí)，維持-I-I不變；寫不變；寫1 1時(shí)，維持時(shí)，維持+I+I不變。即只不變。即只有信息變換時(shí)，才在磁層中產(chǎn)生轉(zhuǎn)變區(qū)。有信息變換時(shí)，才在磁層中產(chǎn)生轉(zhuǎn)變區(qū)。NRZ數(shù)據(jù)系列數(shù)據(jù)系列111110000讀出信號(hào)讀出信號(hào)3.3. 見見“1”1”就翻的不歸零制就翻的不歸零制(NRZ(NRZ1 1) ) 在在 NRZ

53、 NRZ 基礎(chǔ)上形成的、寫入規(guī)律為：見基礎(chǔ)上形成的、寫入規(guī)律為：見1 1就翻。就翻。 寫寫0 0時(shí)，寫入電流維持原方向不變。時(shí)，寫入電流維持原方向不變。 寫寫1 1時(shí)，寫入電流方向翻轉(zhuǎn)。時(shí)，寫入電流方向翻轉(zhuǎn)。NRZ1數(shù)據(jù)系列數(shù)據(jù)系列111110000讀出信號(hào)讀出信號(hào)4.4. 調(diào)相制調(diào)相制(PM)(PM) 又稱為相位編碼。其寫入規(guī)律是：又稱為相位編碼。其寫入規(guī)律是： 寫寫0 0，寫入電流由負(fù)變?yōu)檎?，寫入電流由?fù)變?yōu)檎?寫寫1 1，寫入電流由正變?yōu)樨?fù)，寫入電流由正變?yōu)樨?fù) 當(dāng)相鄰兩位相同時(shí)，兩位交界處要翻轉(zhuǎn)一次。當(dāng)相鄰兩位相同時(shí)，兩位交界處要翻轉(zhuǎn)一次。PM數(shù)據(jù)系列數(shù)據(jù)系列111110000讀出信號(hào)讀

54、出信號(hào)5. 5. 調(diào)頻制調(diào)頻制(FM)(FM) 寫寫1 1時(shí)，不僅在位周期的中心產(chǎn)生磁化翻轉(zhuǎn)，而且在時(shí)，不僅在位周期的中心產(chǎn)生磁化翻轉(zhuǎn)，而且在位與位之間也必須翻轉(zhuǎn)。寫位與位之間也必須翻轉(zhuǎn)。寫0 0時(shí)，位周期中心不產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)，時(shí)，位周期中心不產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)，但位與位之間的邊界處要翻轉(zhuǎn)一次。但位與位之間的邊界處要翻轉(zhuǎn)一次。 由于寫由于寫 1 1 時(shí)磁化翻轉(zhuǎn)的頻率為寫時(shí)磁化翻轉(zhuǎn)的頻率為寫 0 0 時(shí)的兩倍，故時(shí)的兩倍，故稱為稱為“倍頻制倍頻制”。FM數(shù)據(jù)系列數(shù)據(jù)系列111110000讀出信號(hào)讀出信號(hào)6. 6. 改進(jìn)調(diào)頻制改進(jìn)調(diào)頻制(MFM(MFM或或 M M2 2F)F) 寫寫1 1時(shí)，在位單元中間改變寫入

55、電流方向；寫兩個(gè)以上時(shí)，在位單元中間改變寫入電流方向；寫兩個(gè)以上0 0時(shí)，在它們的交界處改變寫入電流方向。時(shí)，在它們的交界處改變寫入電流方向。 M M2 2F F的轉(zhuǎn)變區(qū)數(shù)約為的轉(zhuǎn)變區(qū)數(shù)約為FMFM的一半。在相同技術(shù)條件下，的一半。在相同技術(shù)條件下， M M2 2F F位單元長(zhǎng)度可縮短為位單元長(zhǎng)度可縮短為FMFM的一半，使的一半，使M M2 2F F的記錄密度提高近的記錄密度提高近一倍。一倍。 M M2 2F F制度廣泛用于軟盤與小容量硬盤中。制度廣泛用于軟盤與小容量硬盤中。MFM讀出信號(hào)讀出信號(hào)數(shù)據(jù)系列數(shù)據(jù)系列1111100004.4.3 磁盤存儲(chǔ)器1. 磁盤的分類環(huán)環(huán)境境要要求求低低，價(jià)價(jià)

56、格格低低軟軟盤盤：載載體體是是塑塑料料，對(duì)對(duì)量量大大，速速度度快快硬硬盤盤：載載體體是是金金屬屬，容容按按盤盤片片材材料料分分活活動(dòng)動(dòng)頭頭固固定定盤盤組組：活活動(dòng)動(dòng)頭頭可可卸卸盤盤組組：固固定定頭頭固固定定盤盤組組：固固定定頭頭可可卸卸盤盤組組：按按磁磁頭頭與與盤盤組組分分磁頭固定，每磁道一個(gè)磁頭，磁頭固定，每磁道一個(gè)磁頭，環(huán)境要求高，沒有磁頭運(yùn)動(dòng)，環(huán)境要求高，沒有磁頭運(yùn)動(dòng)，速度快?？尚侗P組，可卸下保速度快?？尚侗P組，可卸下保存。存。一個(gè)磁頭運(yùn)動(dòng)尋道，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一個(gè)磁頭運(yùn)動(dòng)尋道，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。固定盤組采用密封方成本低。固定盤組采用密封方式，環(huán)境要求不高。如溫盤。式，環(huán)境要求不高。如溫盤。讀

57、讀寫寫速速度度快快非非接接觸觸式式：多多為為硬硬盤盤，寫寫速速度度慢慢接接觸觸式式：多多為為軟軟盤盤，讀讀按按磁磁頭頭與與盤盤片片接接觸觸分分2. 磁盤存儲(chǔ)器的組成及邏輯結(jié)構(gòu) 磁盤存儲(chǔ)器由磁盤存儲(chǔ)器由驅(qū)動(dòng)器、控制器和盤片驅(qū)動(dòng)器、控制器和盤片三部分組成三部分組成主主機(jī)機(jī)磁磁盤盤控控制制器器磁磁盤盤驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)器器盤盤片片 磁盤驅(qū)動(dòng)器又稱磁盤機(jī)或磁盤子系統(tǒng)磁盤驅(qū)動(dòng)器又稱磁盤機(jī)或磁盤子系統(tǒng) 用于控制磁頭與盤片的運(yùn)動(dòng)及讀寫。是獨(dú)用于控制磁頭與盤片的運(yùn)動(dòng)及讀寫。是獨(dú) 立于主機(jī)之外的完整裝置。立于主機(jī)之外的完整裝置。音圈電機(jī)控制系統(tǒng)音圈電機(jī)控制系統(tǒng)位置檢位置檢測(cè)電路測(cè)電路模擬控模擬控 制電路制電路 功率放大功

58、率放大邏輯電路邏輯電路 音圈音圈 電機(jī)電機(jī)測(cè)測(cè)速速輸輸出出控制器送控制器送來的目的來的目的磁道信號(hào)磁道信號(hào)編碼電路編碼電路寫入驅(qū)動(dòng)器寫入驅(qū)動(dòng)器磁頭選擇磁頭選擇譯碼電路譯碼電路讀放大器讀放大器輸入輸入輸出輸出寫入電路寫入電路讀出電路讀出電路磁頭寫磁頭寫入線圈入線圈磁頭讀磁頭讀出線圈出線圈選頭信號(hào)選頭信號(hào)33讀讀/ /寫電路寫電路 驅(qū)動(dòng)器內(nèi)包含有旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)部件、磁頭定位部件、驅(qū)動(dòng)器內(nèi)包含有旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)部件、磁頭定位部件、讀寫電路和數(shù)據(jù)傳送電路等。讀寫電路和數(shù)據(jù)傳送電路等。 磁盤控制器磁盤控制器 主機(jī)與磁盤驅(qū)動(dòng)器之間的接口，通常是插在主機(jī)主機(jī)與磁盤驅(qū)動(dòng)器之間的接口，通常是插在主機(jī)總線插槽中的一塊印刷電

59、路板。總線插槽中的一塊印刷電路板。 磁盤控制器的作用：磁盤控制器的作用：接受主機(jī)發(fā)出的命令與數(shù)據(jù)，接受主機(jī)發(fā)出的命令與數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)器的控制命令和數(shù)據(jù)格式，控制驅(qū)動(dòng)器的轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)器的控制命令和數(shù)據(jù)格式，控制驅(qū)動(dòng)器的操作。操作。 盤片：盤片：存儲(chǔ)信息的介質(zhì)存儲(chǔ)信息的介質(zhì) 3. 磁盤信息記錄格式 （1 1） 磁盤的結(jié)構(gòu)磁盤的結(jié)構(gòu)盤片盤片磁道磁道扇間空隙扇間空隙扇區(qū)扇區(qū) 記錄面：記錄面：磁盤片表面稱為記錄面。盤片的上下兩磁盤片表面稱為記錄面。盤片的上下兩 面都能記錄信息。面都能記錄信息。 磁道：磁道：記錄面上一系列同心圓。每個(gè)盤片表面通記錄面上一系列同心圓。每個(gè)盤片表面通 常有幾十到幾百個(gè)磁道。常

60、有幾十到幾百個(gè)磁道。 磁道的編址：磁道的編址：從外向內(nèi)依次編號(hào)，最外一個(gè)從外向內(nèi)依次編號(hào)，最外一個(gè) 同心圓叫同心圓叫0 0磁道，最里面的一個(gè)同心圓叫磁道，最里面的一個(gè)同心圓叫n n磁道，磁道，n n 磁道里面的圓面積不用來記錄信息。磁道里面的圓面積不用來記錄信息。 扇區(qū)：扇區(qū)：將盤面沿垂直于磁道的方向劃分成若干個(gè)將盤面沿垂直于磁道的方向劃分成若干個(gè) 扇區(qū)。扇區(qū)。 扇區(qū)的編號(hào)方法：扇區(qū)的編號(hào)方法：可以連續(xù)編號(hào)，也可間隔編號(hào)。可以連續(xù)編號(hào)，也可間隔編號(hào)。 柱面（圓柱面）：柱面（圓柱面）：n n個(gè)面上位于同一半徑的磁道形成個(gè)面上位于同一半徑的磁道形成 一個(gè)圓柱面。磁盤組的圓柱面數(shù)等于一個(gè)盤面的磁一個(gè)