微機(jī)原理教學(xué)課件第三章存儲(chǔ)器

1、第三章 存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器簡介(概念、分類、結(jié)構(gòu)) 只讀存儲(chǔ)器和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器的連接 多層存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)概念 3.1 存儲(chǔ)器簡介 存儲(chǔ)器概念 存儲(chǔ)器分類 存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) 存儲(chǔ)器的主要指標(biāo)一、存儲(chǔ)器概念 定義： 存儲(chǔ)器就是微型機(jī)中用來存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)的部件,具有記憶功能。 構(gòu)成: 存儲(chǔ)器由一個(gè)個(gè)存儲(chǔ)單元構(gòu)成，每個(gè)單元有唯一的地址與之對(duì)應(yīng)，訪問存儲(chǔ)器的過程實(shí)際上就是對(duì)存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)存或取的操作。二、存儲(chǔ)器分類 按構(gòu)成材料和存儲(chǔ)介質(zhì)分類 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 磁介質(zhì)存儲(chǔ)器，如： 磁盤和磁帶等 光電存儲(chǔ)器 按在計(jì)算機(jī)中的作用分類 主存儲(chǔ)器(內(nèi)存) 輔助存儲(chǔ)器(外存) 高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）靜態(tài)RAM（SRA

2、M）掩模ROM可編程ROM（PROM）紫外線可擦除PROM（EPROM）電可擦除PROM（EEPROM）快擦寫存儲(chǔ)器（Flash ROM）動(dòng)態(tài)RAM（DRAM）2、存儲(chǔ)器的選用原則1、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 （Memory）隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）只讀存儲(chǔ)器 （ROM）靜態(tài)RAM 動(dòng)態(tài)RAM EPROMEEPROMFLASH ROM三、存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu) 存儲(chǔ)體：是存儲(chǔ)芯片的主體，由基本存儲(chǔ)元按照一定的排列規(guī)律構(gòu)成。 地址譯碼器：接收來自CPU的n位地址，經(jīng)譯碼后產(chǎn)生2n個(gè)地址選擇信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)片內(nèi)存儲(chǔ)單元的選址。 控制邏輯電路：接收片選信號(hào)CS及來自CPU的讀/寫控制信號(hào)，形成芯片內(nèi)部控制信

3、號(hào)，控制數(shù)據(jù)的讀出和寫入。 數(shù)據(jù)緩沖器： 寄存來自CPU的寫入數(shù)據(jù)或從存儲(chǔ)體內(nèi)讀出的數(shù)據(jù)。 四、主存儲(chǔ)器的主要技術(shù)指標(biāo) 1、存儲(chǔ)容量：存儲(chǔ)器所包含的存儲(chǔ)單元數(shù)或可以容納的二進(jìn)制信息量稱為存儲(chǔ)容量（尋址空間，由CPU的地址線決定）。 2、存取速度：也可以是存取時(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，又稱為讀寫周期。3、可靠性：用平均故障間隔時(shí)間來衡量。4、功耗：通常是指每個(gè)存儲(chǔ)元消耗功率的大小。 3.2 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器1、定義：在計(jì)算機(jī)正常工作狀態(tài)下,存儲(chǔ)器的信息既可以隨機(jī)讀,又可以隨機(jī)寫。2、性質(zhì)：RAM中的信息具有易失性。3、分類: a. 靜態(tài)RAM (速度快,存儲(chǔ)容量小,集

4、成度低,無需刷新 ) b. 動(dòng)態(tài)RAM (速度慢,存儲(chǔ)容量大,集成度高,需刷新 ) 靜態(tài)RAM六管靜態(tài)基本存儲(chǔ)電路 常用的靜態(tài)RAM存儲(chǔ)器芯片有Intel 系列的典型產(chǎn)品，如2114（1K4）、6116（2K8）、6264（8K8）、62128（16K8）、62256（32K8）等(1) Intel 6116芯片雙列直插24引腳引腳信號(hào)： 地址信號(hào) A10A0 數(shù)據(jù)線 I/O7I/O0 可尋址的單元數(shù)：211每單元數(shù)據(jù)位數(shù)：8容量21182KB 控制線：片選寫選通信號(hào)輸出允許信號(hào)工作方式6116工作方式真值表方 式I/O0I/O71XX未選中高 阻011輸出禁止高 阻001讀輸 出0X0寫輸

5、入讀操作： 0， 0， 1寫操作： 0， 0(2)靜態(tài)RAM 6264（8K8）存儲(chǔ)容量= 2 88KB131 282 273 264 255 246 237 6264 228 219 2010 1911 1812 1713 1614 15VCC WECS2A8A9A11OEA10CS1D7D6D5D4D3D2D1D0A0A1A12A7A6A5A4A3A2NCGND 動(dòng)態(tài)RAM單管動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)電路 動(dòng)態(tài)RAM存儲(chǔ)器芯片Intel 2164A存儲(chǔ)容量64K1DRAM2164的引腳功能A7A0：地址信號(hào)的輸入引腳，用來分時(shí)接收CPU送來的8位行、列地址。64K個(gè)單元需要16根地址線，在存取某個(gè)單元時(shí)，

6、將存取的地址分兩次輸入到芯片中，每次8位都有同一組地址線輸入。每次送到芯片上的地址分別稱為行地址和列地址，分別鎖存到芯片內(nèi)部的行地址鎖存器和列地址鎖存器中，從而通過行列譯碼來選中要尋址的單元。RAS#：行地址選通信號(hào)輸入引腳，低電平有效，兼作芯片選擇信號(hào)。當(dāng)為低電平時(shí)，表明芯片當(dāng)前接收的是行地址。 CAS#：列地址選通信號(hào)輸入引腳，低電平有效，表明當(dāng)前正在接收的是列地址。WE#： 寫允許控制信號(hào)輸入引腳，當(dāng)其為低電平時(shí)，執(zhí)行寫操作；否則，執(zhí)行讀操作。DIN：數(shù)據(jù)輸入引腳。 DOUT：數(shù)據(jù)輸出引腳。 VDD：5V電源引腳。 Vss：接地引腳。 N/C：空腳，無定義。1、定義：在計(jì)算機(jī)正常工作狀態(tài)

7、下,存儲(chǔ)器的信息只可以隨機(jī)讀,不可以隨機(jī)寫。2、性質(zhì)：ROM中的信息具有非易失性。3、分類: a. 掩模ROM b. 可編程的PROM c. 紫外線擦除、可編程的EPROM d. 電擦除、可編程的E2PROM等 e. 快擦寫存儲(chǔ)器（Flash ROM）3.3 只讀存儲(chǔ)器ROMIntel 2764(EPROM)容量2138 8KB 64K位（1）引腳線： 地址線: A12A0 ,可尋址的單元數(shù)：213 數(shù)據(jù)線: O7O0 ,每單元數(shù)據(jù)位數(shù)：8 控制線: 片選 輸出允許 編程控制1 282 273 264 255 246 237 228 219 2010 1911 1812 1713 1614 1

8、5VPPA12A7A0D0D1D2地D3D4D5D6D7CEA10OEA11A9A8NCPGMVCCA1A2A3A4A5A62764(8K*8) EPROM引腳（2）工作方式 工作方式 CE OE PGM VPP VCC 數(shù)據(jù)線狀態(tài) 讀出 0 0 1 +5V +5V DOUT 維持 1 x x +5V +5V 高阻態(tài) 編程 0 1 0 +21V +5V DIN編程檢驗(yàn) 0 0 1 +21V +5V DOUT編程禁止 1 x x +21V +5V 高阻態(tài)與靜態(tài)RAM比較：缺少寫方式，增加編程、校驗(yàn)、編程禁止等方式。 一、存儲(chǔ)器接口應(yīng)考慮的幾個(gè)問題 存儲(chǔ)芯片的選用 CPU總線負(fù)載能力 存儲(chǔ)器與CP

9、U之間的時(shí)序配合 存儲(chǔ)器地址分配與片選問題3.4 存儲(chǔ)器芯片與CPU的連接二、存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)寬度擴(kuò)充和字節(jié)數(shù)擴(kuò)充數(shù)據(jù)線：D15D0地址線：A19A0控制線：M/IO#、RD# 、WR#、BHE# CPU 提供的信號(hào)線 存儲(chǔ)器芯片提供的信號(hào)線數(shù)據(jù)線：D7D0地址線：AnA0控制線：RD# 、WR#、CS# 信號(hào)線的連接數(shù)據(jù)線：直接連地址線：低位線直接連，高位線作片選控制線：三、CPU與存儲(chǔ)器的連接方式 片選信號(hào) CS# 的產(chǎn)生 線選方式（線選法） 譯碼選擇方式 全地址譯碼法 部分地址譯碼法 存儲(chǔ)器地址譯碼電路的設(shè)計(jì)一般遵循如下步驟：（1）根據(jù)系統(tǒng)中實(shí)際存儲(chǔ)器容量，確定存儲(chǔ)器在整個(gè)尋址空間中的位置；

10、（2）根據(jù)所選用存儲(chǔ)芯片的容量，畫出地址分配圖或列出地址分配表；（3）根據(jù)地址分配圖確定譯碼方法；（4）選用合適器件，畫出譯碼電路圖。8086系統(tǒng)的存儲(chǔ)器接口設(shè)計(jì)基本技術(shù)1、全地址譯碼方式 定義：系統(tǒng)總線中的全部AB（AB19-AB0）都用于地址譯碼，這樣存儲(chǔ)器芯片中的任一單元都有唯一確定地址，該地址選擇方法稱為全地址譯碼法。 方法：低位地址線直接作為存儲(chǔ)器芯片內(nèi)部的地址線連接，余下的高位地址線全部通過外加譯碼器譯碼，譯碼輸出作為各芯片組的選片信號(hào)，以確定各組芯片的唯一地址范圍。CS1A0A12WEOECS2 &11M/IOA19A18A17A16A15A14A13+5VSRAM62641WR

11、1RDD0D7說明：A19A13是0011111A12 A0例：8086/8088 CPU，擴(kuò)展8KBRAM區(qū)。選用靜態(tài)6264 RAM（對(duì)8086不考慮奇偶存儲(chǔ)體）。地址空間分配：A19 A18 A17 A16 A15 A14 A13 A12A0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1即：3E000H3FFFFH ，共8KB分析如下連接方式所確定的地址：A19A13是0101110CS1WEOECS2A0A12 &11M/IOA19A18A17A16A15A14A13+5VSRAM62641WR1RDD0D7A12 A01 （1）譯碼芯片 常用的譯碼芯片是74LS138譯碼器，功能是38

12、譯碼器，有三個(gè)“選擇輸入端”C、B、A和三個(gè)“使能輸入端” G1、G2A#，G2B#以及 8個(gè)輸出端 Y7# Y0 #（2）74138引腳圖輸 入輸 出使 能選 擇G1G2A#G2B#CBAY7#Y6#Y5#Y4#Y3#Y2#Y1#Y0#1000001111111010000111111101100010111110111000111111011110010011101111100101110111111001101011111110011101111111其 它XXX1111111174LS138功能表 CS1 1# CS2A0A12CS1 2#CS2A0A12CS1 3#CS2A0A12C

13、S1 4#CS2A0A12G1 Y0G2A Y1G2B Y2 Y374LS138CBA11M/IOA19A18A17A16A15A14A13+5V1其中：RD與OE相連；WR與WE相連；SRAM（6264）A0A12地址空間分配：A19A18A17A16A15A14A13 A12A0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1# 00000H 1 1 01FFFH 0 0 1 0 0 2# 02000H 1 1 03FFFH 0 1 0 0 0 3# 04000H 1 1 05FFFH 0 1 1 0 0 4# 06000H 1 1 07FFFH 每片8KB,共32KBSRAM（6264）CS1

14、1# CS2A0A12CS1 2#CS2A0A12CS1 3#CS2A0A12CS1 4#CS2A0A12G1 Y0G2A Y2G2B Y4 Y674LS138CBA11M/IOA19A18A17A16A15A14A13+5V1其中：RD與OE相連；WR與WE相連；A0A12若74138的輸出為Y0,Y2,Y4和Y6A19A18A17A16A15A14A13 A12A0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1# 00000H 1 1 01FFFH 0 1 0 0 0 2# 04000H 1 1 05FFFH 1 0 0 0 0 3# 08000H 1 1 09FFFH 1 1 0 0 0 4#

15、 0C000H 1 1 0DFFFH思考：若A19,A18,A17連接74138的C,B,A,確定的地址又是什么？2、部分地址譯碼方式 定義：CPU系統(tǒng)總線中的部分地址信號(hào)線與存儲(chǔ)器芯片的地址線相連,參與存儲(chǔ)器地址的譯碼。 優(yōu)點(diǎn)：譯碼電路連接簡單 缺點(diǎn)：會(huì)出現(xiàn)地址重疊問題 CS1WEOECS2A0A12 &11M/IOA17A16A15A14A13+5VA12A0SRAM6264WRRDD0D7說明：(1)A17A13是11111；（2）A19，A18沒用。地址空間分配：A19A18A17A16A15A14A13 A12A0 1 1 1 1 1 0 0 1 1重疊地址：3E000H3FFFFH

16、 7E000H8FFFFHBE000HBFFFFH FE000HFFFFFH基本地址范圍：3E000H3FFFFH 補(bǔ)充： 存儲(chǔ)器管理一、IBM PC/XT中的存儲(chǔ)空間分配 IBM PC/XT計(jì)算機(jī)中的CPU是8088。 20根地址線可以尋址1MB內(nèi)存空間 （00000HFFFFFH） 分三個(gè)區(qū)： 基本RAM區(qū)：00000H9FFFFH，共640KB。 保留區(qū)：A0000HBFFFFH，共128KB，屬于顯示RAM區(qū)。 ROM區(qū)：C0000HFFFFFH，屬于系統(tǒng)控制ROM和基本I/O ROM區(qū)。 IBM PC/XT存儲(chǔ)空間的分配二、擴(kuò)展存儲(chǔ)器及其管理 1、不同CPU的尋址范圍2、 存儲(chǔ)器的管

17、理 （1）虛擬存儲(chǔ)器（Virtal Memory） 當(dāng)CPU輸出地址碼的位數(shù)較多，而實(shí)際主存容量較小的情況下，微機(jī)系統(tǒng)可以將一部分輔存當(dāng)作主存來使用的機(jī)制，就是虛擬存儲(chǔ)器系統(tǒng)。 虛擬存儲(chǔ)器是建立在主存-輔存物理結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之上，由附加硬件裝置及操作系統(tǒng)存儲(chǔ)管理軟件組成的一種存儲(chǔ)體系，它將主存和輔存的地址空間統(tǒng)一編址，形成一個(gè)龐大的存儲(chǔ)空間。（2）80386的三種工作方式 實(shí)地址方式 實(shí)地址方式是8028680486最基本的工作方式，尋址范圍只能在1MB范圍內(nèi)，故不能管理和使用擴(kuò)展存儲(chǔ)器。它在復(fù)位時(shí)，啟動(dòng)地址為FFFF0H，在此安裝一個(gè)跳轉(zhuǎn)指令，進(jìn)入上電自檢和自舉程序。 虛地址保護(hù)方式 保護(hù)：第一是保護(hù)操作系統(tǒng)的存儲(chǔ)段和其專用處理寄存器不被應(yīng)用程序所破壞；第二是為每一個(gè)任務(wù)分配不同的虛地址空間，從而使不同任務(wù)之間完全隔離，實(shí)現(xiàn)任務(wù)的保護(hù)。 存儲(chǔ)器管理機(jī)制： 80386先使用段機(jī)制，把包含兩個(gè)部分的虛擬地址空間轉(zhuǎn)化為一個(gè)中間地址空間的地址，然后再用分頁機(jī)制把線性地址轉(zhuǎn)化為物理地址。 分段分頁機(jī)制： 所管理的存儲(chǔ)塊具有固定的大小，它把線性地址空間中的任一頁映射到物理空間的一頁。 虛擬8086方式 支持存儲(chǔ)管理、保護(hù)及多任務(wù)環(huán)境中執(zhí)行8086程序，創(chuàng)建一個(gè)在虛擬8