數(shù)字邏輯：第四章 存儲系統(tǒng)

本章主要內(nèi)容

存儲系統(tǒng)、分類及其特點

第四章

存儲系統(tǒng)存儲器的層次結(jié)構(gòu)

微機(jī)擁有不同類型的存儲部件(多層/多級結(jié)構(gòu))。寄存器堆高速緩存cache主存儲器聯(lián)機(jī)外存儲器脫機(jī)外存儲器快慢小大容量速度CPU內(nèi)核§4.1特殊存儲部件由寄存器（D觸發(fā)器）構(gòu)成。CPU內(nèi)部，用于緩存和傳輸操作，容量小，速度快。特殊存儲部件通用寄存器堆寄存器隊列寄存器棧4.1.1寄存器堆（緩沖存儲器）由多個寄存器構(gòu)成的集合。常用于數(shù)據(jù)寄存。有三組外部信號：地址（短地址）、數(shù)據(jù)、讀/寫控制。多端口寄存器?？赏瑫r讀、寫，可同時輸出兩個數(shù)。123456704.1.2寄存器隊列（FIFO)FIFO（FirstInFirstOut，先進(jìn)先出），用若干個移位寄存器構(gòu)建的小型存儲部件。用于指令隊列。

無地址線，雙端口存儲器，可同時讀寫。FIFO用于兩個不同系統(tǒng)通信、數(shù)據(jù)采集傳送、串并轉(zhuǎn)換。AABBAAABBA常規(guī)移位寄存器FIFO寄存器FIFO寄存器A速率數(shù)據(jù)B速率數(shù)據(jù)CPaCPb4.1.3寄存器棧（LIFO)LIFO（LastInFirstOut，后進(jìn)先出）方式，用若干個雙向移位寄存器構(gòu)建的小型存儲部件。雙向移位寄存器構(gòu)成用于減少函數(shù)調(diào)用時對內(nèi)存的訪問。存儲器：大容量存儲，由TTL或MOS構(gòu)成。ReadOnlyMemory（ROM）

特性：只能讀不能寫、不易失

作用：存放固定的程序和數(shù)據(jù)內(nèi)存/主存儲器隨機(jī)讀寫存儲器RandomAccessMemory（RAM）

特性：能讀能寫、易失

作用：存放編寫的程序和數(shù)據(jù)只讀存儲器§4.2隨機(jī)讀寫存儲器RAM4.2.1RAM的邏輯結(jié)構(gòu)存儲器的外部連線：數(shù)據(jù)線是（雙向）控制線（單向且讀、寫互斥）片選線地址線（單向）12345670位線：數(shù)據(jù)線字線：存儲單元選通線單譯碼方式雙譯碼方式4.2.2存儲器地址譯碼方式123456701單譯碼方式寫存儲陣列讀行地址譯碼器地址總線數(shù)據(jù)總線一個譯碼器，選中一個字的所有存儲元。（二維存儲陣列）2雙譯碼方式兩個譯碼器，選中交叉點的存儲元。（三維存儲陣列）構(gòu)成大容量存儲器。1234567012345670

單元數(shù)×每單元的位數(shù)3存儲器容量字?jǐn)?shù)字長單位：KB、MB、GB等，

其中K=210，M=220、G=230、B(Byte)=8bit容量＝8KB=8K8=213

8

說明：13根地址線

8根數(shù)據(jù)線4存儲器的讀寫操作1）寫操作1)地址有效2)數(shù)據(jù)放總線3)寫命令有效AddressregisterDataregisterAddressbusAddressdecoderByteorganizedmemoryarrayWriteDatabus2）讀操作1)地址有效2)讀命令有效3)數(shù)據(jù)被復(fù)制到總線并打入寄存器AddressregisterDataregisterAddressbusByteorganizedmemoryarrayAddressdecoderReadMOS型RAMDRAM

單元：電容存儲信息（1管＋1電容），漏電不穩(wěn)定，需定時刷新，外圍電路較復(fù)雜。特點:

集成度高\功耗低\價格便宜

應(yīng)用：微機(jī)中的內(nèi)存條、顯卡上的顯存SRAM

單元：鎖存器（6管MOS），存儲信息穩(wěn)定特點:

存取快\功耗較高\價格貴

應(yīng)用：

PC機(jī)中的CacheMemorycell5RAM的分類RAM系列StaticRAM(SRAM)DynamicRAM(DRAM)AsynchronousSRAM(ASRAM)SynchronousSRAMwithburstfeature(SBSRAM)ExtendedDataOutDRAM(EDODRAM)BurstEDODRAM(BEDODRAM)FastPageModeDRAM(FPMDRAM)SynchronousDRAM(SDRAM)Random-AccessMemory(RAM)靜態(tài)SRAM動態(tài)DRAM異步具有突發(fā)特性的同步快速頁模式）擴(kuò)充數(shù)據(jù)輸出突發(fā)DRAM同步DRAM組成單元速度集成度應(yīng)用SRAM觸發(fā)器快低小容量系統(tǒng)DRAM極間電容慢高大容量系統(tǒng)SRAM工作過程：讀周期:

地址有效片選信號CS有效輸出使能OE有效數(shù)據(jù)輸出（三態(tài)門）到總線寫周期:

地址有效片選信號CS有效數(shù)據(jù)放置（三態(tài)門）到總線寫信號WE有效Chipselect4.2.3SRAM存儲器Memorycell靠觸發(fā)器記憶數(shù)據(jù)。

刷新電路（將剛讀出的數(shù)據(jù)再寫回去）

寫、讀、刷新三個操作4.2.4DRAM存儲器靠MOS管柵極電容記憶數(shù)據(jù)。

地址線分兩次送（減少總線數(shù)，減少芯片引腳）

讀、寫數(shù)據(jù)線分開

SRAMDRAM

存儲信息觸發(fā)器電容破壞性讀出非是需要刷新不要需要送行列地址同時送分兩次送運行速度快慢集成度低高發(fā)熱量大小存儲成本高低

掩模ROM可編程ROM可擦除ROM紫外線PROM電可擦除E2PROM§4.3只讀存儲器ROMPC機(jī)中存儲BIOS程序、機(jī)器碼、出廠信息。Read-OnlyMemory(ROM)ElectricallyErasablePROM(EEPROM)MaskROMErasablePROM(EPROM)UltravioletEPROM(UVEPROM)ProgrammableROM(PROM)FlashMemory閃存U盤USBflashdisk1ROM的內(nèi)部組成2ROM的邏輯構(gòu)成ROM真值表ROM＝與門陣列（地址譯碼器）＋或門陣列（存儲矩陣）構(gòu)成的組合邏輯電路。地址存儲內(nèi)容A1A0b3b2b1b0000110110101101001111110A0AW0W3W2W11地址譯碼器b32bb＋10b＋＋＋ROM真值表地址存儲內(nèi)容A1A0b3b2b1b0000110110101101001111110G3G2G1G0B3B3B2B2B1B1B0B0固定的點陣可編程部分思考題：

1、32K×16表示什么意思?(32K=215,15根地址線,16根數(shù)據(jù)線)2、構(gòu)成4M×32存儲器需要16K×8的芯片多少片？（1024）

3：奔騰CPU的數(shù)據(jù)總線寬度為64位，地址總線寬度32位，問：奔騰主存的最大物理地址空間為多少？（232×64=4×230×64=4×230×8×8=32GB）已知存儲器的地址空間:ROM地址為0000H~3FFFHPROM地址為4000H~7FFFHEPROM地址為C000H~DFFFHRAM地址為E000H~FFFFH用2:4譯碼器、適當(dāng)?shù)拈T設(shè)計地址譯碼電路。A15A14A13A12

A11A10A9A8

A7A6A5A4A3A2A1A01100

0000

0000

0000EPROM1101

1111

1111

11110100

0000

0000

0000PROM0111

1111

1111

11110000

0000

0000

0000ROM0011

1111

1111

11111110