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1、第三章 存储器,存储器简介(概念、分类、结构) 只读存储器和随机存取存储器 存储器的连接 多层存储结构概念,3.1 存储器简介 存储器概念 存储器分类 存储器结构 存储器的主要指标,一、存储器概念,定义： 存储器就是微型机中用来存储程序和数据的部件,具有记忆功能。 构成: 存储器由一个个存储单元构成，每个单元有唯一的地址与之对应，访问存储器的过程实际上就是对存储单元的数据实现存或取的操作。,二、存储器分类,按构成材料和存储介质分类 半导体存储器 磁介质存储器，如： 磁盘和磁带等 光电存储器 按在计算机中的作用分类 主存储器(内存) 辅助存储器(外存) 高速缓冲存储器（Cache）,静态RAM（
2、SRAM）,动态RAM（DRAM）,2、存储器的选用原则,1、半导体存储器的分类,半导体存储器 （Memory）,随机存取存储器 （RAM）,只读存储器 （ROM）,静态RAM,动态RAM,EPROM,EEPROM,FLASH ROM,三、存储器的结构,存储体：是存储芯片的主体，由基本存储元按照一定的排列规律构成。 地址译码器：接收来自CPU的n位地址，经译码后产生2n个地址选择信号，实现对片内存储单元的选址。 控制逻辑电路：接收片选信号CS及来自CPU的读/写控制信号，形成芯片内部控制信号，控制数据的读出和写入。 数据缓冲器： 寄存来自CPU的写入数据或从存储体内读出的数据。,四、主存储器的
3、主要技术指标 1、存储容量：存储器所包含的存储单元数或可以容纳的二进制信息量称为存储容量（寻址空间，由CPU的地址线决定）。 2、存取速度：也可以是存取时间，是指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间，又称为读写周期。 3、可靠性：用平均故障间隔时间来衡量。 4、功耗：通常是指每个存储元消耗功率的大小。,3.2 随机存取存储器,1、定义：在计算机正常工作状态下,存储器的信息既可以随机读,又可以随机写。 2、性质：RAM中的信息具有易失性。 3、分类: a. 静态RAM (速度快,存储容量小,集成度低,无需刷新 ) b. 动态RAM (速度慢,存储容量大,集成度高,需刷新 ),静态RAM,
4、六管静态基本存储电路,常用的静态RAM存储器芯片有Intel 系列的典型产品，如2114（1K4）、6116（2K8）、6264（8K8）、62128（16K8）、62256（32K8）等,(1) Intel 6116芯片 双列直插24引脚,引脚信号： 地址信号 A10A0 数据线 I/O7I/O0,可寻址的单元数：211 每单元数据位数：8,容量21182KB,工作方式,读操作： 0， 0， 1 写操作： 0， 0,(2)静态RAM 6264（8K8）,动态RAM,单管动态存储电路,动态RAM存储器芯片Intel 2164A,存储容量64K1,DRAM2164的引脚功能,A7A0：地址信号的
5、输入引脚，用来分时接收CPU送来的8位行、列地址。64K个单元需要16根地址线，在存取某个单元时，将存取的地址分两次输入到芯片中，每次8位都有同一组地址线输入。每次送到芯片上的地址分别称为行地址和列地址，分别锁存到芯片内部的行地址锁存器和列地址锁存器中，从而通过行列译码来选中要寻址的单元。 RAS#：行地址选通信号输入引脚，低电平有效，兼作芯片选择信号。当为低电平时，表明芯片当前接收的是行地址。 CAS#：列地址选通信号输入引脚，低电平有效，表明当前正在接收的是列地址。 WE#： 写允许控制信号输入引脚，当其为低电平时，执行写操作；否则，执行读操作。 DIN：数据输入引脚。 DOUT：数据输出
6、引脚。 VDD：5V电源引脚。 Vss：接地引脚。 N/C：空脚，无定义。,1、定义：在计算机正常工作状态下,存储器的信息只可以随机读,不可以随机写。 2、性质：ROM中的信息具有非易失性。 3、分类: a. 掩模ROM b. 可编程的PROM c. 紫外线擦除、可编程的EPROM d. 电擦除、可编程的E2PROM等 e. 快擦写存储器（Flash ROM）,3.3 只读存储器ROM,Intel 2764(EPROM),容量2138 8KB 64K位,2764(8K*8) EPROM引脚,（2）工作方式,与静态RAM比较：缺少写方式，增加编程、校验、编程禁止等方式。,一、存储器接口应考虑的几
7、个问题 存储芯片的选用 CPU总线负载能力 存储器与CPU之间的时序配合 存储器地址分配与片选问题,3.4 存储器芯片与CPU的连接,二、存储器的数据宽度扩充和字节数扩充,数据线：D15D0 地址线：A19A0 控制线：M/IO#、RD# 、WR#、BHE#,CPU 提供的信号线,存储器芯片提供的信号线,数据线：D7D0 地址线：AnA0 控制线：RD# 、WR#、CS#,信号线的连接,数据线：直接连 地址线：低位线直接连，高位线作片选 控制线：,三、CPU与存储器的连接方式,片选信号 CS# 的产生 线选方式（线选法） 译码选择方式 全地址译码法 部分地址译码法,存储器地址译码电路的设计一般
8、遵循如下步骤： （1）根据系统中实际存储器容量，确定存储器在整个寻址空间中的位置； （2）根据所选用存储芯片的容量，画出地址分配图或列出地址分配表； （3）根据地址分配图确定译码方法； （4）选用合适器件，画出译码电路图。,8086系统的存储器接口设计基本技术,1、全地址译码方式,定义：系统总线中的全部AB（AB19-AB0）都用于地址译码，这样存储器芯片中的任一单元都有唯一确定地址，该地址选择方法称为全地址译码法。 方法：低位地址线直接作为存储器芯片内部的地址线连接，余下的高位地址线全部通过外加译码器译码，译码输出作为各芯片组的选片信号，以确定各组芯片的唯一地址范围。,例：8086/8088
9、 CPU，扩展8KBRAM区。选用静态6264 RAM（对8086不考虑奇偶存储体）。,地址空间分配： A19 A18 A17 A16 A15 A14 A13 A12A0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 即：3E000H3FFFFH ，共8KB,分析如下连接方式所确定的地址：,A19A13是 0101110,（1）译码芯片 常用的译码芯片是74LS138译码器，功能是38译码器，有三个“选择输入端”C、B、A和三个“使能输入端” G1、G2A#，G2B#以及 8个输出端 Y7# Y0 #,（2）74138引脚图,74LS138功能表,CS1 1# CS2 A0A12,CS1 2#
10、CS2 A0A12,CS1 3# CS2 A0A12,CS1 4# CS2 A0A12,G1 Y0 G2A Y1 G2B Y2 Y3 74LS138 C B A,1,1,M/IO,A19,A18,A17,A16,A15,A14,A13,+5V,1,其中： RD与OE相连； WR与WE相连；,SRAM（6264）,A0A12,地址空间分配： 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
11、0 1 1 0 0 4# 06000H 1 1 07FFFH 每片8KB,共32KB,SRAM（6264）,若74138的输出为Y0,Y2,Y4和Y6,A19A18A17A16A15A14A13 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# 0C000H 1 1 0DFFFH,思考：若A19,A18,A17 连接74138的C,B,A, 确定的地址又是什么？,2、部分地址译码方式,定义：CPU系统总线中
12、的部分地址信号线与存储器芯片的地址线相连,参与存储器地址的译码。 优点：译码电路连接简单 缺点：会出现地址重叠问题,CS1 WE OE CS2 A0A12,&,1,1,M/IO,A17,A16,A15,A14,A13,+5V,A12A0,SRAM 6264,WR,RD,D0D7,说明：(1)A17A13是11111；（2）A19，A18没用。,地址空间分配： A19A18A17A16A15A14A13 A12A0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 重叠地址： 3E000H3FFFFH 7E000H8FFFFH BE000HBFFFFH FE000HFFFFFH 基本地址范围： 3E000H3
13、FFFFH,补充： 存储器管理,一、IBM PC/XT中的存储空间分配 IBM PC/XT计算机中的CPU是8088。 20根地址线可以寻址1MB内存空间 （00000HFFFFFH） 分三个区： 基本RAM区：00000H9FFFFH，共640KB。 保留区：A0000HBFFFFH，共128KB，属于显示RAM区。 ROM区：C0000HFFFFFH，属于系统控制ROM和基本I/O ROM区。,IBM PC/XT存储空间的分配,二、扩展存储器及其管理,1、不同CPU的寻址范围,2、 存储器的管理,（1）虚拟存储器（Virtal Memory） 当CPU输出地址码的位数较多，而实际主存容量较
14、小的情况下，微机系统可以将一部分辅存当作主存来使用的机制，就是虚拟存储器系统。,虚拟存储器是建立在主存-辅存物理结构基础之上，由附加硬件装置及操作系统存储管理软件组成的一种存储体系，它将主存和辅存的地址空间统一编址，形成一个庞大的存储空间。,（2）80386的三种工作方式,实地址方式 实地址方式是8028680486最基本的工作方式，寻址范围只能在1MB范围内，故不能管理和使用扩展存储器。它在复位时，启动地址为FFFF0H，在此安装一个跳转指令，进入上电自检和自举程序。,虚地址保护方式 保护：第一是保护操作系统的存储段和其专用处理寄存器不被应用程序所破坏；第二是为每一个任务分配不同的虚地址空间
15、，从而使不同任务之间完全隔离，实现任务的保护。 存储器管理机制： 80386先使用段机制，把包含两个部分的虚拟地址空间转化为一个中间地址空间的地址，然后再用分页机制把线性地址转化为物理地址。 分段分页机制： 所管理的存储块具有固定的大小，它把线性地址空间中的任一页映射到物理空间的一页。,虚拟8086方式 支持存储管理、保护及多任务环境中执行8086程序，创建一个在虚拟8086方式下执行8086程序的任务，可以使CPU同时执行三个任务：以32位虚地址保护方式执行第一个任务的80386程序；以16位虚地址保护方式执行第二个任务的80286程序；以虚拟8086方式执行第三个任务的8086程序。,核心是解决容量、速度、价格间的矛盾，建立起多层存储结构。 一个金字塔结
