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1、第五章 存储器原理与接口,存储器分类 存储器结构 8086CPU最小模式下总线产生 存储器接口,5.1 存储器分类 一、有关存储器几种分类 按构成存储器的器件和存储介质分类 半导体存储器 磁盘和磁带等磁表面存储器 光电存储器,按存取方式分类 随机存储器RAM (Random Access Memory) 只读存储器ROM（Read-Only Memory） 串行访问存储器(Serial Access Storage),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,二、半导体存储器的分类 1、随机存取存储器RAM 2、只读存储器ROM,二、半导体存储器的分类 1、
2、随机存取存储器RAM a. 静态RAM （ECL，TTL，MOS） b. 动态RAM,2、只读存储器ROM a. 掩膜式ROM b. 可编程的PROM c. 可用紫外线擦除、可编程的EPROM d. 可用电擦除、可编程的E2PROM等,绝缘层,浮动栅雪崩注入式MOS管,可用紫外线擦除、可编程的EPROM,编程 使栅极带电 擦除 EPROM芯片上方有一个石英玻璃窗口 当一定光强的紫外线透过窗口照射时，所有存储电路中浮栅上的电荷会形成光电流泄放掉，使浮栅恢复初态。 一般照射2030分钟后，读出各单元的内容均为FFH，说明EPROM中内容已被擦除。,RAM,静态RAM（SRAM） 动态RAM（DRA
3、M）,ROM,掩膜型ROM 可编程ROM（PROM） 可擦除可编程ROM（EPROM） 电可擦除可编程ROM（E2PROM),三、 多层存储结构概念 1、核心是解决容量、速度、价格间的矛盾，建立起多层存储结构。 一个金字塔结构的多层存储体系 充分体现出容量和速度关系,2、 多层存储结构 寄存器 Cache(高速缓存) 内存 磁盘 磁道、光盘,Cache主存层次 ： 解决CPU与主存的速度上的差距 ； 主存辅存层次 ： 解决存储的大容量要求和低成本之间的矛盾 。,5.2、 主存储器结构 一、 主存储器的主要技术指标 存储容量 存取速度 可靠性 功耗,1、容量存储容量 存储器可以容纳的二进制信息量
4、称为存储容量（寻址空间，由CPU的地址线决定） 实际存储容量：在计算机系统中具体配置了多少内存。,2、存取速度 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。 SDRAM: 12ns 10ns 8ns RDRAM:1ns 0.625ns,3、可靠性 可靠性是用平均故障间隔时间来衡量（MTBF, Mean Time Between Failures） 4、功耗 功耗通常是指每个存储元消耗功率的大小,二、主存储器的基本组成 MOS型器件构成的RAM，分为静态和动态RAM两种，静态RAM通常有6管构成的触发器作为基本存储电路静态存储单元，动态RAM通常用单管组成基本存储电
5、路。,1 、静态存储单元,（2）动态存储单元,（3）、结构 地址译码 输入输出控制 存储体,地址线,控制线,数据线,存储体,译码器,输入输出控制,单译码结构,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。 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。,译码器,译码器,矩阵译码电路,行线,列线,地址线,地址线,一、8086CPU的管脚及功能 8086是16位CPU。它采用高性能的N沟道，耗尽型负载的硅栅工艺(HMOS)制造。
6、由于受当时制造工艺的限制，部分管脚采用了分时复用的方式，构成了40条管脚的双列直插式封装,5.3、8086CPU总线产生,二、8086的两种工作方式 最小模式：系统中只有8086一个处理器，所有的控 制信号都是由8086CPU产生。 最大模式：系统中可包含一个以上的处理器，比如包含协处理器8087。在系统规模比较大的情况下，系统控制信号不是由8086直接产生，而是通过与8086配套的总线控制器等形成。,三、最小模式下8086CPU总线产生 （一）、地址线、数据线产生 相关信号线及芯片 1、AD15AD0 (Address Data Bus) 地址/数据复用信号，双向，三态。在T1状态（地址周期
7、）AD15AD0上为地址信号的低16位A15A0；在T2 T4状态（数据周期） AD15AD0 上是数据信号D15D0。,机器周期：时钟周期 总线周期：对内存或对I/O接口的一次操作的时间 指令周期：指令执行的时间,2、A19/S6A16/S3 (Address/Status)： 地址/状态复用信号，输出。在总周期的T1状态A19/S6A16/S3上是地址的高4位。在T2T4状态，A19/S6A16/S3上输出状态信息。,3、三态缓冲的8位数据锁存器74LS373 (8282),A、CP正脉冲，DQ B、CP为零，保持 C、/OE=0，O0输出；否则高阻,4、ALE(Address Latch
8、 Enable) 地址锁存使能信号，输出，高电平有效。用来作为地址锁存器的锁存控制信号。,工作过程,1、AD0AD15，A16/S1A19/S4出现地址信息； 2、ALE 发正脉冲，地址信息进74LS373； 3、AD0AD15转换为数据线， A16/S1 A19/S4输出状态,1,1,2,3,3,（二）、数据线驱动 相关信号线及芯片 1、双向数据总线收发器（8286，74LS245） 两个功能： a、双向选择 b、通道控制,A、/OE控制通道 /OE0，三态门导通； /OE1，三态门断开； B、T控制方向 T0，BA T1，AB,2、/DEN (Data Enable) 数据使能信号，输出，
9、三态，低电平有效。用于数据总线驱动器的控制信号。 3、DT/R (Data Transmit/Receive)： 数据驱动器数据流向控制信号，输出，三态。在8086系统中，通常采用8286或8287作为数据总线的驱动器，用DT/R#信号来控制数据驱动器的数据传送方向。当DT/R#1时，进行数据发送；DT/R#0时，进行数据接收。,工作过程,1、如果CPU输出数据，DT/R1，三态门方向为AB,如果CPU输入数据; DT/R0，三态门方向取BA； 2、/DEN有效，74LS245工作； 3、CPU输入/输出数据完成， /DEN无效，74LS245停止工作，通道断开。,1,2,3,5、4 8086
10、系统的存储器接口 一、存储器接口应考虑的几个问题 存储器与CPU之间的时序配合; CPU总线负载能力; 8086CPU对存储器的读写方式 存储芯片的选用 连接方式,二、存储器接口举例 （一）、只读存储器(ROM)扩展电路,1、ROM（EPROM 27系列）信号分类：,总线部分： D0D7，数据线 A0An1，地址线。n是地址线个数。对于2716，n为11， 对于27256，n15。 电源部分： VCC，GND，电源和地 VPP，编程电压。在CPU仅对芯片进行读操作时，Vpp一般直接接电源电压。,控制部分： /OE 读控制线。当其有效时，数据从EPROM内的某个单元通过数据线传送到CPU。 /C
11、S 片选线。该信号一般为低电平有效。有效时表示本芯片工作。在芯片编程时这根线常作编程控制线。,2、CPU 提供的信号线 数据线 D15D0 地址线 A19A0 存储器或I/O端口访问信号M/IO# 读信号 /RD 写信号 /WR,特点 a、控制线可以组合不同功能 b、CPU根据指令发出信号,3、8086CPU对存储器的读方式,结论,CPU总是16位的读； 从偶地址读；,例：设计一ROM扩展电路，容量为64K BYTE，地址从00000H开始。EPROM芯片取27256,解： 1、与8088CPU连接（8位） 2、与8086CPU连接（16位）,总结（与8086CPU） 数据线连接 地址线连接
12、CS产生 控制线连接,（二）、静态随机读写存储器(RAM)扩展电路,1、62系列静态 RAM芯片信号线,信号线可分为如下几类： 总线部分： D0D7，数据线 A0An1，地址线。n是地址线个数。对于6116，n为11， 对于62256，n15。 电源部分： VCC，GND，电源和地,控制部分： /RD 读控制线。当其有效时，数据从EPROM内的某个单元通过数据线传送到CPU。 /WR写控制线。当其有效时，CPU把数据通过数据线传送到RAM中的某个单元。 /CS 片选线。该信号一般为低电平有效。有效时表示本芯片工作。,2、特点 a、读/写； b、读十六位操作； c、写十六/八位操作,3、8086
13、CPU的一个重要信号线 /BHE高8位数据允许控制线,例: 设计一RAM扩展电路，容量为32K字，地址从10000H开始。芯片采用62256。,解： 1、所需芯片 2、/CS产生 3、奇、偶芯片译码 4、电路,总结 数据线连接 地址线连接 CS产生 奇、偶CS产生 控制线连接,三、译码方式 全译码 部分译码 线译码,74LS138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,译码芯片74LS138,工作特点 当 G1、G2a，G2b 有效时，芯片工作。 工作时YCBA=0,74LS138功能表,用74LS138产生CS M/IO接74LS138 高位地址线接74LS138 /Y0/Y7作/CS,有关存储器接口的内容一般有2种 给出地址，设计电路 给出电路，指出地址,
