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1、存储器容量扩展和只读存储器存储器容量扩展和只读存储器 教学目标：教学目标：掌握内存与掌握内存与CPU的连接。的连接。掌握存储器容量扩展的方式。掌握存储器容量扩展的方式。了解各种只读存储器。了解各种只读存储器。1第第3章章 存储系统存储系统3.1 存储器概述存储器概述3.2 随机存取存储器随机存取存储器3.3 只读存储器只读存储器3.4 高速存储器高速存储器3.5 高速缓冲存储器（高速缓冲存储器（Cache）3.6 虚拟存储器虚拟存储器23.2 随机存取存储器随机存取存储器特点：特点：随机存取随机存取随机存取随机存取：读写：读写：读写：读写任意存储单元所任意存储单元所任意存储单元所任意存储单元所
2、用时间是相同的，用时间是相同的，用时间是相同的，用时间是相同的，与单元地址无关。与单元地址无关。与单元地址无关。与单元地址无关。RAM的操作：的操作：读操作读操作读操作读操作写操作写操作写操作写操作3一、静态存储器（一、静态存储器（SRAM）1、SRAM存储元存储元2、SRAM存储器存储器3、SRAM存储器的特点存储器的特点41、SRAM存储元存储元六管六管SRAM存储元的电路图存储元的电路图X地址地址译码线译码线VccT7T8T6T5T3T4T1T2Y地址译码线地址译码线ABI/OI/ODD52、SRAM存储器存储器SRAM存储器组成框图存储器组成框图63、SRAM存储器的特点存储器的特点使
3、用使用双稳态触发器双稳态触发器表示表示0和和1代码。代码。电源不掉电电源不掉电的情况下，信息稳定保持的情况下，信息稳定保持（静态）。（静态）。存取速度快，集成度低（容量小），价存取速度快，集成度低（容量小），价格高。格高。常用作高速缓冲存储器常用作高速缓冲存储器Cache。7二、动态存储器（二、动态存储器（DRAM）1、DRAM存储元存储元2、DRAM存储器存储器3、DRAM的刷新方式的刷新方式4、DRAM存储器的特点存储器的特点81、DRAM存储元存储元单管单管DRAM存储元电路存储元电路92、DRAM存储器存储器SRAM存储器组成框图存储器组成框图103、DRAM的刷新方式的刷新方式刷新：
4、刷新：定时充电，补足泄漏电荷定时充电，补足泄漏电荷。刷新方式刷新方式：集中式刷新、分散式刷：集中式刷新、分散式刷新和异步式刷新。新和异步式刷新。114、DRAM存储器的特点存储器的特点使用半导体器件中分布电容上有无电荷使用半导体器件中分布电容上有无电荷来表示来表示0和和1代码。代码。电源不掉电电源不掉电的情况下，信息也会丢失，的情况下，信息也会丢失，因此需要不断因此需要不断刷新刷新。存取速度慢，集成度高（容量大），价存取速度慢，集成度高（容量大），价格低。格低。常用作内存条。常用作内存条。12三、三、SRAM和和DRAM的对比的对比比比比比较较较较内容内容内容内容SRAMSRAMDRAMDRA
5、M存存存存储储储储信息信息信息信息0 0和和和和1 1的方式的方式的方式的方式双双双双稳态稳态稳态稳态触触触触发发发发器器器器极极极极间电间电间电间电容上的容上的容上的容上的电电电电荷荷荷荷电电电电源不掉源不掉源不掉源不掉电时电时电时电时 信息信息信息信息稳稳稳稳定定定定信息会信息会信息会信息会丢丢丢丢失失失失刷新刷新刷新刷新不需要不需要不需要不需要需要需要需要需要集成度集成度集成度集成度低低低低高高高高容量容量容量容量小小小小大大大大价格价格价格价格高高高高低低低低速度速度速度速度快快快快慢慢慢慢适用适用适用适用场场场场合合合合CacheCache主存主存主存主存13四、内存的读写周期时序四
6、、内存的读写周期时序 1、写周期、写周期时序图如下图所示时序图如下图所示 14四、内存的读写周期时序四、内存的读写周期时序 2、读周期、读周期时序图如下图所示时序图如下图所示 15五、内存与五、内存与CPU的连接的连接如下图所示如下图所示 分析容量分析容量地址线地址线：A0A10，212=4k数据线数据线：D0D7，8位位存储器容量存储器容量：4K8位位32K存储存储元元16例例1 设有一个具有设有一个具有16位地址和位地址和8位字长的位字长的存储器。问：该存储器能存储多少字节存储器。问：该存储器能存储多少字节的信息？的信息？2168=64K8位位五、内存与五、内存与CPU的连接的连接17例例
7、2 某一某一RAM芯片，其容量为芯片，其容量为256M16位，该芯片引出线中的位，该芯片引出线中的数据线和地址线共有多少条？数据线和地址线共有多少条？28（地址线）（地址线）+16（数据线）（数据线）=44五、内存与五、内存与CPU的连接的连接18练习练习1 某某8位计算机系统中，内存容量为位计算机系统中，内存容量为2G8位。问：位。问：CPU应能输出多少条地址应能输出多少条地址线和多少条数据线？线和多少条数据线？练习练习2 某某16位机中位机中CPU可输出地址码可输出地址码29位，拟采用位，拟采用2K4位的静态位的静态RAM芯片，构芯片，构成按字节编址的内存。问：存储器的总成按字节编址的内存
8、。问：存储器的总容量可达到多少？容量可达到多少？五、内存与五、内存与CPU的连接的连接31 和和 82291616位位位位=512M16=512M16位位位位19六、存储器容量的扩展六、存储器容量的扩展1、位扩展（加大字长）、位扩展（加大字长）将多片将多片RAM芯片的地址、片选、读芯片的地址、片选、读/写写控制端相应控制端相应并联并联，数据端单独数据端单独引出。引出。4K1位位4K8位（需把位（需把8片芯片并片芯片并联才能实现）联才能实现）20六、存储器容量的扩展六、存储器容量的扩展位扩展图如下所示：位扩展图如下所示：21例例3 用用8K4位的位的EPROM存储器芯片组存储器芯片组成一个成一个
9、8K8的只读存储器，试问：的只读存储器，试问：（1）数据寄存器多少位？）数据寄存器多少位？（2）地址寄存器多少位？）地址寄存器多少位？（3）共需要多少个这样的存储器芯片？）共需要多少个这样的存储器芯片？813222六、存储器容量的扩展六、存储器容量的扩展2、字扩展、字扩展4K1位位32K1位（需把位（需把8片芯片串片芯片串联才能实现）联才能实现）高高3位地址线通译码器选芯片位地址线通译码器选芯片地址重新分配地址重新分配23六、存储器容量的扩展六、存储器容量的扩展字扩展图如下所示：字扩展图如下所示：24例例4 用用4K8位的位的EPROM存储器芯片组存储器芯片组成一个成一个64K8的只读存储器，
10、试问：的只读存储器，试问：（1）数据寄存器多少位？）数据寄存器多少位？（2）地址寄存器多少位？）地址寄存器多少位？（3）共需要多少个这样的存储器芯片？）共需要多少个这样的存储器芯片？（4）需要多少条地址线通过地址译码器用）需要多少条地址线通过地址译码器用作芯片选择？作芯片选择？81616高高4位位25六、存储器容量的扩展六、存储器容量的扩展3、字位同时扩展、字位同时扩展4K1位位32K8位（需把位（需把64片芯片片芯片串并联才能实现）串并联才能实现）高高3位地址线通译码器选芯片位地址线通译码器选芯片26六、存储器容量的扩展六、存储器容量的扩展字位同时扩展图如下所示：字位同时扩展图如下所示：27
11、例例5：设有一个具有：设有一个具有12位地址和位地址和8位字长位字长的存储器。问：如果存储器由的存储器。问：如果存储器由1K*1位位RAM芯片组成，需要多少片？需要多少芯片组成，需要多少片？需要多少条地址线通过地址译码器用作芯片选择条地址线通过地址译码器用作芯片选择？32片，高片，高2位位28练习练习3：某：某8位计算机系统中，内存容量位计算机系统中，内存容量为为64M8位。问：位。问：（1）若采用）若采用4M2位的位的RAM芯片构成，芯片构成，需要多少个芯片？需要多少个芯片？（2）应该用哪几位地址码来选择）应该用哪几位地址码来选择RAM芯片？芯片？64片片高高4位位29练习练习4：某：某16
12、位机中位机中CPU可输出地址码可输出地址码18位，拟采用位，拟采用2K4位的静态位的静态RAM芯片，构芯片，构成按字节编址的内存。问：成按字节编址的内存。问：（1）共需要多少片）共需要多少片RAM芯片？芯片？（2）哪些地址码用来选）哪些地址码用来选RAM芯片？哪芯片？哪些位地址码用来选片内地址？些位地址码用来选片内地址？512片片高高7位，低位，低11位位303.3 只读存储器只读存储器ROMMROMPROMEPROME2PROMFlash Memory（闪速存储器）（闪速存储器）31几种非易失性存储器的比较几种非易失性存储器的比较 存储器存储器存储器存储器类别类别类别类别擦除方式擦除方式擦除
13、方式擦除方式写机制写机制写机制写机制MROMMROM只读只读只读只读不允许不允许不允许不允许掩膜位写掩膜位写掩膜位写掩膜位写PROMPROM写一次读多次写一次读多次写一次读多次写一次读多次不允许不允许不允许不允许电信号电信号电信号电信号EPROMEPROM写多次读多次写多次读多次写多次读多次写多次读多次紫外线擦除，紫外线擦除，紫外线擦除，紫外线擦除，脱机改写脱机改写脱机改写脱机改写电信号电信号电信号电信号E E2 2PROMPROM写多次读多次写多次读多次写多次读多次写多次读多次电擦除，在线电擦除，在线电擦除，在线电擦除，在线改写改写改写改写电信号电信号电信号电信号Flash Flash Me
14、moryMemory写多次读多次写多次读多次写多次读多次写多次读多次电擦除，在线电擦除，在线电擦除，在线电擦除，在线改写改写改写改写电信号电信号电信号电信号32作业作业P75页，一页，一5、7P76页，二页，二1、3、4P77页，三页，三1333.4 高速存储器高速存储器解决问题：弥补解决问题：弥补CPU与主存速度上的差异。与主存速度上的差异。从存储器角度，解决问题的有效途径：从存储器角度，解决问题的有效途径：主存采用更高速的技术来缩短存储器的读出主存采用更高速的技术来缩短存储器的读出主存采用更高速的技术来缩短存储器的读出主存采用更高速的技术来缩短存储器的读出时间，或加长存储器的字长；（时间，
15、或加长存储器的字长；（时间，或加长存储器的字长；（时间，或加长存储器的字长；（50ns3ns50ns3ns）采用并行操作的多端口存储器；采用并行操作的多端口存储器；采用并行操作的多端口存储器；采用并行操作的多端口存储器；在在在在CPUCPU和主存之间加入一个高速缓冲存储器和主存之间加入一个高速缓冲存储器和主存之间加入一个高速缓冲存储器和主存之间加入一个高速缓冲存储器（CacheCache），以缩短读出时间；），以缩短读出时间；），以缩短读出时间；），以缩短读出时间；在每个存储器周期中存取几个字（多模块交在每个存储器周期中存取几个字（多模块交在每个存储器周期中存取几个字（多模块交在每个存储器周期
16、中存取几个字（多模块交叉存储）。叉存储）。叉存储）。叉存储）。343.4 高速存储器高速存储器双端口存储器双端口存储器多模块交叉存储器多模块交叉存储器 相联存储器相联存储器 351.双端口存储器双端口存储器 特点特点左右两个端口，且各自有独立的读写左右两个端口，且各自有独立的读写控制电路、数据总线、地址总线和控控制电路、数据总线、地址总线和控制总线；制总线；两个端口能并行操作，提高了存取速两个端口能并行操作，提高了存取速度。度。361.双端口存储器双端口存储器 访问冲突访问冲突当左端口和右端口的地址不相同时，当左端口和右端口的地址不相同时，在两个端口上同时进行读写操作，不在两个端口上同时进行读写操作，不会发生冲突。若左、右端口同时访问会发生冲突。若左、右端口同时访问相同的存储单元，则会发生读写冲突。相同的存储单元，则会发生读写冲突。371.双端口存储器双端口存储器 解决方法解决方法判断逻辑决定对哪个端口优先进行读判断逻辑决定对哪个端口优先进行读写操作，而暂时关闭另一个被延迟的写操作，而暂时关闭另一个被延迟的端口，即置其忙信号端口，即置其忙信号BUSY#=0。382.多模块交叉存储器多模
