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1、第五章第五章 存储器存储器主要介绍存储器的基本工作原理及各类半主要介绍存储器的基本工作原理及各类半导体存储器与导体存储器与CPU的连接方法和使用方法。的连接方法和使用方法。通过本章的学习，应对各类存储器芯片的通过本章的学习，应对各类存储器芯片的基本工作原理和外部特性有所了解，基本工作原理和外部特性有所了解，掌握微机掌握微机中存储系统的结构，并能够利用现有的存储器中存储系统的结构，并能够利用现有的存储器芯片构成所需要的内存空间芯片构成所需要的内存空间。 微机原理与接口微机原理与接口实验课时间计算机的周三下午7.8节有课吗？本周六下午本周六下午9 9、1111、1212、1414周三晚上周三晚上网
2、络的周五下午7.8节有课吗？1111周周六上午周周六上午8 8、1010、1212、1414周五晚上周五晚上如果大家如果大家7.87.8没课，就没课，就6 6点开始上实验，到点开始上实验，到9:209:20下课下课第五章第五章 存储器存储器5.1 存储器分类存储器分类5.2 随机存取存储器随机存取存储器RAM5.3 只读存储器只读存储器ROM5.4 CPU与存储器的连接与存储器的连接5.5 存储器空间的分配和使用存储器空间的分配和使用5.15.1 存储器分类存储器分类存储器是计算机用来存储信息的部件，正是因为有存储器是计算机用来存储信息的部件，正是因为有了存储器，计算机才有信息记忆功能。存储器
3、分为了存储器，计算机才有信息记忆功能。存储器分为内存内存和和外存外存，内存存放常用信息和数据，而外存存放不经常，内存存放常用信息和数据，而外存存放不经常使用的程序和数据。使用的程序和数据。内存存取速度快，但受内存存取速度快，但受CPU地址总线位数的限制。正地址总线位数的限制。正是内存速度快的特点，系统软件的主要部分是内存速度快的特点，系统软件的主要部分(系统引系统引导程序、监控程序导程序、监控程序)都是常驻内存的，而这些内存区都是常驻内存的，而这些内存区是由是由ROM器件构成的，另一部分内存区是由器件构成的，另一部分内存区是由RAM器器件构成的，整个内存由件构成的，整个内存由ROM和和RAM两
4、部分组成。两部分组成。外存用来存放不常使用的程序和数据，也称海量存储外存用来存放不常使用的程序和数据，也称海量存储器，必须配备专门的驱动设备才能完成访问功能，如器，必须配备专门的驱动设备才能完成访问功能，如软盘驱动器、硬盘驱动器等。软盘驱动器、硬盘驱动器等。微机原理与接口微机原理与接口 外外外外存存存存储储储储器器器器是是是是CPUCPU通通通通过过过过I/OI/O接接接接口口口口电电电电路路路路才才才才能能能能访访访访问问问问的的的的存存存存储储储储器器器器，其其其其特特特特点点点点是是是是存存存存储储储储容容容容量量量量大大大大、速速速速度度度度较较较较低低低低，又又又又称称称称海海海海量
5、量量量存存存存储储储储器器器器或或或或二二二二级级级级存存存存储储储储器器器器。外外外外存存存存储储储储器器器器用用用用来来来来存存存存放放放放当当当当前前前前暂暂暂暂时时时时不不不不用用用用的的的的程程程程序序序序和和和和数数数数据据据据。CPUCPU不不不不能能能能直直直直接接接接用用用用指指指指令令令令对对对对外外外外存存存存储储储储器器器器进进进进行行行行读读读读/ /写写写写操操操操作作作作，如如如如要要要要执执执执行行行行外外外外存存存存储储储储器器器器存存存存放放放放的的的的程程程程序序序序，必必必必须须须须先先先先将将将将该该该该程程程程序序序序由由由由外外外外存存存存储储储储
6、器器器器调调调调入入入入内内内内存存存存储储储储器器器器。在在在在微微微微机机机机中中中中常常常常用硬磁盘、软磁盘和磁带作为外存储器。用硬磁盘、软磁盘和磁带作为外存储器。用硬磁盘、软磁盘和磁带作为外存储器。用硬磁盘、软磁盘和磁带作为外存储器。 半导体存储器按存取方式不同，分为半导体存储器按存取方式不同，分为半导体存储器按存取方式不同，分为半导体存储器按存取方式不同，分为读写存储器读写存储器读写存储器读写存储器RAMRAM（Random Access MemoryRandom Access Memory）和只读存储器）和只读存储器）和只读存储器）和只读存储器ROMROM（Read Only Re
7、ad Only MemoryMemory）。）。）。）。读写存储器指机器运行期间可读、可写的存储器。读写存储器指机器运行期间可读、可写的存储器。读写存储器指机器运行期间可读、可写的存储器。读写存储器指机器运行期间可读、可写的存储器。 目前微机中作为内存储器的半导体存储器，其主要特点是目前微机中作为内存储器的半导体存储器，其主要特点是目前微机中作为内存储器的半导体存储器，其主要特点是目前微机中作为内存储器的半导体存储器，其主要特点是采用大规模集成电路技术构成单个芯片形式或者大容量的条形采用大规模集成电路技术构成单个芯片形式或者大容量的条形采用大规模集成电路技术构成单个芯片形式或者大容量的条形采用
8、大规模集成电路技术构成单个芯片形式或者大容量的条形动态存储器（动态存储器（动态存储器（动态存储器（SIMM DRAMSIMM DRAM）形式，因而使用方便，价格较低。）形式，因而使用方便，价格较低。）形式，因而使用方便，价格较低。）形式，因而使用方便，价格较低。微机原理与接口微机原理与接口 只只只只读读读读存存存存储储储储器器器器ROMROM指指指指机机机机器器器器运运运运行行行行期期期期间间间间只只只只能能能能读读读读出出出出信信信信息息息息，而而而而不不不不能能能能写写写写入入入入信信信信息息息息的的的的存存存存储储储储器器器器。RAMRAM是是是是随随随随机机机机存存存存取取取取存存存存
9、储储储储器器器器的的的的意意意意思思思思，“ “随随随随机机机机存存存存取取取取” ”含含含含意意意意是是是是指指指指对对对对存存存存储储储储器器器器任任任任何何何何一一一一个个个个单单单单元元元元中中中中信信信信息息息息的的的的存存存存取取取取时时时时间间间间与与与与其其其其所所所所在在在在位位位位置置置置无无无无关关关关。它它它它是是是是相相相相对对对对于于于于“ “顺顺顺顺序序序序存存存存取取取取” ”而而而而言言言言的的的的。对对对对顺顺顺顺序序序序存存存存取取取取（或或或或串串串串行行行行存存存存取取取取）的的的的存存存存储储储储器器器器（如如如如磁磁磁磁带带带带），必必必必须须须须
10、按按按按顺顺顺顺序序序序访访访访问问问问各各各各单单单单元元元元，即即即即信信信信息息息息的的的的存存存存取取取取时时时时间间间间与与与与其其其其所所所所在在在在位位位位置置置置有有有有关关关关。对对对对内内内内存存存存储储储储器器器器而而而而言言言言，随随随随机机机机存存存存取取取取存存存存储储储储器器器器和和和和读读读读写写写写存存存存储储储储器器器器是是是是一一一一回回回回事事事事，读读读读写写写写存存存存储储储储器器器器的的的的英英英英文文文文缩缩缩缩写写写写应应应应为为为为RWM(Read RWM(Read Write Write Momery)Momery)。由由由由于于于于拼拼拼
11、拼读读读读困困困困难难难难，都称作都称作都称作都称作RAMRAM。 读写存储器按信息存储方式可分为静态读写存储器按信息存储方式可分为静态读写存储器按信息存储方式可分为静态读写存储器按信息存储方式可分为静态RAMRAM（Static RAM, Static RAM, 简称简称简称简称SRAMSRAM）和动态）和动态）和动态）和动态RAMRAM（Dynamic RAM, Dynamic RAM, 简称简称简称简称DRAMDRAM）。）。）。）。 存储器分类存储器分类n n按按存存储储介介质质，可可分分为为半半导导体体存存储储器器、磁磁介介质质存储器和存储器和光存储器光存储器n n按按照照存存储储器
12、器与与CPU的的耦耦合合程程度度，可可分分为为内内存存和和外存外存n n按按存存储储器器的的读读写写功功能能，分分为为读读写写存存储储器器（RWM：Read/Write Memory）和和只只读读存存储储器（器（ROM：Read Only Memory) n n按按掉掉电电后后存存储储的的信信息息可可否否永永久久保保持持，分分为为易易失失性性（挥挥发发性性）存存储储器器和和非非易易失失性性（不不挥挥发发）存储器存储器7微机原理存储器4存储器分类存储器分类n n按按照照数数据据存存取取的的随随机机性性，分分为为随随机机存存取取存存储储器器、顺顺序序存存取取存存储储器器（如如磁磁带带存存储储器器）
13、和和直直接存取接存取存储器（如磁盘存储器（如磁盘 ） n n按按照照半半导导体体存存储储器器的的信信息息存存储储方方法法，分分为为静静态存储器态存储器和和动态存储器动态存储器n n按按存存储储器器的的功功能能，分分为为系系统统存存储储器器、显显示示存存储器储器、控制存储器控制存储器n n一一般般把把易易失失性性半半导导体体存存储储器器统统称称为为RAM，把把非易失性半导体存储器都称为非易失性半导体存储器都称为ROM8微机原理存储器4存储器的分类及选用存储器的分类及选用按按按按存存存存储储储储介介介介质质质质分分分分类类类类半导体半导体存储器存储器磁介质存储器磁介质存储器光存储器光存储器Mult
14、i-SRAMNV-SRAMFIFOCache双极型：存取速度快，但集成度低，一般用于大双极型：存取速度快，但集成度低，一般用于大 型计算机或高速微机中；型计算机或高速微机中；MOS型型掩膜掩膜ROM一次性可编程一次性可编程PROM紫外线可擦除紫外线可擦除EPROM电可擦除电可擦除E2PROM可编程只读存储器可编程只读存储器FLASH读写读写存储器存储器RAM只读只读存储器存储器ROM（按读（按读写功能写功能分类分类)（按器（按器件原理件原理分类）分类）静态静态SRAM动态动态DRAM： 集成度高但存取速度较低集成度高但存取速度较低 一般用于需要较大容量的场合。一般用于需要较大容量的场合。速度较
15、快，集成速度较快，集成度较低，一般用度较低，一般用于对速度要求高、于对速度要求高、而容量不大的场而容量不大的场合。合。(按存储按存储原理分类原理分类)9微机原理存储器4微机原理与接口微机原理与接口存储器分类存储器分类一、半导体存储器的性能指标一、半导体存储器的性能指标半导体存储器的性能指标很多，如可靠性、功耗、半导体存储器的性能指标很多，如可靠性、功耗、价格等，但从接口电路来看，其重要指标就是价格等，但从接口电路来看，其重要指标就是芯片的存芯片的存储容量和速度储容量和速度。1 1、存储容量：、存储容量：存储器中存储单元的总数。存储器中存储单元的总数。存储芯片的容存储芯片的容量是以位量是以位(b
16、it)(bit)为基本单位的，因此存储器的容量即指芯为基本单位的，因此存储器的容量即指芯片所能容纳的二进制的位数。如片所能容纳的二进制的位数。如Intel 2114,Intel 2114,其存储容量其存储容量为为 4096 4096，Intel 6264Intel 6264为为6553665536。 在实际应用中，通常用存储单元数和位数来表示芯在实际应用中，通常用存储单元数和位数来表示芯片的存储容量。如片的存储容量。如Intel 2114Intel 2114为为1K1K 4 4位；位；Intel 6264Intel 6264为为8K8K 8 8位。位。存储器芯片容量存储器芯片容量= =单元数单
17、元数 数据线位数数据线位数微机原理与接口微机原理与接口存储器分类存储器分类一、半导体存储器的性能指标一、半导体存储器的性能指标超高速存储器的存取速度已小于超高速存储器的存取速度已小于20ns,20ns,中速存储中速存储器在器在100100200ns200ns之间之间, ,低速存储器在低速存储器在300ns300ns以上。以上。2 2、存取速度：、存取速度： 是指存储器接收到有效地址到存储器给出有效数据是指存储器接收到有效地址到存储器给出有效数据所需要的时间。时间越小速度越快。所需要的时间。时间越小速度越快。选用存储器时选用存储器时, ,存取速度最好选与存取速度最好选与CPUCPU时序相匹配时序
18、相匹配的芯片。另外在满足存储器总容量前提下的芯片。另外在满足存储器总容量前提下, ,尽可能选尽可能选用集成度高用集成度高, ,存储容量大的芯片。存储容量大的芯片。微机原理与接口微机原理与接口 3 3 3 3 可靠性可靠性可靠性可靠性 可可可可靠靠靠靠性性性性是是是是指指指指存存存存储储储储器器器器对对对对电电电电磁磁磁磁场场场场及及及及温温温温度度度度等等等等变变变变化化化化的的的的抗抗抗抗干干干干扰扰扰扰性性性性， 半半半半导导导导体体体体存存存存储储储储器器器器由由由由于于于于采采采采用用用用大大大大规规规规模模模模集集集集成成成成电电电电路路路路结结结结构构构构，可可可可靠靠靠靠性性性性
19、高高高高，平平平平均均均均无故障时间为几千小时以上。无故障时间为几千小时以上。无故障时间为几千小时以上。无故障时间为几千小时以上。 4 4 4 4 其它指标其它指标其它指标其它指标 体体体体积积积积小小小小、重重重重量量量量轻轻轻轻、价价价价格格格格便便便便宜宜宜宜、使使使使用用用用灵灵灵灵活活活活是是是是微微微微型型型型计计计计算算算算机机机机的的的的主主主主要要要要特特特特点点点点及及及及优优优优点点点点，所所所所以以以以存存存存储储储储器器器器的的的的体体体体积积积积大大大大小小小小、功功功功耗耗耗耗、工工工工作作作作温温温温度度度度范范范范围围围围、 成本高低等也成为人们关心的指标。成
20、本高低等也成为人们关心的指标。成本高低等也成为人们关心的指标。成本高低等也成为人们关心的指标。 上述指标，有些是互相矛盾的。这就需要在设计和选用存上述指标，有些是互相矛盾的。这就需要在设计和选用存上述指标，有些是互相矛盾的。这就需要在设计和选用存上述指标，有些是互相矛盾的。这就需要在设计和选用存储器时，根据实际需要，尽可能满足主要要求且兼顾其它。储器时，根据实际需要，尽可能满足主要要求且兼顾其它。储器时，根据实际需要，尽可能满足主要要求且兼顾其它。储器时，根据实际需要，尽可能满足主要要求且兼顾其它。 存储器分类存储器分类二、半导体存储器的通常结构二、半导体存储器的通常结构在微机系统中，不论是在
21、微机系统中，不论是8 8位机，位机，1616位机还是位机还是3232位机，位机，都是以都是以8 8位二进制为一个字节，位二进制为一个字节，2 2个字节为一个字个字节为一个字 每个存储单元都有一个地址；每个存储单元都有一个地址； 一个存储单元对应了半导体器件的一个存储单元对应了半导体器件的8 8个基本存储电路；个基本存储电路； 一个基本存储电路对应一个二进制位；一个基本存储电路对应一个二进制位；在制造工艺上，常把各个字节的同一位或几位制造在制造工艺上，常把各个字节的同一位或几位制造在一个器件中；如在一个器件中；如1K 1的芯片有的芯片有1024个基本存储电路，个基本存储电路，使用时作为使用时作为
22、1024个字节的同一位，个字节的同一位，8个芯片组成个芯片组成1K 8的的存储空间。又如，存储空间。又如，1K 4的芯片，有的芯片，有4096个基本存储电个基本存储电路，可作为路，可作为1K字节的高字节的高4位或低位或低4位，位，2个芯片组成个芯片组成1K字字节的存储空间。（通常称为节的存储空间。（通常称为位组合位组合）存储器分类存储器分类二、半导体存储器的通常结构二、半导体存储器的通常结构例例 不采用矩阵译码不采用矩阵译码-线性译码）线性译码）1K个个存储存储单元地址线单元地址线为为10根地址线，译码后每个存储单元分配一根控制根地址线，译码后每个存储单元分配一根控制线，则需要线，则需要102
23、4根控制线。如图：根控制线。如图：若采用矩阵译码结构，则译码后只需若采用矩阵译码结构，则译码后只需64根控制线。根控制线。见下页图：见下页图：地地址址译译码码A0A1A2 A91K存储单元存储单元11024大容量大容量存储器地址译码存储器地址译码是按矩阵的形式排列，这样是按矩阵的形式排列，这样做可以节省译码电路；做可以节省译码电路；存储器分类存储器分类二、半导体存储器的通常结构二、半导体存储器的通常结构行行译译码码例：例：矩阵译码结构矩阵译码结构-复合译码复合译码A0A1A2A3A41K1K存储单元存储单元132.132列译码和列译码和I/OI/O控制控制R/W控制控制CSA5A6A7A8A9
24、存储器分类存储器分类二、半导体存储器的通常结构二、半导体存储器的通常结构半导体存储器组成框图半导体存储器组成框图地地址址译译码码器器存储矩阵存储矩阵控制逻辑控制逻辑三态三态数据数据缓冲缓冲器器 A0A1AnD0D1D7R/WCS存储器分类存储器分类二、半导体存储器的通常结构二、半导体存储器的通常结构一个较大的存储体，由若干个存储模块（或组）组一个较大的存储体，由若干个存储模块（或组）组成，用地址线的高几位译码产生模块选择信号，其余位成，用地址线的高几位译码产生模块选择信号，其余位作为行列选择信号；作为行列选择信号；模块模块1 1模块模块2 2模块模块3 3模块模块4 4译译码码A16A15A0
25、A14DBCB5.25.2 随机存取（可读可写）存储器随机存取（可读可写）存储器随机读写存储器可随时在任一地址单元读出信息随机读写存储器可随时在任一地址单元读出信息或写入新信息。或写入新信息。根据存储器芯片内部基本单元电路的结构，根据存储器芯片内部基本单元电路的结构，RAM又可分为又可分为:静态读写存储器静态读写存储器(SRAM)和动态和动态读写存储器（读写存储器（DRAM）。）。一、静态随机读写存储器一、静态随机读写存储器静态静态RAM的单元电路由的单元电路由6个个MOS管子组成，只要不掉管子组成，只要不掉电数据可以一直保持。电数据可以一直保持。访问速度快，访问周期达访问速度快，访问周期达2
26、040ns。但是管子多，功耗。但是管子多，功耗大，适合小容量存储器。大，适合小容量存储器。集成度低，但速度快，价格高，常用做集成度低，但速度快，价格高，常用做CacheCache5.25.2 随机存取存储器随机存取存储器一、静态随机读写存储器一、静态随机读写存储器其其存存储储电电路路以以双双稳稳态态触触发发器器为为基基础础, ,状状态态稳稳定定, ,只只要不掉电要不掉电, ,信息不会丢失信息不会丢失, ,但集成度低。但集成度低。例：例：SRAM 6264 SRAM 6264 管脚如图管脚如图62646264规格，表示规格，表示8K*88K*8位位从从中中可可以以判判断断地地址址线线、数数据据线
27、的根数线的根数1 128282 23 34 45 56 67 78 89 9101011111212131314142727262625252424232322222121202019191818171716161515NCNCA A1212A A7 7A A6 6A A5 5A A4 4A A3 3A A2 2A A1 1A A0 0D D0 0D D1 1D D2 2GNDGNDD D7 7D D6 6D D5 5D D4 4D D3 3WEWECECE2 2A A8 8A A9 9A A1111OEOEA A1010CECE1 1V VCCCC62646264A0Al2 :13根地址信号
28、线。根地址信号线。D0D7 : 8根双向数据线。根双向数据线。CE1 CE2 :片选信号线。片选信号线。OE : 输出允许信号。输出允许信号。 WE : 写允许信号写允许信号 。 NCNCNCNC为没有使用的空脚为没有使用的空脚为没有使用的空脚为没有使用的空脚5.25.2 随机存取存储器随机存取存储器一、静态随机读写存储器一、静态随机读写存储器例：例：SRAM 6264SRAM 6264与与CPUCPU的常见连接的常见连接连接到数据总线（连接到数据总线（D0D7或或D8D15）6264I/O0 I/O7A0 A12连接到连接到 8086的的 WR 脚脚连接到连接到 8086的的 RD 脚脚连接
29、到地址总线的低连接到地址总线的低13位位OE WECE1 CE2片选输入片选输入21142114（1K41K4） 6116 6116（2K82K8）62326232（4K84K8） 6264 6264（8K88K8）6212862128（16K816K8） 62256 62256（32K832K8）微机原理与接口微机原理与接口二、动态随机读写存储器二、动态随机读写存储器DRAM为减少为减少MOS管数目管数目,提高集成度和降低功耗提高集成度和降低功耗,出现了动出现了动态态RAM器件。器件。 与上面介绍的静态与上面介绍的静态与上面介绍的静态与上面介绍的静态RAMRAM相似，动态相似，动态相似，动态
30、相似，动态RAMRAM存储器器件内存储器器件内存储器器件内存储器器件内的基本存储电路也是按行和列组成矩阵的，基本区的基本存储电路也是按行和列组成矩阵的，基本区的基本存储电路也是按行和列组成矩阵的，基本区的基本存储电路也是按行和列组成矩阵的，基本区别在于存储电路不同。与静态别在于存储电路不同。与静态别在于存储电路不同。与静态别在于存储电路不同。与静态RAMRAM中信息的存储方中信息的存储方中信息的存储方中信息的存储方式不同，动态式不同，动态式不同，动态式不同，动态RAMRAM是利用是利用是利用是利用MOSMOS管栅源间的极间电容管栅源间的极间电容管栅源间的极间电容管栅源间的极间电容来存储信息的。
31、来存储信息的。来存储信息的。来存储信息的。当电容充有电荷时，称存储的信息当电容充有电荷时，称存储的信息当电容充有电荷时，称存储的信息当电容充有电荷时，称存储的信息为为为为 1 1；电容上没有电荷时，称存储的信息为；电容上没有电荷时，称存储的信息为；电容上没有电荷时，称存储的信息为；电容上没有电荷时，称存储的信息为 0 0。由于由于由于由于电容上存储的电荷不能长时间保存，总会泄漏，电容上存储的电荷不能长时间保存，总会泄漏，电容上存储的电荷不能长时间保存，总会泄漏，电容上存储的电荷不能长时间保存，总会泄漏， 因因因因此必须定时地给电容补充电荷，这称为此必须定时地给电容补充电荷，这称为此必须定时地给
32、电容补充电荷，这称为此必须定时地给电容补充电荷，这称为“ “刷新刷新刷新刷新” ”或或或或“ “再生再生再生再生” ”。随机存取存储器随机存取存储器二、动态随机读写存储器二、动态随机读写存储器DRAM 常常常常用用用用的的的的动动动动态态态态基基基基本本本本存存存存储储储储电电电电路路路路有有有有 4 4 4 4 管管管管型型型型和和和和单单单单管管管管型型型型两两两两种种种种，其其其其中中中中单单单单管管管管型型型型由由由由于于于于集集集集成成成成度度度度高高高高而而而而愈愈愈愈来来来来愈愈愈愈被被被被广广广广泛泛泛泛采采采采用用用用。我我我我们们们们这里以单管基本存储电路为例说明。这里以单
33、管基本存储电路为例说明。这里以单管基本存储电路为例说明。这里以单管基本存储电路为例说明。 其基本存储电路为单管动态存储电路其基本存储电路为单管动态存储电路,存放信息靠存放信息靠的是电容的是电容, 需需刷新刷新,芯片刷新周期在芯片刷新周期在2ms以内。以内。单管动态单管动态RAM基基本存储单元图本存储单元图I/OQ刷新刷新放大器放大器C列选择信号列选择信号行选择信号行选择信号微机原理与接口微机原理与接口动态RAM的刷新一般刷新周期为一般刷新周期为2ms，采取一次刷新一行的方，采取一次刷新一行的方式，即每式，即每2ms刷新一行。刷新一行。每次读写操作也进行了刷新，但是读写是随每次读写操作也进行了刷
34、新，但是读写是随机的，不能保证机的，不能保证2ms内每个单元都进行了读内每个单元都进行了读写操作，所以必须单独进行刷新操作。写操作，所以必须单独进行刷新操作。微机原理与接口微机原理与接口动态RAM例子Intel 2164 64K1芯片芯片2164A2164A的容量为的容量为64K164K1位，即片内共有位，即片内共有64K64K（6553665536）个地址单元，）个地址单元， 每个地址单元存放一位每个地址单元存放一位数据。需要数据。需要1616条地址线，地址线分为两部分：行地址条地址线，地址线分为两部分：行地址与列地址。与列地址。采采采采用用用用分分分分时时时时技技技技术术术术将将将将161
35、6位位位位地地地地址址址址码码码码分分分分两两两两次次次次从从从从8 8条条条条地地地地址址址址引引引引线线线线上上上上送送送送入入入入芯芯芯芯片片片片内内内内部部部部，而而而而在在在在片片片片内内内内设设设设置置置置两两两两个个个个8 8位位位位锁锁锁锁存存存存器器器器，分分分分别别别别称称称称为为为为行行行行锁锁锁锁存存存存器器器器和和和和列列列列锁锁锁锁存存存存器器器器。1616位位位位地地地地址址址址码码码码也也也也分分分分成成成成行行行行地地地地址址址址（低低低低8 8位位位位地地地地址址址址）和和和和列列列列地地地地址址址址（高高高高8 8位位位位地地地地址址址址），在在在在两两两
36、两次次次次输输输输入入入入后分别寄存在行锁存器内和列锁存器内后分别寄存在行锁存器内和列锁存器内后分别寄存在行锁存器内和列锁存器内后分别寄存在行锁存器内和列锁存器内即即地地址址分分行行、列列地地址址输输入入，分分别别有有行行、列列地地址址选选通通信信号识别。号识别。微机原理与接口微机原理与接口2164（64K*1） A0A7为地址输入端。为地址输入端。 DIN和和DOUT 是芯片上是芯片上的数据线。的数据线。 RAS为行地址锁存信号。为行地址锁存信号。 CAS为列地址锁存信号。为列地址锁存信号。 WE为写允许信号。为写允许信号。 微机原理与接口微机原理与接口注意注意计算机中的内存由计算机中的内存
37、由DRAMDRAM组成，组成，高速缓存用高速缓存用SRAMSRAM组成组成微机原理与接口微机原理与接口四、高速缓冲存储器四、高速缓冲存储器DRAM存取时间为存取时间为100200ns，为了使，为了使CPU全速运行，可采用全速运行，可采用Cache技术，将经常访问的代技术，将经常访问的代码和数据存入由码和数据存入由SRAM （存取时间为（存取时间为1040ns）组成的高速缓存中，把不常用的数据保存在组成的高速缓存中，把不常用的数据保存在DRAM组成的大容量存储器中，这样使存储器组成的大容量存储器中，这样使存储器系统的价格降低，同时又保证系统的价格降低，同时又保证CPU接近零等待。接近零等待。微机
38、原理与接口微机原理与接口四、高速缓冲存储器四、高速缓冲存储器当当CPU读取主存中的一个字时，便发出此字的内存读取主存中的一个字时，便发出此字的内存地址给地址给cache和主存。此时和主存。此时cache的控制逻辑依据的控制逻辑依据地址判断此字当前是否在地址判断此字当前是否在cache中；若是，则此字中；若是，则此字立即传送到立即传送到CPU中；否则，则用主存读周期把此中；否则，则用主存读周期把此字从主存中读出送到字从主存中读出送到CPU，同时将含有这个字的，同时将含有这个字的整个数据块从主存读出送到整个数据块从主存读出送到cache中。中。Cache的数据与对应内存中的数据出现不同称为不的数据
39、与对应内存中的数据出现不同称为不一致，为了解决不一致，可以采用两种办法：一致，为了解决不一致，可以采用两种办法：（1）写直达法（）写直达法（write-through）。）。 （2）回写法（）回写法（write-back）。）。随机存取存储器随机存取存储器三、存储器的工作时序三、存储器的工作时序为了正确实现存储器操作，在设计存储体主要考为了正确实现存储器操作，在设计存储体主要考虑的问题：虑的问题：a)、根据参数选择合适的存储体；根据参数选择合适的存储体；b)、保证保证CPU提供正确的读写时序；提供正确的读写时序；c)、设计控制电路时，注意设计控制电路时，注意CPU时序与存时序与存储器时序要求的
40、配合。储器时序要求的配合。存储器对读周期的时序要求如下页：存储器对读周期的时序要求如下页：随机存取存储器随机存取存储器三、存储器的工作时序三、存储器的工作时序图中：图中： (P215)tRC：读出周期；：读出周期； tA ：读取时间；：读取时间；tCO： 从片选信号有效到数据输出稳定的时间；从片选信号有效到数据输出稳定的时间；tCX：从片选信号有效到数据输出有效的时间；：从片选信号有效到数据输出有效的时间；tAR：读恢复时间；：读恢复时间；AD地址地址CS数据输出数据输出BCtAtRCtCOtCXtAR时序要求时序要求: :在在B B点之前片选必须有效否则数据无点之前片选必须有效否则数据无法输
41、出到系统法输出到系统DBDB上；上；数据有效后（数据有效后（C C），只要），只要ABAB和输出允和输出允许信号没有撤销，则数据一直保许信号没有撤销，则数据一直保持有效。持有效。写操作见写操作见P215216P2152165.35.3 只读存储器只读存储器只读存储器只读存储器(ROM)在使用过程中在使用过程中,只能读出存储的只能读出存储的信息信息,而不能用通常的方法写入信息。而不能用通常的方法写入信息。ROM分为以下几种：分为以下几种：因因ROMROM具有掉电后信息不会丢失的特点具有掉电后信息不会丢失的特点，故一般用于，故一般用于存放一些固定的程序，如监控程序、存放一些固定的程序，如监控程序、
42、BIOS程序等。程序等。 掩膜掩膜ROM：按用户要求掩膜制成按用户要求掩膜制成,只能读只能读,无法再无法再改写改写,适合存储成熟的程序适合存储成熟的程序,大量生产时大量生产时,成本低。成本低。 可编程可编程ROM(PROM)：为空白存储器为空白存储器,用户一次性用户一次性写入写入,写入后不能更改写入后不能更改,适合批量生产适合批量生产 。 可擦除的可擦除的PROM(EPROM)PROM(EPROM)：用户按规定方法可多次改用户按规定方法可多次改写内容写内容, ,改写时先用紫外线擦除改写时先用紫外线擦除, ,适合于研发。适合于研发。5.35.3 只读存储器只读存储器 电可擦除的电可擦除的PROM
43、(EPROM(E2 2PROM):PROM):能以字节为单位进行擦能以字节为单位进行擦除和改写除和改写, ,并可直接在机器内进行擦除和改写并可直接在机器内进行擦除和改写, ,方便方便灵活。灵活。5.5.闪速存储器闪速存储器(Flash Memory):(Flash Memory):是是8080年代末推出的新型年代末推出的新型存储芯片存储芯片, ,它的主要特点是在掉电情况下可长期保存它的主要特点是在掉电情况下可长期保存信息信息, ,原理上看象原理上看象ROM,ROM,但又能在线进行擦除与改写但又能在线进行擦除与改写, ,功能上象功能上象RAM,RAM,因此兼有因此兼有E E2 2PROMPROM
44、和和SRAMSRAM的优点。的优点。内部存储信息在不加电的情况下保持内部存储信息在不加电的情况下保持1010年左右年左右反复擦写达几十万次反复擦写达几十万次5.35.3 只读存储器只读存储器闪存闪存体积小体积小, ,可靠性高可靠性高, ,内部无可移动部分内部无可移动部分, ,无噪声无噪声, ,抗震动力强抗震动力强, ,是小型硬盘的代替品是小型硬盘的代替品, ,也是代替也是代替EPROMEPROM和和E E2 2PROMPROM的理想器件的理想器件, ,市场前景看好。市场前景看好。FlashFlash有单片应用和固态盘应用，固态盘分卡式和有单片应用和固态盘应用，固态盘分卡式和盘式两种。闪速卡盘式
45、两种。闪速卡, ,用在可移动计算机中用在可移动计算机中, ,如数字相机如数字相机, ,手机手机,CD-ROM,CD-ROM等。闪速固态盘等。闪速固态盘, ,用于恶劣环境中代替硬用于恶劣环境中代替硬盘。盘。u在在在在PentiumPentiumPentiumPentium机主板上，用机主板上，用机主板上，用机主板上，用128KB128KB128KB128KB或或或或256KB256KB256KB256KB的的的的Flash Flash Flash Flash ROMROMROMROM存放存放存放存放BIOSBIOSBIOSBIOS，取代了，取代了，取代了，取代了EPROMEPROMEPROMEP
46、ROM和和和和EEPROMEEPROMEEPROMEEPROM。因此现在称。因此现在称。因此现在称。因此现在称BIOSBIOSBIOSBIOS为为为为Flash BIOSFlash BIOSFlash BIOSFlash BIOS。 5.35.3 只读存储器只读存储器例：例：EPROM2764 (8K8)1 128282 23 34 45 56 67 78 89 9101011111212131314142727262625252424232322222121202019191818171716161515V VPPPPA A1212A A7 7A A6 6A A5 5A A4 4A A3 3
47、A A2 2A A1 1A A0 0D D0 0D D1 1D D2 2GNDGNDD D7 7D D6 6D D5 5D D4 4D D3 3PGMPGMNCNCA A8 8A A9 9A A1111OEOEA A1010CECEV VCCCC(+5V)(+5V)A0Al2 :13根地址信号线。根地址信号线。D0D7 : 8根数据线。根数据线。PGM :编程脉冲控制端。编程脉冲控制端。OE : 输出允许信号。输出允许信号。 CE : 芯片允许信号芯片允许信号 。VPP: 编程电压输入端。编程电压输入端。 5.35.3 只读存储器只读存储器例：例：EPROM 2764 与与CPUCPU的连接的
48、连接连接到数据总线（连接到数据总线（D0D7或或D8D15）2764I/O0 I/O7A0 A12片选输入片选输入连接到连接到 8086的的 RD 脚脚连接到地址总线的低连接到地址总线的低13位位OECEPGMVPP编程时使用编程时使用微机原理与接口微机原理与接口5.45.4CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接n n这是本章的重点内容这是本章的重点内容n nSRAM、EPROM与与CPU的连接的连接n n译码方法同样适合译码方法同样适合I/O端口端口n n存储芯片的数据线存储芯片的数据线存储芯片的数据线存储芯片的数据线n n 存储芯片的地址线存储芯片的地址线存储芯片的地址线存储芯片的地址线
49、n n 存储芯片的片选端存储芯片的片选端存储芯片的片选端存储芯片的片选端n n 存储芯片的读写控制线存储芯片的读写控制线存储芯片的读写控制线存储芯片的读写控制线5.45.4 CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接CPU与存储器的连接要通过三大总线实现与存储器的连接要通过三大总线实现。 将将一一个个存存储储器器芯芯片片与与CPUCPU相相接接时时，除除了了片片选选信信号号需需要要高高位位地地址址译译码码之之外外，其其余余的的如如存存储储器器芯芯片片的的数数据据信信号号、读读写写控控制制信信号号及及地地址址信信号号都都直直接接接接到到系系统总线上。统总线上。但但是是一一个个存存储储器器系系统统往
50、往往往需需要要由由多多个个芯芯片片组组合合得得到到系系统统所所需需的的存存储储空空间间。这这就就需需要要用用到到下下面面的的方方法：法：位扩展法位扩展法、字扩展法字扩展法、组合扩展法组合扩展法。微机原理与接口微机原理与接口存储系统设计的存储系统设计的 步骤步骤1 1、确定芯片个数、确定芯片个数= =目的系统容量目的系统容量/ /提供芯片规格提供芯片规格2 2、确定扩展方法（字、位、字位）、确定扩展方法（字、位、字位）3 3、芯片地址线、数据线、读写控制线的连接、芯片地址线、数据线、读写控制线的连接4 4、芯片片选的连接、芯片片选的连接CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接1. 1. 位扩展法
51、位扩展法一、存储器芯片的扩展一、存储器芯片的扩展当当存存储储器器芯芯片片的的数数据据位位数数不不能能满满足足存存储储系系统统需需要要时时，可可将将多多个个存存储储器器芯芯片片的的地地址址线线并并连连起起来来（即即接接相相同同的的输输入入），用用它它们们的的数数据据线线扩扩展展各各个个存存储储单单元元的的数数据位。这种扩展方法称为据位。这种扩展方法称为位扩展法。位扩展法。64K*1I/O64K*1I/O64K*1I/O64K*1I/O64K*1I/O64K*1I/O64K*1I/O64K*1I/OD0D7用用64K1bit的芯片扩展实现的芯片扩展实现64KB存储器存储器A0 A15R/WCSCP
52、UCPU与存储器的连接与存储器的连接1. 1. 位扩展法位扩展法例：把两片例：把两片62646264扩展成扩展成8K8K1616的存储器的存储器D7D0RDWR一、存储器芯片的扩展一、存储器芯片的扩展A12A0D15D8D15D0译码器译码器6264I/O0 I/O7A12 A0OE WECE1 CE28k 8I/O0 I/O7A12 A06264OE WECE1 CE28k 8CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接2. 2. 字扩展法字扩展法字字扩扩展展法法将将低低位位地地址址线线接接到到所所有有芯芯片片，实实现现片片内内寻寻址址；将将高高位位地地址址线线通通过过译译码码或或变变换换后后输
53、输出给各芯片的片选信号，实现片间寻址出给各芯片的片选信号，实现片间寻址当当存存储储器器芯芯片片的的存存储储单单元元数数量量不不能能满满足足存存储储系系统统需需要要时时，可可将将多多片片存存储储器器芯芯片片的的数数据据线线并并连连起起来来，用用它它们们的的地地址址线线扩扩展展存存储储单单元元的的数数量。这种扩展方法称为量。这种扩展方法称为字扩展法。字扩展法。例例：用用两两片片SRAM Intel6264（8K 8位位）存存储储器器芯芯片片组成一个组成一个16K 8 位的存储系统。位的存储系统。一、存储器芯片的扩展一、存储器芯片的扩展CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接二、存储器芯片的扩展二、
54、存储器芯片的扩展2. 2. 字扩展法字扩展法例：例：6264I/O0 I/O7A12 A0I/O0 I/O7A12 A06264OE WECS1 CS2RDWR8k 88k 8OE WECS1 CS2D7D0A12A0D7D0D7D0地址地址译码器译码器高高位位地地址址CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接3. 3. 组合扩展法组合扩展法当当存存储储器器芯芯片片的的数数据据位位数数和和存存储储单单元元数数量量都都不不能能满满足足存存储储系系统统需需要要时时，可可先先进进行行字字扩扩展展，再再进进行行位位扩扩展展，也也可可把把顺顺序序反反过过来来。这这种种扩扩展展方方法法称称为为组组合扩展法。
55、合扩展法。练练 习习 ： 用用 两两 片片 EPROM2764（ 8K 8位位 ） 与与 两两 片片SRAM Intel6264（8K 8位位）存存储储器器芯芯片片共共同同组组成成一一个个包包括括8K 16 位位的的ROM、 8K 16 位位的的RAM的存储系统。的存储系统。二、存储器芯片的扩展二、存储器芯片的扩展微机原理与接口微机原理与接口扩展方法的总结扩展方法的总结位扩展：位扩展：各芯片的地址线、片选信号连接相同，各芯片的地址线、片选信号连接相同，各芯片的数据线接不同的系统数据线各芯片的数据线接不同的系统数据线字扩展：字扩展：各芯片的地址线、数据线连接相同，片各芯片的地址线、数据线连接相同
56、，片 选信号不同（由高位地址线经过译码得到，使得选信号不同（由高位地址线经过译码得到，使得同一时刻只选中一个芯片）同一时刻只选中一个芯片）。字位扩展：字位扩展：先进行位扩展，再把位扩展后得到的先进行位扩展，再把位扩展后得到的 芯片组进行字扩展芯片组进行字扩展CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接二二、存存储储器器的的地地址址选选择择（字字扩扩展展时时高高位位地地址址线线的的连接）连接）CPUCPU与与存存储储器器连连接接时时，将将CPUCPU的的低低位位地地址址线线连连到到存存储储器器所所有有芯芯片片的的地地址址线线上上，实实现现片片内内寻寻址址；将将高高位位地地址址线线经经过过译码输出给存
57、储器芯片的片选引脚译码输出给存储器芯片的片选引脚，实现片间寻址。，实现片间寻址。存储器的存储器的地址译码地址译码方式有方式有线性选择、全译码、部分译码线性选择、全译码、部分译码 对于组合得到的存储器系统，必须给每个芯片分配对于组合得到的存储器系统，必须给每个芯片分配地址，也就是要保证存储器芯片在整个内存中占据的地址，也就是要保证存储器芯片在整个内存中占据的地址范围地址范围能够满足用户的要求。能够满足用户的要求。这就需要掌握这就需要掌握存储器地址译码存储器地址译码的方法（字扩展）的方法（字扩展）微机原理与接口微机原理与接口二、存储器的地址选择二、存储器的地址选择1. 1. 线性地址译码方式线性地
58、址译码方式 如如果果在在一一个个微微机机系系统统中中，所所要要求求的的存存储储器器容容量量较较小小，而而且且以以后后也也不不会会扩扩充充系系统统的的存存储储容容量量，可可直直接接将将芯芯片片使使用用的的地地址址线线以以外外的的一一位位或或两两位位高高位位地地址址线线作作为为片选信号，这种方法称为片选信号，这种方法称为线性线性地址地址译码译码方式方式 。 例例5-15-1： ( (P226)P226)用用两两片片SRAMSRAM Intel6264Intel6264（8K8K 8 8位位）存存储储器器芯芯片片组组成成一一个个1616K K 8 8 位位的的存存储储系系统统。可可以以用用A13A1
59、3与芯片的片选信号连接。与芯片的片选信号连接。注意：芯片片选加入注意：芯片片选加入M/IO M/IO 微机原理与接口微机原理与接口线性选择方式的缺点1、出现、出现地址重叠地址重叠。例。例5-1中假设中假设CPU地址线地址线为为16根，则每个芯片有根，则每个芯片有4组地址。如为组地址。如为20根根地址线，则重叠更多地址线，则重叠更多2、地址不连续地址不连续。如果用。如果用A14或或A15连接芯片连接芯片的片选则两个芯片的地址空间不连续的片选则两个芯片的地址空间不连续3、不方便扩充。想要增加系统容量时必须重、不方便扩充。想要增加系统容量时必须重新连接地址线。新连接地址线。CPUCPU与存储器的连接
60、与存储器的连接2 2. . 全全地址地址译码译码方式方式 所所谓谓全全地地址址译译码码，就就是是构构成成存存储储器器时时要要使使用用全全部部地地址址总总线线信信号号，即即CPU CPU 的的低低位位地地址址信信号号接接存存储储芯芯片片的的地地址址输输入入线线，余余下下的的所所有有高高位位地地址址信信号号用用来来作作为为译译码码器器的的输输入入，从从而而使使得得存存储储器器芯芯片片上上的的每每一一个个单单元元在在整整个内存空间中具有唯一的一个地址。个内存空间中具有唯一的一个地址。 例例：一一个个微微机机系系统统20根根地地址址线线，RAM容容量量为为32K字字节节，采采用用8K 8位位的的RAM
61、芯芯片片，安安排排在在内内存存空空间间的的最最低低位位置置，则则A12A0作作为为片片内内寻寻址址，A19A13译译码码后后作作为为芯芯片片寻址寻址二、存储器的地址选择二、存储器的地址选择A12 A0A12 A0A12 A0A12 A0A0 A12CSCSCSCSWEWEWEWED7D0D7D0D7D0D7D0 D7 D0CPUA19 A13M/ IOWRDBAB2 2. . 全全地址地址译码译码方式方式OEOEOEOERD00000H01FFFH02000H03FFFH04000H05FFFH06000H07FFFH译译码码器器0 1234127微机原理与接口微机原理与接口思考：全译码方式有
62、地址重叠、地址不连续的情况吗？全译码方式有地址重叠、地址不连续的情况吗？1 1、地址是唯一的，没有重叠、地址是唯一的，没有重叠2 2、地址是连续的，便于扩充。、地址是连续的，便于扩充。全译码的缺点：译码电路复杂，特别是高位地址线较多全译码的缺点：译码电路复杂，特别是高位地址线较多的时候。的时候。CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接3 3. . 部分部分地址地址译码译码方式方式 存存储储器器系系统统容容量量的的需需求求并并不不总总是是达达到到最最大大容容量量，为为了了减减少少译译码码电电路路的的复复杂杂性性并并留留有有一一定定的的可可扩扩展展空空间间，常常采采用用将将芯芯片片使使用用以以外外
63、的的部部分分高高地地址址进进行行译译码码，产产生生片选信号的方法。片选信号的方法。 三、存储器的地址选择三、存储器的地址选择这这种种方方法法通通常常使使用用74LS138 三三八八译译码码器器芯芯片片。该芯片管脚图、输出真值表见下页图（该芯片管脚图、输出真值表见下页图（P228图图5-16)。微机原理与接口微机原理与接口G1G2AG2BCBAY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7VccGND74LS138 三三八译码器芯片八译码器芯片Y0=0其余为其余为1Y1=0其余为其余为1. 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 11 0 0输出输出 C B
64、 AG1 G2A G2B74LS13874LS138微机原理与接口微机原理与接口用用74LS 138进行部分译码举例进行部分译码举例例例5-3： (教教材材P228)用用2K*8的的RAM芯芯片片设设计计一一个个8K*8的存储器系统，用的存储器系统，用74LS138进行地址译码。进行地址译码。G1G2AG2BCBAY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7A12A11A13A14M/ IOA15 1# 1# 芯片片选芯片片选 2# 2# 芯片片选芯片片选 3# 3# 芯片片选芯片片选 4# 4# 芯片片选芯片片选结论：结论：74LS138 输入确定后，每个输出引脚所输入确定后，每个输出引脚所连接芯片的地
65、址空间也就确定了，比如：连接芯片的地址空间也就确定了，比如：74LS138G1G2AG2BCBAY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7000007FFH08000FFFH100017FFH18001FFFH200027FFH28000FFFH300037FFH38003FFFHA12A11A13A14M/ IOA15微机原理与接口微机原理与接口在存储器扩展时，在存储器扩展时，74LS138 的连接的连接输出：输出：138的输出接到芯片的片选上的输出接到芯片的片选上输入：输入：1）ABC的连接：依次把高位地址线的最低三的连接：依次把高位地址线的最低三位地址连接到位地址连接到ABC上。比如，芯片地址线上
66、。比如，芯片地址线用了用了12A0，则，则A-A13，B-A14，C-A152）三个控制端的连接：把）三个控制端的连接：把M/IO和剩下的地和剩下的地址线进行逻辑门电路运算后分别送给三个址线进行逻辑门电路运算后分别送给三个控制端。控制端。微机原理与接口微机原理与接口部分译码方式的优缺点部分译码方式的优缺点部分译码方式的译码简单，但地址扩展能部分译码方式的译码简单，但地址扩展能力有限，并且力有限，并且可能出现地址重叠（如果有一些可能出现地址重叠（如果有一些地址线没有用到）地址线没有用到）。使用不同信号连接片选信。使用不同信号连接片选信号时，芯片的地址空间也不同。号时，芯片的地址空间也不同。这种方
67、式常常用在较小的微型计算机系统中。这种方式常常用在较小的微型计算机系统中。用用138138可以不出现地址重叠。可以不出现地址重叠。思考：如何实现？思考：如何实现？微机原理与接口微机原理与接口三种地址译码方式的总结三种地址译码方式的总结1.CPU与存储器芯片连接时，低位地址线连与存储器芯片连接时，低位地址线连到所有芯片的地址线上，实现片内寻址；到所有芯片的地址线上，实现片内寻址；高位地址线经过线选法或译码器译码高位地址线经过线选法或译码器译码输出输出到芯片的片选，实现片间寻址。到芯片的片选，实现片间寻址。2.连接时注意地址是否重叠、地址是否连续连接时注意地址是否重叠、地址是否连续3.要学会按照要
68、求设置芯片的地址空间。要学会按照要求设置芯片的地址空间。微机原理与接口微机原理与接口例子用RAM6264 、EPROM2764设计一个具有设计一个具有16KRAM及及16KROM的的16位的存储系统。位的存储系统。微机原理与接口微机原理与接口题型总结题型总结1、涉及到、涉及到8086系统：地址线系统：地址线20根，数据线根，数据线16根，根，奇偶存储体奇偶存储体2、对芯片地址有指定要求、对芯片地址有指定要求某芯片地址处于低地址某芯片地址处于低地址指定了芯片具体地址指定了芯片具体地址地址不重叠地址不重叠地址连续地址连续3、系统中芯片所需地址线根数不一致、系统中芯片所需地址线根数不一致微机原理与接
69、口微机原理与接口综合举例综合举例1用芯片用芯片74LS138、RAM6264、EPROM2764设计一个在设计一个在8086CPU最小模式下的最小模式下的，具有，具有16KRAM及及16KROM的的16位的存储系统。位的存储系统。要要求求RAM处于低地址段处于低地址段。并且不得出现重复地。并且不得出现重复地址。址。1.画出完整的电路原理图，包括译码器画出完整的电路原理图，包括译码器74LS138的连接。的连接。2.给出每个芯片的地址空间。给出每个芯片的地址空间。微机原理与接口微机原理与接口解题技巧解题技巧涉及到涉及到8086系统，存储器为系统，存储器为16位宽时要分奇偶存位宽时要分奇偶存储体，
70、分别用高八位、低八位数据线连接，片选储体，分别用高八位、低八位数据线连接，片选分别加入分别加入BHE、A0.（即（即A0不再算入低位地址线）不再算入低位地址线）处于低地址段的芯片：在连接片选时选择序号小处于低地址段的芯片：在连接片选时选择序号小的的138的输出连接该芯片的片选的输出连接该芯片的片选不出现重复地址：把所有地址线都用上，不能容不出现重复地址：把所有地址线都用上，不能容许任何地址线悬空，即连接图上要用到系统所有许任何地址线悬空，即连接图上要用到系统所有地址线地址线写芯片地址空间时，先根据芯片的片选确定高位写芯片地址空间时，先根据芯片的片选确定高位地址线的取值（对某个芯片而言说固定的）
71、，然地址线的取值（对某个芯片而言说固定的），然后对接到芯片上的低位地址线从全后对接到芯片上的低位地址线从全0取到全取到全1，由，由此得出地址空间。此得出地址空间。微机原理与接口微机原理与接口综合举例综合举例2限定地址，选择译码方式限定地址，选择译码方式试用试用8K8位的位的EPROM2764和和8K8位的静位的静态态RAM6264以及以及74LS138译码器译码器,构成一个构成一个16KB的的ROM、16KB的的RAM存储器系统存储器系统(8086工作于最小模式工作于最小模式),要求要求ROM地址范围为：地址范围为：F2000HF5FFFH,RAM地址范围为：地址范围为：F6000HF9FFF
72、H。 微机原理与接口微机原理与接口限定地址的解题技巧限定地址的解题技巧对于限定地址的题型，对于限定地址的题型，芯片的数据线、低位芯片的数据线、低位地址线和地址线和138的的ABC的接法照旧的接法照旧，不同的是：，不同的是：138的三个控制端的连接门电路和每个芯片的的三个控制端的连接门电路和每个芯片的片选接哪个序号的输出片选接哪个序号的输出不能随意画了。要不能随意画了。要先把给定地址转换为二进制，看先把给定地址转换为二进制，看ABC所接所接的三位高位地址的值为多少，以此确定芯的三位高位地址的值为多少，以此确定芯片所接输出序号；然后看除了片所接输出序号；然后看除了ABC之外的之外的高位地址的取值，
73、根据这些值和高位地址的取值，根据这些值和M/IO来画来画138的三个控制端的门电路。的三个控制端的门电路。微机原理与接口微机原理与接口综合举例综合举例3芯片所需低位地址线根数不同芯片所需低位地址线根数不同例例1：试用：试用EPROM2732和和8K8位的静态位的静态RAM6264以及以及74LS138译码器译码器,构成一个构成一个8KB的的ROM、16KB的的RAM存储器系统存储器系统(8086工作工作于最小模式于最小模式)例例2：书上本节例子：书上本节例子微机原理与接口微机原理与接口系统所用芯片所需低位地址线根数系统所用芯片所需低位地址线根数不同的解题技巧不同的解题技巧根据芯片容量大即所需低
74、位地址线根数多的芯片来根据芯片容量大即所需低位地址线根数多的芯片来画画138的连接的连接。然后：然后：对容量大的芯片，每个芯片的片选用对容量大的芯片，每个芯片的片选用138的一个输出；的一个输出；对容量小的芯片，则应该是多个（通常是两个）芯对容量小的芯片，则应该是多个（通常是两个）芯片共用片共用138的一个输出，再由它们未用的那几位的一个输出，再由它们未用的那几位（通常是（通常是1位）低位地址来区分这多个芯片，即把位）低位地址来区分这多个芯片，即把138的这个输出和那几位低位地址进行逻辑运算后，的这个输出和那几位低位地址进行逻辑运算后，与容量小的芯片的片选连接。与容量小的芯片的片选连接。微机原
75、理与接口微机原理与接口存储器扩展总结存储器扩展总结1.涉及到涉及到8086时，注意奇偶存储体的片选输入中要包时，注意奇偶存储体的片选输入中要包括括BHE，A0；且地址信号为；且地址信号为20位位2.地址译码时一般选用地址译码时一般选用74LS138，如果不允许地址重，如果不允许地址重叠，则把所有高位地址信号都要用于地址译码，必叠，则把所有高位地址信号都要用于地址译码，必要时用逻辑门电路组合多个高位地址信号。要时用逻辑门电路组合多个高位地址信号。3.不要忘记了不要忘记了4.学会根据电路图中芯片的片选连接写出芯片的地址学会根据电路图中芯片的片选连接写出芯片的地址空间，以及根据给定地址空间画出芯片的
76、片选连接。空间，以及根据给定地址空间画出芯片的片选连接。微机原理与接口微机原理与接口5-5 PC机中存储器的分配机中存储器的分配主存：主存：0640KB的的RAM，也称为基本存储器或常规，也称为基本存储器或常规存储器。存储器。上位存储器上位存储器UM：从：从640KB1024KB的内存保留区，的内存保留区，留给系统配置使用留给系统配置使用扩展存储器：扩展存储器：640KB以上的存储器，不包括以上的存储器，不包括384KB的的内存保留区内存保留区高位存储器：高位存储器：1024KB1088KB的的64KB的存储区。的存储区。扩充存储器：为了补充内存的不足，设计了内存扩充扩充存储器：为了补充内存的
77、不足，设计了内存扩充卡。把卡。把EMS分成区段（分页），每分成区段（分页），每4个分页组成个分页组成1个个页框。使用时，把页框。使用时，把4页的内容拷贝到内存保留区的页的内容拷贝到内存保留区的页框里。页框里。微机原理与接口微机原理与接口第五章作业第五章作业P237 812 13补：用芯片补：用芯片74LS138、RAM6264、EPROM2732设设计一个在计一个在8086CPU最小模式下的最小模式下的，具有，具有16KRAM及及16KROM的的16位的存储系统。位的存储系统。要求要求RAM处于低地址段处于低地址段。并且不得出现重复地址。并且不得出现重复地址。画出画出CPU与存储系统的连接图，
78、包括译码器与存储系统的连接图，包括译码器74LS138的连接。的连接。给出每个芯片的地址空间。给出每个芯片的地址空间。微机原理与接口微机原理与接口几种新型存储器简介几种新型存储器简介 1闪速存储器闪速存储器(Flash Memory) Flash存储器是存储器是1983年由年由Intel公司首先推出的，其公司首先推出的，其商品化于商品化于1988年。就其本质而言，年。就其本质而言，Flash存储器属于存储器属于E2PROM类型，在不加电的情况下能长期保持存储的类型，在不加电的情况下能长期保持存储的信息。信息。F1ash存储器之所以被称为闪速存储器，是因为存储器之所以被称为闪速存储器，是因为用电
79、擦除，容易实现擦除整个存储矩阵或部分存储矩用电擦除，容易实现擦除整个存储矩阵或部分存储矩阵，速度很快，与阵，速度很快，与E2PROM擦除一个地址擦除一个地址(一个字节或一个字节或16位字位字)的时间相同。的时间相同。 微机原理与接口微机原理与接口 Flash存存储储器器既既有有ROM和和RAM两两者者的的性性能能，又又有有ROM、DRAM一一样样的的高高密密度度、低低成成本本和和小小体体积积。它它是是目目前前惟惟一一具具有有大大容容量量、非非易易失失性性、低低价价格格、可可在在线线改改写写和和较较高高速速度度几几个个特特性性共共存存的的存存储储器器。同同DRAM比比较较，F1ash存存储储器器
80、有有两两个个缺缺点点：可可擦擦写写次次数数有有限限和和速速度度较较慢慢。所所以以从从目目前前看看，它它还还无无望望取取代代DRAM，但但它它是是一一种种理理想想的的文文件件存存储储介介质质，特特别别适适用用于于在在线线编编程程的的大大容容量量、高高密密度存储领域。度存储领域。 由于由于Flash存储器的独特优点，在一些较新的主板上采用存储器的独特优点，在一些较新的主板上采用Flash ROM BIOS，会使得，会使得BIOS升级非常方便，在升级非常方便，在Pentium 微机微机中已把中已把BIOS系统驻留在系统驻留在Flash存储器中。存储器中。Flash存储器亦可用做固存储器亦可用做固态大
81、容量存储器。由于态大容量存储器。由于Flash Memory集成度不断提高，价格降集成度不断提高，价格降低，使其在便携机上取代小容量硬盘已成为可能。低，使其在便携机上取代小容量硬盘已成为可能。 微机原理与接口微机原理与接口 2. 同步动态存储器同步动态存储器SDRAM(Synchronous DRAM) SDRAM是同步动态存储器，又称为同步是同步动态存储器，又称为同步DRAM。SDRAM基基于双存储体结构，内含两个交错的存储阵列，当于双存储体结构，内含两个交错的存储阵列，当CPU从一个存储从一个存储体或阵列访问数据的同时，另一个已准备好读写数据。通过两个体或阵列访问数据的同时，另一个已准备好
82、读写数据。通过两个存储阵列的紧密切换，读取效率得到成倍提高。理论上速度可与存储阵列的紧密切换，读取效率得到成倍提高。理论上速度可与CPU频率同步，与频率同步，与CPU共享一个时钟周期。共享一个时钟周期。SDRAM不仅可用做不仅可用做主存，在显示卡专用内存方面也有广泛应用。对显示卡来说，数主存，在显示卡专用内存方面也有广泛应用。对显示卡来说，数据带宽越宽，同时处理的数据就越多，显示的信息就越多，显示据带宽越宽，同时处理的数据就越多，显示的信息就越多，显示质量也就越高。质量也就越高。SDRAM也将应用于一种集成主存和显示内存的也将应用于一种集成主存和显示内存的结构结构共享内存结构共享内存结构(UM
83、A)当中。许多高性能显示卡价格昂贵，当中。许多高性能显示卡价格昂贵，就是因为其专用显示内存成本极高，就是因为其专用显示内存成本极高，UMA技术利用主存作显示内技术利用主存作显示内存，不再需要增加专门的显示内存，因此这种结构在很大程度上存，不再需要增加专门的显示内存，因此这种结构在很大程度上降低了系统成本。降低了系统成本。 微机原理与接口微机原理与接口 3双双数数据据传传输输率率同同步步动动态态随随机机存存储储器器DDR DRAM(Double Data Rate DRAM) 在同步动态读写存储器在同步动态读写存储器SDRAM的基础上，采用延时锁定环的基础上，采用延时锁定环(Delay-1ock
84、ed Loop)技术提供数据选通信号对数据进行精确定技术提供数据选通信号对数据进行精确定位，在时钟脉冲的上升沿和下降沿都可传输数据位，在时钟脉冲的上升沿和下降沿都可传输数据(而不是第一代而不是第一代SDRAM仅在时钟脉冲的下降沿传输数据，仅在时钟脉冲的下降沿传输数据，“DDR”即即“双数据双数据率率”的意思的意思)，这样就在不提高时钟频率的情况下，使数据传输，这样就在不提高时钟频率的情况下，使数据传输率提高一倍。率提高一倍。微机原理与接口微机原理与接口 4接口动态随机存储器接口动态随机存储器DRDRAM(Direct Rambus DRAM) 从从1996年开始，年开始，Rambus公司就在公
85、司就在Intel公司的支持下制定出公司的支持下制定出新一代新一代RDRAM标准，这就是标准，这就是DRDRAM。它与传统。它与传统DRAM的区的区别在于引脚定义会随命令而变，同一组引脚线可以被定义成地别在于引脚定义会随命令而变，同一组引脚线可以被定义成地址线，也可以被定义成控制线。其引脚数仅为正常址线，也可以被定义成控制线。其引脚数仅为正常DRAM的的1/3。当需要扩展芯片容量时，只需要改变命令，不需要增加芯片引当需要扩展芯片容量时，只需要改变命令，不需要增加芯片引脚。这种芯片可以支持脚。这种芯片可以支持400 MHz外频，再利用上升沿和下降沿外频，再利用上升沿和下降沿两次传输数据，可以使数据
86、传输率达到两次传输数据，可以使数据传输率达到800 MHz。同时通过把。同时通过把单个内存芯片的数据输出通道从单个内存芯片的数据输出通道从8位扩展成位扩展成16位，这样在位，这样在100 MHz时就可以使最大数据输出率达到时就可以使最大数据输出率达到1.6 GB/s。 微机原理与接口微机原理与接口 5带高速缓存动态随机存储器带高速缓存动态随机存储器CDRAM(Cached DRAM) CDRAM是日本三菱电气公司开发的专有技术，通过在是日本三菱电气公司开发的专有技术，通过在DRAM芯片上集成一定数量的高速芯片上集成一定数量的高速SRAM作为高速缓冲存储器作为高速缓冲存储器Cache和同步控制接
87、口，来提高存储器的性能。这种芯片使用单和同步控制接口，来提高存储器的性能。这种芯片使用单一的一的+3 V电源，低压电源，低压TTL输入输出电平。目前三菱公司可以提输入输出电平。目前三菱公司可以提供的供的CDRAM为为4 MB和和16 MB版本，其片内版本，其片内Cache为为16 KB，与，与128位内部总线配合工作，可以实现位内部总线配合工作，可以实现100 MHz的数据访问。流水的数据访问。流水线式存取时间为线式存取时间为7 ns。 微机原理与接口微机原理与接口 6虚拟通道存储器虚拟通道存储器VCM(Virtual Channel Memory) VCM由由NEC公司开发，是一种新兴的公司
88、开发，是一种新兴的“缓冲式缓冲式DRAM”，该，该技术将在大容量技术将在大容量SDRAM中采用。它集成了所谓的中采用。它集成了所谓的“通道缓冲通道缓冲”，由高速寄存器进行配置和控制。在实现高速数据传输，由高速寄存器进行配置和控制。在实现高速数据传输(即即“带宽带宽”增大增大)的同时，的同时，VCM还维持着与传统还维持着与传统SDRAM的高度兼容性，所的高度兼容性，所以通常也把以通常也把VCM内存称为内存称为VCM SDRAM。在设计上，系统。在设计上，系统(主要主要是主板是主板)不需要做大的改动，便能提供对不需要做大的改动，便能提供对VCM的支持。的支持。VCM可从可从内存前端进程的外部对所集
89、成的这种内存前端进程的外部对所集成的这种“通道缓冲通道缓冲”执行读写操作。执行读写操作。对于内存单元与通道缓冲之间的数据传输，以及内存单元的预充对于内存单元与通道缓冲之间的数据传输，以及内存单元的预充电和刷新等内部操作，电和刷新等内部操作，VCM要求它独立于前端进程进行，即后台要求它独立于前端进程进行，即后台处理与前台处理可同时进行。处理与前台处理可同时进行。微机原理与接口微机原理与接口 7快速循环动态存储器快速循环动态存储器FCRAM(Fast Cycle RAM)FCRAM由富士通和东芝公司联合开发，数据吞吐速度可达由富士通和东芝公司联合开发，数据吞吐速度可达普通普通DRAM/SDRAM的
90、的4倍。倍。FCRAM将目标定位在需要极高内存将目标定位在需要极高内存带宽的应用中，比如业务繁忙的服务器以及带宽的应用中，比如业务繁忙的服务器以及3D图形及多媒体处理图形及多媒体处理等。等。FCRAM最主要的特点便是行、列地址同时最主要的特点便是行、列地址同时(并行并行)访问，而访问，而不像普通不像普通DRAM那样，以顺序方式进行那样，以顺序方式进行(首先访问行数据，再访首先访问行数据，再访问列数据问列数据)。此外，在完成上一次操作之前，。此外，在完成上一次操作之前，FCRAM便能开始下便能开始下一次操作。为提高内存的数据吞吐速度，一次操作。为提高内存的数据吞吐速度，FCRAM和和VCM采取了
91、采取了截然不同的两种方式。前者从内部入手，后者则截然不同的两种方式。前者从内部入手，后者则“内外一齐抓内外一齐抓”，在拓宽内存，在拓宽内存(存储存储)单元、芯片接口、内存控制器的带宽上下大单元、芯片接口、内存控制器的带宽上下大功夫。功夫。FCRAM的开发计划自的开发计划自1999年年2月初便已开始。按照富士通月初便已开始。按照富士通和东芝公司的协议，它们将联合开发和东芝公司的协议，它们将联合开发64 MB、128 MB和和256 MB的的FCRAM。但和。但和VCM、RDRAM内存技术不同的是，它面向的内存技术不同的是，它面向的并不是并不是PC机的内存，而是面向诸如显示内存等其他存储器。机的内存，而是面向诸如显示内存等其他存储器。
