1、第五章存储器系统 了解 存储器的分类 存储器管理 闪存的应用 外部存储器 掌握 静态随机存储器 动态随机存储器 只读存储器的引脚连接 高速缓存的原理 重点掌握 存储器的字扩展和位扩展的原理 地址分配及连接 主要内容 存储器的概念 分类及性能指标 静态随机存储器的应用 动态随机存储器的应用 存储器扩展技术 只读存储器 其它存储器 第五章存储器系统 5 1存储器的分类 5 2随机存取存储器RAM 5 3只读存储器ROM 5 4微处理器与存储器的连接 5 5存储器的空间分配和使用 5 6 外存储器 5 7 新型存储器技术 5 1 1存储器的分类1 按存储介质分类半导体存储器 磁表面存储器 光表面存储
2、器2 按存储器的读写功能分类只读存储器 ROM 随机存储器 RAM 3 按信息的可保存性分类非永久性记忆的存储器 永久性记忆的存储器4 按在微机系统中的作用分类主存储器 辅助存储器 高速缓冲存储器 5 1存储器的分类 存储器 内存 外存 RAM ROM SRAM DRAM PROM EEPROM 光盘 硬盘 软盘 EPROM 5 1 2存储器的主要性能指标 1 存储容量 存储容量 单元数 数据线位数 bit 例 6264SRAM的容量为 8K 8bit 41257DRAM的容量为 256K 1bit 2114DRAM的容量是 1K 4bit 换算关系 1KB 210B 1024B1MB 220
3、B 1024KB1GB 230B 1024MB1TB 240B 1024GB 2 速度 存储器访问时间 低速在300ns以上 中速在100ns 200ns之间 超高速小于20ns 6116RAM存储时间120ns 2764EPROM是200ns 5 1 3存储系统的层次结构1 存储系统的层次结构是指把各种不同存储容量 存取速度和价格的存储器按层次结构组成多层存储器 并通过管理软件和辅助硬件有机组合成统一的整体 使所存放的程序和数据按层次分布在各种存储器中 2 常用的存储系统的层次结构主要由高速缓冲存储器Cache 主存储器和辅助存储器组成 如下页图所示 3 解决CPU与主存储器速度差所采取的措
4、施 1 CPU内部设置多个通用寄存器 2 采用多存储模块交叉存取 3 采用高速缓冲存储器 Cache 目录 高速缓Cache CPU 通用寄存器 主存储器 光盘 磁盘 闪存 5 2随机存取存储器RAM5 2 1静态RAM SRAM 1 基本存储电路 1个存储单元 由6个MOS管组成的双稳态电路 T1截止T2导通为 1 T1 T2 工作管 T3 T4 负载管 T5 T6 T7 T8 控制管 写操作 写入 1 I O 1 I O 0 地址选择线 X Y 为高电平 T5 T8导通 迫使T1截止T2导通 地址信号消失后 T5 T6截止 A B维持写入的状态不变 读操作 被选中的单元地址选择线为高电平
5、T5 T8导通 A B的状态被送到I O I O端 2 一片静态RAM如图所示 存储体是一个由64 64 4096个六管静态存储电路组成的存储矩阵 在存储矩阵中 X地址译码器输出端提供X0 X63计64根行选择线 而每一行选择线接在同一行中的64个存储电路的行选端 故行选择线能同时为该行64个行选端提供行选择信号 Y地址译码器输出端提供Y0 Y63计64根列选择线 而同一列中的64个存储电路共用同一位线 故由列选择线可以同时控制它们与输入 输出电路 I O电路 连通 很显然 只有行 列均被选中的某个单元存储电路 在其X向选通门与Y向选通门同时被打开时 才能进行读出信息和写入信息的操作 图中所示
6、的存储体是容量为4K 1位的存储器 因此 它仅有一个I O电路 如果要组成字长为4位或8位的存储器 则每次存取时 同时应有4个或8个单元存储电路与外界交换信息 这种存储器中 位分组 每根列选择线控制一组的列向门同时打开 相应地 I O电路也应有4个或8个 每一组的同一位 共用一个I O电路 3 静态RAM芯片的例子6116 2KB 8位 6264 8KB 8位 62256 32KB 8位 628128 128KB 8位 8088系统BUS D0D7 D0D7 A0 A0 A1 A1 A12 A12 OE WE CS1 CS2 MEMR MEMW A13 A14 A15 A16 A19 6264
7、SRAM 5V 74LS30八输入与非门做译码电路 D0 D7数据线A0 A12地址线OE读允许WE写允许CS1 0CS2 16264选中工作 7406 6264 32KB 8位 芯片与CPU的连接 最大模式 5 2 2动态RAM DRAM 1 动态RAM存储电路 动态RAM依靠电容存储电荷来决定信息 0 或 1 读操作 先由行地址译码 某行选择信号为高电平时 此行上管子T导通 刷新放大器读取电容C上的电压 0或1 再由列地址译码 选通某列 并读出数据 读出信息后 由刷新放大器对其重写 以保存信息 写操作 行列选择信号都为高电平时 基本存储单元被选中 数据输入 输出线送来的信号通过刷新放大器和
8、管子T 送到电容C 信息写入存储单元 刷新和地址两次打入是DRAM的主要特点 输出 2 动态RAM举例 Intel21642164片内有64k个地址单元 需16条地址线寻址 采用行和列地址 地址线只需8条 内部有地址锁存器 利用外接多路开关 先由RAS信号选通8位行地址并锁存 再由CAS信号选通8位列地址进行锁存 16位地址选中64K存储单元之一 64K存储体分为4个128 128存储矩阵 每个128 128存储矩阵 由7条行地址和7条列地址进行选择 再由1 4I O门选中一个单元进行读写 刷新由一个行地址同时对4个矩阵的同一行 即4 128 512个单元进行刷新 行选通可认为是片选信号 21
9、64的引脚功能及操作 12345678 161514131211109 N CDINWERASA0A1A2GND VCCCASDOUTA6A3A4A5A7 2164DRAM 64K 1bit A0 A7地址线输入引脚 RAS 行地址锁存信号CAS 列地址锁存信号WE 写允许信号DIN 数据输入端 写 DOUT 数据输出端 读 VCC 电源 5VN C 空的引脚 读数据时 行地址加在A0 A7 再送RAS 0 列地址再加在A0 A7 再送CAS 0 保持WE 1 经DOUT读出 写数据时 顺序加行 列地址 同上 保持WE 0 数据经DIN写入 多路转换器 A0 A7 A8 A15 A0A7 RA
10、S WE WE WE DIN DOUT DOUT DOUT DIN DIN D0 D7 时序电路刷新电路 74LS245 64K 1 八片 D0 D1 D7 动态RAM2164连接图 CAS WE 目录 5 3只读存储器只读存储器 ROM 是一种工作时只能读出 不能写入信息的存储器 在使用ROM时 其内部信息是不能被改变的 故一般只能存放固定程序 如监控程序 BIOS程序等 只要一接通电源 这些程序就能自动地运行 5 3 1掩膜只读存储器 ROM 掩膜ROM基本存储单元用单管构成 编程在生产过程中完成 厂家用一掩膜确定是否将一单管电极金属化接入电路 未金属化的单管存 1 信息 已金属化的单管存
11、 0 信息 5 3 2可编程只读存储器 PROM 5 3 3光可擦除可编程只读存储器 EPROM PROM 可编程ROM 但只允许编程一次 用双极型三极管构成基本存储单元 用熔丝串在发射极上 出厂时所有熔丝都是连着的 写入时 利用编程脉冲把选定的熔丝烧断 被烧断的代表 0 否则代表 1 熔丝烧断不能恢复 所以PROM只允许编程一次 出厂时各单元都是 1 编程在某单元写入 0 要在源 漏极加足够高正压 12 5 25V 加编程脉冲使漏衬击穿 EPROM例子 Intel2764 8kx8bit 2764EPROM的引线及读操作 O O RESET MEMR MEMR D0 D7 A19 A18 A
12、17 A16 A15 A14 A13 A12 A0 G1 G2A G2B C B A Y0 CE D0 D7 A0 A12 OE GND PGM VPP VCC 5V 74LS138 2764 8K 8bit 8088CPU最大工作方式 VPP编程电压输入PGM编程脉冲输入 5 3 4可用电擦除的 可编程的ROM E2PROM 8088CPU与2864的连结 O O O A13 A16 A17 A19 D0 D7 A0A1 A12 MEMWMEMR D0D7 A0A1 A12 WEOECE 可查询或产生中断 READY BUSY 7406 74LS30 2864 片选CE 读允许OE写允许WE
13、 8K 8bit 目录 CPU与存储器的连接包括地址线 数据线和控制线连接三部分 连接时应注意的问题 1 CPU总线的带负载能力 2 存储器与CPU之间的速度匹配 3 译码电路设计 地址分配和片选 每个芯片的片内地址由CPU的低位地址提供 一个存储系统由多个芯片组成 片选信号由CPU的高位地址译码后取得 4 8086CPU提供了如下控制信号 M IO RD WR BHE ALE READY WAIT DT R DEN 5 位扩展 字扩展 位字扩展 5 4微处理器与存储器的连接 5 4 1存储器容量的形成与寻址 位扩展 1 存储器容量的形成 A0 A9 D0D1 D7 数据总线 A9 A0211
14、4 1KX4 A9 A02114 1KX4 地址译码器 地址总线 cs cs 1 用2114组成1K 8位RAM 2 用2114组成2K 8位RAM 位字扩展 2 存储器的寻址 线选法 全译码片选法 局部译码片选法 1 线选法 例1 用2片RAM芯片6264 8K 8位 组成16K 8位系统 寻址说明见下页 A13为 0 选中1 6264 A13为 1 选中2 6264 这就是 线选法 的由来 而A19 A14为任意值 都不影响上述结果 所以他们的地址不是唯一的 对于段内 A15 A0 64K 地址来说 重叠区有4个 22 4 1 A15A14A13A12A11 A0 A13 000000 0
15、 0000H011 1 1FFFH01000 0 4000H11 1 5FFFH100同上 8000 9FFF110同上 C000 DFFF1 6264地址重叠区 1个段内 0000 1FFFH 4000 5FFFH 8000 9FFFH C000 DFFFH同样办法 可推得出2 6264地址重叠区 A13 1 2000 3FFFH 6000 7FFFH A000 BFFFH E000 FFFFH 线选方式 地址分配重叠 地址空间不连续 用在存储容量小 且不要求扩充的系统中 2 全译码片选法通常使用74LS138译码器 12345678 161514131211109 ABCG2AG2BG1Y
16、7GND VCCY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6 74LS138 G1 G2A G2B为控制端 组合为100时 输出有效 A B C为输入 Y0 Y7为输出 输入C B A组合为000 111之一时 译码器一个输出为 0 其余都为 1 74LS138译码器真值表 例2 用4片RAM芯片6264 8KX8位 组成32KX8位系统 C B A G1 G2B G2A M IO A13 A14 A15 A0 A12 RD WR A0 A12 OE WE CS CS Y1 Y0 D0 D7 D0 D7 D0 D7 5V 地址 Y0接的芯片是0000H 1FFFHY1接的芯片是2000H 3FFFHY3接的芯
17、片是4000H 5FFFHY4接的芯片是6000H 7FFFH地址顺序排列 可扩充到64K 74LS138 6264 6264 C 6264 6264 Y2Y3 Y7 O 全译码方式是对全部地址线进行译码 当有16根地址线时 可直接寻址64K单元 采用全译码方式 所得的地址是唯一的 连续的 便于内存扩充 A16A15A14 A16A15A14 5V A0 M IO D0 D7 D8 D15 A1 A13 RD WR A0 A12 OE WE CS CS Y0 Y0 ABC G2A G2B G1 G1 G2B G2A ABC M IO BHE 74LS138 74LS138 6264 6264
18、CPU8086最小工作摸式 74LS138八中选一译码器6264SRAM 8K 8bit 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 地址 00000H 03FFFH共16K字节 3 局部译码片选法 例3 用2片RAM芯片6264 8K 8位 组成16K 8位系统 字节寻址 或8k 16位系统 字寻址 目录 例4 8086CPU与EPROM2764 8K 8bit 的连结 O D0 D7 D8 D15 A0 BHE A0 A0 A12 A12 A1 A13 CE CE OE OE D0D7 D0D7 G1 G2B G2A CBA A16A15A14 M IO RD A19A18A17 Y7 1
19、 0 1 0 0 1 74LS138 2764 2764 74lS20 CE 片选OE 读允 许 5 5存储器的空间分配和使用 一 IBMPC XT机存储器的空间分配 FFFFF C0000 A0000 00500 00400 00000 主存储器 640K 上位存储器 UMB 384K FE000 8K PC XT采用8088CPU 可寻址1MB存储空间 但MS DOS只管理640KB内存 00000 BFFFFH 分配给视频适配器 二 IBMPC AT机存储器的空间分配PC AT使用80286以上芯片 80286有两种工作模式 实模式和保护模式 在实模式下的工作与8086相同 80286有
20、24根地址线 可访问16M地址空间 XMSMemory 主存储器 上位存储器 高位存储器 扩展存储器 0KB 640KB 1024KB 1088KB 16MB 实模式下可访问的存储器 保护模式存储器 三 PC AT机中存储器的使用 主存储器640KB的分配 00000 00400 00500 00700 0E040 0F2C0 9FFFF 1KB 0 25KB 0 5KB 54KB 4 6KB 579KB 640KB主存储器 1 主存储器 A0000 B0000 B8000 C0000 C8000 F0000 FFFFF 64KB 32KB 32KB 160KB 64KB 彩色计算机内存保留区
21、配置图 2 上位存储器UM Uppermemory 从640kB 1024KB的内存保留区称为上位存储器 留给系统配置使用 32KB 目录 5 6 外存储器5 6 1软盘存储器及其接口1 概述2 主要技术指标 1 磁道 道密度 位密度 2 扇区 3 存储容量3 软盘驱动器 1 软盘驱动机构主要由盘片定位机构 软盘驱动装置 控制磁头寻道定位部件 状态检测部件等组成 2 读写控制电路主要由读出放大电路 写电路 抹电路组成 4 软盘控制器软盘控制器的功能是解释来自主机的命令并向软盘驱动器发出各种控制信号 同时还要检测驱动器的状态 按规定的数据格式向驱动器读写数据等 具体操作包括以下几项 1 寻道操作
22、 2 地址检测 3 读数据 4 写数据 5 初始化5 6 2硬盘存储器及其接口1 硬盘分类 1 固定磁头磁盘机 2 活动磁头固定盘片磁盘机 3 活动磁头可换盘片磁盘机 2 温彻斯特技术其特点是 1 密封的头 盘组合体 HAD组合件 2 轻浮力的接触 浮动式磁头 3 盘片表面有润滑剂3 硬盘驱动器其基本结构由主轴系统 数据转换系统 磁头驱动和定位系统 空气净化系统和接口电路等五部分组成 4 硬盘控制器硬盘控制器主要是由I O接口电路 智能控制器 状态和控制器 读 写控制电路等组成 如下图所示 5 硬盘驱动器接口 1 IDE接口 最大特点是把控制器集成到驱动器内 2 EIDE接口 最大特点是允许更
23、大存储容量 允许连接更多的外设 支持多种外设 具有更高的数据传输速率 3 SCSI接口 最大特点是可提供大量 快速的数据传输 支持更多数量和更多类型的外围设备 5 6 3光盘存储器及其接口1 概述光盘指的是利用激光极细 能量集中的特点 以光学方式进行读写信息的圆盘 2 光盘存储器的种类只读型光盘 CD ROM 只写一次型光盘 WROM 可擦写型光盘 DVD3 光盘驱动器 1 读写原理光盘存储器是利用激光束在记录表面上存储信息的 光盘的读写原理有形变 相变和MO Megneto OpticalDisk 存储等 2 基本组成光盘驱动器一般由光学头 主轴电机 步进电机 光驱伺服定位系统 微控制器组成
24、 目录 5 7 新型存储器技术 常用新型的存储器有多体交叉存储器 闪速存储器 高速缓冲存储器 Cache 虚拟存储器等 以解决CPU与主存之间的速度匹配和存储容量问题 5 7 1多体交叉存储器多体交叉存储器是从改进主存的结构和工作方式入手 设法提高其吞吐率 使主存速度与CPU速度相匹配 其设计思想是在物理上将主存分成多个模块 每一个模块都包括一个存储体 地址缓冲寄存器和数据缓冲寄存器等 5 7 2闪速存储器闪速存储器是在EPROM和E2PROM的制造技术基础上发展产生的一种半导体存储器 具有价格便宜 集成度高 电可擦除性 可重写性 非易失性等优点 5 7 3高速缓冲存储器 Cache 高速缓冲存储器可以提高CPU访问存储器时的存取速度 减少处理器的等待时间 使程序员能使用一个速度与CPU相当而容量与主存相当的存储器 5 7 4虚拟存储器 目录 THANKYOUVERYMUCH本章到此结束 HOME
