第5章存儲器4班2組ppt課件

1、第第2章章 存儲器存儲器 2.1 存儲器存儲器 2.1.1 讀寫存儲器讀寫存儲器RAM） 2.1.2 只讀存儲器只讀存儲器RAM）2.2 80C51中的存儲器組織的特點中的存儲器組織的特點2.3 程序存儲器程序存儲器2.4 數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器 2.4.1 外部數(shù)據(jù)存儲器空間外部數(shù)據(jù)存儲器空間 2.4.2 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器 2.4.3 堆棧堆棧 2.4.4 特殊功能寄存器空間特殊功能寄存器空間 目的目的1. 了解存儲器的基本組成、分類和性能指了解存儲器的基本組成、分類和性能指標標2. 掌握掌握RAM和和ROM的基本原理的基本原理3. 掌握掌握80C51中存儲器的特點中存儲器的特點計

2、算機的計算機的 存存 儲儲 器器外存儲器外存儲器 作用：用于存放當前運行的作用：用于存放當前運行的程序和數(shù)據(jù)，是主機一部分。程序和數(shù)據(jù)，是主機一部分。 特點：通常用半導體存儲器特點：通常用半導體存儲器作為內(nèi)存儲器。內(nèi)存速度較高，作為內(nèi)存儲器。內(nèi)存速度較高，CPU可直接讀寫?？芍苯幼x寫。 作用：用于存放暫時不用的作用：用于存放暫時不用的程序和數(shù)據(jù)。程序和數(shù)據(jù)。 特點：容量大、速度較低、特點：容量大、速度較低、CPU不能直接讀寫。不能直接讀寫。內(nèi)存儲器內(nèi)存儲器存儲器的分類存儲器的分類一、有關存儲器幾種分類一、有關存儲器幾種分類存儲介質分類存儲介質分類 半導體存儲器半導體存儲器 磁盤和磁帶等磁表面存

3、儲器磁盤和磁帶等磁表面存儲器 光電存儲器光電存儲器 按存取方式分類按存取方式分類 隨機隨機/讀寫存儲器讀寫存儲器RAM (Random Access Memory) 只讀存儲器只讀存儲器ROMRead-Only Memory） 串行訪問存儲器串行訪問存儲器(Serial Access Storage)按在計算機中的作用分類按在計算機中的作用分類 主存儲器主存儲器(內(nèi)存內(nèi)存) 輔助存儲器輔助存儲器(外存外存) 高速緩沖存儲器高速緩沖存儲器 存儲器的分類存儲器的分類存儲器的分類存儲器的分類存儲器的分類存儲器的分類靜態(tài)RAM動態(tài)RAM 靜態(tài)靜態(tài)SRAM 動態(tài)動態(tài)DRAM 一般用雙穩(wěn)觸發(fā)器作為基本存儲

4、電路，采一般用雙穩(wěn)觸發(fā)器作為基本存儲電路，采用用 NMOS NMOS 電路電路, ,特點是集成度介于雙極型特點是集成度介于雙極型RAMRAM與動態(tài)與動態(tài)RAMRAM之間，不需要刷新，易用電之間，不需要刷新，易用電池備用電源，功耗也在雙極型和動態(tài)池備用電源，功耗也在雙極型和動態(tài)RAMRAM之之間。間。靠電容存儲電荷來記錄信息，而總是存在有靠電容存儲電荷來記錄信息，而總是存在有泄漏電荷的情況泄漏電荷的情況, ,須定時刷新須定時刷新, ,大約每隔大約每隔 15ms 15ms 刷新一遍刷新一遍 。集成度最高，比靜態(tài)。集成度最高，比靜態(tài)RAMRAM功耗低，價格便宜。功耗低，價格便宜。2.1.1 讀寫存儲

5、器讀寫存儲器RAM的分類及特點的分類及特點T1、T2為控制管，為控制管， T3、T4是是負載管，負載管，T5、T6、 T7、T8是是控制管。控制管。該電路有兩種穩(wěn)定狀態(tài)：該電路有兩種穩(wěn)定狀態(tài)：T1截截止，止，T2導通為狀態(tài)導通為狀態(tài)“1”；T2截截止，止，T1導通為狀態(tài)導通為狀態(tài)“0”。NMOSNMOS的基本存儲電路的基本存儲電路X地址譯碼線地址譯碼線 接接 Y地 址 譯地 址 譯碼器碼器 T8B T7A T6 T5 T2 T1 T4 T3VCCI/O I/O1. 靜態(tài)存儲器SRAM） 由兩個增強型的由兩個增強型的NMOS反相器交叉耦合而成，靜態(tài)反相器交叉耦合而成，靜態(tài)RAM基本存儲基本存儲電

6、路用來存儲電路用來存儲1位二進制信息，是組成存儲器的基礎。位二進制信息，是組成存儲器的基礎。(通道金屬氧化通道金屬氧化半導體半導體N-channel metal oxide semiconductor )1. 靜態(tài)存儲器SRAM）圖圖2-1 靜態(tài)存儲電路內(nèi)部結構圖靜態(tài)存儲電路內(nèi)部結構圖1 10 010六管靜態(tài)存儲器電路如六管靜態(tài)存儲器電路如圖圖2-1所示。其中所示。其中T1、T2為控制管，為控制管，T3、T4為負載管，為負載管，T5、T6為控為控制管。根據(jù)制管。根據(jù)T1、T2的狀的狀態(tài)，便可確定該存儲單態(tài)，便可確定該存儲單元是存放元是存放“0還是還是“1”。當行選線當行選線(字選線字選線)X輸

7、出為高電平時，輸出為高電平時，T5 、T 6管導通，管導通，觸發(fā)器就和數(shù)據(jù)線觸發(fā)器就和數(shù)據(jù)線相通了；當相通了；當 這個電這個電路被選中時，相應路被選中時，相應的列選線的列選線 Y 譯碼輸譯碼輸出也是高電平，那出也是高電平，那么么 T7、T8 管也是管也是導通的，于導通的，于 是是 D 和和D/就與輸入輸出就與輸入輸出電路電路 I/O 以及以及I / O (這是指存儲器外部這是指存儲器外部的數(shù)據(jù)線的數(shù)據(jù)線)相通。相通。DD圖圖2-1 靜態(tài)存儲電路內(nèi)部結構圖靜態(tài)存儲電路內(nèi)部結構圖1 10 010寫入時，寫入信寫入時，寫入信號號 自自I/O 以及以及I / O 線輸入，當寫線輸入，當寫“1時，時，I

8、/O 線線“1”，而而 I / O 非為非為 “0”。 I/O線上的高電平線上的高電平通過通過 T7 管、管、D 線、線、T5 管送到管送到 A 點，而點，而I / O 線上線上的低電平經(jīng)的低電平經(jīng) T8 管、管、D/ 、 T6 送到送到 B 點，這樣就強迫點，這樣就強迫 T2 管導通，管導通，T1 管截止，相當于管截止，相當于把輸入電荷存儲把輸入電荷存儲于于 T1 和和 T2 管的管的 柵極。柵極。在讀數(shù)時：由地址譯碼器在讀數(shù)時：由地址譯碼器選中基本存儲器，選中基本存儲器，T5和和T6導通，導通，T1的狀態(tài)被送的狀態(tài)被送到到I/O線上，而線上，而T2的狀態(tài)的狀態(tài)被送到被送到I/O非線上，于是

9、非線上，于是就讀出取了原來存儲的信就讀出取了原來存儲的信息。息。特點特點:管子多，位容量少；管子多，位容量少；集成度低，功耗較大。集成度低，功耗較大。 速度快，穩(wěn)定；速度快，穩(wěn)定； 無刷新電路。無刷新電路。DD1. 靜態(tài)存儲器SRAM）2. 2. 動態(tài)讀寫存儲器動態(tài)讀寫存儲器DRAMDRAM）動態(tài)讀寫原理動態(tài)讀寫原理 DRAM是利用電容存儲電荷的原理來保存信息的，它將晶體管電是利用電容存儲電荷的原理來保存信息的，它將晶體管電容的充電狀態(tài)和放電狀態(tài)分別作為容的充電狀態(tài)和放電狀態(tài)分別作為1和和0。 特點：集成度高，功耗低。特點：集成度高，功耗低。 速度慢于速度慢于SRAM，需要不斷刷新。，需要不斷

10、刷新。電容電容 Cs 上有電荷表示存儲的二進制信息是上有電荷表示存儲的二進制信息是“1”，無電荷表示，無電荷表示“0”。因此每個數(shù)據(jù)讀出。因此每個數(shù)據(jù)讀出后，要重新恢復后，要重新恢復 Cs 上的電荷量，稱為刷新。上的電荷量，稱為刷新。寫入信號：行選擇線為寫入信號：行選擇線為“1”，Ts管導通，管導通，寫入信號由位線數(shù)據(jù)線存入電容寫入信號由位線數(shù)據(jù)線存入電容Cs中；中；讀出時：行選擇線為讀出時：行選擇線為“1”，存儲在，存儲在Cs上的電荷，通過上的電荷，通過Ts管輸出到數(shù)據(jù)管輸出到數(shù)據(jù)(I/O)線線上上,通過讀出放大鏡得到存儲信息。通過讀出放大鏡得到存儲信息。 （2ROM的分類及特點的分類及特點

11、 掩膜只讀存儲器掩膜只讀存儲器MROM 掩膜只讀存儲器MROM是芯片廠家用光刻工藝掩膜對存儲器進行編程，一旦制造完畢，其內(nèi)容就不可更改。2.1.2 2.1.2 只讀存儲器只讀存儲器(ROM)(ROM) （2ROM的分類及特點的分類及特點 掩膜只讀存儲器掩膜只讀存儲器MROM 可編程只讀存儲器可編程只讀存儲器PROM 可編程只讀存儲器PROM 允許用戶燒斷管子熔絲的方法一次性寫入，一旦寫入也不可更改。 2.1.2 2.1.2 只讀存儲器只讀存儲器(ROM)(ROM) （2ROM的分類及特點的分類及特點 掩膜只讀存儲器掩膜只讀存儲器MROM 可編程只讀存儲器可編程只讀存儲器PROM 可擦除只讀存儲

12、器可擦除只讀存儲器EPROM EPROM允許用戶由專用編程器完成多次寫入信允許用戶由專用編程器完成多次寫入信息。寫入之前應先擦除原來寫入的信息。用紫外息。寫入之前應先擦除原來寫入的信息。用紫外光照射光照射15分鐘左右，芯片中信息被擦除。分鐘左右，芯片中信息被擦除。2.1.2 2.1.2 只讀存儲器只讀存儲器(ROM)(ROM) （2ROM的分類及特點的分類及特點 掩膜只讀存儲器掩膜只讀存儲器MROM 可編程只讀存儲器可編程只讀存儲器PROM 可擦除只讀存儲器可擦除只讀存儲器EPROM 可電改寫的只讀存儲器可電改寫的只讀存儲器EEPROM 即用特定的電信號對其進行在線擦除、改寫操作，因此很方便。

13、特點是寫入時電壓要求較高12V以上）、速度較慢。保存信息100年。2.1.2 2.1.2 只讀存儲器只讀存儲器(ROM)(ROM) （2ROM的分類及特點的分類及特點 掩膜只讀存儲器掩膜只讀存儲器MROM 可編程只讀存儲器可編程只讀存儲器PROM 可擦除可編程只讀存儲器可擦除可編程只讀存儲器EPROM 可電改寫的只讀存儲器可電改寫的只讀存儲器EEPROM 閃速存儲器閃速存儲器Flash Memory） 特點是在不加電的情況下可以長期保存數(shù)據(jù)，又具有非易失性，還可以在線進行快速擦寫與重寫，兼有EPROM和SRAM的優(yōu)點。只讀存儲器只讀存儲器(ROM)(ROM)圖圖2-3 掩膜掩膜ROM舉例舉例

14、掩膜掩膜ROM是在制造制是在制造制造過程中根據(jù)需求以不同造過程中根據(jù)需求以不同的掩膜做成，用戶不能修的掩膜做成，用戶不能修改。改。 若地址信號為若地址信號為00，選，選中字線中字線1，它的輸出為高，它的輸出為高電平，與它相連的管子的電平，與它相連的管子的位線輸出為位線輸出為“0”(如位線如位線1、4)，不相連的輸出為，不相連的輸出為“1”(如位線如位線2、3)。 ROM的特點：信息不的特點：信息不易丟失，即掉電后接通電易丟失，即掉電后接通電源時，它所存儲的信息是源時，它所存儲的信息是不變的。不變的。表表2-1 ROM的內(nèi)容的內(nèi)容 位位 字字位位1位位2位位3位位4字字10（1）1（0）1（0）

15、0（1）字字20（1）1（0）0（1）1（0）字字31（0）0（1）1（0）0（1）字字40（1）0（1）0（1）0（1）2 2可擦除的可編程序的只讀存儲器可擦除的可編程序的只讀存儲器EPROMEPROM）圖圖2-4 EPROM的基本存儲電路的基本存儲電路2.2 80C51中的存儲器組織的特點中的存儲器組織的特點 8051系列存儲器組織的特點是程序存系列存儲器組織的特點是程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器在邏輯上分離。儲器與數(shù)據(jù)存儲器在邏輯上分離。 程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器截然分開，程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器截然分開，分為兩個不同的地址空間，并且配備各自分為兩個不同的地址空間，并且配備各自獨立的尋址機構、尋址方

16、式與操作指令。獨立的尋址機構、尋址方式與操作指令。這種體系結構是由這種體系結構是由Harward Aiken于于1944年提出的，稱為年提出的，稱為“Harward哈佛體系哈佛體系結構結構”。8051系列采用的就是這種哈佛系列采用的就是這種哈佛體系結構。體系結構。 存儲器層次結構存儲器層次結構 把不同存儲容量、存取速度和價格的存儲器按把不同存儲容量、存取速度和價格的存儲器按層次結構組成多層存儲器，并通過管理軟件和輔層次結構組成多層存儲器，并通過管理軟件和輔助硬件有機組合成統(tǒng)一的整體，使所存放的程序助硬件有機組合成統(tǒng)一的整體，使所存放的程序和數(shù)據(jù)按層次分布在各種存儲器中。和數(shù)據(jù)按層次分布在各種存

17、儲器中。 主要由高速緩沖存儲器主要由高速緩沖存儲器Cache、主存儲器和輔、主存儲器和輔助外存組成。助外存組成。存儲器層次結構存儲器層次結構微型計算機存儲層次圖微型計算機存儲層次圖 呈現(xiàn)金字塔形結構，越往上存儲器件的速度越快，CPU的訪問頻度越高；同時價格也越高，系統(tǒng)擁有量越小。微型計算機存儲層次圖微型計算機存儲層次圖 寄存器位于塔頂端，數(shù)量有限、存取速度最快。向下依次是Cache、主存儲器、輔助存儲器。位于塔底的存儲設備，其容量最大，每位價格最低，但速度最慢。 存儲器層次結構存儲器層次結構狹義三層：狹義三層： Cache、內(nèi)存、外存。、內(nèi)存、外存。廣義四層：廣義四層： 加上加上CPU寄存器構

18、成微寄存器構成微處理器四層存儲體系。處理器四層存儲體系。 存儲器的層次結構主要存儲器的層次結構主要體現(xiàn)在緩存體現(xiàn)在緩存主存和主存主存和主存輔存這兩個存儲層次上。輔存這兩個存儲層次上。圖圖6.2 微型計算機存儲層次圖微型計算機存儲層次圖存儲器層次結構存儲器層次結構 速度方面，內(nèi)存比CPU大約慢一個數(shù)量級，存在速度匹配的瓶頸。 在CPU和內(nèi)存中間增加一層高速Cache，又構成了高速緩存Cache）-內(nèi)存層次。要求Cache速度與 CPU速度匹配或接近。 高速緩存Cache）-內(nèi)存層次： 解決了提高存儲速度問題。內(nèi)存內(nèi)存-外存存儲層次：外存存儲層次：解決了大容量和低成本的矛盾。解決了大容量和低成本的

19、矛盾。存儲器層次結構存儲器層次結構 內(nèi)存一般用來存放當前活躍的程序和數(shù)據(jù)。目前主要采用半導體存儲器，使用隨機存取方式 外存用于存放當前不活躍的程序和數(shù)據(jù)。一般采用軟盤、硬磁盤、光盤、優(yōu)盤 cache用在CPU與內(nèi)存之間，在交換信息時起緩沖作用。 CacheCPU內(nèi)存儲器內(nèi)存儲器 外外 存存 儲儲 器器2個層次三級體系：個層次三級體系：存儲器層次結構存儲器層次結構半導體存儲器的性能指標半導體存儲器的性能指標性能指標性能指標:功耗、可靠性、容量、價格、集成度、存取速度功耗、可靠性、容量、價格、集成度、存取速度從功能和接口電路角度，最重要是芯片的存取容量和速度。從功能和接口電路角度，最重要是芯片的存

20、取容量和速度。（1存儲容量存儲容量 存儲容量是指存儲器存放二進制信息的總位數(shù)存儲容量是指存儲器存放二進制信息的總位數(shù) 即：存儲容量即：存儲容量=存儲單元數(shù)存儲單元數(shù)單元的位數(shù)。單元的位數(shù)。 芯片的容量通常采用比特芯片的容量通常采用比特Bit作為單位。如作為單位。如N8、N4、N1這樣的形式來表示芯片的容量這樣的形式來表示芯片的容量 (集成方式集成方式) 。 計算機中一般以字節(jié)計算機中一般以字節(jié)BByte為單位，如為單位，如256KB、512KB等。大容量的存儲器用等。大容量的存儲器用MB、GB、TB為單位。為單位。 主存儲器及存儲控制主存儲器及存儲控制（2存取時間存取時間 是反映存儲器工作速度的一個重要指標，是指從是反映存儲器工作速度的一個重要指標，是指從CPU給出有效的存給出有效的存儲器地址啟動一次存儲器讀儲器地址啟動一次存儲器讀/寫操作，到該操作完成所經(jīng)歷的時間。寫操作，到該操作完成所經(jīng)歷的時間。 讀操作：存取時間就是讀出時間，即從地址有效到數(shù)據(jù)輸出有效之間讀操作：存取時間就是讀出時間，即從地址有效到數(shù)據(jù)輸出有效之間的時間，通常在的時間，通常在101102ns之間。之間。 寫操作：而對一次寫操作，存取時間就是寫入時間。（一般大于讀）寫操作：而對一次寫操作，存取時間就是寫入時間。（一般大于讀） 存取速度是以存儲器的存取時間來衡量的，一般為幾存取速度是以存儲器的存取時