微機原理第3講

1、微型機原理與程序設(shè)計微型機原理與程序設(shè)計第第3講講 存儲器存儲器存儲器有三個主要指標(biāo)：速度、容量和價格/位（簡稱位價） 1 微型機存儲器結(jié)構(gòu) 存儲器是計算機中的記憶設(shè)備，用來存放程序和數(shù)據(jù)。CPU 芯片內(nèi)，數(shù)量有十幾個、幾十個，速度最快、位價最高、容量最小。主存、內(nèi)存用來存放將要參與運行的程序和數(shù)據(jù)，由中央處理器直接隨機存取速度比主存快，容量比主存小外存，容量比主存大得多，用來存放暫時未用到的程序和數(shù)據(jù)文件。CPU不能直接訪問輔存，輔存只能與主存交換信息微型機原理與程序設(shè)計微型機原理與程序設(shè)計第第3講講 存儲器存儲器2 存儲器的組織 存儲器容量單位 位位（bit）是二進制數(shù)的最基本單位，也是存

2、儲器存儲信息的最小單位。字節(jié)字節(jié)（Byte）是計算機中數(shù)據(jù)處理的基本單位，一個字節(jié)由8位構(gòu)成，即1B=8bit。字字（Word）可以表示兩個字節(jié)，即16位。 微型機原理與程序設(shè)計微型機原理與程序設(shè)計第第3講講 存儲器存儲器存儲器的組成 存儲體是存儲器的核心，存放程序和數(shù)據(jù)譯碼器-地址碼轉(zhuǎn)換為有效電平，表示選中了某一存儲單元。驅(qū)動器-提供驅(qū)動電流，驅(qū)動讀寫電路， 完成對被選中存儲單元的讀寫操作。完成被選中存儲單元中各位的讀出和寫入操作主存的讀寫操作是在控制器的控制下進行的，只有接受到來自控制器的讀寫命令或?qū)懺试S信號后，才能實現(xiàn)正確的讀寫操作。微型機原理與程序設(shè)計微型機原理與程序設(shè)計第第3講講 存

3、儲器存儲器常用存儲器器件 一般情況下，存儲體、地址譯碼驅(qū)動電路、I/O和讀寫電路集成到一起，這樣就構(gòu)成了存儲器芯片。 常用的存儲芯片分為兩種： 隨機存取存儲器（Random Access Memory-RAM） 只讀存儲器（Read Only Memory-ROM）。 隨機存取存儲器中的內(nèi)容即可以讀出，也可以寫入。讀出時并不損壞原來存儲的內(nèi)容，只有寫入時才修改原來所存儲的內(nèi)容。斷電后，存儲內(nèi)容立即消失，即具有易失性。 ROM是只讀存儲器。顧名思義，它的特點是只能讀出原有的內(nèi)容，不能由用戶再寫入新內(nèi)容。ROM中存儲的內(nèi)容不會因斷電而丟失，即具有非易失性。 微型機原理與程序設(shè)計微型機原理與程序設(shè)計

4、第第3講講 存儲器存儲器RAM動態(tài)RAM（Dynamic RAM）集成度高、芯片引腳數(shù)少，封裝尺寸小、功耗低、需要實時刷新 計算機的內(nèi)存靜態(tài)RAM（Static RAM） 存取速度快，主要用于高速緩存例如CPU的一級緩存，二級緩存ROMPROMEPROMEEPROMFlash Memory只允許數(shù)據(jù)寫入一次 需要用紫外線照射擦除 不能對個別需要改寫的單元進行單獨擦除 用電氣方法將存儲內(nèi)容擦除，既可局部擦寫，又可全部擦寫 具有擦除、重寫速度快的特點，而且至少可以擦寫/編程上萬次 ROM 中數(shù)據(jù)的重寫的機制通常被稱為編程。編程時必須先擦除原有數(shù)據(jù)，然后才能寫入微型機原理與程序設(shè)計微型機原理與程序設(shè)

5、計第第3講講 存儲器存儲器8K8位的靜態(tài)RAM 6264 012AA18I/OI/OCS1CS2WEOE為地址輸入為數(shù)據(jù)輸入/輸出分別為片選信號為寫允許信號為讀允許信號 ssVccV電源端接地端微型機原理與程序設(shè)計微型機原理與程序設(shè)計第第3講講 存儲器存儲器微型機原理與程序設(shè)計微型機原理與程序設(shè)計第第3講講 存儲器存儲器微型機原理與程序設(shè)計微型機原理與程序設(shè)計第第3講講 存儲器存儲器32K的EPROM 27256 微型機原理與程序設(shè)計微型機原理與程序設(shè)計第第3講講 存儲器存儲器微型機原理與程序設(shè)計微型機原理與程序設(shè)計第第3講講 存儲器存儲器512k FLASH 29C0405V編程電壓256字

6、節(jié)扇區(qū)的FLASH器件 8條數(shù)據(jù)線（D0D7）19條地址線（A0A18）3條控制線（/OE、/CE、/WE） D0D7微型機原理與程序設(shè)計微型機原理與程序設(shè)計第第3講講 存儲器存儲器微型機原理與程序設(shè)計微型機原理與程序設(shè)計第第3講講 存儲器存儲器總結(jié)存儲器件的引腳分類地址引腳 一個存儲器件的地址線條數(shù)由存儲器的容量決定。=2地址線條數(shù)容量數(shù)據(jù)引腳 用來選擇存儲器件中的一個存儲單元 通過數(shù)據(jù)線能夠輸入數(shù)據(jù)（存儲），也能夠提取數(shù)據(jù)（讀出） 被標(biāo)為從A0（最低有效地址輸入）到An 被標(biāo)為D0Dm 微型機原理與程序設(shè)計微型機原理與程序設(shè)計第第3講講 存儲器存儲器控制引腳 ROM通常只有一個控制輸入OE

7、G輸出允許（）或是輸出選通（） RAM通常有一個或兩個控制輸入一個控制輸入，則常稱為R / W 兩個控制輸入 通常標(biāo)為 選擇引腳 每個存儲器件都有一個輸入（有時不止一個）用來選擇或允許存儲器件 CSCE常稱為片選（），片允許（） 選擇線通常由地址譯碼電路的譯碼線給出的信號控制。如果一個容量為32 KB的存儲器件選擇線被譯碼，其首地址為10000H，則它的最后一個單元地址為17FFFH。 微型機原理與程序設(shè)計微型機原理與程序設(shè)計第第3講講 存儲器存儲器3 存儲器與CPU的連接 微型機原理與程序設(shè)計微型機原理與程序設(shè)計第第3講講 存儲器存儲器讀操作是指從CPU送來的地址所指定的存儲單元中取出信息，

8、再送給CPU，其操作過程是：寫操作是指將要寫入的信息存入CPU所指定的存儲單元中，其操作過程是：CPU與主存的硬連接是兩個部件之間聯(lián)系的物理基礎(chǔ)。而兩個部件之間還有軟連接，即CPU向主存發(fā)出的讀或?qū)懨?，這才是兩個部件之間有效工作的關(guān)鍵。CPU 對主存進行讀寫操作時，首先CPU 在地址總線上給出地址信號，然后發(fā)出相應(yīng)的讀或?qū)懨?，并在?shù)據(jù)總線上交換信息。以異步存儲器讀取為例，讀寫的基本操作如下：微型機原理與程序設(shè)計微型機原理與程序設(shè)計第第3講講 存儲器存儲器4 地址譯碼 解決CPU的地址引腳數(shù)與存儲器的地址引腳數(shù)不匹配問題 簡單的門電路譯碼器 8086 CPU有20條地址線，尋址范圍1MEPR

9、OM 27256 有15 條地址線，尋址32K20位地址由與非門譯碼，寫成最左邊5位（A19A15）是邏輯1，最右邊15位（A14A0）是無關(guān)項（X），則可以確定EPROM的實際地址范圍（無關(guān)項為邏輯1或邏輯0都可以）1111 1XXX XXXX XXXX XXXX無關(guān)項A10A0被寫為邏輯0，確定最低地址1111 1000 0000 0000 0000 = F8000H無關(guān)項A10A0被寫為邏輯1，確定最高地址。1111 1111 1111 1111 1111 = FFFFFH因此，32K的EPROM被譯碼為地址范圍為F8000HFFFFFH 的CPU尋址空間中。微型機原理與程序設(shè)計微型機原

10、理與程序設(shè)計第第3講講 存儲器存儲器專用譯碼集成電路譯碼 集成電路譯碼器74LS138（3-8譯碼器）微型機原理與程序設(shè)計微型機原理與程序設(shè)計第第3講講 存儲器存儲器為選中與譯碼器的輸出Y0相連的RAM，即譯碼器的輸出Y0為低電平時，C、B、A的輸入均為邏輯0。如果需要與譯碼器的輸出Y6相連的EPROM的地址范圍，則C，B及A輸入為110。微型機原理與程序設(shè)計微型機原理與程序設(shè)計第第3講講 存儲器存儲器可編程邏輯器件譯碼 存儲器件MSM271000為128K的EPROM，MS621000為128K的RAM譯碼器采用可編程邏輯器件GAL16V8實現(xiàn)微型機原理與程序設(shè)計微型機原理與程序設(shè)計第第3講

11、講 存儲器存儲器微型機原理與程序設(shè)計微型機原理與程序設(shè)計第第3講講 存儲器存儲器譯碼方式 線選法 線選法就是用除片內(nèi)尋址外的高位地址線直接（或經(jīng)反相器）分別接至各個存儲芯片的片選端，當(dāng)某地址線信息為“0”時，就選中與之對應(yīng)的存儲芯片。注意，這些片選地址線每次尋址時只能有一位有效，不允許同時有多位有效，這樣才能保證每次只選中一個芯片（或組）。 線選法的優(yōu)點是不需要地址譯碼器，線路簡單，選擇芯片無須外加邏輯電路，但僅適用于連接存儲芯片較少的場合。同時，線選法不能充分利用系統(tǒng)的存儲器空間，且把地址空間分成了相互隔離的區(qū)域，給編程帶來了一定的困難。 假設(shè)4片2K8用線選法構(gòu)成8K8存儲器 微型機原理與

12、程序設(shè)計微型機原理與程序設(shè)計第第3講講 存儲器存儲器譯碼方式 部分譯碼 部分譯碼只用除片內(nèi)尋址外的高位地址的一部分來譯碼產(chǎn)生片選信號。 如用4片2K8的存儲芯片組成8K8存儲器，需要4個片選信號，因此只要用兩根地址線來譯碼產(chǎn)生。 地址重疊 選用A12和A11譯碼 A12=0, A11=0，而無論A19A13取何值，均選中第一片 A12=0，A11=1，而無論A19A13取何值，均選中第二片 A12=1，A11=1，而無論A19A13取何值，均選中第四片 A12=1，A11=0，而無論A19A13取何值，均選中第三片 8K RAM中的任一個存儲單元，都對應(yīng)有2(2013)=27個地址這種一個存儲

13、單元出現(xiàn)多個地址的現(xiàn)象稱為地址重疊。 微型機原理與程序設(shè)計微型機原理與程序設(shè)計第第3講講 存儲器存儲器地址重疊區(qū)示意 基本地址為00000H01FFFH 令未用到的高位地址全為0，這樣確定的存儲器地址稱為基本地址微型機原理與程序設(shè)計微型機原理與程序設(shè)計第第3講講 存儲器存儲器譯碼方式 全譯碼 全譯碼法將除片內(nèi)尋址外的全部高位地址線都作為地址譯碼器的輸入，譯碼器的輸出作為各芯片的片選信號，將它們分別接到存儲芯片的片選端，以實現(xiàn)對存儲芯片的選擇。 全譯碼法的優(yōu)點是每片（或組）芯片的地址范圍是唯一確定的，而且是連續(xù)的，也便于擴展，不會產(chǎn)生地址重疊的存儲區(qū)，但全譯碼法對譯碼電路要求較高。例、CPU的地

14、址總線有20位，現(xiàn)用4片2K8的存儲芯片組成一個8K8的存儲器。全譯碼法要求除片內(nèi)尋址用到的11 位地址線外，高9 位地址A19A11都要參與譯碼微型機原理與程序設(shè)計微型機原理與程序設(shè)計第第3講講 存儲器存儲器5 容量擴展與數(shù)據(jù)存儲 位擴展 總?cè)萘靠偲瑪?shù)容量/片將各存儲芯片的地址線、片選線和讀寫線相應(yīng)地并聯(lián)起來，數(shù)據(jù)線單獨列出如用64K1的SRAM芯片組成64K8的存儲器，所需芯片數(shù)為：(64K8) (64K1) = 8片微型機原理與程序設(shè)計微型機原理與程序設(shè)計第第3講講 存儲器存儲器字?jǐn)U展 將芯片的地址線、數(shù)據(jù)線、讀寫線并聯(lián)，由片選信號來區(qū)分各個芯片如用8K8的SRAM組成32K8的存儲器，

15、所需芯片數(shù)為 4片微型機原理與程序設(shè)計微型機原理與程序設(shè)計第第3講講 存儲器存儲器采用字節(jié)編址的存儲器。數(shù)據(jù)在主存中有3種不同存放方法。邊界對齊-字地址的最末3 個二進制位必定為000（存儲字的起始位置）某CPU字長為64位（8個字節(jié)） 即一個存取周期最多能夠從主存讀或?qū)?4位數(shù)據(jù)。假設(shè)，讀寫的數(shù)據(jù)有4種不同長度，它們分別是 字節(jié)（8位） 半字（16位） 單字（32位） 雙字（64位）。2數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)存儲微型機原理與程序設(shè)計微型機原理與程序設(shè)計第第3講講 存儲器存儲器存在兩個問題 不浪費存儲器資源的存放方法 訪問一個雙字、一個單字或一個半字時都有可能需要花費兩個存取周期 存儲器的讀寫控制比較復(fù)

16、雜 字節(jié)存儲地址特征 微型機原理與程序設(shè)計微型機原理與程序設(shè)計第第3講講 存儲器存儲器字存儲地址特征 要存放的是字節(jié)、半字、單字或雙字，都必須從從一個存儲字的起始位置開始存放最末3個二進制位必須為000的地址起始位置開始克服上面的兩個缺點 浪費了存儲器資源 微型機原理與程序設(shè)計微型機原理與程序設(shè)計第第3講講 存儲器存儲器雙字的存儲地址特征 折衷方案 雙字（64位）數(shù)據(jù)的起始地址的最末3個二進制位必須為000（8的整倍數(shù)）單字（32位）數(shù)據(jù)的起始地址的最末兩位必須為00（4的整倍數(shù)）半字（16位）數(shù)據(jù)的起始地址的最末一位必須為0（偶數(shù)） 無論訪問雙字、單字、半字或字節(jié)，都能在一個存取周期內(nèi)完成 又稱為邊界對齊的數(shù)據(jù)存放方法 空間和時間博弈的結(jié)果 微型機原理與程序設(shè)計微型機原理與程序設(shè)計第第3講講 存儲器存儲器端模式 一個基本存儲單元可以保存一個字節(jié)，每個存儲單元對應(yīng)一個地址。對于大于十進制255（16 進制0 xff）的整數(shù)，需要多個存儲單元。順序特征指的是多字節(jié)（如字、雙字等）數(shù)據(jù)的存放形式。對于跨越多個字節(jié)的數(shù)據(jù)，一般它所占的字節(jié)都是連續(xù)的。在計算機業(yè)