第6章存儲器設(shè)計

1、存儲器存儲器存儲方式存儲方式存儲單元存儲單元8位二進(jìn)制位二進(jìn)制字節(jié)字節(jié)編號編號地址地址二、 半導(dǎo)體存儲器的分類與選用原則1、分類及特點(diǎn)2、選用原則ROM與RAM的選用ROM類型的選用RAM類型的選用芯片型號的選用掩模ROMPROMEPROM E PROMFlash ROM2（4個層面）SRAMDRAM 內(nèi)存條Flash ROM特點(diǎn)：特點(diǎn)： 兼具兼具EEPROMEEPROM、SRAMSRAM和和DRAMDRAM的優(yōu)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)Flash ROM應(yīng)用：應(yīng)用： 主板、顯卡主板、顯卡BIOS 移動存儲器移動存儲器 MP3播放器播放器 數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)存儲卡數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)存儲卡 嵌入式、便攜式系統(tǒng)電子盤嵌

2、入式、便攜式系統(tǒng)電子盤典型典型Flash ROM芯片：芯片： SST28EF020（256KB) Intel28F032SA（4MB） 速度高、密度大；速度高、密度大； 非易失（掉電時信息不丟失）；非易失（掉電時信息不丟失）；內(nèi)含命令、狀態(tài)寄存器，可在系統(tǒng)編程；內(nèi)含命令、狀態(tài)寄存器，可在系統(tǒng)編程；可整片可整片/ /按扇區(qū)按扇區(qū)/ /按頁面按頁面/ /按字節(jié)擦寫；按字節(jié)擦寫；有數(shù)據(jù)保護(hù)、保密能力。有數(shù)據(jù)保護(hù)、保密能力。 存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 1、存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)、存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 是指把各種不同存儲容量、存取速度和價格的存儲器按層是指把各種不同存儲容量、存取速度和價格的存儲器

3、按層次結(jié)構(gòu)組成多層存儲器，并通過管理軟件和輔助硬件有機(jī)組合成次結(jié)構(gòu)組成多層存儲器，并通過管理軟件和輔助硬件有機(jī)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, ,核心是解決容量、速度、價格間的矛盾核心是解決容量、速度、價格間的矛盾 2、常用的存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)、常用的存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 主要由高速緩沖存儲器主要由高速緩沖存儲器Cache、主存儲器和輔助存儲器組成、主存儲器和輔助存儲器組成 3、解決、解決CPU與主存儲器速度差所采取的措施與主存儲器速度差所采取的措施 （1）CPU內(nèi)部設(shè)置多個通用寄存器內(nèi)部設(shè)置多個通用寄存器

4、（2）采用多存儲模塊交叉存取）采用多存儲模塊交叉存取 （3）采用高速緩沖存儲器（）采用高速緩沖存儲器（Cache） CPU 高速緩存 主存儲器 I/O 控制電路 高速緩存 輔存 磁盤 光盤 磁帶 存儲系統(tǒng)的多級層次結(jié)構(gòu) 存儲器的基本性能指標(biāo)存儲器的基本性能指標(biāo) 1、存儲容量、存儲容量 （1）存儲容量）存儲容量=存儲器單元數(shù)存儲器單元數(shù)每單元二進(jìn)制位數(shù)每單元二進(jìn)制位數(shù) （2）換算關(guān)系：）換算關(guān)系： 1KB=210B=1024B 1MB=220B=1024KB 1GB=230B=1024MB 1TB=240B=1024GB 2、讀寫速度、讀寫速度 （1）存取時間：啟動一次存儲器操作到完成該操作所經(jīng)

5、歷的）存取時間：啟動一次存儲器操作到完成該操作所經(jīng)歷的時間。時間越小，存儲速度越快。如時間。時間越小，存儲速度越快。如DRAM：100ns200ns，SRAM：20ns40ns 。（2）存取周期：連續(xù)兩次獨(dú)立的存儲器操作所需要的最短的時）存取周期：連續(xù)兩次獨(dú)立的存儲器操作所需要的最短的時間。一般情況下，存取周期略大于存取時間。間。一般情況下，存取周期略大于存取時間。 t tcyccyc(R) 4T t(R) 4T tda da t tD D T T t tcyccyc(R)(R)：最小讀出時間：最小讀出時間4T 4T ：最小總線周期：最小總線周期t tdada ：地址總線延時時間：地址總線延時

6、時間t tD D ：其他因素引起的總線附加延時：其他因素引起的總線附加延時 3、非易失性：存儲器在掉電后信息仍然能夠保持、非易失性：存儲器在掉電后信息仍然能夠保持 4、可靠性：用平均故障時間、可靠性：用平均故障時間MTBF（Mean Time Between Failures）來衡量。）來衡量。MTBF越長，可靠性越高。越長，可靠性越高。 5、功耗：存儲器耗電的多少，同時反映了其發(fā)熱的程度。、功耗：存儲器耗電的多少，同時反映了其發(fā)熱的程度。 6、成本、體積等、成本、體積等存儲器芯片與CPU的接口特性設(shè)計/擴(kuò)展存儲器系統(tǒng)的基礎(chǔ)片選地址片選地址片內(nèi)地址片內(nèi)地址高位地址高位地址低位地址低位地址內(nèi)存地

7、址內(nèi)存地址1. 各種存儲器芯片的接口共性4類接口信號線（電源線除外）數(shù)據(jù)線地址線片選線讀/寫控制線直連直連地址譯碼器DB 低位 高位AB匹配 直連等待產(chǎn)生電路等待產(chǎn)生電路CB相應(yīng)線CPU不匹配不匹配關(guān)鍵：高低位AB如何劃分1.1.線選法線選法除將低位地址線直接接片內(nèi)地址外，把余下除將低位地址線直接接片內(nèi)地址外，把余下的高位地址線分別作為各個存儲器芯片內(nèi)片的高位地址線分別作為各個存儲器芯片內(nèi)片選控制信號。選控制信號。注意：片選地址線每次尋址時只能有一位有效，不注意：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。允許同時有多位有效。A10A10A0A02KB2KB(1)(1)2KB2K

8、B(2)(2)2KB 2KB (3)(3)2KB2KB(4)(4)2KB 2KB (5)(5)CSCSCSCSCSCSCSCSCSCSA11A11A12A12A13A13A14A14A15A15常用片選常用片選控制方法：控制方法：線選法線選法局部譯碼法局部譯碼法全譯碼法全譯碼法常用片選常用片選控制方法：控制方法：線選法線選法局部譯碼法局部譯碼法全譯碼法全譯碼法2.2.局部譯碼法局部譯碼法對高位地址總線中的一部分對高位地址總線中的一部分( (而不是全部而不是全部) )進(jìn)行譯碼，以產(chǎn)生各存儲器芯片的片選控進(jìn)行譯碼，以產(chǎn)生各存儲器芯片的片選控制信號。制信號。A11A11A0A04KB4KB(1)(1

9、)4KB4KB(2)(2)4KB4KB(8)(8)CSCSCSCSCSCSY0Y0Y1Y1Y7Y7譯譯碼碼器器A15A15A12A12中任三根中任三根當(dāng)采用線選法地址線不夠用，而又不需要全部存當(dāng)采用線選法地址線不夠用，而又不需要全部存儲空間的尋址能力時，可采用這種方法。儲空間的尋址能力時，可采用這種方法。常用片選常用片選控制方法：控制方法：線選法線選法局部譯碼法局部譯碼法全譯碼法全譯碼法4KB4KB(1)(1)A11A11A0A0A15A15A12A12譯譯碼碼器器4KB4KB(2)(2)4KB4KB(16)(16)CSCSCSCSCSCSY0Y0Y1Y1Y15Y153.3.全譯碼法全譯碼法對

10、高位地址總線全部譯碼，譯碼輸出作為各對高位地址總線全部譯碼，譯碼輸出作為各芯片的片選信號。芯片的片選信號。 線選法和局都譯碼法雖電路簡單，但都線選法和局都譯碼法雖電路簡單，但都存在地址重疊和地址不連續(xù)問題，使尋址空存在地址重疊和地址不連續(xù)問題，使尋址空間利用率降低，所以一般多采用全譯碼法。間利用率降低，所以一般多采用全譯碼法。2.內(nèi)存儲器系統(tǒng)的構(gòu)成原理三項任務(wù)確定結(jié)構(gòu) 單體？多體？選擇芯片設(shè)計接口 關(guān)鍵對8位機(jī)，單體對32位機(jī)，4體對16位機(jī)，雙體 BHE、A0組合：組合：BHE A0 總線使用情況總線使用情況 0 0 從偶地址單元開始，在從偶地址單元開始，在16位數(shù)據(jù)總線上進(jìn)行字傳送位數(shù)據(jù)總

11、線上進(jìn)行字傳送 0 1 從奇地址單元開始，在高從奇地址單元開始，在高8位數(shù)據(jù)總線上進(jìn)行字節(jié)傳送位數(shù)據(jù)總線上進(jìn)行字節(jié)傳送 1 0 從偶地址單元開始，在低從偶地址單元開始，在低8位數(shù)據(jù)總線上進(jìn)行字節(jié)傳送位數(shù)據(jù)總線上進(jìn)行字節(jié)傳送 1 1 無效無效控制總線控制總線(1)BHE/S7：高：高8位數(shù)據(jù)總線允許位數(shù)據(jù)總線允許/狀態(tài)復(fù)用引腳。在總狀態(tài)復(fù)用引腳。在總線周期的線周期的T1狀態(tài)，此引腳輸出狀態(tài)，此引腳輸出BHE信號，表示高信號，表示高8位數(shù)位數(shù)據(jù)線據(jù)線D15-D8上的數(shù)據(jù)有效。上的數(shù)據(jù)有效。 在在8086中，中，S7未定義。未定義。A0A23BHE80286D0D15地址鎖存器80286存儲器結(jié)構(gòu)A

12、1A23A0BHE地址總線D0D7D8D15數(shù)據(jù)總線偶數(shù)存儲體奇數(shù)存儲體A2A31BHE80386/80486BE0BE3D0D31地址鎖存器386/486存儲器結(jié)構(gòu)存儲體0存儲體1存儲體2存儲體3數(shù)據(jù)收/發(fā)驅(qū)動器A2A31BE0BE1BE2BE3D0D7D16D23D24D31D8D15D0D313、歸結(jié)為（8位）單體存儲器的設(shè)計： 芯片選擇芯片選擇 接口設(shè)計接口設(shè)計 位、字?jǐn)U展位、字?jǐn)U展通過位擴(kuò)展，滿足（8位）字長要求通過字?jǐn)U展，滿足字?jǐn)?shù)（地址單元數(shù)）要求重點(diǎn)是在地址分配基礎(chǔ)上的地址譯碼重點(diǎn)是在地址分配基礎(chǔ)上的地址譯碼與地址總線的連接與地址總線的連接/轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換與控制總線的連接/轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)總

13、線的連接/轉(zhuǎn)換n 用多片存儲芯片構(gòu)成一個需要的內(nèi)存空間；用多片存儲芯片構(gòu)成一個需要的內(nèi)存空間；n 各存儲器芯片在整個內(nèi)存中占據(jù)不同的地址范各存儲器芯片在整個內(nèi)存中占據(jù)不同的地址范 圍；圍；n 任一時刻僅有一片（或一組）被選中。任一時刻僅有一片（或一組）被選中。n 存儲器芯片的存儲容量等于：存儲器芯片的存儲容量等于： 單元數(shù)單元數(shù)每單元的位數(shù)每單元的位數(shù)字節(jié)數(shù)字節(jié)數(shù)字長字長擴(kuò)展擴(kuò)展單元單元擴(kuò)展擴(kuò)展字長字長LS158A0A7A8A152164A2164A2164ADBABD0D1D70000HFFFFH.A0A10DBABD0D7A0A10R/WCS2K8D0D7A0A102K8D0D7D0D7A

14、0A10CS譯譯碼碼器器Y0Y1高高位位地地址址R/WG1G2AG2BCBAY2Y3&MEMRMEMWA19A18A17A1674LS138高位地址：高位地址：n 芯片芯片1： 0 0 1 0n 芯片芯片2： 0 0 1 1A19A18A17A16芯片芯片1芯片芯片2【例例】試用8K4位存儲芯片設(shè)計一個48KB容量 的 8位單體存儲器。設(shè)地址總線為A19A0 ,存儲 器起始地址為90000H。解解：（：（1）位擴(kuò)展）位擴(kuò)展確定芯片數(shù)/組，滿足字長要求； （組內(nèi)各芯片CS端并聯(lián)，數(shù)據(jù)線分聯(lián)） （2）字?jǐn)U展）字?jǐn)U展確定組數(shù)，滿足容量要求； （各組CS端分聯(lián)，對應(yīng)數(shù)據(jù)端并聯(lián)） （3）選擇譯碼

15、芯片，進(jìn)行地址譯碼設(shè)置）選擇譯碼芯片，進(jìn)行地址譯碼設(shè)置 滿足地址范圍要求； （4）直接畫出接口連接圖。）直接畫出接口連接圖?！纠纠?】設(shè)計結(jié)果圖：】設(shè)計結(jié)果圖：CSCS（1111）8k8kx x4 4位位CSCS（1212）8k8kx x4 4位位CSCS（2 2）8k8kx x4 4位位CSCS（1 1）8k8kx x4 4位位74LS13874LS138A A1818A A1717A A1616A A1515A A1414A A1313A A1919MRMRMWMWD D7 7 D D0 0A A1212A A0 0| |D D7 7 D D4 4D D3 3 D D0 0D D3 3 D D0 0D D7 7 D D4 4Y Y7 7Y Y1