第5章_存儲器

1、微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用主講教師主講教師 陳陳 瑋瑋2022-5-27微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用2第第5章章 存儲器存儲器一、一、概述概述二、二、典型芯片舉例典型芯片舉例三、三、主存儲器設(shè)計主存儲器設(shè)計作業(yè)作業(yè)2022-5-27微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用3一、概述一、概述 存儲器是計算機(jī)的重要組成部分，用來存放計算存儲器是計算機(jī)的重要組成部分，用來存放計算機(jī)系統(tǒng)工作時所用的信息機(jī)系統(tǒng)工作時所用的信息 程序和數(shù)據(jù)。程序和數(shù)據(jù)。1、 內(nèi)存和外存內(nèi)存和外存2、 存儲器的分類存儲器的分類3、 存儲器的性能指標(biāo)存儲器的性能指標(biāo)4、 存儲器的基本結(jié)構(gòu)存儲器的基本結(jié)構(gòu)2022-5-27微機(jī)原理及應(yīng)用

2、微機(jī)原理及應(yīng)用41、內(nèi)存和外存、內(nèi)存和外存 （1）內(nèi)存內(nèi)存(或主存），用于存放當(dāng)前正在使用的程序和或主存），用于存放當(dāng)前正在使用的程序和數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)，CPU可以對它直接訪問，存取速度快，但容量較小?？梢詫λ苯釉L問，存取速度快，但容量較小。 （2）外存外存（或輔存），用于存放一些（或輔存），用于存放一些CPU暫時不處理的暫時不處理的程序和數(shù)據(jù)。當(dāng)程序和數(shù)據(jù)。當(dāng)CPU么處理這些信息時，必須先將其調(diào)入內(nèi)么處理這些信息時，必須先將其調(diào)入內(nèi)存。存。外存外存包括軟盤，硬盤，光盤等等。包括軟盤，硬盤，光盤等等。外存外存容量大，相對內(nèi)存來說，存取速度較慢。容量大，相對內(nèi)存來說，存取速度較慢。微處理器CPU存儲

3、器I/O接口I/O設(shè)備數(shù)據(jù)總線控制總線地址總線2022-5-27微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用52、存儲器的分類、存儲器的分類(應(yīng)用應(yīng)用)(1)只讀存儲器只讀存儲器ROM(2)隨機(jī)存取存儲器隨機(jī)存取存儲器RAM2022-5-27微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用6(1)只讀存儲器只讀存儲器ROM 只讀存儲器只讀存儲器(Read Only Memory ROM) 用戶在使用時只能讀出其中信息，不能修改或?qū)懭胄掠脩粼谑褂脮r只能讀出其中信息，不能修改或?qū)懭胄碌男畔?，斷電后，其信息不會消失。的信息，斷電后，其信息不會消失?存儲單元中的信息由存儲單元中的信息由ROM制造廠在生產(chǎn)時一制造廠在生產(chǎn)時一次性寫入，稱

4、為次性寫入，稱為掩膜掩膜ROM（Masked ROM）；）； PROM(Programmable ROM 可編程可編程ROM) PROM中的程序和數(shù)據(jù)是由用戶自行寫入的，中的程序和數(shù)據(jù)是由用戶自行寫入的，但一經(jīng)寫入，就無法更改，是一次性的但一經(jīng)寫入，就無法更改，是一次性的ROM；2022-5-27微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用7(1)只讀存儲器只讀存儲器ROM EPROM(Eraseble Programmable ROM 可可擦除可編程擦除可編程ROM) 可由用戶自行寫入程序和數(shù)可由用戶自行寫入程序和數(shù)據(jù)，寫入后的內(nèi)容可用紫外線燈照射擦除，然后可以據(jù)，寫入后的內(nèi)容可用紫外線燈照射擦除，然后可以

5、重新寫入新的內(nèi)容，可以多次擦除，多次使用。重新寫入新的內(nèi)容，可以多次擦除，多次使用。 E2PROM(Electrically Eraseble Programmable ROM 電可擦除可編程電可擦除可編程ROM) 可用電信號進(jìn)可用電信號進(jìn)行清除和改寫的存儲器，使用方便。行清除和改寫的存儲器，使用方便。5、閃存、閃存2022-5-27微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用8(2)隨機(jī)存取存儲器隨機(jī)存取存儲器RAM 隨機(jī)存取存儲器隨機(jī)存取存儲器(Random Access Memory) RAM的特點(diǎn)是存儲器中的信息能讀能寫，且對存儲的特點(diǎn)是存儲器中的信息能讀能寫，且對存儲器中任一單元的讀或?qū)懖僮魉枰?/p>

6、時間基本是一樣器中任一單元的讀或?qū)懖僮魉枰臅r間基本是一樣的。斷電后，的。斷電后，RAM中的信息即消失。中的信息即消失。分為兩類：分為兩類： SRAM (Static RAM 靜態(tài)靜態(tài)RAM) SRAM是利用半導(dǎo)體觸發(fā)器的兩個穩(wěn)定狀態(tài)表示是利用半導(dǎo)體觸發(fā)器的兩個穩(wěn)定狀態(tài)表示“1”和和“0”。只要電源不撤除，信息不會消失，不需要刷。只要電源不撤除，信息不會消失，不需要刷新電路。新電路。2022-5-27微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用9(2)隨機(jī)存取存儲器隨機(jī)存取存儲器RAM DRAM (Dynamic RAM 動態(tài)動態(tài)RAM) DRAM是利用電容端電壓的高低來表示是利用電容端電壓的高低來表示“1

7、”和和“0”，為了彌補(bǔ)漏電需要定時刷新。一般微機(jī)系統(tǒng)中的內(nèi)存為了彌補(bǔ)漏電需要定時刷新。一般微機(jī)系統(tǒng)中的內(nèi)存采用采用DRAM，配有刷新電路，每隔配有刷新電路，每隔12ms刷新一次。刷新一次。2022-5-27微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用103、存儲器的性能指標(biāo)、存儲器的性能指標(biāo)(1)存儲容量存儲容量(2)存儲速度存儲速度(3)可靠性可靠性2022-5-27微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用11(1)存儲容量存儲容量 存儲容量存儲容量 是指是指一塊存儲芯片上所一塊存儲芯片上所能存儲的二進(jìn)制位能存儲的二進(jìn)制位數(shù)。數(shù)。 假設(shè)存儲芯片的假設(shè)存儲芯片的存儲單元數(shù)是存儲單元數(shù)是M， 一個存儲單元所存一個存儲單元所

8、存儲的信息的位數(shù)是儲的信息的位數(shù)是N，則其存儲容量為則其存儲容量為MN。1位1位1個存儲單元1個存儲單元設(shè)N設(shè)N8位8位即即一個字節(jié)）一個字節(jié)）存儲芯片中的存儲體存儲芯片中的存儲體共有M個共有M個存儲單元存儲單元可編址可編址單元單元D7 D1D0例題例題2022-5-27微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用12例題例題1、已知單片、已知單片6116芯片的地址線是芯片的地址線是11位，位， 每個存儲每個存儲單元是單元是8位，求其存儲容量位，求其存儲容量?解解: 因?yàn)榭删幹贩秶驗(yàn)榭删幹贩秶?11 ，即，即M 211 ， 每個存儲單元可存每個存儲單元可存8位，即位，即N 8， 所以，所以， 6116的存儲

9、容量的存儲容量 = 2118 = 210248 = 2K8 2KB2022-5-27微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用13例題例題2、若要組成若要組成64K字節(jié)的存儲器，以下芯片各需幾片字節(jié)的存儲器，以下芯片各需幾片?6116(2K8)4416(16K4)解解: (64K8) ( 2K8)=32(片片) (64K8) ( 16K4)= 8 (片片)2022-5-27微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用14區(qū)別：芯片的存儲容量和微機(jī)的存儲容量區(qū)別：芯片的存儲容量和微機(jī)的存儲容量 微機(jī)的存儲容量微機(jī)的存儲容量 由多片存儲芯片組成的由多片存儲芯片組成的總存儲容量。總存儲容量。 微機(jī)的最大內(nèi)存容量微機(jī)的最大內(nèi)存容量

10、 由由CPU的地址總的地址總線決定。線決定。 如：如：PC486，地址總線是地址總線是32位，位，則，內(nèi)存容許最大容量是則，內(nèi)存容許最大容量是232=4G； 實(shí)際的裝機(jī)容量實(shí)際的裝機(jī)容量 由實(shí)際使用的若干片由實(shí)際使用的若干片存儲芯片組成的總存儲容量。存儲芯片組成的總存儲容量。2022-5-27微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用15(2)存儲速度存儲速度 存儲器的存取速度是影響計算機(jī)運(yùn)算速度的主存儲器的存取速度是影響計算機(jī)運(yùn)算速度的主要因素，用兩個參數(shù)來衡量：要因素，用兩個參數(shù)來衡量： 存取時間存取時間TA （Access Time） 定義為啟定義為啟動一次存儲器操作（讀或?qū)懀?，到完成該操作所?jīng)動一次

11、存儲器操作（讀或?qū)懀?，到完成該操作所?jīng)歷的時間。歷的時間。 存儲周期存儲周期TMC（Memory Cycle） 定義啟定義啟動兩次讀（或?qū)懀┐鎯ζ鞑僮髦g所需的最小時間動兩次讀（或?qū)懀┐鎯ζ鞑僮髦g所需的最小時間間隔。間隔。2022-5-27微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用16(3)(3)可靠性可靠性 存儲器的可靠性用存儲器的可靠性用MTBF來衡量。來衡量。 MTBF即即Mean Time Between Failures 平平均故障間隔時間，均故障間隔時間，MBTF越長，表示可靠性越高。越長，表示可靠性越高。2022-5-27微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用174、存儲器的基本結(jié)構(gòu)、存儲器的基本結(jié)構(gòu)

12、連數(shù)據(jù)總線地址寄存器地址譯碼器存儲體數(shù)據(jù)緩沖器讀/寫驅(qū)動電路讀/寫控制電路連地址總線RD/WECS連控制總線1、存儲體存儲體 由多個基本存由多個基本存儲單元組成，容量即為儲單元組成，容量即為MN；2、地址寄存器地址寄存器（地址鎖存（地址鎖存器）器） 鎖存鎖存CPU送來的地址送來的地址信號；信號；3、地址譯碼器地址譯碼器 對地址信對地址信號進(jìn)行譯碼，選擇存儲體中號進(jìn)行譯碼，選擇存儲體中要訪問的存儲單元；要訪問的存儲單元；4、讀讀/寫驅(qū)動電路寫驅(qū)動電路 包括讀包括讀出放大和寫入電路；出放大和寫入電路；5、數(shù)據(jù)緩沖器數(shù)據(jù)緩沖器 芯片數(shù)據(jù)芯片數(shù)據(jù)信號經(jīng)雙向三態(tài)門掛在數(shù)據(jù)信號經(jīng)雙向三態(tài)門掛在數(shù)據(jù)總線上，

13、未選中該片，呈高總線上，未選中該片，呈高阻狀態(tài)；阻狀態(tài)；6、讀讀/寫控制電路寫控制電路 接受來自接受來自CPU的片選信號、讀的片選信號、讀/寫信寫信號。（對號。（對ROM只讀；對只讀；對DRAM刷新信號）刷新信號）2022-5-27微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用18“讀讀”操作工作過程操作工作過程（1）送地址送地址 CPU通通過地址總線將地址送入過地址總線將地址送入地址寄存器，并譯碼；地址寄存器，并譯碼；（2）發(fā)出發(fā)出“讀讀”命令命令 CPU通過控制總線將通過控制總線將“存儲器讀存儲器讀”信號送入信號送入讀讀/寫控制電路；寫控制電路；連數(shù)據(jù)總線地址寄存器地址譯碼器存儲體數(shù)據(jù)緩沖器讀/寫驅(qū)動電路讀

14、/寫控制電路連地址總線RD/WECS連控制總線（3）從存儲器讀出數(shù)據(jù)從存儲器讀出數(shù)據(jù) 讀讀/寫控制電路根據(jù)寫控制電路根據(jù) “讀讀”信號和片選信號選中存儲體中的某一存儲單元，從信號和片選信號選中存儲體中的某一存儲單元，從該單元讀出數(shù)據(jù)，送到數(shù)據(jù)緩存器。再經(jīng)過數(shù)據(jù)總該單元讀出數(shù)據(jù)，送到數(shù)據(jù)緩存器。再經(jīng)過數(shù)據(jù)總線送到線送到CPU。2022-5-27微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用19“寫寫”操作工作過程操作工作過程（1）送地址送地址 CPU通過通過地址總線將地址送入地址地址總線將地址送入地址寄存器，并譯碼；寄存器，并譯碼；（2）發(fā)出發(fā)出“寫寫”命令命令 CPU通過控制總線將通過控制總線將“寫寫”信號送入

15、讀信號送入讀/寫控制電路；寫控制電路；連數(shù)據(jù)總線地址寄存器地址譯碼器存儲體數(shù)據(jù)緩沖器讀/寫驅(qū)動電路讀/寫控制電路連地址總線RD/WECS連控制總線（3）寫入數(shù)據(jù)到存儲器寫入數(shù)據(jù)到存儲器 讀讀/寫控制電路根據(jù)寫控制電路根據(jù) “寫寫”信號和片選信號選中存儲體中的某一存儲單元，將數(shù)信號和片選信號選中存儲體中的某一存儲單元，將數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)，送到數(shù)據(jù)緩存器，再寫入到選中的據(jù)總線上的數(shù)據(jù)，送到數(shù)據(jù)緩存器，再寫入到選中的存儲單元。存儲單元。2022-5-27微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用20二、典型芯片舉例二、典型芯片舉例 1、SRAM芯片芯片HM 6116(簡稱簡稱6116） 靜態(tài)靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器，隨

16、機(jī)存取存儲器，11條地址線，條地址線，8位數(shù)據(jù)線，位數(shù)據(jù)線，3條控條控制線，兩條電源線，單片存儲容量制線，兩條電源線，單片存儲容量2K8 。6116A0A10+5VGNDCSI/O0I/O7WEOECS 片 選 信 號 OE 輸 出 允 許 信 號 WE 寫 允 許 信 號 方 式 I/O 引 腳 H 未 選 中 高 阻 L L H 讀 出 DO U T L L 寫 入 DI N 常用的常用的SRAM還有還有6232，6264、62256，適用于，適用于較小系統(tǒng)。較小系統(tǒng)。2022-5-27微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用21二、典型芯片舉例二、典型芯片舉例 2、DRAM芯片芯片Intel 216

17、4A 動態(tài)隨機(jī)存取存動態(tài)隨機(jī)存取存儲器，儲器，8條地址線，條地址線，2位數(shù)據(jù)線位數(shù)據(jù)線(輸出和輸入）輸出和輸入），3條條控制線，兩條電源線，單片存儲容量控制線，兩條電源線，單片存儲容量64K1 。 地址線采用分時復(fù)用，由地址線采用分時復(fù)用，由CAS（列選通）和列選通）和RAS（行選通），從而實(shí)現(xiàn)行選通），從而實(shí)現(xiàn)16位地址線，位地址線，M216 64K。2164A0A7GNDDinDoutVccCASRASWE2022-5-27微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用22三、主存儲器設(shè)計三、主存儲器設(shè)計1、芯片選擇芯片選擇2、存儲器芯片的基本地址存儲器芯片的基本地址3、 存儲器芯片的容量擴(kuò)充存儲器芯片的容

18、量擴(kuò)充4、存儲器芯片與存儲器芯片與CPU連接連接2022-5-27微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用231、芯片選擇芯片選擇 SRAM與與CPU連接，不需要外圍電路，連接連接，不需要外圍電路，連接簡單，用于小型控制系統(tǒng)。簡單，用于小型控制系統(tǒng)。 DRAM常用于大型系統(tǒng)，因?yàn)樾枰⑿码娐?，常用于大型系統(tǒng)，因?yàn)樾枰⑿码娐罚热绫热鏟C機(jī)的內(nèi)存條。機(jī)的內(nèi)存條。 ROM通常用于存放固定的系統(tǒng)程序。通常用于存放固定的系統(tǒng)程序。2022-5-27微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用242、存儲器芯片的基本地址（地址線全、存儲器芯片的基本地址（地址線全0到地到地址線全址線全1的內(nèi)存地址）的內(nèi)存地址）6116的基本地址：

19、的基本地址：000H7FFH6116A0A10+5VGNDCSI/O0I/O7WEOE000 0000 0000000 0000 0001111 1111 1111D7 D1D02022-5-27微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用252、存儲器芯片的基本地址、存儲器芯片的基本地址6264的基本地址的基本地址:0000H1FFFH6264A0A12+5VGNDCSI/O0I/O7WEOE0 0000 0000 00000 0000 0000 00011 1111 1111 1111D7 D1D02022-5-27微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用262、存儲器芯片的基本地址、存儲器芯片的基本地址2114的基

20、本地址是的基本地址是000H3FFH2114A0A9I/O1I/O4+5VWEGNDCS00 0000 000000 0000 000111 1111 1111D3 D2 D1D02022-5-27微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用272、存儲器芯片的基本地址、存儲器芯片的基本地址EPROM 27218基本地址是基本地址是0000H3FFFH27218A0A13+5VGNDCSI/O0I/O7OE00 0000 0000 000000 0000 0000 000111 1111 1111 1111D7 D1D02022-5-27微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用283、存儲器芯片的容量擴(kuò)充、存儲器芯片的容

21、量擴(kuò)充對對1#來說其地址范圍來說其地址范圍00 0000 0000 000000 0111 1111 1111（即（即0000H07FFH）6116(1#)+5VGNDCSI/O0I/O7WEOE6116(2#)A0A10AB的低11位+5VGNDCSI/O0I/O7WEOEDB譯碼器ABA0A10AB的低11位A11 A12A13Y0Y1(ABC) 用用兩片兩片6116芯片芯片（ 2K 8）即可擴(kuò)展成即可擴(kuò)展成4K 8位，這種擴(kuò)展方式就稱為位，這種擴(kuò)展方式就稱為字?jǐn)U展字?jǐn)U展。對對2#來說其地址范圍來說其地址范圍00 1000 0000 000000 1111 1111 1111（即（即080

22、0H0FFFH)譯碼和譯碼器譯碼和譯碼器2022-5-27微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用293、存儲器芯片的容量擴(kuò)充、存儲器芯片的容量擴(kuò)充 顯然，我們可以用顯然，我們可以用2片片2114組成組成1K8位的存儲器，位的存儲器，這種擴(kuò)展方式稱為這種擴(kuò)展方式稱為位擴(kuò)展位擴(kuò)展。2114A0A9AB的低10位I/O1I/O4接DB高4位+5VWEGNDCS2114I/O1I/O4接DB低4位+5VWEGNDCSABCBDBCSA0A9AB的低10位 對對2114來說，存儲容量是來說，存儲容量是1K4位，而正常數(shù)據(jù)位，而正常數(shù)據(jù)都以字節(jié)作為存儲單元，顯然需要進(jìn)行擴(kuò)展。都以字節(jié)作為存儲單元，顯然需要進(jìn)行擴(kuò)展。

23、N= (1K8位位)( 1K4位位)= 22022-5-27微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用30譯碼和譯碼器譯碼和譯碼器 全部全部CPU高位地址參與譯碼，稱之為高位地址參與譯碼，稱之為全譯碼全譯碼。全。全譯碼方式能保證每個存儲單元地址唯一。譯碼方式能保證每個存儲單元地址唯一。 若只選擇若只選擇CPU一部分高位地址參與譯碼，這稱為一部分高位地址參與譯碼，這稱為部分譯瑪部分譯瑪。每個存儲單元會有多個地址對應(yīng)，。每個存儲單元會有多個地址對應(yīng)， 地址譯碼可以選擇專用芯片，在微機(jī)系統(tǒng)中常用地址譯碼可以選擇專用芯片，在微機(jī)系統(tǒng)中常用的有的有74LS138（稱稱3-8譯碼器）。譯碼器）。 真值表真值表2022-

24、5-27微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用3174LS138真值表真值表74LS138C B AY0Y7+5VG2BGNDG2AG1G1G2AG2BCBA輸 出輸 出Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y71 0 01 0 01 0 01 0 01 0 01 0 01 0 01 0 00 0 01 1 11 1 01 0 11 0 00 1 10 1 00 0 10，其余全部為10，其余全部為10，其余全部為10，其余全部為10，其余全部為10，其余全部為10，其余全部為10，其余全部為12022-5-27微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用324、存儲器芯片與、存儲器芯片與CPU連接連接1、地址總線地址總線 低位

25、直接相連，低位直接相連， 高位通過譯碼器相連。高位通過譯碼器相連。地址線的連接方式確定了芯片的地址。地址線的連接方式確定了芯片的地址。2、數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 8位芯片的數(shù)據(jù)線可以直接與位芯片的數(shù)據(jù)線可以直接與8088CPU的相連，的相連， 與與8086CPU連接，要分成兩個存儲體；低連接，要分成兩個存儲體；低于于8位的要進(jìn)行位擴(kuò)充后再與位的要進(jìn)行位擴(kuò)充后再與CPU相連。相連。例題例題3、控制信號 系統(tǒng)總線中與存儲器有關(guān)的控制信號有系統(tǒng)總線中與存儲器有關(guān)的控制信號有IO/M， RD， WR(針對針對8088) 。2022-5-27微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用33例題例題所以所以27128地址范圍：

26、地址范圍：0010 0000 0000 0000 0000 0010 0011 1111 1111 1111即即20000H23FFFH A12A0CE2 CE1 1#6264WEOE D7D0G1 Y0G2AG2BC Y4BA A17 IO/M A19 A18 A16 A15 A14 A12A0CE2 CE1 2#6264WEOE D7D0 A13A0 CE 27128OE D7D0VccVccA1311A13A0D7D0WRRD74LS138111、如圖是某一、如圖是某一8088系統(tǒng)的存儲器連接圖，試確定其中各芯系統(tǒng)的存儲器連接圖，試確定其中各芯片的地址空間。片的地址空間。解解： （1）27128是是ROM ，沒有沒有WR，Y0 0選中該片；選中該片；該片該片14條地址線，其基本地址條地址線，其基本地址00 0000 0000 0000 11 1111 1111 1111；高高6位：位：A19A18 00；A17 1；A16A15 A14000；2022-5-27微機(jī)原理及應(yīng)用微機(jī)原理及應(yīng)用34例題例題0011