內(nèi)存管理與映像接口課件

第四章內(nèi)存管理與映像接口在PC機(jī)中,CPU對(duì)其部件的訪問(wèn)分為兩類(lèi)一種是前面已介紹過(guò)的I/O端口尋址方式,它完全為PC機(jī)系統(tǒng)輸入/輸出設(shè)備服務(wù)另一種訪問(wèn)方法就是存儲(chǔ)器尋址,主要用于CPU對(duì)系統(tǒng)內(nèi)存的管理,也可用作對(duì)系統(tǒng)的輸入/輸出接口管理第四章內(nèi)存管理與映像接口在PC機(jī)中,CPU對(duì)其部件的訪問(wèn)分1X86的三種工作模式及尋址原理最早的8088CPU是準(zhǔn)16位微處理器,其最大的尋址空間為1M字節(jié)操作系統(tǒng)是DOS,因此DOS下的應(yīng)用軟件的尋址和處理方式必須符合8088的標(biāo)準(zhǔn)為解決CPU性能的發(fā)展與兼容性之間的矛盾，CPU有三種工作模式實(shí)地址模式保護(hù)模式仿86模式X86的三種工作模式及尋址原理最早的8088CPU是準(zhǔn)16位2一、實(shí)地址模式實(shí)地址模式和8086/8088的尋址方式是一樣的，但運(yùn)行速度更快,內(nèi)存配置更大些。用戶在8086/8088上運(yùn)行的程序可以不做任何修改直接在實(shí)地址模式下運(yùn)行開(kāi)機(jī)啟動(dòng)時(shí),CPU自動(dòng)進(jìn)入實(shí)地址模式用戶可以一直運(yùn)行在實(shí)模式,也可以通過(guò)軟件指令切換到保護(hù)模式在實(shí)模式下，X86仍使用CS∶IP指示指令地址,每段仍為64K，尋址空間為1MB+64KB-16B一、實(shí)地址模式實(shí)地址模式和8086/8088的尋址方式是一樣3實(shí)地址模式存儲(chǔ)器空間在8086/8088中，利用段尋址可實(shí)現(xiàn)的最大范圍為0000H∶0000H--FFFFH∶FFFFH如果把段左移4位加上偏置，尋址范圍為00000H-10FFEFH,該范圍為1MB+64KB-16B8086/8088地址空間被限制在220=1M字節(jié)80386以上CPU有32位地址線，只要在實(shí)模式下把A20開(kāi)通,就可以實(shí)現(xiàn)上述范圍的尋址實(shí)地址模式存儲(chǔ)器空間在8086/8088中，利用段尋址可實(shí)現(xiàn)4實(shí)地址模式I/O空間實(shí)模式下，80X86與8086/8088有相同的I/O空間，仍為64KB,0000H-FFFFH這些端口地址可以直接被I/O指令所訪問(wèn)實(shí)地址模式I/O空間實(shí)模式下，80X86與8086/80885二、保護(hù)模式在保護(hù)模式下,能利用其全部的地址線參與尋址,并能滿足多用戶、多任務(wù)操作系統(tǒng)的要求CPU尋址內(nèi)存時(shí)，首先要滿足保護(hù)規(guī)則,然后才能進(jìn)行尋址訪問(wèn)權(quán)限是指分配給每個(gè)任務(wù)的一定內(nèi)存資源和讀寫(xiě)限制保護(hù)規(guī)則的含義是指尋址時(shí)超越了這些權(quán)限的話,CPU將拒絕執(zhí)行這次尋址,并產(chǎn)生中斷以告警。二、保護(hù)模式在保護(hù)模式下,能利用其全部的地址線參與尋址,并能6保護(hù)規(guī)則是對(duì)個(gè)別段所采取的措施在保護(hù)模式下，段通過(guò)轉(zhuǎn)換才能存取在轉(zhuǎn)換的過(guò)程中要經(jīng)過(guò)一層篩選以防止錯(cuò)誤的尋址保護(hù)規(guī)則是對(duì)個(gè)別段所采取的措施7實(shí)地址模式如何切換到保護(hù)模式X86增加了CR0,CR1,CR2和CR3四個(gè)控制寄存器CR0的第0位稱(chēng)為PE位(保護(hù)激活位)在實(shí)模式下,PE位置0當(dāng)PE位置1時(shí),系統(tǒng)進(jìn)入保護(hù)模式PE位可以通過(guò)指令來(lái)改變實(shí)地址模式如何切換到保護(hù)模式X86增加了CR0,CR1,CR8存儲(chǔ)器分頁(yè)管理當(dāng)CR0的PG位被置為1后，其尋址方式就進(jìn)入分頁(yè)管理這時(shí)CPU將32位地址線所管理的4GB線性地址空間分成1048576個(gè)頁(yè)面，每個(gè)頁(yè)面占用4KB其目的主要是為了采用虛擬內(nèi)存技術(shù)存儲(chǔ)器分頁(yè)管理當(dāng)CR0的PG位被置為1后，其尋址方式就進(jìn)入分9虛擬內(nèi)存技術(shù)虛擬內(nèi)存不是由內(nèi)存芯片組成，而是把數(shù)據(jù)存在外部存儲(chǔ)器中（如硬盤(pán)）需要用時(shí)再把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到真正的內(nèi)存中這樣可以極低的價(jià)格獲取大量存儲(chǔ)空間虛擬內(nèi)存技術(shù)虛擬內(nèi)存不是由內(nèi)存芯片組成，而是把數(shù)據(jù)存在外部存10保護(hù)模式下的四個(gè)新寄存器全局描述符表寄存器GDTR(48位)局部描述符表寄存器LDTR(16位)中斷描述符表寄存器IDTR(48位)任務(wù)寄存器TR(16位)另外，EAX、EBX、ESP等擴(kuò)展為32位保護(hù)模式下的四個(gè)新寄存器全局描述符表寄存器GDTR(48位)11描述符表在內(nèi)存中設(shè)置一個(gè)區(qū)域存放描述符，從而構(gòu)成描述符表每個(gè)描述符占8個(gè)連續(xù)字節(jié)，用來(lái)描述一段內(nèi)存基地址及訪問(wèn)權(quán)限描述符寄存器則指明了對(duì)應(yīng)描述符表的所在內(nèi)存地址CPU在保護(hù)模式下的尋址是通過(guò)描述符和對(duì)應(yīng)的偏置來(lái)完成的386以上CPU的每個(gè)任務(wù)都劃分一定的內(nèi)存資源描述符表在內(nèi)存中設(shè)置一個(gè)區(qū)域存放描述符，從而構(gòu)成描述符表12在保護(hù)模式下，段寄存器(如CS,DS,ES等)高13位表示地址偏置第三位是一個(gè)全局或局部任務(wù)標(biāo)志位TI如TI=0表示這次尋址是一次全局任務(wù)尋址由GDTR與段寄存器高13位偏置一起找到全局描述符表GDT中的一個(gè)描述符再加上某偏置寄存器如EIP中的偏置完成尋址任務(wù)當(dāng)TI=1時(shí)表示是一次局部任務(wù)尋址這時(shí)必須用LDTR、GDTR與CS一起找到局部描述符再與EIP一起完成尋址在保護(hù)模式下，段寄存器(如CS,DS,ES等)高13位13保護(hù)模式下全局或局部任務(wù)尋址保護(hù)模式下全局或局部任務(wù)尋址14保護(hù)模式下的尋址空間邏輯地址由段寄存器(如CS)和邏輯偏移量(如EIP)組成段寄存器有16位,其中有效尋址位是高14位,而邏輯偏移量有32位故每個(gè)任務(wù)所擁有的邏輯地址空間為232×214=246,即64TB保護(hù)模式下的尋址空間邏輯地址由段寄存器(如CS)和邏輯偏移量15任務(wù)寄存器其內(nèi)容是當(dāng)前任務(wù)的選擇符,間接指示出任務(wù)的任務(wù)狀態(tài)段TSS，主要用于任務(wù)切換功能每一個(gè)任務(wù)都有一個(gè)任務(wù)狀態(tài)段TSS在全局描述符表GDT中保留有每個(gè)任務(wù)的TSS描述符而TSS描述符包括了對(duì)應(yīng)TSS的基地址和表長(zhǎng)通過(guò)任務(wù)寄存器和當(dāng)前的GDTR可選擇一個(gè)TSS描述符任務(wù)狀態(tài)段中保留有與這個(gè)任務(wù)相關(guān)的外部環(huán)境和內(nèi)部數(shù)據(jù)任務(wù)寄存器其內(nèi)容是當(dāng)前任務(wù)的選擇符,間接指示出任務(wù)的任務(wù)狀態(tài)16三、仿86模式CPU對(duì)存儲(chǔ)器的尋址是不用描述符的,這點(diǎn)它與實(shí)模式相同將段寄存器內(nèi)容左移4位與偏移量一起生成21位線性地址在仿86模式下每個(gè)任務(wù)的最大尋址空間是1MB多一點(diǎn)三、仿86模式CPU對(duì)存儲(chǔ)器的尋址是不用描述符的,這點(diǎn)它與實(shí)17三種模式的切換三種模式的切換18DOS下的內(nèi)存管理微機(jī)內(nèi)存分為四類(lèi):基本內(nèi)存保留內(nèi)存擴(kuò)充內(nèi)存擴(kuò)展內(nèi)存DOS下的內(nèi)存管理微機(jī)內(nèi)存分為四類(lèi):19微機(jī)內(nèi)存1、基本內(nèi)存是指8086/8088或286以上CPU在實(shí)模式下所能尋址的0-640KB范圍內(nèi)的存儲(chǔ)器2、擴(kuò)充內(nèi)存占用640KB-1024KB之間的一些地址空間，是對(duì)基本內(nèi)存的擴(kuò)充，可管理1MB以上，可在8086或?qū)嵞Ｊ较鹿芾砗驮L問(wèn)3、擴(kuò)展內(nèi)存占用1MB以上的地址空間，也是對(duì)基本內(nèi)存的擴(kuò)充，只能在保護(hù)模式下,才能訪問(wèn)和管理微機(jī)內(nèi)存1、基本內(nèi)存是指8086/8088或286以上CPU20擴(kuò)充內(nèi)存系統(tǒng)BIOS、顯示緩存、接口卡等占用了640KB-1MB的大部分，為了能用有限的地址空間管理更大的內(nèi)存而提出擴(kuò)充內(nèi)存最早以內(nèi)存卡的形式出現(xiàn)，采用分頁(yè)管理的方法微機(jī)只分配一個(gè)頁(yè)的地址空間給擴(kuò)充內(nèi)存，CPU在某時(shí)刻只能對(duì)其中某一頁(yè)進(jìn)行直接存取，訪問(wèn)其他頁(yè)時(shí),必須通過(guò)換頁(yè)機(jī)制擴(kuò)充內(nèi)存系統(tǒng)BIOS、顯示緩存、接口卡等占用了640KB-121EMS（擴(kuò)充內(nèi)存）規(guī)范操作系統(tǒng)通過(guò)實(shí)際尋址的“物理頁(yè)”與間接存取的“邏輯頁(yè)”對(duì)擴(kuò)充內(nèi)存進(jìn)行管理每一個(gè)物理頁(yè)為16KB,4個(gè)頁(yè)構(gòu)成一個(gè)頁(yè)框，一般在640KB-1MB區(qū)間內(nèi)的連續(xù)64K（4.0的頁(yè)間地址可以不連續(xù)）CPU能直接尋址的只是頁(yè)框范圍內(nèi)的物理頁(yè)空間EMS（擴(kuò)充內(nèi)存）規(guī)范操作系統(tǒng)通過(guò)實(shí)際尋址的“物理頁(yè)”與間接22XMS（擴(kuò)展內(nèi)存）標(biāo)準(zhǔn)XMS定義了三個(gè)區(qū)域高端存儲(chǔ)區(qū)HMA高端存儲(chǔ)塊UMB擴(kuò)展存儲(chǔ)塊EMBXMS（擴(kuò)展內(nèi)存）標(biāo)準(zhǔn)XMS定義了三個(gè)區(qū)域23UMB高端內(nèi)存塊位于640KB-1MB的一些存儲(chǔ)器由于這部分內(nèi)存在640KB以上,故稱(chēng)為高端內(nèi)存(UpperMemory)內(nèi)存不一定是連續(xù)的，可能有好幾個(gè)塊EMM386程序建立UMBUMB高端內(nèi)存塊位于640KB-1MB的一些存儲(chǔ)器24HMA高端內(nèi)存區(qū)是指1MB以后的第一個(gè)64KB的擴(kuò)展內(nèi)存與其他擴(kuò)展內(nèi)存不同,該區(qū)域可以被實(shí)模式下的指令直接尋址但8086/8088只有20根地址線,因此被忽視掉HMA高端內(nèi)存區(qū)是指1MB以后的第一個(gè)64KB的擴(kuò)展內(nèi)存25Windows內(nèi)存管理及接口設(shè)計(jì)Windows95/98特點(diǎn)混合有16位段和32位碼段可以運(yùn)行MS-DOS，WIN16，WIN32，應(yīng)用程序多任務(wù)和多線程先進(jìn)的搶先式多任務(wù)處理功能32位文件系統(tǒng)虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序（VXD）其他特點(diǎn)即插即用（PNP）完善的對(duì)象連接嵌入（OLE）長(zhǎng)文件名內(nèi)嵌的網(wǎng)絡(luò)功能Windows內(nèi)存管理及接口設(shè)計(jì)Windows95/98特26Windows95的內(nèi)存管理特點(diǎn)基于頁(yè)面的內(nèi)存管理為每個(gè)任務(wù)劃分自己獨(dú)立的地址空間,使其表現(xiàn)出很強(qiáng)的保護(hù)特性Windows95的內(nèi)存管理特點(diǎn)基于頁(yè)面的內(nèi)存管理27擴(kuò)展存儲(chǔ)器接口的幾種方法第一種是將擴(kuò)展存儲(chǔ)器當(dāng)作外設(shè),由I/O端口或DMA訪問(wèn)此時(shí)應(yīng)由接口板自設(shè)置擴(kuò)展存儲(chǔ)器地址指針,這個(gè)地址指針可以由一個(gè)計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)第二種是存儲(chǔ)器至存儲(chǔ)器的DMA傳送第三種方法是將擴(kuò)展存儲(chǔ)器直接映像為主存儲(chǔ)器的一部分將擴(kuò)展存儲(chǔ)器當(dāng)作系統(tǒng)主存儲(chǔ)器的一部分所有能夠訪問(wèn)主存儲(chǔ)器的指令也以同樣的方式訪問(wèn)擴(kuò)展存儲(chǔ)器擴(kuò)展存儲(chǔ)器接口的幾種方法第一種是將擴(kuò)展存儲(chǔ)器當(dāng)作外設(shè),由I/28內(nèi)存直接映像技術(shù)內(nèi)存直接映像：將擴(kuò)展存儲(chǔ)器的地址映像到系統(tǒng)地址空間之內(nèi)未被占用的區(qū)域，因此可以作為系統(tǒng)存儲(chǔ)器的一部分直接使用PC系統(tǒng)的0C0000H-0DFFFFH這段區(qū)域可作內(nèi)存空間的映像內(nèi)存直接映像技術(shù)內(nèi)存直接映像：將擴(kuò)展存儲(chǔ)器的地址映像到系統(tǒng)地29PC/AT內(nèi)存分配PC/AT內(nèi)存分配30基于ISA總線的內(nèi)存直接映像用ISA總線進(jìn)行內(nèi)存直接映像設(shè)計(jì)時(shí),通常要使用的信號(hào)A0-A19：提供存儲(chǔ)器地址ALE：下降沿處A0--A19被鎖存/MEMCS16：16位存儲(chǔ)器片選信號(hào)/SMEMR：存儲(chǔ)器讀信號(hào)/SMEMW：存儲(chǔ)器寫(xiě)信號(hào)I/OCHRDY：I/O通道準(zhǔn)備就緒信號(hào)基于ISA總線的內(nèi)存直接映像用ISA總線進(jìn)行內(nèi)存直接映像設(shè)計(jì)31內(nèi)存直接映像的讀寫(xiě)控制方式系統(tǒng)總線控制讀寫(xiě)主機(jī)控制寫(xiě),外設(shè)控制讀主機(jī)控制讀,外設(shè)控制寫(xiě)混合結(jié)構(gòu)內(nèi)存直接映像的讀寫(xiě)控制方式系統(tǒng)總線控制讀寫(xiě)32系統(tǒng)總線控制讀寫(xiě)對(duì)主機(jī)存儲(chǔ)容量的擴(kuò)充，用于存儲(chǔ)器的擴(kuò)充接口卡系統(tǒng)總線控制讀寫(xiě)對(duì)主機(jī)存儲(chǔ)容量的擴(kuò)充，用于存儲(chǔ)器的擴(kuò)充接口卡33主機(jī)寫(xiě)外設(shè)讀可以產(chǎn)生任意函數(shù)波形主機(jī)將函數(shù)的抽樣值寫(xiě)入映像存儲(chǔ)器計(jì)數(shù)器讀出函數(shù)值并送入D/A主機(jī)寫(xiě)外設(shè)讀可以產(chǎn)生任意函數(shù)波形34主機(jī)讀外設(shè)寫(xiě)這種結(jié)構(gòu)與主機(jī)寫(xiě)外設(shè)讀類(lèi)似，僅僅數(shù)據(jù)傳送方向相反，因此只要把/MEMW改為/MEMR便可可用于高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主機(jī)讀外設(shè)寫(xiě)這種結(jié)構(gòu)與主機(jī)寫(xiě)外設(shè)讀類(lèi)似，僅僅數(shù)據(jù)傳送方向相反35混合結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器既可以由主機(jī)控制讀寫(xiě)，也可由外設(shè)控制讀寫(xiě)當(dāng)同時(shí)申請(qǐng)讀寫(xiě)時(shí),電路需要仲裁帶處理器的圖形控制卡是一個(gè)典型的混合結(jié)構(gòu)混合結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器既可以由主機(jī)控制讀寫(xiě)，也可由外設(shè)控制讀寫(xiě)36SRAM接口設(shè)計(jì)SRAM的引腳信號(hào)地址線A0-An-1,可訪問(wèn)2n個(gè)存儲(chǔ)單元數(shù)據(jù)輸入/輸出線I/O,每個(gè)存儲(chǔ)單元有M位數(shù)據(jù)控制線片選控制/CE或/CS寫(xiě)控制/WE輸出允許/OESRAM有6116、6264、62256、62512等SRAM接口設(shè)計(jì)SRAM的引腳信號(hào)37SRAM6264的引腳圖SRAM6264的引腳圖38SRAM6264的讀時(shí)序SRAM6264的讀時(shí)序39SRAM6264的寫(xiě)時(shí)序SRAM6264的寫(xiě)時(shí)序40主機(jī)寫(xiě)外設(shè)讀的內(nèi)存映像接口電路主機(jī)寫(xiě)外設(shè)讀的內(nèi)存映像接口電路41ROM接口設(shè)計(jì)ROM引腳與SRAM類(lèi)似分為地址線、數(shù)據(jù)線和控制線ROM為讀操作，一般用于存儲(chǔ)程序ROM接口設(shè)計(jì)ROM引腳與SRAM類(lèi)似42微機(jī)圖形顯示接口系統(tǒng)ROMBIOS提供了INT10H的中斷服務(wù)程序，其中有許多子功能。但并沒(méi)有包含適合任何圖形的INT10H圖形顯示接口卡都帶有ROM,ROM中固化了該圖形顯示卡的驅(qū)動(dòng)程序，當(dāng)主機(jī)啟動(dòng)時(shí),這些程序自動(dòng)連接于系統(tǒng)中在調(diào)用INT10H時(shí),實(shí)際上就是調(diào)用這些程序與圖形顯示卡硬件來(lái)打交道而ROMBIOS中的僅是用戶和這些驅(qū)動(dòng)程序的接口而已微機(jī)圖形顯示接口系統(tǒng)ROMBIOS提供了INT10H的中43防病毒卡防病毒卡包含有存放病毒檢測(cè)程序的ROM主機(jī)啟動(dòng)時(shí)可以將病毒檢測(cè)程序接入程序中，從而在BIOS上建立一個(gè)監(jiān)測(cè)和防護(hù)外殼其優(yōu)先級(jí)高于磁盤(pán)中任何可執(zhí)行程序和任何微機(jī)病毒防病毒卡防病毒卡包含有存放病毒檢測(cè)程序的ROM44接口卡固化程序的接入ROMBIOS為接口板上的擴(kuò)展ROM程序進(jìn)入系統(tǒng)提供了簡(jiǎn)便的接口方法主機(jī)啟動(dòng)時(shí),BIOS設(shè)置中斷向量，并對(duì)擴(kuò)展的ROM模塊進(jìn)行掃描接口卡上的ROM程序通過(guò)中斷可以獲得控制權(quán)尋找接口板上有效的擴(kuò)展ROM，對(duì)C8000H~E0000H以2K為單位進(jìn)行掃描，尋找ROM塊接口卡固化程序的接入ROMBIOS為接口板上的擴(kuò)展ROM程45接口板的有效ROM塊定義格式字節(jié)0:55H字節(jié)1:AAH字節(jié)2:長(zhǎng)度指示器n用來(lái)表示ROM中以512個(gè)字節(jié)為一塊的信息塊的個(gè)數(shù),即長(zhǎng)度為n×512為測(cè)試ROM模塊的完整性,在被定義的ROM中,將每一個(gè)字節(jié)按模100H求和求和為0時(shí),才認(rèn)為該模塊有效,校驗(yàn)結(jié)果放在該模塊的最后一個(gè)字節(jié)中字節(jié)3:執(zhí)行程序的遠(yuǎn)調(diào)用入口接口板的有效ROM塊定義格式字節(jié)0:55H46擴(kuò)展ROM中的信息格式擴(kuò)展ROM中的信息格式47接口板ROM程序的組成第一部分是中斷向量加載和一些初始化工作第二部分是有關(guān)的功能調(diào)用開(kāi)機(jī)時(shí)，自動(dòng)完成功能調(diào)用程序的入口地址加載和初始化接口板ROM程序的組成第一部分是中斷向量加載和一些初始化工作48接口板ROM的執(zhí)行當(dāng)ROMBIOS找到有效的ROM塊時(shí)，對(duì)ROM的字節(jié)3作遠(yuǎn)調(diào)用接口板執(zhí)行其加電初始化程序，最后執(zhí)行返回指令控制權(quán)還給ROMBIOS,完成系統(tǒng)的啟動(dòng)接口板ROM的執(zhí)行當(dāng)ROMBIOS找到有效的ROM塊時(shí)，對(duì)49新型存儲(chǔ)器FIFO存儲(chǔ)器閃速存儲(chǔ)器雙端口RAM等新型存儲(chǔ)器FIFO存儲(chǔ)器50FIFO存儲(chǔ)器FIFO有兩個(gè)端口(輸入口和輸出口)，并按先進(jìn)先出的順序來(lái)暫時(shí)存放數(shù)據(jù)寫(xiě)入FIFO的第一個(gè)字將是輸出口被讀出的第一個(gè)字輸入口和輸出口的工作彼此是獨(dú)立的當(dāng)FIFO存滿數(shù)據(jù)的時(shí)候,它就會(huì)阻止繼續(xù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)當(dāng)FIFO中所有的數(shù)據(jù)被讀完時(shí),它就會(huì)禁止繼續(xù)讀出數(shù)據(jù)FIFO存儲(chǔ)器FIFO有兩個(gè)端口(輸入口和輸出口)，并按先進(jìn)51AM7205AFIFO簡(jiǎn)介是一個(gè)8192×9位的雙端口靜態(tài)RAM陣列AM7205A按先進(jìn)先出的次序?qū)懭牖蜃x出數(shù)據(jù)寫(xiě)和讀操作可以獨(dú)立地不同步地同時(shí)進(jìn)行提供了狀態(tài)標(biāo)志信號(hào)來(lái)指示FIFO的狀態(tài)讀寫(xiě)地址指針在達(dá)到地址8191之后會(huì)自動(dòng)溢出到地址0FIFO復(fù)位時(shí),讀和寫(xiě)地址指針初始化到地址0AM7205AFIFO簡(jiǎn)介是一個(gè)8192×9位的雙端口靜態(tài)52AM7205AFIFO方框圖AM7205AFIFO方框圖53AM7205A引腳圖AM7205A引腳圖54閃速存儲(chǔ)器具有可靠的非易失性、電擦除性以及低成本具有隨機(jī)存取的特點(diǎn)具有的EPROM基本結(jié)構(gòu)特性閃速存儲(chǔ)器具有可靠的非易失性、電擦除性以及低成本5528F256A閃速存儲(chǔ)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)28F256A閃速存儲(chǔ)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)5628F256A閃速存儲(chǔ)器引腳圖28F256A閃速存儲(chǔ)器引腳圖5728F256A的主要電氣特性快速電擦除：整片擦除時(shí)間典型值為1s快速脈沖編程算法：10μs標(biāo)準(zhǔn)字節(jié)編程編程電壓：12V±5%高性能讀操作：120ns最長(zhǎng)訪問(wèn)時(shí)間CMOS低功耗：10mA正常工作電流;50μA等待電流閃速非易失工藝抗干擾特性28F256A的主要電氣特性快速電擦除：整片擦除時(shí)間典型值為58三、雙端口RAMIDT7130框圖三、雙端口RAMIDT7130框圖5925IDT7130引腳圖25IDT7130引腳圖60IDT7130主要電氣特性高速存取速度:20/25/35/55/100ns低功耗:工作:550mW，等待:5mW可進(jìn)行數(shù)據(jù)總線寬度擴(kuò)展可完全異步操作單電壓:+5V±10%TTL電平IDT7130主要電氣特性高速存取速度:20/25/35/561第四章內(nèi)存管理與映像接口在PC機(jī)中,CPU對(duì)其部件的訪問(wèn)分為兩類(lèi)一種是前面已介紹過(guò)的I/O端口尋址方式,它完全為PC機(jī)系統(tǒng)輸入/輸出設(shè)備服務(wù)另一種訪問(wèn)方法就是存儲(chǔ)器尋址,主要用于CPU對(duì)系統(tǒng)內(nèi)存的管理,也可用作對(duì)系統(tǒng)的輸入/輸出接口管理第四章內(nèi)存管理與映像接口在PC機(jī)中,CPU對(duì)其部件的訪問(wèn)分62X86的三種工作模式及尋址原理最早的8088CPU是準(zhǔn)16位微處理器,其最大的尋址空間為1M字節(jié)操作系統(tǒng)是DOS,因此DOS下的應(yīng)用軟件的尋址和處理方式必須符合8088的標(biāo)準(zhǔn)為解決CPU性能的發(fā)展與兼容性之間的矛盾，CPU有三種工作模式實(shí)地址模式保護(hù)模式仿86模式X86的三種工作模式及尋址原理最早的8088CPU是準(zhǔn)16位63一、實(shí)地址模式實(shí)地址模式和8086/8088的尋址方式是一樣的，但運(yùn)行速度更快,內(nèi)存配置更大些。用戶在8086/8088上運(yùn)行的程序可以不做任何修改直接在實(shí)地址模式下運(yùn)行開(kāi)機(jī)啟動(dòng)時(shí),CPU自動(dòng)進(jìn)入實(shí)地址模式用戶可以一直運(yùn)行在實(shí)模式,也可以通過(guò)軟件指令切換到保護(hù)模式在實(shí)模式下，X86仍使用CS∶IP指示指令地址,每段仍為64K，尋址空間為1MB+64KB-16B一、實(shí)地址模式實(shí)地址模式和8086/8088的尋址方式是一樣64實(shí)地址模式存儲(chǔ)器空間在8086/8088中，利用段尋址可實(shí)現(xiàn)的最大范圍為0000H∶0000H--FFFFH∶FFFFH如果把段左移4位加上偏置，尋址范圍為00000H-10FFEFH,該范圍為1MB+64KB-16B8086/8088地址空間被限制在220=1M字節(jié)80386以上CPU有32位地址線，只要在實(shí)模式下把A20開(kāi)通,就可以實(shí)現(xiàn)上述范圍的尋址實(shí)地址模式存儲(chǔ)器空間在8086/8088中，利用段尋址可實(shí)現(xiàn)65實(shí)地址模式I/O空間實(shí)模式下，80X86與8086/8088有相同的I/O空間，仍為64KB,0000H-FFFFH這些端口地址可以直接被I/O指令所訪問(wèn)實(shí)地址模式I/O空間實(shí)模式下，80X86與8086/808866二、保護(hù)模式在保護(hù)模式下,能利用其全部的地址線參與尋址,并能滿足多用戶、多任務(wù)操作系統(tǒng)的要求CPU尋址內(nèi)存時(shí)，首先要滿足保護(hù)規(guī)則,然后才能進(jìn)行尋址訪問(wèn)權(quán)限是指分配給每個(gè)任務(wù)的一定內(nèi)存資源和讀寫(xiě)限制保護(hù)規(guī)則的含義是指尋址時(shí)超越了這些權(quán)限的話,CPU將拒絕執(zhí)行這次尋址,并產(chǎn)生中斷以告警。二、保護(hù)模式在保護(hù)模式下,能利用其全部的地址線參與尋址,并能67保護(hù)規(guī)則是對(duì)個(gè)別段所采取的措施在保護(hù)模式下，段通過(guò)轉(zhuǎn)換才能存取在轉(zhuǎn)換的過(guò)程中要經(jīng)過(guò)一層篩選以防止錯(cuò)誤的尋址保護(hù)規(guī)則是對(duì)個(gè)別段所采取的措施68實(shí)地址模式如何切換到保護(hù)模式X86增加了CR0,CR1,CR2和CR3四個(gè)控制寄存器CR0的第0位稱(chēng)為PE位(保護(hù)激活位)在實(shí)模式下,PE位置0當(dāng)PE位置1時(shí),系統(tǒng)進(jìn)入保護(hù)模式PE位可以通過(guò)指令來(lái)改變實(shí)地址模式如何切換到保護(hù)模式X86增加了CR0,CR1,CR69存儲(chǔ)器分頁(yè)管理當(dāng)CR0的PG位被置為1后，其尋址方式就進(jìn)入分頁(yè)管理這時(shí)CPU將32位地址線所管理的4GB線性地址空間分成1048576個(gè)頁(yè)面，每個(gè)頁(yè)面占用4KB其目的主要是為了采用虛擬內(nèi)存技術(shù)存儲(chǔ)器分頁(yè)管理當(dāng)CR0的PG位被置為1后，其尋址方式就進(jìn)入分70虛擬內(nèi)存技術(shù)虛擬內(nèi)存不是由內(nèi)存芯片組成，而是把數(shù)據(jù)存在外部存儲(chǔ)器中（如硬盤(pán)）需要用時(shí)再把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到真正的內(nèi)存中這樣可以極低的價(jià)格獲取大量存儲(chǔ)空間虛擬內(nèi)存技術(shù)虛擬內(nèi)存不是由內(nèi)存芯片組成，而是把數(shù)據(jù)存在外部存71保護(hù)模式下的四個(gè)新寄存器全局描述符表寄存器GDTR(48位)局部描述符表寄存器LDTR(16位)中斷描述符表寄存器IDTR(48位)任務(wù)寄存器TR(16位)另外，EAX、EBX、ESP等擴(kuò)展為32位保護(hù)模式下的四個(gè)新寄存器全局描述符表寄存器GDTR(48位)72描述符表在內(nèi)存中設(shè)置一個(gè)區(qū)域存放描述符，從而構(gòu)成描述符表每個(gè)描述符占8個(gè)連續(xù)字節(jié)，用來(lái)描述一段內(nèi)存基地址及訪問(wèn)權(quán)限描述符寄存器則指明了對(duì)應(yīng)描述符表的所在內(nèi)存地址CPU在保護(hù)模式下的尋址是通過(guò)描述符和對(duì)應(yīng)的偏置來(lái)完成的386以上CPU的每個(gè)任務(wù)都劃分一定的內(nèi)存資源描述符表在內(nèi)存中設(shè)置一個(gè)區(qū)域存放描述符，從而構(gòu)成描述符表73在保護(hù)模式下，段寄存器(如CS,DS,ES等)高13位表示地址偏置第三位是一個(gè)全局或局部任務(wù)標(biāo)志位TI如TI=0表示這次尋址是一次全局任務(wù)尋址由GDTR與段寄存器高13位偏置一起找到全局描述符表GDT中的一個(gè)描述符再加上某偏置寄存器如EIP中的偏置完成尋址任務(wù)當(dāng)TI=1時(shí)表示是一次局部任務(wù)尋址這時(shí)必須用LDTR、GDTR與CS一起找到局部描述符再與EIP一起完成尋址在保護(hù)模式下，段寄存器(如CS,DS,ES等)高13位74保護(hù)模式下全局或局部任務(wù)尋址保護(hù)模式下全局或局部任務(wù)尋址75保護(hù)模式下的尋址空間邏輯地址由段寄存器(如CS)和邏輯偏移量(如EIP)組成段寄存器有16位,其中有效尋址位是高14位,而邏輯偏移量有32位故每個(gè)任務(wù)所擁有的邏輯地址空間為232×214=246,即64TB保護(hù)模式下的尋址空間邏輯地址由段寄存器(如CS)和邏輯偏移量76任務(wù)寄存器其內(nèi)容是當(dāng)前任務(wù)的選擇符,間接指示出任務(wù)的任務(wù)狀態(tài)段TSS，主要用于任務(wù)切換功能每一個(gè)任務(wù)都有一個(gè)任務(wù)狀態(tài)段TSS在全局描述符表GDT中保留有每個(gè)任務(wù)的TSS描述符而TSS描述符包括了對(duì)應(yīng)TSS的基地址和表長(zhǎng)通過(guò)任務(wù)寄存器和當(dāng)前的GDTR可選擇一個(gè)TSS描述符任務(wù)狀態(tài)段中保留有與這個(gè)任務(wù)相關(guān)的外部環(huán)境和內(nèi)部數(shù)據(jù)任務(wù)寄存器其內(nèi)容是當(dāng)前任務(wù)的選擇符,間接指示出任務(wù)的任務(wù)狀態(tài)77三、仿86模式CPU對(duì)存儲(chǔ)器的尋址是不用描述符的,這點(diǎn)它與實(shí)模式相同將段寄存器內(nèi)容左移4位與偏移量一起生成21位線性地址在仿86模式下每個(gè)任務(wù)的最大尋址空間是1MB多一點(diǎn)三、仿86模式CPU對(duì)存儲(chǔ)器的尋址是不用描述符的,這點(diǎn)它與實(shí)78三種模式的切換三種模式的切換79DOS下的內(nèi)存管理微機(jī)內(nèi)存分為四類(lèi):基本內(nèi)存保留內(nèi)存擴(kuò)充內(nèi)存擴(kuò)展內(nèi)存DOS下的內(nèi)存管理微機(jī)內(nèi)存分為四類(lèi):80微機(jī)內(nèi)存1、基本內(nèi)存是指8086/8088或286以上CPU在實(shí)模式下所能尋址的0-640KB范圍內(nèi)的存儲(chǔ)器2、擴(kuò)充內(nèi)存占用640KB-1024KB之間的一些地址空間，是對(duì)基本內(nèi)存的擴(kuò)充，可管理1MB以上，可在8086或?qū)嵞Ｊ较鹿芾砗驮L問(wèn)3、擴(kuò)展內(nèi)存占用1MB以上的地址空間，也是對(duì)基本內(nèi)存的擴(kuò)充，只能在保護(hù)模式下,才能訪問(wèn)和管理微機(jī)內(nèi)存1、基本內(nèi)存是指8086/8088或286以上CPU81擴(kuò)充內(nèi)存系統(tǒng)BIOS、顯示緩存、接口卡等占用了640KB-1MB的大部分，為了能用有限的地址空間管理更大的內(nèi)存而提出擴(kuò)充內(nèi)存最早以內(nèi)存卡的形式出現(xiàn)，采用分頁(yè)管理的方法微機(jī)只分配一個(gè)頁(yè)的地址空間給擴(kuò)充內(nèi)存，CPU在某時(shí)刻只能對(duì)其中某一頁(yè)進(jìn)行直接存取，訪問(wèn)其他頁(yè)時(shí),必須通過(guò)換頁(yè)機(jī)制擴(kuò)充內(nèi)存系統(tǒng)BIOS、顯示緩存、接口卡等占用了640KB-182EMS（擴(kuò)充內(nèi)存）規(guī)范操作系統(tǒng)通過(guò)實(shí)際尋址的“物理頁(yè)”與間接存取的“邏輯頁(yè)”對(duì)擴(kuò)充內(nèi)存進(jìn)行管理每一個(gè)物理頁(yè)為16KB,4個(gè)頁(yè)構(gòu)成一個(gè)頁(yè)框，一般在640KB-1MB區(qū)間內(nèi)的連續(xù)64K（4.0的頁(yè)間地址可以不連續(xù)）CPU能直接尋址的只是頁(yè)框范圍內(nèi)的物理頁(yè)空間EMS（擴(kuò)充內(nèi)存）規(guī)范操作系統(tǒng)通過(guò)實(shí)際尋址的“物理頁(yè)”與間接83XMS（擴(kuò)展內(nèi)存）標(biāo)準(zhǔn)XMS定義了三個(gè)區(qū)域高端存儲(chǔ)區(qū)HMA高端存儲(chǔ)塊UMB擴(kuò)展存儲(chǔ)塊EMBXMS（擴(kuò)展內(nèi)存）標(biāo)準(zhǔn)XMS定義了三個(gè)區(qū)域84UMB高端內(nèi)存塊位于640KB-1MB的一些存儲(chǔ)器由于這部分內(nèi)存在640KB以上,故稱(chēng)為高端內(nèi)存(UpperMemory)內(nèi)存不一定是連續(xù)的，可能有好幾個(gè)塊EMM386程序建立UMBUMB高端內(nèi)存塊位于640KB-1MB的一些存儲(chǔ)器85HMA高端內(nèi)存區(qū)是指1MB以后的第一個(gè)64KB的擴(kuò)展內(nèi)存與其他擴(kuò)展內(nèi)存不同,該區(qū)域可以被實(shí)模式下的指令直接尋址但8086/8088只有20根地址線,因此被忽視掉HMA高端內(nèi)存區(qū)是指1MB以后的第一個(gè)64KB的擴(kuò)展內(nèi)存86Windows內(nèi)存管理及接口設(shè)計(jì)Windows95/98特點(diǎn)混合有16位段和32位碼段可以運(yùn)行MS-DOS，WIN16，WIN32，應(yīng)用程序多任務(wù)和多線程先進(jìn)的搶先式多任務(wù)處理功能32位文件系統(tǒng)虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序（VXD）其他特點(diǎn)即插即用（PNP）完善的對(duì)象連接嵌入（OLE）長(zhǎng)文件名內(nèi)嵌的網(wǎng)絡(luò)功能Windows內(nèi)存管理及接口設(shè)計(jì)Windows95/98特87Windows95的內(nèi)存管理特點(diǎn)基于頁(yè)面的內(nèi)存管理為每個(gè)任務(wù)劃分自己獨(dú)立的地址空間,使其表現(xiàn)出很強(qiáng)的保護(hù)特性Windows95的內(nèi)存管理特點(diǎn)基于頁(yè)面的內(nèi)存管理88擴(kuò)展存儲(chǔ)器接口的幾種方法第一種是將擴(kuò)展存儲(chǔ)器當(dāng)作外設(shè),由I/O端口或DMA訪問(wèn)此時(shí)應(yīng)由接口板自設(shè)置擴(kuò)展存儲(chǔ)器地址指針,這個(gè)地址指針可以由一個(gè)計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)第二種是存儲(chǔ)器至存儲(chǔ)器的DMA傳送第三種方法是將擴(kuò)展存儲(chǔ)器直接映像為主存儲(chǔ)器的一部分將擴(kuò)展存儲(chǔ)器當(dāng)作系統(tǒng)主存儲(chǔ)器的一部分所有能夠訪問(wèn)主存儲(chǔ)器的指令也以同樣的方式訪問(wèn)擴(kuò)展存儲(chǔ)器擴(kuò)展存儲(chǔ)器接口的幾種方法第一種是將擴(kuò)展存儲(chǔ)器當(dāng)作外設(shè),由I/89內(nèi)存直接映像技術(shù)內(nèi)存直接映像：將擴(kuò)展存儲(chǔ)器的地址映像到系統(tǒng)地址空間之內(nèi)未被占用的區(qū)域，因此可以作為系統(tǒng)存儲(chǔ)器的一部分直接使用PC系統(tǒng)的0C0000H-0DFFFFH這段區(qū)域可作內(nèi)存空間的映像內(nèi)存直接映像技術(shù)內(nèi)存直接映像：將擴(kuò)展存儲(chǔ)器的地址映像到系統(tǒng)地90PC/AT內(nèi)存分配PC/AT內(nèi)存分配91基于ISA總線的內(nèi)存直接映像用ISA總線進(jìn)行內(nèi)存直接映像設(shè)計(jì)時(shí),通常要使用的信號(hào)A0-A19：提供存儲(chǔ)器地址ALE：下降沿處A0--A19被鎖存/MEMCS16：16位存儲(chǔ)器片選信號(hào)/SMEMR：存儲(chǔ)器讀信號(hào)/SMEMW：存儲(chǔ)器寫(xiě)信號(hào)I/OCHRDY：I/O通道準(zhǔn)備就緒信號(hào)基于ISA總線的內(nèi)存直接映像用ISA總線進(jìn)行內(nèi)存直接映像設(shè)計(jì)92內(nèi)存直接映像的讀寫(xiě)控制方式系統(tǒng)總線控制讀寫(xiě)主機(jī)控制寫(xiě),外設(shè)控制讀主機(jī)控制讀,外設(shè)控制寫(xiě)混合結(jié)構(gòu)內(nèi)存直接映像的讀寫(xiě)控制方式系統(tǒng)總線控制讀寫(xiě)93系統(tǒng)總線控制讀寫(xiě)對(duì)主機(jī)存儲(chǔ)容量的擴(kuò)充，用于存儲(chǔ)器的擴(kuò)充接口卡系統(tǒng)總線控制讀寫(xiě)對(duì)主機(jī)存儲(chǔ)容量的擴(kuò)充，用于存儲(chǔ)器的擴(kuò)充接口卡94主機(jī)寫(xiě)外設(shè)讀可以產(chǎn)生任意函數(shù)波形主機(jī)將函數(shù)的抽樣值寫(xiě)入映像存儲(chǔ)器計(jì)數(shù)器讀出函數(shù)值并送入D/A主機(jī)寫(xiě)外設(shè)讀可以產(chǎn)生任意函數(shù)波形95主機(jī)讀外設(shè)寫(xiě)這種結(jié)構(gòu)與主機(jī)寫(xiě)外設(shè)讀類(lèi)似，僅僅數(shù)據(jù)傳送方向相反，因此只要把/MEMW改為/MEMR便可可用于高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主機(jī)讀外設(shè)寫(xiě)這種結(jié)構(gòu)與主機(jī)寫(xiě)外設(shè)讀類(lèi)似，僅僅數(shù)據(jù)傳送方向相反96混合結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器既可以由主機(jī)控制讀寫(xiě)，也可由外設(shè)控制讀寫(xiě)當(dāng)同時(shí)申請(qǐng)讀寫(xiě)時(shí),電路需要仲裁帶處理器的圖形控制卡是一個(gè)典型的混合結(jié)構(gòu)混合結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器既可以由主機(jī)控制讀寫(xiě)，也可由外設(shè)控制讀寫(xiě)97SRAM接口設(shè)計(jì)SRAM的引腳信號(hào)地址線A0-An-1,可訪問(wèn)2n個(gè)存儲(chǔ)單元數(shù)據(jù)輸入/輸出線I/O,每個(gè)存儲(chǔ)單元有M位數(shù)據(jù)控制線片選控制/CE或/CS寫(xiě)控制/WE輸出允許/OESRAM有6116、6264、62256、62512等SRAM接口設(shè)計(jì)SRAM的引腳信號(hào)98SRAM6264的引腳圖SRAM6264的引腳圖99SRAM6264的讀時(shí)序SRAM6264的讀時(shí)序100SRAM6264的寫(xiě)時(shí)序SRAM6264的寫(xiě)時(shí)序101主機(jī)寫(xiě)外設(shè)讀的內(nèi)存映像接口電路主機(jī)寫(xiě)外設(shè)讀的內(nèi)存映像接口電路102ROM接口設(shè)計(jì)ROM引腳與SRAM類(lèi)似分為地址線、數(shù)據(jù)線和控制線ROM為讀操作，一般用于存儲(chǔ)程序ROM接口設(shè)計(jì)ROM引腳與SRAM類(lèi)似103微機(jī)圖形顯示接口系統(tǒng)ROMBIOS提供了INT10H的中斷服務(wù)程序，其中有許多子功能。但并沒(méi)有包含適合任何圖形的INT10H圖形顯示接口卡都帶有ROM,ROM中固化了該圖形顯示卡的驅(qū)動(dòng)程序，當(dāng)主機(jī)啟動(dòng)時(shí),這些程序自動(dòng)連接于系統(tǒng)中在調(diào)用INT10H時(shí),實(shí)際上就是調(diào)用這些程序與圖形顯示卡硬件來(lái)打交道而ROMBIOS中的僅是用戶和這些驅(qū)動(dòng)程序的接口而已微機(jī)圖形顯示接口系統(tǒng)ROMBIOS提供了INT10H的中104防病毒卡防病毒卡包含有存放病毒檢測(cè)程序的ROM主機(jī)啟動(dòng)時(shí)可以將病毒檢測(cè)程序接入程序中，從而在BIOS上建立一個(gè)監(jiān)測(cè)和防護(hù)外殼其優(yōu)先級(jí)高于磁盤(pán)中任何可執(zhí)行程序和任何微機(jī)病毒防病毒卡防病毒卡包含有存放病毒檢測(cè)程序的ROM105接口卡固化程序的接入ROMBIOS為接口板上的擴(kuò)展ROM程序進(jìn)入系統(tǒng)提供了簡(jiǎn)便的接口方法主機(jī)啟動(dòng)時(shí),BIOS設(shè)置中斷向量，并對(duì)擴(kuò)展的ROM模塊進(jìn)行掃描接口卡上的ROM程序通過(guò)中斷可以獲得控制權(quán)尋找接口板上有效的擴(kuò)展ROM，對(duì)C8000H~E0000H以2K為單位進(jìn)行掃描，尋找ROM塊接口卡固化程序的接入ROMBIOS為接口板上的擴(kuò)展ROM程106接口板的有效ROM塊定義格式字節(jié)0:55H字節(jié)1:A