計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ) 微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)2 主存儲器構(gòu)成原理

主存儲器系統(tǒng)的構(gòu)成原理

一、分級存儲器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)寄存器－Cache－主存－外存二、存儲器分類半導(dǎo)體存儲器有RAM、ROM三、存儲芯片的特性內(nèi)部結(jié)構(gòu)：存儲體、地址寄存、地址譯碼、讀寫電路、輸出緩沖。外特性：地址線、數(shù)據(jù)線、控制線（、、）復(fù)習(xí)試用16K×8位的SRAM芯片為某8086微機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個256KB的RAM存儲器系統(tǒng)，RAM的起始地址為00000H。DB：16位AB：20位需要多少片？如何設(shè)計(jì)使其即支持字操作又支持字節(jié)操作？A0A1A13D0D1D7地址線

OEWE數(shù)據(jù)線讀允許片選寫允許CS16K×8如何與8086互聯(lián)？不匹配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CB相應(yīng)線MPU關(guān)鍵：高低位AB如何劃分？關(guān)鍵：如何由地址線得到片選線？存儲器結(jié)構(gòu)的確定1存儲器芯片的選配2存儲器接口的設(shè)計(jì)3實(shí)例分析4用存儲器芯片構(gòu)成存儲器系統(tǒng)5.4主存儲器系統(tǒng)的構(gòu)成原理存儲器芯片存儲器系統(tǒng)采用單體還是多體結(jié)構(gòu)？-----確定存儲器結(jié)構(gòu)

1進(jìn)行位擴(kuò)展還是字?jǐn)U展？-----確定芯片的組合方式2如何與CPU的三大總線進(jìn)行相連？-----存儲器接口設(shè)計(jì)35.4.1存儲器結(jié)構(gòu)的確定對32位微機(jī)，用4體結(jié)構(gòu)在微機(jī)系統(tǒng)中，為能支持多種數(shù)據(jù)寬度操作，存儲器一般都按字節(jié)編址，以字節(jié)為單位構(gòu)成。對8位微機(jī)，用單體結(jié)構(gòu)對16位微機(jī)，用雙體結(jié)構(gòu)偶數(shù)存儲體和奇數(shù)存儲體地址分配情況如何？A0~A23BHE80286D0~D15地址鎖存器雙體存儲器結(jié)構(gòu)示例（80286存儲器）A1~A23A0BHE地址總線D0~D7D8~D15數(shù)據(jù)總線偶數(shù)存儲體奇數(shù)存儲體FFFFFEFFFFFC

000002000000000003000001

FFFFFDFFFFFFBLE假設(shè)有一個字地址為000000，如何讀??？若地址為000001，如何讀?。縋entiumA3~A31D0~D63地址鎖存器存儲體0存儲體1存儲體2存儲體7數(shù)據(jù)收/發(fā)驅(qū)動器A3~A31D0~D7D16~D23D56~D63D8~D15D0~D63BE7BE2BE1BE0八體存儲器結(jié)構(gòu)示例（Pentium系列機(jī)）試用16K×8位的SRAM芯片為某8086微機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個256KB的RAM存儲器系統(tǒng)，RAM的起始地址為00000H。采用單體結(jié)構(gòu)？多體結(jié)構(gòu)？由數(shù)據(jù)總線的位數(shù)決定5.4.2存儲器芯片的選配有幾種選配類型呢？位擴(kuò)展字?jǐn)U展字位擴(kuò)展1MB1M×4256KB256K×45.4.2存儲器芯片的選配地址總線A0A91K×1位76543210DDDD7D6D5DDDD4D3D2D1D0DDA0A9CSWE數(shù)據(jù)總線?地址、片選、讀/寫控制線并連?數(shù)據(jù)線分連等效的1K×8位芯片（1）位擴(kuò)展1KB1K×1位用2片2114（1K×4位）擴(kuò)展為1K×8位的存儲器5.4.2存儲器芯片的選配（1）位擴(kuò)展CSY0Y1Y2Y3譯碼器

WED0～7810A0～9A10A114K×8位芯片D0～7WE

A0～9

CS

1K×8位(3#)D0～7WE

A0～9

CS

1K×8位(2#)D0～7WE

A0～9

CS

1K×8位(1#)D0～7WE

A0～9

CS

1K×8位(0#)5.4.2存儲器芯片的選配（2）字?jǐn)U展4KB1K×8位字?jǐn)U展方法：

?低位地址線、數(shù)據(jù)線、讀/寫等控制線直接相連

?高位地址線譯碼為片選信號分連如何確定每個片子的地址空間？5.4.2存儲器芯片的選配（3）字位擴(kuò)展字長不滿足存儲單元數(shù)不滿足位擴(kuò)展字?jǐn)U展字位擴(kuò)展RAM21141K×4→4K×85.4.2存儲器芯片的選配（3）字位擴(kuò)展（1）進(jìn)行位擴(kuò)展以滿足字長要求。（2）進(jìn)行字?jǐn)U展以滿足容量要求。（3）若已有存儲芯片的容量為L×K，要構(gòu)成容量為M×N的存儲器，需要的芯片數(shù)為：

(M×N)

/(L×K)=（M/L）×（N/K）。字位擴(kuò)展總結(jié)1.某計(jì)算機(jī)的存儲器系統(tǒng)為32KB，問需要__片6116(2K×8)

才能構(gòu)成該系統(tǒng)？其中片內(nèi)地址線為____根，片選地址線為

___根，數(shù)據(jù)線為____根。2.某計(jì)算機(jī)的存儲器系統(tǒng)為12KB，而單片EPROM為2K×4

位，問題需要多少片才能構(gòu)成該系統(tǒng)？其中片內(nèi)地址線為___根，片選地址線為____根，數(shù)據(jù)線為____根。練習(xí)：16,11,4,812,11,3,85.4.3存儲器接口設(shè)計(jì)存儲器CPU連線正確，時序匹配線選法局部譯碼法全譯碼法（1）數(shù)據(jù)線直接相連（4）高位地址線經(jīng)譯碼后產(chǎn)生片選信號（2）讀/寫控制線與CPU產(chǎn)生的讀寫信號直接相連（3）低位地址線與芯片地址直接相連A0～A10

2KB(0)11A0～A10A11A0～A10

2KB(1)A0～A10

2KB(3)A0～A10

2KB(2)A12A13A14CSCSCSCSA15用于片選的地址線(A14～A11)在每次尋址時只能有一位有效，不允許同時有多位有效。5.4.3存儲器接口設(shè)計(jì)1）線選法低位地址線直接接片內(nèi)地址，將余下的高位地址線分別作為芯片的片選信號。A0～A10

2KB(0)11A0～A10A11A0～A10

2KB(1)A0～A10

2KB(3)A0～A10

2KB(2)A12A13A14CSCSCSCSA155.4.3存儲器接口設(shè)計(jì)1）線選法A15-A0X1110X…X0號選中A15-A0X1101X…X1號選中A15-A0X1011X…X2號選中A15-A0X0111X…X3號選中特點(diǎn)：地址不連續(xù)，空間利用率低

存在地址重復(fù)使用譯碼器A0～A10

2KB(0)11A0～A10A0～A10

2KB(1)A0～A10

2KB(7)A11～A15中任三根CSCSCS5.4.3存儲器接口設(shè)計(jì)2）局部譯碼法

對余下高位地址總線中的一部分進(jìn)行譯碼，譯碼輸出作為各存儲器芯片的片選控制信號。特點(diǎn)：比線選法輸出的片選信號更多，適用于芯片較多的情況。部分高端地址線未參與譯碼，也存在地址重疊和地址不連續(xù)問題。與前兩種譯碼方法相比，存儲空間利用率最高且譯出的地址連續(xù)，不存在地址重疊問題，但譯碼電路最復(fù)雜。譯碼器A0～A12

8KB(0)13A0～A12A0～A12

8KB(1)A0～A12

8KB(3)A13～A15CSCSCSY0Y1Y3Y4～Y75.4.3存儲器接口設(shè)計(jì)3）全局譯碼法對余下高位地址總線全部譯碼，譯碼輸出作為各存儲器芯片的片選控制信號。74LS138經(jīng)常用來作為存儲器的譯碼電路。ABCE1E2E3

Y7GND——

——

——

——

——

——

——

——

VCC

Y0

Y1

Y2

Y3

Y4

Y5

Y6

116

215

314

413

512

611

710

89

補(bǔ)充：譯碼電路74LS138表74LS138的真值E1E2E3CBAY7～Y0有效輸出00100011111110Y000100111111101Y100101011111011Y200101111110111Y300110011101111Y400110111011111Y500111010111111Y600111101111111Y7其他值×××11111111無效例5.1試用8K×8位的EPROM(2764)和8K×8位的SRAM(6264)及74LS138譯碼器為某8位微機(jī)系統(tǒng)（地址總線寬度為20位）構(gòu)成一個16KBROM和16KBRAM的存儲器系統(tǒng)，要求RAM的起始地址為00000H，ROM的起始地址為80000H。5.4.3存儲器接口設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)實(shí)例解：（1）確定存儲器結(jié)構(gòu)（單體？多體？）8位微機(jī)系統(tǒng)，所以為單體結(jié)構(gòu)（2）確定芯片組合方式（字?jǐn)U展？位擴(kuò)展？字位擴(kuò)展？）8K×8位的EPROM(2764)16KBROM8K×8位的SRAM(6264)

16KBRAM所以為字?jǐn)U展（3）存儲器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（3-1）列出存儲器地址分配表芯片CPU地址線分配地址范圍A19——A13A12——A06264-10000000000000111111111111100000H～?6264-200000000000001111111111111?2764-10000000000000111111111111180000H～?2764-200000000000001111111111111?0000000100000000000H-01FFFH02000H-03FFFH000000180000H-81FFFH82000H-83FFFH1000001(3-2)確定譯碼電路片選譯碼電路00000～01FFFHA13A14A19CBE1E3AY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y774LS138E2IO/M1A15A16A17A18≥102000～03FFFH80000～81FFFH82000～83FFFH13A0～A128D0～D7

A0～A12CS

D0～D7WE2764-16264-2

A0～A12

CS

D0～D7WE2764-2

A0～A12CS

D0～D7OEWE

6264-1

A0～A12CS

D0～D7OEWE

WRRD1A13A14A19A15A16A17A18CBE1E3AY0Y1Y4Y574LS138E2IO/M≥1(3-3)存儲器電路例5.2試用8K×4位的SRAM芯片為某8088微機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成一個16KB的RAM存儲器，RAM的起始地址為90000H。5.4.3存儲器接口設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)實(shí)例解：（1）確定存儲器結(jié)構(gòu)（單體？多體？）8位微機(jī)系統(tǒng)，所以為單體結(jié)構(gòu)（2）確定芯片組合方式（字?jǐn)U展？位擴(kuò)展？）8K×4位16KBROM所以為字位擴(kuò)展芯片組地址線分配地址范圍A19～A13A12

～A00#、2#

0000000000000111111111111190000～?1#、3#

00000000000001111111111111?(3-1)存儲器地址位分配1001000100100190000～91FFFH92000～93FFFH（3）存儲器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)A131#0#3#2#1&A19A18A17A16A15A14IO/M≥1≥1(3-2)確定譯碼電路

用8K×4位芯片構(gòu)成的16KB存儲器

A0～A12CS

D0～D3WE8K×4位(1#)

A0～A12CS

D0～D3WE8K×4位(2#)

A0～A12

CS

D0～D3WE8K×4位(0#)&WRD4～D7413A0～A12A19A18A17A16A15A14

A0～A12CS

D0～D3WE

8K×4位(3#)D0～D34≥1≥1A13IO/M(3-3)存儲器電路例試用2732EPROM（4K×8位）芯片為某8位微機(jī)系統(tǒng)(地址總線寬度為20位)構(gòu)建一個32KB的程序存儲器，要求存儲器地址范圍為F8000H至FFFFFH。5.4.3存儲器接口設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)實(shí)例解：（1）確定存儲器結(jié)構(gòu)（單體？多體？）8位微機(jī)系統(tǒng)，所以為單體結(jié)構(gòu)（2）確定芯片組合方式（位擴(kuò)展？字?jǐn)U展？）4K×8位32KBROM所以為字?jǐn)U展芯片CPU地址線分配地址范圍A19——A12A11——A01000000000000111111111111F8000H～?2000000000000111111111111?3000000000000111111111111?4000000000000111111111111?5000000000000111111111111?6000000000000111111111111?7000000000000111111111111?8000000000000111111111111?11111000F8000～F8FFFHF9000～F9FFFHFA00