存儲器4班2組課件

第2章存儲器

2.1存儲器2.1.1讀寫存儲器（RAM）2.1.2只讀存儲器（RAM）2.280C51中的存儲器組織的特點2.3程序存儲器2.4數(shù)據(jù)存儲器2.4.1外部數(shù)據(jù)存儲器空間2.4.2內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器2.4.3堆棧2.4.4特殊功能寄存器空間

.目標(biāo)1.了解存儲器的基本組成、分類和性能指標(biāo)2.掌握RAM和ROM的基本原理3.掌握80C51中存儲器的特點.計算機(jī)的存儲器外存儲器作用：用于存放當(dāng)前運行的程序和數(shù)據(jù)，是主機(jī)一部分。特點：通常用半導(dǎo)體存儲器作為內(nèi)存儲器。內(nèi)存速度較高，CPU可直接讀寫。作用：用于存放暫時不用的程序和數(shù)據(jù)。特點：容量大、速度較低、CPU不能直接讀寫。內(nèi)存儲器存儲器的分類.一、有關(guān)存儲器幾種分類存儲介質(zhì)分類半導(dǎo)體存儲器磁盤和磁帶等磁表面存儲器光電存儲器按存取方式分類隨機(jī)/讀寫存儲器RAM(RandomAccessMemory)

只讀存儲器ROM（Read-OnlyMemory）串行訪問存儲器(SerialAccessStorage)按在計算機(jī)中的作用分類主存儲器(內(nèi)存)

輔助存儲器(外存)

高速緩沖存儲器

存儲器的分類.存儲器的分類存儲器的分類靜態(tài)RAM動態(tài)RAM.

靜態(tài)SRAM

動態(tài)DRAM

一般用雙穩(wěn)觸發(fā)器作為基本存儲電路，采用NMOS電路,特點是集成度介于雙極型RAM與動態(tài)RAM之間，不需要刷新，易用電池備用電源，功耗也在雙極型和動態(tài)RAM之間。靠電容存儲電荷來記錄信息，而總是存在有泄漏電荷的情況,須定時刷新,大約每隔15ms刷新一遍

。集成度最高，比靜態(tài)RAM功耗低，價格便宜。2.1.1讀寫存儲器RAM的分類及特點.T1、T2為控制管，T3、T4是負(fù)載管，T5、T6、T7、T8是控制管。該電路有兩種穩(wěn)定狀態(tài)：T1截止，T2導(dǎo)通為狀態(tài)“1”；T2截止，T1導(dǎo)通為狀態(tài)“0”。NMOS的基本存儲電路X地址譯碼線接Y地址譯碼器T8BT7AT6T5

T2T1T4T3VCCI/O

I/O1.靜態(tài)存儲器（SRAM）由兩個增強(qiáng)型的NMOS反相器交叉耦合而成，靜態(tài)RAM基本存儲電路用來存儲1位二進(jìn)制信息，是組成存儲器的基礎(chǔ)。(通道金屬氧化半導(dǎo)體N-channelmetaloxidesemiconductor).1.靜態(tài)存儲器（SRAM）圖2-1靜態(tài)存儲電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖110010六管靜態(tài)存儲器電路如圖2-1所示。其中T1、T2為控制管，T3、T4為負(fù)載管，T5、T6為控制管。根據(jù)T1、T2的狀態(tài)，便可確定該存儲單元是存放“0”還是“1”。當(dāng)行選線(字選線)X輸出為高電平時，T5、T6管導(dǎo)通，觸發(fā)器就和數(shù)據(jù)線相通了；當(dāng)這個電路被選中時，相應(yīng)的列選線Y譯碼輸出也是高電平，則T7、T8管也是導(dǎo)通的，于是D和D/就與輸入輸出電路I/O以及I/O(這是指存儲器外部的數(shù)據(jù)線)相通。DD.圖2-1靜態(tài)存儲電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖110010寫入時，寫入信號自I/O以及I/O線輸入，當(dāng)寫“1”時，I/O線“1”，而I/O非為“0”。I/O線上的高電平通過T7管、D線、T5管送到A點，而I/O線上的低電平經(jīng)T8管、D/、T6送到B點，這樣就強(qiáng)迫T2管導(dǎo)通，T1管截止，相當(dāng)于把輸入電荷存儲于T1和T2管的柵極。在讀數(shù)時：由地址譯碼器選中基本存儲器，T5和T6導(dǎo)通，T1的狀態(tài)被送到I/O線上，而T2的狀態(tài)被送到I/O非線上，于是就讀出取了原來存儲的信息。特點:管子多，位容量少；集成度低，功耗較大。速度快，穩(wěn)定；無刷新電路。DD1.靜態(tài)存儲器（SRAM）.2.動態(tài)讀寫存儲器（DRAM）動態(tài)讀寫原理DRAM是利用電容存儲電荷的原理來保存信息的，它將晶體管電容的充電狀態(tài)和放電狀態(tài)分別作為1和0。特點：集成度高，功耗低。速度慢于SRAM，需要不斷刷新。電容Cs上有電荷表示存儲的二進(jìn)制信息是“1”，無電荷表示“0”。因此每個數(shù)據(jù)讀出后，要重新恢復(fù)Cs上的電荷量，稱為刷新。寫入信號：行選擇線為“1”，Ts管導(dǎo)通，寫入信號由位線（數(shù)據(jù)線）存入電容Cs中；讀出時：行選擇線為“1”，存儲在Cs上的電荷，通過Ts管輸出到數(shù)據(jù)(I/O)線上,通過讀出放大鏡得到存儲信息。.

（2）ROM的分類及特點 ①掩膜只讀存儲器MROM

掩膜只讀存儲器MROM是芯片廠家用光刻工藝掩膜對存儲器進(jìn)行編程，一旦制造完畢，其內(nèi)容就不可更改。2.1.2只讀存儲器(ROM).

（2）ROM的分類及特點 ①掩膜只讀存儲器MROM②可編程只讀存儲器PROM

可編程只讀存儲器PROM允許用戶燒斷管子熔絲的方法一次性寫入，一旦寫入也不可更改。

2.1.2只讀存儲器(ROM).

（2）ROM的分類及特點 ①掩膜只讀存儲器MROM②可編程只讀存儲器PROM③可擦除只讀存儲器EPROM

EPROM允許用戶由專用編程器完成多次寫入信息。寫入之前應(yīng)先擦除原來寫入的信息。用紫外光照射15分鐘左右，芯片中信息被擦除。2.1.2只讀存儲器(ROM).

（2）ROM的分類及特點 ①掩膜只讀存儲器MROM②可編程只讀存儲器PROM③可擦除只讀存儲器EPROM④可電改寫的只讀存儲器EEPROM

即用特定的電信號對其進(jìn)行在線擦除、改寫操作，因此很方便。特點是寫入時電壓要求較高（12V以上）、速度較慢。保存信息100年。2.1.2只讀存儲器(ROM).

（2）ROM的分類及特點 ①掩膜只讀存儲器MROM②可編程只讀存儲器PROM③可擦除可編程只讀存儲器EPROM④可電改寫的只讀存儲器EEPROM⑤閃速存儲器（FlashMemory）

特點是在不加電的情況下可以長期保存數(shù)據(jù)，又具有非易失性，還可以在線進(jìn)行快速擦寫與重寫，兼有EPROM和SRAM的優(yōu)點。只讀存儲器(ROM).圖2-3掩膜ROM舉例掩膜ROM是在制造制造過程中根據(jù)需求以不同的掩膜做成，用戶不能修改。若地址信號為00，選中字線1，它的輸出為高電平，與它相連的管子的位線輸出為“0”(如位線1、4)，不相連的輸出為“1”(如位線2、3)。ROM的特點：信息不易丟失，即掉電后接通電源時，它所存儲的信息是不變的。.表2-1ROM的內(nèi)容位字位1位2位3位4字10（1）1（0）1（0）0（1）字20（1）1（0）0（1）1（0）字31（0）0（1）1（0）0（1）字40（1）0（1）0（1）0（1）.2．可擦除的可編程序的只讀存儲器（EPROM）圖2-4EPROM的基本存儲電路..2.280C51中的存儲器組織的特點8051系列存儲器組織的特點是程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器在邏輯上分離。程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器截然分開，分為兩個不同的地址空間，并且配備各自獨立的尋址機(jī)構(gòu)、尋址方式與操作指令。這種體系結(jié)構(gòu)是由HarwardAiken于1944年提出的，稱為“Harward（哈佛）體系結(jié)構(gòu)”。8051系列采用的就是這種哈佛體系結(jié)構(gòu)。.存儲器層次結(jié)構(gòu)把不同存儲容量、存取速度和價格的存儲器按層次結(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。

主要由高速緩沖存儲器Cache、主存儲器和輔助外存組成。

核心是解決容量、速度、價格間的矛盾，建立起多層存儲結(jié)構(gòu)。一個金字塔結(jié)構(gòu)的多層存儲體系充分體現(xiàn)出容量和速度關(guān)系.存儲器層次結(jié)構(gòu)微型計算機(jī)存儲層次圖

呈現(xiàn)金字塔形結(jié)構(gòu)，越往上存儲器件的速度越快，CPU的訪問頻度越高；同時價格也越高，系統(tǒng)擁有量越小。.微型計算機(jī)存儲層次圖

寄存器位于塔頂端，數(shù)量有限、存取速度最快。向下依次是Cache、主存儲器、輔助存儲器。位于塔底的存儲設(shè)備，其容量最大，每位價格最低，但速度最慢。存儲器層次結(jié)構(gòu).狹義三層：Cache、內(nèi)存、外存。廣義四層：加上CPU寄存器構(gòu)成微處理器四層存儲體系。存儲器的層次結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在緩存主存和主存輔存這兩個存儲層次上。圖6.2微型計算機(jī)存儲層次圖存儲器層次結(jié)構(gòu).

速度方面，內(nèi)存比CPU大約慢一個數(shù)量級，存在速度匹配的瓶頸。在CPU和內(nèi)存中間增加一層高速Cache，又構(gòu)成了高速緩存（Cache）-內(nèi)存層次。要求Cache速度與CPU速度匹配或接近。

高速緩存（Cache）-內(nèi)存層次：

解決了提高存儲速度問題。內(nèi)存-外存存儲層次：解決了大容量和低成本的矛盾。存儲器層次結(jié)構(gòu).

內(nèi)存一般用來存放當(dāng)前活躍的程序和數(shù)據(jù)。目前主要采用半導(dǎo)體存儲器，使用隨機(jī)存取方式

外存用于存放當(dāng)前不活躍的程序和數(shù)據(jù)。一般采用軟盤、硬磁盤、光盤、優(yōu)盤

cache用在CPU與內(nèi)存之間，在交換信息時起緩沖作用。

CacheCPU內(nèi)存儲器外存儲器2個層次三級體系：存儲器層次結(jié)構(gòu).半導(dǎo)體存儲器的性能指標(biāo)性能指標(biāo):功耗、可靠性、容量、價格、集成度、存取速度從功能和接口電路角度，最重要是芯片的存取容量和速度。（1）存儲容量 存儲容量是指存儲器存放二進(jìn)制信息的總位數(shù)即：存儲容量=存儲單元數(shù)×單元的位數(shù)。芯片的容量通常采用比特（Bit）作為單位。如N×8、N×4、N×1這樣的形式來表示芯片的容量(集成方式)。計算機(jī)中一般以字節(jié)B（Byte）為單位，如256KB、512KB等。大容量的存儲器用MB、GB、TB為單位。

主存儲器及存儲控制.（2）存取時間是反映存儲器工作速度的一個重要指標(biāo)，是指從CPU給出有效的存儲器地址啟動一次存儲器讀/寫操作，到該操作完成所經(jīng)歷的時間。

讀操作：存取時間就是讀出時間，即從地址有效到數(shù)據(jù)輸出有效之間的時間，通常在101～102ns之間。

寫操作：而對一次寫操作，存取時間就是寫入時間。（一般大于讀）

存取速度是以存儲器的存取時間來衡量的，一般為幾ns到幾百ns，存取時間越短，存取速度越快，存取時間主要是與存儲器的制造工藝有關(guān)，一般雙極型速度高于MOS型速度。.（3）存取周期指連續(xù)啟動兩次獨立的存儲器讀/寫操作所需的最小間隔時間

注意!!存在內(nèi)部操作的恢復(fù)時間，讀/寫周期=讀出/寫入時間+恢復(fù)時間。（4）功耗

包括“維持功耗”和“