微机接口courseware-cpu5

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五章 存储器系统,重点,存储器的基本工作原理,存储器的扩展技术,根据给出的存储器系统设计图，写出使用范围,根据给出的范围，画出存储器系统的译码电路,5.1.1,存储器的一般概念,存储器是计算机中的记忆设备，用来存放程序和数据。,存储器有两种操作：,读操作从存储器中读出信息（非破坏性操作）。,写操作把信息写入存储器（破坏性操作）。,512,存储器的分类,内部存储器,由,RAM,和,ROM,组成，是计算机的组成部分之一，用来存放当前运行所需要的程序和数据。,CPU,可以直接对其进行访问。,主存容量小，存取速度快。,外部存储器,属于,CPU,的外部设备，用来存放系统程序或当前不参加运算的数据和程序。,CPU,不能对其直接访问，如磁盘、磁带。,存取速度相对比较慢，但容量大，价格低。,1,存储元,存储器由若干个存储元构成。一个存储元（电容或双稳态电路）存储一位二进制信息。,组成存储元的物理器件：电容、双稳态电路等,8,个存储元称,1,个字节。存储器中包含字节的总数叫存储容量。如,64KB,，,1MB,，,1GB,等。,2,半导体存储器及其分类,随机存取存储器,RAM,只读存储器,ROM,双极型,MOS,型,静态,SRAM,动态,DRAM,不可编程掩膜,ROM,可编程,PROM,可读写,ROM,紫外线擦除,EPROM,电子擦除,EEPROM,1,、随机存储器（,RAM,）,特点：,用来存放当前运行的程序和数据。,数据的输入输出与读取的时间和位置无关。,读出不破坏原来数据。写入取代原有内容。,断电则丢失所有内容。,按其制造工艺可以分为,双极型半导体,RAM,和,金属氧化物半导体（,MOS,）,RAM,。,2,只读存储器,ROM,特点：,具有非易失性，掉电不丢失信息。,结构简单，位密度比,RAM,高。,只能读出，不能用通常方法写入。,用途,存放常驻内存监控程序、,BIOS,程序。,存放某种语言的解释程序。,根据制造工艺分,ROM,、,PROM,、,EPROM,、,E,2,PROM,。,只读存储器分,类,掩模式只读存储器（,ROM,）,可编程,ROM,（,PROM,）,可擦除的,PROM,513,存储器的主要技术指标,存储容量,存储单元个数,每存储单元位数,8K 8bit,（,8KB,），,256K 1bit,存储器的,存取时间和存取周期,CPU,读写存储器时间,存储器的额定,存取时间,存取周期存取时间,可靠性,MTBF,为,500,万,1,亿小时,功耗,并非,500,万小时（约为,570,年）不出故障。,1/570,年，,0.175%,，一年内一万个存储器只有,17.5,个会出故障,5.2,随机存取存储器,RAM,随机存取存储器,RAM,主要用来存放当前运行的程序、各种输入,/,输出数据、中间运算结果及堆栈等，其存储的内容既可随时读出，也可随时写入和修改，掉电后内容会全部丢失。,5.2.1,静态随机存储器,输入,W,位线,3.5V,X,行译码,Y,列译码,B,A,T,1,T,2,T,3,T,4,T,5,T,7,T,8,W,输出,T,6,I/O,控制,由六个,MOS,管组成的双稳态电路（触发器）,具有记忆功能的两态部件,可以记忆一位二进制数代码,。,1,、,6264,存储芯片,SRAM 6264,外部引线,SRAM,6264,A,0,A,12,D,0,D,7,OE,WE,CS1,Vcc,8K,8,位,GND,CS2,28,引脚,A,0,-A,12,地址线,2,13,8192,（,8K,）,存储单元,D,0,-D,7,数据线,8,根数据线说明每个存储单元可以存储,8,位二进制信息。,#CS1,CS2,片选信号,#OE,输出允许信号,#WE,写允许信号,2,、,6264,的工作过程,写,写入数据的过程,将单元地址送到芯片的地址线,A0-A12,写入的数据送数据线,CS,1,和,CS,2,有效，,WE,有效，,#OE,任意,数据写到指定单元,图,5,5,写过程,写周期时间,A,0,-A,12,#CS,1,CS,2,#WE,D,0,-D,7,地址建立时间,写脉冲宽度,数据,6264,的工作过程,读,读入数据的过程,将单元的地址送到芯片的地址线,A,0,-A,12,#CS,1,和,CS,2,同时有效，,#WE,1#OE=0,选中单元内容从数据线读出,读周期时间,A,0,-A,12,#CS,1,CS,2,#OE,D,0,-D,7,地址建立时间,读脉冲宽度,数据,图,5,6,读过程,3,、,SRAM,芯片应用,将,SRAM,芯片与系统连接：,控制信号和数据信号,:CS,1,CS,2,OE,WE,D,0,-D,7,地址信号,:A,0,A,19,片选信号,:A,13,A,19,由高位地址信号及控制信号经译码电路产生。,用高位地址信号确定芯片在整个内存中的地址范围。,片内译码,:A,0,-A,12,由存储芯片内部完成。,用低位地址信号经片内译码选择一个存储单元。,0,00,0,01,0,10,0,11,1,00,1,01,1,10,1,11,00,20H,01,33H,10,FFH,00,A0H,00,C0H,01,66H,10,ABH,00,FEH,译码器,0,1,地址总线,A,2,A,1,A,0,片选信号,片选信号,片内地址,片内地址,数据总线,数据总线,存储器的地址译码（片选）方式,全地址译码,以,8K8,位芯片,SRAM6264,为例,A,13,-A,19,为,138,译码器的输入（片选信号）,A,0,-A,12,与,6264,的地址信号相连（片内地址）,译码电路的构成并不唯一。,例,SRAM6264,的地址范围：,A,19,A,13,A,12,A,0,0011 111 0 0000 0000 0000 3E000H,0011 111 1 1111 1111 1111 3FFFFH,SRAM6264,D,0,-D,7,A,0,-A,12,CS,2,WE,OE,CS,1,+5V,D,0,-D,7,A,0,-A,12,MEMW,MEMR,8088,系统,BUS,G,1,G,2A,G,2B,C,B,A,A,19,A,18,A,17,A,16,A,15,A,14,A,13,Y,7,&,&,1,部分地址译码,用部分高地址译码产生片选信号,地址产生重叠，出现不唯一性,例,A,19,18,17,16,A,151413,A,12 111098,A,0,1,0,1,0,111 0 0000 0000 0000,1,0,1,0,111 1 1111 1111 1111,1,0,1,1,111 0 0000 0000 0000,1,0,1,1,111 1 1111 1111 1111,1,1,1,0,111 0 0000 0000 0000,1,1,1,0,111 1 1111 1111 1111,1,1,1,1,111 0 0000 0000 0000,1,1,1,1,111 1 1111 1111 1111,AE000H,AFFFFH,BE000H,BFFFFH,EE000H,EFFFFH,FE000H,FFFFFH,D,0,-D,7,A,0,-A,12,CS,2,WE,OE,CS1,+5V,D,0,-D,7,A,0,-A,12,MEMW,MEMR,8088,系统,BUS,G,G,2A,G,2B,C,B,A,A,19,A,17,A,15,A,14,A,13,Y,7,138,&,522,动态随机存储器,由,MOS,管,T1,和一个与源极相连的电容,C,组成。,字选线,T1,数据线,C,C,D,D,图,5,13,单管动态存储电路,刷新：是为了补充存储单元失去的电荷。,刷新过程：只改变行地址，依次将存储矩阵地每一行的全部单元送刷新放大器。,刷新周期一般为,2ms,。,1.2164A,芯片引脚功能,2164A,是,64K1,位,DRAM,芯片。,A0,A7,复用地址输入线,地址信号分两次输入，即行地址和列地址。,芯片内部单元是按矩阵排列的，通过片内对行和列信号译码，确定一个单元。,NC,DIN,WE,RAS,A,0,A,1,A,2,地,VCC,CAS,D,OUT,A,6,A,3,A,4,A,5,A,7,1,2,3,4,5,6,7,8,16,15,14,13,12,11,10,9,2164A,芯片引脚功能,片内由,256,行,256,列共同决定,64K,个单元。,Din,数据输入端,Dout,数据输出端,#RAS,行地址锁存信号,#CAS,列地址锁存信号,#WE,写允许信号,NC,DIN,WE,RAS,A,0,A,1,A,2,地,VCC,CAS,D,OUT,A,6,A,3,A,4,A,5,A,7,1,2,3,4,5,6,7,8,16,15,14,13,12,11,10,9,5.2.3,存储器扩展技术,任何存储芯片的存储容量都是有限的，要构成一定容量的内存，需要多个存储芯片进行组合，称为存储器的扩展。,扩展解决的问题有：,位扩展,字扩展,字位扩展,1,位扩展（增加位数）,增加每个存储单元的位数,位扩展总的地址单元数不变，每个单元中的位数增加。,例：,用,2,片,4K4,位存储芯片，经位扩展构成,4KB,的存储器,1,片存高,4,位，,1,片存低,4,位。,4K,4,位,SRAM,D3-D0,4K,4,位,SRAM,D3-D0,R/W,CS,D,0,-D,7,D,4,-D,7,D,0,-D,3,图,5,21,位扩展,A,0,-A,11,2,字扩展（增加存储空间）,例：用,2K8,位的存储芯片，组成,4K8,位的存储器。,位数已满足要求，存储容量,4K,需要,2,片,将每个芯片的地址线、数据线、读,/,写信号按照信号性质分别并联。,片选信号接译码器输出,图,5,21,字扩展,MEMW,MEMR,6116,OE,OE,Y,1,CS,D,7,D,0,R/W,6116,Y,0,R/W,CS,A,13,A,12,A,11,138,译码器,Y,7,：,：,A,B,C,G,2A,G,2B,G,A,19,A,18,A,17,A,16,A,15,A,14,A,10,A,0,&,1,0,00,0,01,0,10,0,11,1,00,1,01,1,10,1,11,00,20H,01,33H,10,FFH,00,A0H,00,C0H,01,66H,10,ABH,00,FEH,译码器,0,1,地址总线,A,2,A,1,A,0,片选信号,片选信号,片内地址,片内地址,数据总线,数据总线,3,字位扩展,例,5,5,用,64K1,位的芯片,2164,，组成,128K8,位的存储器,128K,需,17,根地址线（,2,17,128K,）,A0-A15,片内直接相连,片选信号由高位地址译码器产生。,D,7,:,D,1,D,0,A,0,-A,15,A,B,C,G,2A,G,2B,G,A,19,A,18,A,17,A,16,64K,8,位,64K,8,位,CS,CS,Y,0,138,译码器,Y,1,Y,7,2164,字位扩展,所需芯片数,53,只读存储器,ROM,了解,5.3.1 EPROM,EPROM,用紫外光照射,15,20,分钟即可擦除存储内容，然后用专门的编程写入器重新写入,擦除和编程万次以上。,存储在,EPROM,中的内容可保存几十年之久,掉电内容不会丢失。,5.3.2 EEPROM,EEPROM,（,E,2,PROM,）,是电擦除可编程只读存储器，允许在线（不必从板上拔下）编程写入和擦除。,擦除就是写入,FFH,，,每个单元允许编程和擦除上万次。,写好的数据可以保留十年以上。,533,闪存,Flash Memory(,闪存,),快速电擦写存储器。,目前闪存主要用来构成存储卡（移动存储器）用以代替软磁盘，容量大，移动方便。,用于数码相机、便携式计算机等。,也用于内存的,BIOS,等。,54,高速缓存（,Cache,）,微机的