微机第五章存储器

2020/1/251存储器及其扩展技术存储器分类存储器接口寻址技术：地址译码存储器扩展2020/1/252计算机的基本概念生物反射弧：感应器、传入神经、神经中枢、传出神经、效应器2020/1/253系统流程2020/1/254微机系统的结构2020/1/2558086/8088微处理器2020/1/256微型计算机存储器微型机的存储器分为内存储器和外存储器。内存储器与CPU以及各种接口电路组成微型机的主机。内存储器在主机内部，CPU通过其3总线（地址、数据、控制）直接对它进行访问。2020/1/257微型计算机存储器---内存储器内存储器存放CPU当时正要处理的程序和数据，因此，它的存取速度要求和CPU的处理速度相匹配，但存储容量相对于外存储器可以小一些。常用的内存储器：磁芯存储器和半导体存储器，目前微型机都用半导体存储器.2020/1/258微型计算机存储器----外存储器外存储器属于计算机的外部设备(I/O)，它存储的信息要通过接口电路输入到内存储器后才能供CPU处理。通常用来存储CPU当前操作暂时用不着的信息因此，它的速度可以要求低一些，但存储容量相对于内存储器要大得多，所以又称它为海量存储器，或称为虚拟存储（VirtualMemory）。外存储器有磁带、磁盘（硬盘和软盘），光盘，Flash存储器（优盘）等。2020/1/259半导体存储器的分类双极型RAM随机存储器RAMMOS型静态RAM半导体RAM动态RAM存储器掩膜式ROM可编程PROM只读存储器ROM可擦式EPROM电可擦式EEPROM2020/1/2510习题为8086CPU扩展：程序存储区A000：0000H~07FFH.数据存储区A000：0800H~0FFFH可用EPROM2716:2K×8，RAM:2K×8,译码器可选74LS138。0000,0111,1111,1111B07FFH-0000H+1=1000,0000,0000B=2K0FFFH-0800H+1=2k16位RAM与ROM的特点比较RAM•CPU对其可进行读写操作。•失电后内容丢失。•用于存放当前执行的程序、数据、堆栈、I/O缓冲和系统参数。•SRAM用作Cache,DRAM用作主存。ROM•CPU只能对其进行读出操作而不能进行写入。•失电后内容不丢失。•用于存放固定不变的程序，如:各种系统软件、监管程序、汇编程序、常数和函数表。•ROM、PROM、EPROM、E2PROM、FlashMemory2020/1/2511半导体存储器的性能指标（1）容量（2）存取时间:是指存数的写操作和取数的读操作所占用的时间，一般以ns为单位。存储器芯片的手册中一般要给出典型的存取时间或最大存取时间。在芯片外壳上标注的型号后往往也给出了时间参数，例如：2732A－20，表示该芯片的存取时间为200ns。（3）功耗（4）电源2020/1/2512存储器地址分配及译码器首先要确定内存容量(存储区大小，寻址范围）、并选择存储器芯片的容量大小。在设计微机内存时，要选择若干存储器芯片才能达到内存容量的要求。这些选择好的存储器芯片如何同CPU有效地连接并能有效地寻址，就存在一个存储器的地址分配问题.在进行地址分配时，一定要将ROM和RAM分区域安排。IBMPC／XT将ROM安排在高端，而把RAM安排在低端。2020/1/2513存储器地址分配及译码器存储器系统设计是将所选芯片与所确定的地址空间联系起来，即将芯片中的存储单元与实际地址一一对应，这样才能通过寻址对存储单元进行读写。每一个存储器芯片都有一定数量的地址输入端（AB，信息输入），用来接收CPU的地址输出信号。CPU的地址输出信号，原则上每次只能寻址到一个存储单元。到底一个地址信号实际上能够寻址到哪个芯片（或几个芯片共同组成一个8位/的单元或16位的字）上的哪一个单元，这就要由地址译码器来确定。2020/1/2514存储器芯片与CPU的连接CPU对存储器的读写操作过程：首先是向其地址线发地址信号，然后向控制线发读写控制信号，最后再在数据线上传送数据信息。每一块存储器芯片，其地址线、数据线和控制线都必须和CPU建立正确的连接，才能进行正确的读写操作。（P50图2-18；2-18）CPU与存储器的连接就是指地址线的连接、数据线的连接和控制线的连接。连接时，应考虑以以下几个问题：1．CPU总线的负载能力2．存储器与CPU的速度匹配问题3．存储器的寻址方法2020/1/2515存储器的寻址方法存储器芯片与CPU地址总线的连接方式，必须满足对这些芯片所分配的地址范围的要求。片选：CPU发出的地址信号必须实现两种选择：首先对存储器芯片的选择，使相关芯片的片选端CS为有效。字选：在选中的芯片内部再选择某一存储单元。片选信号和字选信号均由CPU发出的地址信号经译码产生。片选信号由存储器芯片的外部译码电路产生，这需要自行设计；而字选信号由存储器芯片的内部译码电路产生，不需要用户设计。外部译码电路的两种译码方法：（1）线性选择法（2）全地址译码法2020/1/25161）线性选择法线选法：直接用CPU地址总线中某一高位线作为存储器芯片的片选信号。线选法的优点是连接简单，片选信号的产生不需要复杂的逻辑电路，只用一条地址线与MREQ的简单组合就可产生有效的CS。缺点：1）地址的不连续性和多义性当采用线选法时，若低位地址线用于字选，高位地址线用作线选，当高位地址未全部用完、而又没有对其控制2）即使所有高位地址线都用作线选，其能寻址的存储空间十分有限。2020/1/25172）全译码法全译码法将高位地址线全部作为译码器的输入，用译码器的输出作片选信号；低位地址线用作字选，与芯片的地址输入端直接相连。所有的地址线均参与片内或片外的地址译码，不会产生地址的多义性和不连续性。在全译码方式中，译码电路的核心常用一块译码器充当，例如前面介绍的74LS138等。2020/1/2518所需芯片数：EPROM:片RAM:片程序存储器的地址范围：1010,0000,0000,0000,00001010,0000,0111,1111,1111数据存储器的地址范围：1010,0000,1000,0000,00001010,0000,1111,1111,11112K1622K82K1622K82K=2111G2AG2BGCBAiY0xxx1xxx1xxxxxxxxx全部为1全部为1全部为11000000010100111001011101110Y=0,1其余为1Y=0,1其余为2Y=0,1其余为3Y=0,1其余为4Y=0,1其余为5Y=0,1其余为6Y=0,1其余为7Y=0,1其余为74LS138译码器真值表2020/1/2519接线CPU数据线地址线M/IORDWR74LS138G端子(3个)输入端子(ABC)输出端子(Y0~Y7)EPROM数据线地址线OECERAM数据线地址线OECSWE2020/1/2520存储器扩展技术存储芯片名称RAM、ROM规格、型号与引脚存储空间（容量大小）、寻址范围“页”的概念片选、字选（单元选择）CPU引脚（P39）存储器与CPU接口：存储器的扩展技术2020/1/2521IBMPC／XT系统板上RAMPC／XT系统板上共有256KB的RAM，由4个体（BANK0～BANK3）组成，每个体内由9片4164组成64KB×9的存储空间，第9位用于奇偶校验。图5－13给出了连接框图。地址信号:4164需要16条片内地址线（字选线），因此，每片4164均与CPU的地址线A0～A15相连，中间加了2个地址锁存器74LS158，分别锁存A0～A7和A8～A1516位地址。地址线的高端A16～A19，均接入了译码系统。译码系统由两片74LS138和部分门电路组成，产生了4组行、列地址选择信号RAS0～RAS3和CAS0～CAS3，进行行、列地址的选通。(参见P153）2020/1/2522IBMPC／XT系统板上RAM控制信号:所有4164的WE端连在一起，与系统总线上的写控制端XMEMW连接，XMEMW是由CPU的WR控制的，当XMEMW有效时，所有芯片处于等待写入状态；否则，处于读出状态。刷新:4164是动态RAM芯片。刷新控制由系统板上的82375DMA控制器的通道0来完成。8237送出的DACKOBRQ信号有效时，意味着刷新操作的开始。2020/1/25238086／8088的存储器组织存储器的标准结构8086CPU有20位地址线，可寻址1MB的存储空间。存储器通常按字节组织排列成一个个单元，每个单元用一个惟一的地址码表示，这称为存储器的标准结构。若存放的数据为8位，则将它们按顺序进行存放；若存入的数据为一个16位的字，则将字的最高字节存于高地址单元，低位字节存于低地址单元；若存放的数据为32位的双字，则将地址指针的偏移量（字）存于低地址的字单元中，将地址指针的段基址（字）存于高地址的字单元中。2020/1/25248086CPU存储区的实际结构存储空间实际上被分成两个512KB的存储体（或称为存储库），分别叫做高位库和低位库。高位库与8086数据总线中的D15～D8相连，库中每个单元的地址均为奇数；低位库与数据总线中的D7～D0相连，库中每个单元的地址均为偶数。地址线A0和控制线BHE用于库的选择，分别接到每个库的选择端SEL，其余地址线A19～A1同时接到两个库的存储芯片上，以寻址每个存储单元。存储器高低位库与总线的连接如图5－14所示。当BHE＝0时，选中奇数地址的高位库；当A0＝0，选中偶数地址的低位库。2020/1/2525CPU8088的内存储器8088外部数据总线为8位，因此，它所对应的1MB的存储空间是一个不分高位库和低位库的单一存储体。这样，无论是对16位的字数据，还是对8位的字节数据；也无论是对规则字，还是对非规则字的操作，其每一个总线周期都只能完成一个字节的存取操作。对16位数据操作所构成的连续两个总线周期是由CPU执行这类指令自动完成的，不需要再用软件进行干预。这样，8088的存储器和总线连接时，地址线中的A0和其余各位A19～A1都具有同样的作用，参与对单元的寻址，而不像在8086中专用它作为低字节库的选择信号SEL。8088存储器与总线的连接。2020/1/25262．存储器分段8086用20位地址信号，寻址1MB的内存空间，每个单元的实际地址PA需用5位十六进制数表示。但CPU内部存放地址信息的一些寄存器，如指令指针IP、堆栈指针SP、基指针BP、变址寄存器SI、DI和段寄存器CS、DS、ES、SS等都只有16位，显然不能存放PA而直接寻址1MB空间，为此，在16位或16位以上的微处理器引入存储器分段的概念。分段就是把1MB空间分为若干逻辑段，每段最多可含64KB的连续存储单元。每个段的首地址是一个能被16整除的数（即最后4位为0），首址是用软件设置的。运行一个程序所用的具体存储空间可以为一个逻辑段，也可以为多个逻辑段。段和段之间可以是连续的、断开的、部分重叠的或完全重叠的。