微机原理第四章存储器

4-14.1现代高档微机系统的存储器体系结构4.1.1分级存储器结构4.1.2虚拟存储器结构4-24.1现代高档微机系统的存储器体系结构4.1.1分级存储器结构分级存储器结构示意图CPU内部寄存器高速缓冲存储器(Cache)内存储器外存储器容量增速度、位价格减高速缓存的引入，把慢速的内存当高速内存来使用。4.1.2虚拟存储器结构虚拟存储器技术是在内存与外存之间引入相应的硬件和软件，把大容量的外存当大容量的内存来使用。4-34.2半导体存储器的分类与选用原则半导体存储器的分类存储器芯片的选用原则4-44.2.1半导体存储器的分类4.2半导体存储器的分类与选用原则•ROM的类型•RAM的类型掩模ROMPROMEPROME2PROMFlashROMSRAMDRAMIRAMNVRAM半导体存储器从功能和应用角度主要有两大类:4-5FlashROM的特点:4.2.1半导体存储器的分类兼具有EEPROM、SRAM和DRAM的优点：■速度高、密度大；非易失；■内含命令、状态寄存器，可在线编程；■可整片/按扇区/按页面/按字节擦写；■有数据保护、保密能力。FlashROM应用：■主板、显卡BIOS■移动存储器■MP3播放器■数码相机、摄像机存储卡■嵌入式、便携式系统电子盘4-64.2.2存储器芯片的选用原则4.2半导体存储器的分类与选用原则1.ROM与RAM的选用2.ROM类型的选用3.RAM类型的选用4.芯片型号的选用掩模ROMPROMEPROME2PROMFlashROMSRAMDRAM内存条4个层面4-74.3存储器芯片和存储条的接口特性——设计/扩展存储器系统的基础4.3.1各类存储芯片的接口共性4.3.2DRAM的接口特殊性4.3.3DRAM存储条及其接口特性了解存储芯片的接口特性,实质上就是要了解它有哪些与CPU总线相关的信号线，以及这些信号线相互间的定时关系；在此基础上,进而弄清楚这些信号线与CPU的三大总线应如何连接。4-84.3.1各类存储芯片的接口共性1.各类存储器芯片的通用引脚从与CPU接口的特性看，各类存储器芯片除电源线和地线外，一般都有以下四类外部引脚信号线：4.3存储器芯片和存储条的接口特性用于选择存储器存储单元用于向存储器芯片写入或从存储器芯片读出数据用于选择存储器芯片用于控制存储器芯片中数据的读出或写入存储器芯片的通用引脚A0A1AnD0D1Dm地址线OEWE数据线读允许片选写允许CS4-92.与CPU的连接特性不匹配4.3.1各类存储芯片的接口共性4类接口信号线（电源线除外）数据线地址线片选线读/写控制线直连直连地址译码器DB低位高位AB匹配直连等待产生电路CB相应线CPU关键：高低位AB如何划分根据译码方式的不同，可有三种常用片选控制方法：1、线选法2、全译码法3、局部译码法4-104.3.2DRAM的接口特殊性①动态刷新②地址线二路复用2.DRAM接口的特殊性●DRAM芯片集成度高，存储容量大，为节省外部引脚，其地址输入一般采用两路复用锁存方式1.DRAM在原理和结构上与SRAM有很大不同：●DRAM是靠电荷存储器件（或电容）存储信息，由于电容存在漏电现象，不停电也会导致信息丢失。4.3存储器芯片与CPU的接口特性4-114.3.3.DRAM存储条及其接口特性1.DRAM存储条4.3存储器芯片与CPU的接口特性微机系统中使用的内存都是将多片DRAM芯片塑封在一个长条型印刷电路板上的DRAM内存条，以便于减小体积、扩充容量和更换模块。内存条有以下三种结构:SIMM（SingleIn-LineMemoryModule）DIMM（DualIn-LineMemoryModule）RIMM（RambusIn--LineMemoryModule）4-122.DRAM存储条实物样例3.各类内存条接口特性及安装规则4.3.3.DRAM存储条及其接口特性(a)168线256MBSDRAM内存条(b)184线256MBDDRSDRAM内存条4-134.4内存储器系统的构成原理——用存储器芯片构成存储器系统存储器结构的确定——单体？多体？存储器芯片的选配存储器接口的设计——关键三项任务：4-144.4.1存储器结构的确定在微机系统中，为能支持多种数据宽度操作，存储器一般都按字节编址，以字节为单位构成。所以：对8位微机，用单体结构对16位微机，用双体结构对32位微机，用4体结构……4-151.双体存储器结构示例（80286存储器）A0~A23BHE80286D0~D15地址锁存器4.4.1存储器结构的确定A1~A23A0BHE地址总线D0~D7D8~D15数据总线偶数存储体奇数存储体FFFFFEFFFFFC000002000000000003000001FFFFFDFFFFFF4-162.8体存储器结构示例（Pentium存储器）PentiumA3~A31D0~D63地址锁存器存储体0存储体1存储体2存储体7数据收/发驱动器A3~A31D0~D7D16~D23D56~D63D8~D15D0~D63BE7BE2BE1BE04.4.1存储器结构的确定4-174.4.2存储器芯片的选配位扩展字扩展字位扩展存储器芯片的选配包括芯片的选择和组配两方面。其中，存储器芯片的组配又包括：4-184.4.2存储器芯片的选配通过位扩展，满足（8位）字长要求。地址总线A0A91K×1位76543210DDDD7D6D5DDDD4D3D2D1D0DDA0A9CSWE数据总线•地址、片选、读/写控制线并连•数据线分连等效的1K×8位芯片位扩展字扩展字位扩展例如，用1K×1位芯片组成1KB存储器的位扩展设计如下：4-19位扩展字扩展字位扩展4.4.2存储器芯片的选配通过字扩展，满足字数（地址单元数）要求。例如，用1K×8位的芯片（或芯片组）构成的4KB存储器的字扩展设计如下：CSY0Y1Y2Y3译码器WED0～7810A0～9A10A114K×8位芯片D0～7WEA0～9CS1K×8位(3#)D0～7WEA0～9CS1K×8位(2#)D0～7WEA0～9CS1K×8位(1#)D0～7WEA0～9CS1K×8位(0#)字扩展方法：•地址线、数据线、读/写等控制线并连•片选线分连4-20位扩展字扩展字位扩展4.4.2存储器芯片的选配当存储芯片的字长和存储单元数均不能满足存储器系统的要求时，就需要进行字位全扩展。包括两方面设计：位扩展设计字扩展设计4-21实际上就是要解决存储器同CPU三大总线的正确连接与时序匹配问题。而重点又是在地址分配的基础上实现地址译码。1.存储器片选控制方法2.存储器接口设计举例4.4.3存储器接口设计4-22•线选法•局部译码法•全局译码法低位地址线直接接片内地址，将余下的高位地址线分别作为芯片的片选信号。1.存储器片选控制方法A0～A102KB(0)11A0～A10A11A0～A102KB(1)A0～A102KB(3)A0～A102KB(2)A12A13A14CSCSCSCSA15用于片选的地址线(A14～A11)在每次寻址时只能有一位有效，不允许同时有多位有效，因此，存储空间的利用率低。4.4.3存储器接口设计4-23译码器A0～A102KB(0)11A0～A10A0～A102KB(1)A0～A102KB(7)A11～A15中任三根CSCSCS部分高端地址线未参与译码，也存在地址重叠和地址不连续问题，一般在线选法不够用，而又不需要全部地址空间时使用，以简化译码电路。对余下高位地址总线中的一部分进行译码，译码输出作为各存储器芯片的片选控制信号。•线选法•局部译码法•全局译码法1.存储器片选控制方法4.4.3存储器接口设计4-24与前两种译码方法相比，存储空间利用率最高且译出的地址连续，不存在地址重叠问题，但译码电路最复杂。对余下高位地址总线全部译码，译码输出作为各存储器芯片的片选控制信号。•线选法•局部译码法•全局译码法无论是局部译码还是全译码，译码方案既可采用门电路译码、译码器芯片译码，还可采用PROM芯片译码等。1.存储器片选控制方法4.4.3存储器接口设计译码器A0～A128KB(0)13A0～A12A0～A128KB(1)A0～A128KB(3)A13～A15CSCSCSY0Y1Y3Y4～Y74-252.存储器接口设计举例例4.1试用2732EPROM芯片为某8位微机系统(地址总线宽度为20位)构建一个32KB的程序存储器，要求存储器地址范围为F8000H至FFFFFH。分析：2732为4K×8位的EPROM芯片。此例不必进行位扩展，但要进行字扩展,即用8片2732芯片将存储器字数扩展到32K个。∴关键是在地址分配的基础上确定译码方案4.4.3存储器接口设计4-26解：（1）根据要求列出存储器地址分配表容量分配芯片地址范围容量分配芯片地址范围4KB2732-1F8000～F8FFFH4KB2732-5FC000～FCFFFH4KB2732-2F9000～F9FFFH4KB2732-6FD000～FDFFFH4KB2732-3FA000～FAFFFH4KB2732-7FE000～FEFFFH4KB2732-4FB000～FBFFFH4KB2732-8FF000～FFFFFH4.4.3存储器接口设计4-27外译码(选片)译码允许译码输入内译码(选单元)A19A18A17A16A15A14A13A12ROM(1)ROM(2)ROM(3)ROM(4)000～FFFA11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0ROM(5)ROM(6)ROM(7)ROM(8)000～FFF000～FFF000～FFF000～FFF000～FFF000～FFF000～FFF(全0到全1)0000010100111001011101111111111111111111111111111111111111111111（2）根据要求列出存储器地址分配表4.4.3存储器接口设计4-28(3)确定译码电路片选译码电路1A12A13A14A15A16A17A18A191KΩ+5VCBG2AG1AY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7F8000～F8FFFHF8000～F8FFFHFA000～FAFFFHFB000～FBFFFHFC000～FCFFFHFD000～FDFFFHFE000～FEFFFHFF000～FFFFFH74LS138&G2BIO/M4.4.3存储器接口设计4-29(4)存储器电路1A12A13A14A16A15WAITIO/MA17A18A191kΩY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7ABCG2AG2BG174LS138+5VA0～A11273232K×8bitD0～D7CSCSOECSRDCSCSCSCSCS&4.4.3存储器接口设计4-30解：该例SRAM芯片字长不足8位,需用2个芯片为一组进行位扩展后，再进行字扩展。芯片组位分配地址范围A19A18A17A16A15A14A13A12～A00#、2#10010000000～1FFFH90000～91FFFH1#、3#10010010000～1FFFH92000～93FFFH例4.2试用8K×4位的SRAM芯片为某8088微机系统构成一个16KB的RAM存储器，RAM的起始地址为90000H。(1)列出各芯片组的地址范围和存储器地址位分配4.4.3存储器接口设计4-31（2）用门电路译码来产生2个芯片组的片选信号。字位扩展设计如下：用8K×4位芯片构成的16KB存储器A0～A12CSD0～D3WE8K×4位(1#)A0～A12CSD0～D3WE8K×4位(2#)A0～A12CSD0～D3WE8K×4位(0#)&WRD4～D7413A0～A12A19A18A17A16A15A14A0～A12CSD0～D3WE8K×4位(3#)D0～D34≥1≥1A13M/IO4.4.3存储器接口设计4-32例4.3试用16K×8位的SRAM芯片为某8086微机系统设计一个256KB的RAM存储器系统，RAM的起始地址为00000H。偶数存储体奇数存