計算機原理與接口技術(shù)

1、2022-4-132022-4-132022-4-132022-4-132022-4-132022-4-132022-4-132022-4-13微機系統(tǒng)中存儲器的配置微機系統(tǒng)中存儲器的配置2022-4-132022-4-132022-4-132022-4-132022-4-132022-4-132022-4-132022-4-132022-4-132022-4-132022-4-132022-4-13 雙極型存儲器、雙極型存儲器、MOSMOS型存儲器型存儲器2022-4-132022-4-132022-4-132022-4-13存儲器的分類及選用存儲器的分類及選用按按存存儲儲介介質(zhì)質(zhì)分分類類半

2、導體半導體存儲器存儲器磁介質(zhì)存儲器磁介質(zhì)存儲器光存儲器光存儲器Multi-SRAMNV-SRAMFIFOCache雙極型：存取速度快，但集成度低，一般用于大雙極型：存取速度快，但集成度低，一般用于大 型計算機或高速微機中；型計算機或高速微機中；MOS型型掩膜掩膜ROM一次性可編程一次性可編程PROM紫外線可擦除紫外線可擦除EPROM電可擦除電可擦除E2PROM可編程只讀存儲器可編程只讀存儲器FLASH讀寫讀寫存儲器存儲器RAM只讀只讀存儲器存儲器ROM（按讀（按讀寫功能寫功能分類分類)（按器（按器件原理件原理分類）分類）靜態(tài)靜態(tài)SRAM動態(tài)動態(tài)DRAM： 集成度高但存取速度較低集成度高但存取速

3、度較低 一般用于需要較大容量的場合。一般用于需要較大容量的場合。速度較快，集速度較快，集成度較低，一成度較低，一般用于對速度般用于對速度要求高、而容要求高、而容量不大的場合。量不大的場合。(按存儲按存儲原理分原理分類類)2022-4-132022-4-13注意存儲器的容量以注意存儲器的容量以字節(jié)字節(jié)為單位，而存儲芯為單位，而存儲芯片的容量以片的容量以位位為單位。為單位。2022-4-132022-4-132022-4-132022-4-132022-4-132022-4-132022-4-132022-4-132022-4-132022-4-13地址譯碼器存儲矩陣數(shù)據(jù)緩沖器012n-101m控

4、制邏輯CSR/Wn位地址m位數(shù)據(jù)存儲芯片組成示意圖存儲芯片組成示意圖2022-4-132022-4-132022-4-132022-4-132022-4-132022-4-13靜態(tài)靜態(tài)RAM的六管基本存儲單元的六管基本存儲單元集成度集成度低低，但速度，但速度快快，價格高，常用做價格高，常用做Cache。1.T1和和T2組成一個組成一個雙穩(wěn)態(tài)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器觸發(fā)器，用于保存數(shù)據(jù)。，用于保存數(shù)據(jù)。T3和和T4為負載管。為負載管。2.如如A點為數(shù)據(jù)點為數(shù)據(jù)D，則，則B點點為數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)/D。T1T2ABT3T4+5VT5T63.行選擇行選擇線有效（高電線有效（高電 平）平）時，時，A 、B處的數(shù)據(jù)信處的數(shù)

5、據(jù)信息通過門控管息通過門控管T5和和T6送送至至C、D點。點。行選擇線行選擇線CD列選擇線列選擇線T7T8I/OI/O4.列選擇列選擇線有效（高電線有效（高電 平）平）時，時，C 、D處的數(shù)據(jù)信處的數(shù)據(jù)信息通過門控管息通過門控管T7和和T8送送至芯片的數(shù)據(jù)引腳至芯片的數(shù)據(jù)引腳I/O。2022-4-132022-4-13動態(tài)動態(tài)RAM的單管基本存儲單元的單管基本存儲單元集成度集成度高高，但速度較，但速度較慢慢，價格低，一般用作，價格低，一般用作主存主存。行選擇線行選擇線T1B存儲存儲電容電容CA列選列選擇線擇線T2I/O1. 電容上存有電荷時，表示存儲電容上存有電荷時，表示存儲數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)A為邏輯為

6、邏輯1；2. 行選擇線有效時，數(shù)據(jù)通過行選擇線有效時，數(shù)據(jù)通過T1送至送至B處；處；3. 列選擇線有效時，數(shù)據(jù)通過列選擇線有效時，數(shù)據(jù)通過T2送至芯片的數(shù)據(jù)引腳送至芯片的數(shù)據(jù)引腳I/O；4. 為防止存儲電容為防止存儲電容C放電導致數(shù)放電導致數(shù)據(jù)丟失，必須定時進行刷新；據(jù)丟失，必須定時進行刷新；5. 動態(tài)刷新時行選擇線有效，而動態(tài)刷新時行選擇線有效，而列選擇線無效。（刷新是逐行列選擇線無效。（刷新是逐行進行的。）進行的。）刷新放大器刷新放大器2022-4-132022-4-13 6 2 6 4 VC C W E C E2 A8 A9 A11 O E A1 0 C E1 I/O7 I/O6 I/O

7、5 I/O4 I/O3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 11 1 2 1 3 1 4 2 8 2 7 2 6 2 5 2 4 2 3 2 2 2 1 2 0 1 9 1 8 1 7 1 6 1 5 N C A1 2 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 I/O0 I/O1 I/O2 G N D A0 A1 2 I/O0 I/O1 2 C E1 C E2 W E O E 地 址 線 雙 向 數(shù) 據(jù) 線 片 選 線1 片 選 線2 寫 允 許 線 讀 允 許 線 2022-4-132022-4-132022-4-132022-4-132022-4-132022-4-13202

8、2-4-132022-4-132022-4-132022-4-132022-4-132022-4-132022-4-132022-4-132022-4-132022-4-132022-4-132022-4-13OEPGM/CE2022-4-132022-4-13PGM/CEOE2022-4-132022-4-132022-4-132022-4-132022-4-132022-4-132022-4-132022-4-13CEOEWE2022-4-132022-4-13CEOEWE工作方式工作方式VPPA9A0DQ0DQ7只讀只讀方式方式讀讀LLHVPPLA9A0數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)輸出備用備用HVPPL

9、高阻高阻輸出禁止輸出禁止LHHVPPLL高阻高阻廠碼識別廠碼識別LLHVPPLVIDL廠碼輸出廠碼輸出器件識別器件識別LLHVPPLVIDH標識輸出標識輸出讀讀/寫寫方式方式讀讀LLHVPPHA9A0數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)輸出備用備用HVPPH高阻高阻輸出禁止輸出禁止LHHVPPH高阻高阻編程編程LHLVPPH數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入VID可以是地電位，通過一個電阻直接接地，或者使可以是地電位，通過一個電阻直接接地，或者使V。VPPL是滿足芯片編程要求的編程電壓，是滿足芯片編程要求的編程電壓，11. 4V12.6V。VPPH是標識碼讀出的激活電壓，要求是標識碼讀出的激活電壓，要求11.5V13.0V2022-4

10、-132022-4-13命令命令第一周期第一周期第二周期第二周期指令操作指令操作地址地址數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)指令操作指令操作地址地址數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)讀存儲單元讀存儲單元寫操作寫操作00/FFH讀操作讀操作注注注注擦除啟動擦除啟動/擦除擦除寫操作寫操作20H寫操作寫操作20H擦除校驗擦除校驗寫操作寫操作注注A0H讀操作讀操作注注編程啟動編程啟動/編程編程寫操作寫操作40H寫操作寫操作注注注注編程校驗編程校驗寫操作寫操作C0H讀操作讀操作注注復位復位寫操作寫操作FFH寫操作寫操作FFH 為被校驗單元的地址，為被校驗單元的地址， 為被讀存儲單元的地址，為被讀存儲單元的地址， 為被為被寫入存儲單元的地址，寫入存儲單元的地

11、址， 為從指定存儲單元讀出的數(shù)據(jù)，為從指定存儲單元讀出的數(shù)據(jù)， 為被校驗存儲單元的數(shù)據(jù)，為被校驗存儲單元的數(shù)據(jù)， 為要寫入的數(shù)據(jù)，為要寫入的數(shù)據(jù)， 為被編程為被編程存儲單元的數(shù)據(jù)存儲單元的數(shù)據(jù)2022-4-132022-4-132022-4-132022-4-132022-4-132022-4-13主板速主板速度度微處理器微處理器速度速度DRAM類型類型DRAM速度速度應用應用時間時間5MHz66MHz5MHz200MHzFPM DRAMEDO DRAM5MHz16MHz1981199666 MHz200MHz600MHzPC66 SDRAM66 MHz19972000100MHz500MHz

12、以以上上PC100SDRAM100MHz19982000133MHz600MHz以以上上PC133SDRAM133MHz199920022022-4-132022-4-132022-4-132022-4-132022-4-132022-4-13存儲芯片存儲芯片存儲模塊存儲模塊存儲體存儲體 進行進行位擴展位擴展 以實現(xiàn)按字節(jié)編以實現(xiàn)按字節(jié)編址的結(jié)構(gòu)址的結(jié)構(gòu) 進行進行字擴展字擴展 以滿足總?cè)萘恳詽M足總?cè)萘康囊蟮囊蟠鎯w、地址譯碼、存儲體、地址譯碼、數(shù)據(jù)緩沖和讀寫控制數(shù)據(jù)緩沖和讀寫控制 位擴展：位擴展：因每個字的位數(shù)不夠而擴展數(shù)據(jù)輸出線的數(shù)目；因每個字的位數(shù)不夠而擴展數(shù)據(jù)輸出線的數(shù)目；字擴展字擴

13、展：因總的字數(shù)不夠而擴展地址輸入線的數(shù)目，所以也稱為因總的字數(shù)不夠而擴展地址輸入線的數(shù)目，所以也稱為地址擴展；地址擴展；2022-4-132022-4-13存儲芯片的位擴展：存儲芯片的位擴展：64K*1I/O64K*1I/O64K*1I/O64K*1I/O64K*1I/O64K*1I/O64K*1I/O64K*1I/OD0D7用用64K1bit的芯片擴展實現(xiàn)的芯片擴展實現(xiàn)64KB存儲器存儲器進行位擴展時，模塊中所有芯片的進行位擴展時，模塊中所有芯片的地址線和控制線互連地址線和控制線互連形成整個形成整個模塊的地址線和控制線，而各芯片的模塊的地址線和控制線，而各芯片的數(shù)據(jù)線并列（位線擴展）數(shù)據(jù)線并

14、列（位線擴展）形形成整個模塊的數(shù)據(jù)線（成整個模塊的數(shù)據(jù)線（8bit寬度）。寬度）。 A0 A15R/WCS等效為等效為64K*8A0 A15D0 D7R/WCS1. 存儲器容量的擴展存儲器容量的擴展2022-4-132022-4-13存儲芯片的字擴展：存儲芯片的字擴展：用用8K8bit的芯片擴展實現(xiàn)的芯片擴展實現(xiàn)64KB存儲器存儲器D0 D764K*1D0764K*1D0764K*1D0764K*1D0764K*1D0764K*1D0764K*1D07CS1 CS1 8K*8D07CS 3-8譯譯碼碼器器Y0Y1Y7A13 A14 A15 進行字擴展時，模塊中所有芯片的進行字擴展時，模塊中所有

15、芯片的地址線、控制線和數(shù)據(jù)地址線、控制線和數(shù)據(jù)線互連線互連形成整個模塊的低位地址線、控制線和數(shù)據(jù)線形成整個模塊的低位地址線、控制線和數(shù)據(jù)線 ， CPU的的高位地址線（擴展的字線）被用來譯碼以形成對各個芯片的選擇高位地址線（擴展的字線）被用來譯碼以形成對各個芯片的選擇線線 片選線片選線 。 A0 A12R/W64K*8A0 A15D0 D7R/WCS等效為等效為2022-4-132022-4-132. 存儲器模塊設(shè)計存儲器模塊設(shè)計q確定芯片確定芯片型號及數(shù)量型號及數(shù)量 根據(jù)容量、速度、價格、功耗等要求，確定芯片根據(jù)容量、速度、價格、功耗等要求，確定芯片的具體型號和數(shù)量。如考慮選用的具體型號和數(shù)量

16、。如考慮選用SRAM還是還是DRAM，是否需要，是否需要E2PROM、FLASH等等。等等。思考：思考：若要求若要求擴展擴展64K容量的內(nèi)存，以下幾種選擇哪種最優(yōu)？容量的內(nèi)存，以下幾種選擇哪種最優(yōu)？ 64K 1的芯片數(shù)量的芯片數(shù)量N=(64K 8)/(64K 1)=1 8片片;需位擴展需位擴展 8K 8的芯片數(shù)量的芯片數(shù)量N=(64K 8)/(8K 8)=8 1片；片；需字擴展需字擴展 16K 4的芯片數(shù)量的芯片數(shù)量N=(64K 8)/(16K 4)=4 2片；片；需字位擴展需字位擴展芯片的芯片的種類和數(shù)量種類和數(shù)量應越少越好；在芯片數(shù)量相同的情應越少越好；在芯片數(shù)量相同的情況下應考慮總線的況

17、下應考慮總線的負載能力負載能力和系統(tǒng)連接的和系統(tǒng)連接的復雜性。復雜性。從總線負載和系統(tǒng)連接來看，第二種選擇最好。從總線負載和系統(tǒng)連接來看，第二種選擇最好。2022-4-132022-4-13存儲器模塊設(shè)計存儲器模塊設(shè)計q內(nèi)存地址空間的分配內(nèi)存地址空間的分配 在在PC機中，大部分存儲區(qū)域已被系統(tǒng)使用或被機中，大部分存儲區(qū)域已被系統(tǒng)使用或被系統(tǒng)保留，用戶擴展存儲器可選擇的地址范圍一系統(tǒng)保留，用戶擴展存儲器可選擇的地址范圍一般落在般落在0C0000H 0DFFFFH范圍內(nèi)。當然，實范圍內(nèi)。當然，實際設(shè)計時，還需要考慮系統(tǒng)的具體配置，以及是際設(shè)計時，還需要考慮系統(tǒng)的具體配置，以及是否需要設(shè)置選擇開關(guān)來

18、在改變擴展存儲器的地址否需要設(shè)置選擇開關(guān)來在改變擴展存儲器的地址范圍。范圍。 用戶擴展用戶擴展存儲器地址空間存儲器地址空間的范圍決定了存儲芯片的范圍決定了存儲芯片的的片選信號片選信號的實現(xiàn)方式。的實現(xiàn)方式。2022-4-132022-4-13存儲器模塊設(shè)計存儲器模塊設(shè)計另外，如果系統(tǒng)中數(shù)據(jù)總線的寬度大于另外，如果系統(tǒng)中數(shù)據(jù)總線的寬度大于8bit，如，如8086微處理器系統(tǒng)，為了能同時進行微處理器系統(tǒng)，為了能同時進行8位和位和16位操作，位操作，還應該設(shè)計還應該設(shè)計高位庫和低位庫高位庫和低位庫。 即根據(jù)選定存儲芯片的特點確定其即根據(jù)選定存儲芯片的特點確定其字位擴展方式字位擴展方式：通常各存儲芯片

19、上的通常各存儲芯片上的地址線及讀寫控制線均互連地址線及讀寫控制線均互連，而，而數(shù)據(jù)線和片選線數(shù)據(jù)線和片選線的連接方式需根據(jù)具體情況確定。的連接方式需根據(jù)具體情況確定。設(shè)計較大容量存儲器時宜選用容量為設(shè)計較大容量存儲器時宜選用容量為N1的存儲的存儲芯片芯片進行位擴展進行位擴展，而，而不選用字擴展不選用字擴展，為什么？，為什么？2022-4-132022-4-13存儲器模塊設(shè)計存儲器模塊設(shè)計地址總線的地址總線的低位地址線低位地址線直接與各存儲芯片的地址線連接。所直接與各存儲芯片的地址線連接。所需需低位地址線的數(shù)目低位地址線的數(shù)目N與存儲芯片容量與存儲芯片容量L的關(guān)系：的關(guān)系：L2N。片選信號可以采

20、用片選信號可以采用線譯碼、部分譯碼和全譯碼線譯碼、部分譯碼和全譯碼等三種方等三種方式（或三種方式的組合）來實現(xiàn)。式（或三種方式的組合）來實現(xiàn)。 線譯碼線譯碼 部分譯碼部分譯碼 全譯碼全譯碼每組芯片使用一根地址線作片選；每組芯片使用一根地址線作片選；只有部分高位地址線參與譯碼形成片選信號；只有部分高位地址線參與譯碼形成片選信號；全部高位地址線都參與譯碼形成片選信號；全部高位地址線都參與譯碼形成片選信號；地址信號不完全確地址信號不完全確定，所以存在地址定，所以存在地址重疊問題，浪費尋重疊問題，浪費尋址空間，并可能導址空間，并可能導致誤操作；致誤操作；地址總線余下的地址總線余下的高位地址線高位地址線

21、經(jīng)譯碼后，做各存儲芯片的經(jīng)譯碼后，做各存儲芯片的片選片選。通常通常M/IO信號也參與片選譯碼信號也參與片選譯碼2022-4-132022-4-13例例設(shè)某系統(tǒng)地址總線寬度為設(shè)某系統(tǒng)地址總線寬度為20bit，數(shù)據(jù)總線寬度為，數(shù)據(jù)總線寬度為8bit?，F(xiàn)采用現(xiàn)采用8K8芯片實現(xiàn)32KB擴展存儲器，要求其擴展存儲器，要求其地址從地址從0C0000H 開始開始，試畫出該擴展存儲器與系統(tǒng)三總線的試畫出該擴展存儲器與系統(tǒng)三總線的連接方式。連接方式。擴展存儲器共需要擴展存儲器共需要8K 8的的存儲芯片數(shù)量存儲芯片數(shù)量N(32K 8)/ (8K 8)=4 1片片數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線：不要位擴展，芯片數(shù)據(jù)線互連后與系統(tǒng)數(shù)

22、據(jù)線連接：不要位擴展，芯片數(shù)據(jù)線互連后與系統(tǒng)數(shù)據(jù)線連接讀寫控制線讀寫控制線：所有芯片的讀：所有芯片的讀/寫線分別互連后與系統(tǒng)相連寫線分別互連后與系統(tǒng)相連低位地址線低位地址線：8K容量的存儲芯片需要容量的存儲芯片需要13根地址線進行字選，所根地址線進行字選，所有芯片地址線互連后與系統(tǒng)的低有芯片地址線互連后與系統(tǒng)的低13位地址線（位地址線（A0A12）連接；）連接；高位地址線高位地址線：剩余的：剩余的7根系統(tǒng)地址線（根系統(tǒng)地址線（A13 A19）可用于產(chǎn)生所）可用于產(chǎn)生所需的需的4根片選線；根片選線；2022-4-132022-4-13（1）8KBCS（2）8KBCS（3）8KBCS（3）8KBC

23、S1111A13A14A16A15A0A12線選結(jié)構(gòu)示意圖線選結(jié)構(gòu)示意圖線選法線選法 當存儲器容量不大，所使用的存儲芯片數(shù)量不多，而當存儲器容量不大，所使用的存儲芯片數(shù)量不多，而CPUCPU尋址尋址空間遠遠大于存儲器容量時，可用高位地址線直接作為存儲芯空間遠遠大于存儲器容量時，可用高位地址線直接作為存儲芯片的片選信號，片的片選信號，每一根地址線選通一塊芯片，這種方法稱為選每一根地址線選通一塊芯片，這種方法稱為選法。法。2022-4-132022-4-134個片選信號必須使用個片選信號必須使用4根地址線，電路結(jié)構(gòu)簡單，缺點是：根地址線，電路結(jié)構(gòu)簡單，缺點是：u 系統(tǒng)必須保證系統(tǒng)必須保證A16A1

24、3不能同時為有效低電平；不能同時為有效低電平；u 同部分譯碼法一樣，因為最高段地址信號（同部分譯碼法一樣，因為最高段地址信號（ A19 A15 ） 不參與譯碼，也存在地址重疊問題；不參與譯碼，也存在地址重疊問題；A13 A16A14 A15思考：試寫出各芯片占用的地址空間。思考：試寫出各芯片占用的地址空間。R/WD0 D7A0 A128K*8D078K*8D078K*8D07CS1 8K*8D07 8KB(2)CS 8KB(1)CS 8KB(8)CS 2-4譯碼器譯碼器A0A12A13A14Y0Y1Y32022-4-132022-4-13芯片芯片A19 A15 A14A13A12 A0地址空間

25、（順序方式）地址空間（順序方式）000000000000000 1111111111111011011與全譯碼方式的唯一區(qū)別是：系統(tǒng)最高段地址信號（與全譯碼方式的唯一區(qū)別是：系統(tǒng)最高段地址信號（ A19A15 ）不參與片選譯碼，即這幾位地址信號可以為任何值。不參與片選譯碼，即這幾位地址信號可以為任何值。共占用共占用25組地組地址址00000110001111111000110001100000000H01FFFHC0000HC1FFFHF8000HF9FFFH造成造成地址地址空間空間的重的重疊疊C2000HC3FFFHC4000HC5FFFHC6000HC7FFFH2022-4-132022-

26、4-13 8KB(2)CS 8KB(1)CS 8KB(8)CS譯碼器譯碼器A0A12A13A19Y0Y1Y32022-4-132022-4-13芯芯 片片A19 A15 A14A13A12A0地址空間（順序方式）地址空間（順序方式）C0000HC1FFFHC2000HC3FFFHC4000HC5FFFHC6000HC7FFFH全譯碼方式下，系統(tǒng)的全譯碼方式下，系統(tǒng)的每一條地址線都應該參與譯碼。每一條地址線都應該參與譯碼。設(shè)該擴設(shè)該擴展存儲器占用展存儲器占用0C0000H開始開始的一段連續(xù)地址空間，則可用下表的一段連續(xù)地址空間，則可用下表表示系統(tǒng)地址信號與各芯片所占地址空間的關(guān)系：表示系統(tǒng)地址信

27、號與各芯片所占地址空間的關(guān)系：000000000000011111111111111100000110000111000101100011從該表中可以看出：從該表中可以看出： 低位地址線低位地址線A12A0應直接接在存儲芯片上，尋址片內(nèi)應直接接在存儲芯片上，尋址片內(nèi)8K單元；單元；次高位地址線次高位地址線A14A13譯碼后產(chǎn)生片選信號區(qū)分譯碼后產(chǎn)生片選信號區(qū)分4個存儲芯片；個存儲芯片；最高位地址線最高位地址線A19A15及控制信號及控制信號M/(/IO)可用作片選信號有效的可用作片選信號有效的使能控制。使能控制。2022-4-132022-4-13D0 D7A0 A128K*8D078K*8D

28、078K*8D07CS1 8K*8D07用門電路完成片選譯用門電路完成片選譯碼，電路結(jié)構(gòu)看起來比碼，電路結(jié)構(gòu)看起來比較復雜。較復雜。A19 A18 A17A16 A13 A14 A15 M/IOR/W2022-4-132022-4-13用譯碼器代替門電路用譯碼器代替門電路完成片選譯碼，電路工完成片選譯碼，電路工作穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡練。作穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡練。24譯碼器譯碼器CSR/WD0 D7A0 A12A19 A18 A17A16 A13 A14 A15 M/IO8K*8D078K*8D078K*8D07CS1 8K*8D072022-4-132022-4-132022-4-132022-4-132022-4-132022-4-132KB2KB2KB2KB1KB1KB1KB1KB1KB1KB1KB1KB0000H2000H3FFFH4000HROM區(qū)RAM區(qū) 地址分配圖地址分配圖 根據(jù)所采用的存儲芯片根據(jù)所采用的存儲芯片容量，可畫出地址分配圖；容量，可畫出地址分配圖；地址分配表。地址分配表。 確定譯碼方法并畫出相確定譯碼方法并畫出相應的地址位圖。應的地址位圖。 根據(jù)地