第05章.微機(jī)的存儲(chǔ)器

1、第五章第五章 微機(jī)的存儲(chǔ)器微機(jī)的存儲(chǔ)器1、按存取速度和在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位分類(lèi)按存取速度和在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位分類(lèi) 兩大類(lèi)：內(nèi)存（主存）和外存（輔存）5.1 5.1 存儲(chǔ)器的分類(lèi)與組成存儲(chǔ)器的分類(lèi)與組成 圖圖5.15.1為為CPUCPU與存儲(chǔ)器的連接結(jié)構(gòu)示意圖。圖中內(nèi)存由半與存儲(chǔ)器的連接結(jié)構(gòu)示意圖。圖中內(nèi)存由半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片組成，外存則有磁帶、硬磁盤(pán)和軟磁盤(pán)等。導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片組成，外存則有磁帶、硬磁盤(pán)和軟磁盤(pán)等。 一、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類(lèi)一、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類(lèi) 按使用的功能可分為兩大類(lèi)：隨機(jī)存取存儲(chǔ)器按使用的功能可分為兩大類(lèi)：隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(Random Access memory)(Rando

2、m Access memory)和只讀存儲(chǔ)器和只讀存儲(chǔ)器(Read Only (Read Only Memory)Memory)。 二、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的組成二、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的組成由存儲(chǔ)體、地址選擇電路、輸入輸出電路和控制電路組成。由存儲(chǔ)體、地址選擇電路、輸入輸出電路和控制電路組成。 每個(gè)存儲(chǔ)單元具有一個(gè)唯一的地址，可存儲(chǔ)1位（位片結(jié)構(gòu)）或多位（字片結(jié)構(gòu)）二進(jìn)制數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)容量與地址、數(shù)據(jù)線個(gè)數(shù)有關(guān)：芯片的存儲(chǔ)容量2MN存儲(chǔ)單元數(shù)存儲(chǔ)單元的位數(shù) M：芯片的地址線根數(shù) N：芯片的數(shù)據(jù)線根數(shù) 譯譯碼碼器器A5A4A3A2A1A06301存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)單元64個(gè)單元個(gè)單元行行譯譯碼碼A2A1A0710列譯碼

3、列譯碼A3A4A501764個(gè)單元個(gè)單元單譯碼雙譯碼 單譯碼結(jié)構(gòu)(小容量) 雙譯碼結(jié)構(gòu)(大容量)雙譯碼可簡(jiǎn)化芯片設(shè)計(jì)主要采用的譯碼結(jié)構(gòu) 片選端或CE有效時(shí)，可以對(duì)該存儲(chǔ)器芯片進(jìn)行讀寫(xiě)操作 輸出OE或控制讀操作。有效時(shí)，芯片內(nèi)數(shù)據(jù)輸出該控制端對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的讀控制線 寫(xiě)WE或控制寫(xiě)操作。有效時(shí)，數(shù)據(jù)進(jìn)入芯片中該控制端對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的寫(xiě)控制線動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)RAMDRAM 4116 由個(gè)管組成的觸發(fā)器由個(gè)管組成的觸發(fā)器. . 1.1.讀出過(guò)程讀出過(guò)程 （1 1）地址碼加到）地址碼加到RAMRAM芯片的地址輸入端，經(jīng)芯片的地址輸入端，經(jīng)X X與與Y Y地址譯碼器譯碼，產(chǎn)生地址譯碼器譯碼，產(chǎn)生行選與列選行選與列選信號(hào)，選

4、中某一存儲(chǔ)單信號(hào)，選中某一存儲(chǔ)單元，該單元中存儲(chǔ)的代碼，經(jīng)一定時(shí)間，出現(xiàn)元，該單元中存儲(chǔ)的代碼，經(jīng)一定時(shí)間，出現(xiàn)在在I IO O電路的電路的輸入端輸入端。電路對(duì)讀出的信號(hào)進(jìn)行放大、整形，送至輸。電路對(duì)讀出的信號(hào)進(jìn)行放大、整形，送至輸出緩沖寄存器。緩沖寄存器一般具有三態(tài)控制功能，沒(méi)有開(kāi)出緩沖寄存器。緩沖寄存器一般具有三態(tài)控制功能，沒(méi)有開(kāi)門(mén)信號(hào)，所存數(shù)據(jù)還不能送到門(mén)信號(hào)，所存數(shù)據(jù)還不能送到DBDB上。上。（2 2）在送上地址碼的同時(shí)，還要送上讀）在送上地址碼的同時(shí)，還要送上讀/ /寫(xiě)控制信號(hào)寫(xiě)控制信號(hào)（R/WR/W或或RDRD、WRWR）和片選信號(hào)（）和片選信號(hào)（CSCS）。讀出時(shí)，）。讀出時(shí)，使

5、使R/WR/W，CSCS，這時(shí)，輸出緩沖寄存器的三態(tài)門(mén)將被打開(kāi)，所存，這時(shí)，輸出緩沖寄存器的三態(tài)門(mén)將被打開(kāi)，所存信息送至信息送至DBDB上。于是，存儲(chǔ)單元中的信息被讀出。上。于是，存儲(chǔ)單元中的信息被讀出。47 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)RAMRAM芯片是以芯片是以MOSMOS管柵極電容是否充有電荷來(lái)存儲(chǔ)信息的管柵極電容是否充有電荷來(lái)存儲(chǔ)信息的( (一）動(dòng)態(tài)基本存儲(chǔ)電路一）動(dòng)態(tài)基本存儲(chǔ)電路 三管動(dòng)態(tài)基本存儲(chǔ)電路三管動(dòng)態(tài)基本存儲(chǔ)電路 寫(xiě)入操作時(shí)，寫(xiě)選擇線上為高電平，寫(xiě)入操作時(shí)，寫(xiě)選擇線上為高電平，1 1導(dǎo)通。待寫(xiě)入的導(dǎo)通。待寫(xiě)入的信息由寫(xiě)數(shù)據(jù)線通過(guò)信息由寫(xiě)數(shù)據(jù)線通過(guò)1 1加到加到2 2管的柵極上，對(duì)柵極電容管的柵極

6、上，對(duì)柵極電容CgCg充電。若寫(xiě)入，則充電。若寫(xiě)入，則CgCg上充有電荷；若寫(xiě)入，則上充有電荷；若寫(xiě)入，則CgCg上無(wú)電上無(wú)電荷。寫(xiě)操作結(jié)束后，荷。寫(xiě)操作結(jié)束后，1 1截止，信息被保存在電容截止，信息被保存在電容CgCg上。上。 讀出操作時(shí)，先在讀出操作時(shí)，先在4 4管柵極加上預(yù)充電脈沖，使管柵極加上預(yù)充電脈沖，使4 4管管導(dǎo)通，讀數(shù)據(jù)線因有寄生電容導(dǎo)通，讀數(shù)據(jù)線因有寄生電容CDCD而預(yù)充到（）。然而預(yù)充到（）。然后使讀選擇線為高電平，后使讀選擇線為高電平，3 3管導(dǎo)通。若管導(dǎo)通。若2 2管柵極電容管柵極電容CgCg上上已存有已存有“”信息，則信息，則2 2管導(dǎo)通。這時(shí)，讀數(shù)據(jù)線上的預(yù)管導(dǎo)通。

7、這時(shí)，讀數(shù)據(jù)線上的預(yù)充電荷將通過(guò)充電荷將通過(guò)3,3,2 2而泄放，于是，讀數(shù)據(jù)線上為。若而泄放，于是，讀數(shù)據(jù)線上為。若2 2管柵極電容上所存為管柵極電容上所存為“”信息，則信息，則2 2管不導(dǎo)通，則讀管不導(dǎo)通，則讀數(shù)據(jù)線上為。因此，經(jīng)過(guò)讀操作，在讀數(shù)據(jù)線上可以讀出數(shù)據(jù)線上為。因此，經(jīng)過(guò)讀操作，在讀數(shù)據(jù)線上可以讀出與原存儲(chǔ)相反的信息。若再經(jīng)過(guò)讀出放大器反相后，就可以與原存儲(chǔ)相反的信息。若再經(jīng)過(guò)讀出放大器反相后，就可以得到原存儲(chǔ)信息了。得到原存儲(chǔ)信息了。 刷新刷新 寫(xiě)入時(shí)，使字選線上為高電平，寫(xiě)入時(shí)，使字選線上為高電平，T1T1管導(dǎo)通，待寫(xiě)入的管導(dǎo)通，待寫(xiě)入的信息由位線信息由位線D D（數(shù)據(jù)線）存

8、入（數(shù)據(jù)線）存入CsCs。 讀出時(shí)，同樣使字選線上為高電平，讀出時(shí)，同樣使字選線上為高電平，T1T1管導(dǎo)通，則存管導(dǎo)通，則存儲(chǔ)在儲(chǔ)在CsCs上的信息通過(guò)上的信息通過(guò)T1T1管送到管送到D D線上，再通過(guò)放大，即可線上，再通過(guò)放大，即可得到存儲(chǔ)信息。得到存儲(chǔ)信息。Intel 2116 Intel 2116 16K16K1 1Intel 2116Intel 2116的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5.115.11所示：所示：組成單元速度集成度應(yīng)用外圍復(fù)雜度觸發(fā)器慢低小容量系統(tǒng)簡(jiǎn)單極間電容快高大容量系統(tǒng)復(fù)雜帶微型電池慢低小容量非易失簡(jiǎn)單當(dāng)字線上加有選中信當(dāng)字線上加有選中信號(hào)時(shí)，如果電子開(kāi)關(guān)號(hào)時(shí)，如果電子

9、開(kāi)關(guān)是斷開(kāi)的，位線是斷開(kāi)的，位線上將輸出信息；如上將輸出信息；如果是接通的，則位果是接通的，則位線經(jīng)接地，將線經(jīng)接地，將輸出信息輸出信息0 0。ROMROM的組成由地址譯碼電路、存儲(chǔ)矩陣、讀出電路及控制電的組成由地址譯碼電路、存儲(chǔ)矩陣、讀出電路及控制電路等部分組成。路等部分組成。圖圖5.135.13是有是有1616個(gè)存儲(chǔ)單元、字長(zhǎng)為個(gè)存儲(chǔ)單元、字長(zhǎng)為1 1位的位的ROMROM示示意圖。意圖。（一）不可編程掩模式（一）不可編程掩模式MOSMOS只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器由器件制造廠家根據(jù)用戶事先編好的機(jī)器碼程序，把由器件制造廠家根據(jù)用戶事先編好的機(jī)器碼程序，把0 0、1 1信息存儲(chǔ)在掩模圖形中而制成的

10、信息存儲(chǔ)在掩模圖形中而制成的ROMROM芯片。這種芯片制成以芯片。這種芯片制成以后，它的存儲(chǔ)矩陣中每個(gè)后，它的存儲(chǔ)矩陣中每個(gè)MOSMOS管所存儲(chǔ)的信息管所存儲(chǔ)的信息0 0或或1 1被固定下被固定下來(lái)，不能再改變，而只能讀出。來(lái)，不能再改變，而只能讀出。二、只讀存儲(chǔ)器的分類(lèi)、只讀存儲(chǔ)器的分類(lèi) （二）可編程存儲(chǔ)器（二）可編程存儲(chǔ)器 用戶在使用前可以根據(jù)自己的用戶在使用前可以根據(jù)自己的需要編制需要編制ROMROM中的程序。熔絲中的程序。熔絲式式PROMPROM的存儲(chǔ)電路相當(dāng)于圖的存儲(chǔ)電路相當(dāng)于圖5.125.12的元件原理圖的元件原理圖（三）可擦除、可再編程的只讀存儲(chǔ)器（三）可擦除、可再編程的只讀存儲(chǔ)

11、器 若若EPROMEPROM中寫(xiě)入的信息有錯(cuò)或不需要時(shí)，可用兩種方法來(lái)擦中寫(xiě)入的信息有錯(cuò)或不需要時(shí)，可用兩種方法來(lái)擦除原存的信息。除原存的信息。一種是利用專用的紫外線燈對(duì)準(zhǔn)芯片上的石英窗口照射一種是利用專用的紫外線燈對(duì)準(zhǔn)芯片上的石英窗口照射10102020分鐘，即可擦除原寫(xiě)入的信息。這種方法只能把存儲(chǔ)分鐘，即可擦除原寫(xiě)入的信息。這種方法只能把存儲(chǔ)的信息全部擦除后再重新寫(xiě)入的信息全部擦除后再重新寫(xiě)入采用金屬氮氧化物硅（采用金屬氮氧化物硅（MNOSMNOS）工藝生產(chǎn)的）工藝生產(chǎn)的MNOSMNOS型型PROMPROM，它是一種利用電來(lái)改寫(xiě)的可編程只讀存儲(chǔ)器，它是一種利用電來(lái)改寫(xiě)的可編程只讀存儲(chǔ)器，即

12、即EEPROMEEPROM（一）（一）Intel 2716Intel 2716的引腳與內(nèi)部結(jié)構(gòu)的引腳與內(nèi)部結(jié)構(gòu) 2716 EPROM 2716 EPROM芯片的容量為芯片的容量為2K2K8 8位位（二）（二）27162716的工作方式的工作方式27162716的工作方式見(jiàn)表的工作方式見(jiàn)表5.35.3所示：所示：存儲(chǔ)芯片的 存儲(chǔ)芯片的 存儲(chǔ)芯片的 存儲(chǔ)芯片的若芯片的數(shù)據(jù)線不足若芯片的數(shù)據(jù)線不足8根：根：一次不能從一個(gè)芯片中訪問(wèn)到一次不能從一個(gè)芯片中訪問(wèn)到8位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)利用多個(gè)芯片擴(kuò)充數(shù)據(jù)位利用多個(gè)芯片擴(kuò)充數(shù)據(jù)位這個(gè)擴(kuò)充方式簡(jiǎn)稱這個(gè)擴(kuò)充方式簡(jiǎn)稱“位擴(kuò)充位擴(kuò)充”2114（1）A9A0I/O4I/O1

13、片選片選D3D0D7D4A9A02114（2）A9A0I/O4I/O1CECE 多個(gè)位擴(kuò)充的存儲(chǔ)芯片的數(shù)據(jù)線連接于系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的不同位數(shù) 其它連接都一樣 這些芯片應(yīng)被看作是一個(gè)整體 常被稱為“芯片組”A9A0存儲(chǔ)芯片存儲(chǔ)芯片000H001H002H3FDH3FEH3FFH全0全1000000010010110111101111A9A0 存儲(chǔ)系統(tǒng)常需利用多個(gè)存儲(chǔ)芯片擴(kuò)充容量 也就是擴(kuò)充了存儲(chǔ)器地址范圍 進(jìn)行，需要利用存儲(chǔ)芯片的片選端對(duì)進(jìn)行尋址 這個(gè)尋址方法，主要通過(guò)將存儲(chǔ)芯片的來(lái)實(shí)現(xiàn)片選端片選端D7D0A9A0A9A000000000010000000000用用4 4片片位的存儲(chǔ)器芯片組成位的存

14、儲(chǔ)器芯片組成位存儲(chǔ)器連接線路。位存儲(chǔ)器連接線路。各芯片的地址取值范圍各芯片的地址取值范圍 地址擴(kuò)充歸納如下：地址擴(kuò)充歸納如下：用用8片片位的存儲(chǔ)器芯片組成位的存儲(chǔ)器芯片組成位的存儲(chǔ)器位的存儲(chǔ)器第一片第一組A0A112-4譯碼器A12A13CSCSA0A11第二組CSA0A11第三組CSA0A11第四組12A0-A11D0-D7n1n1m1m1n1n1M MK=M/m1K=M/m1N NM ML=N/n1L=N/n1n1n1m1m1n1n1M MK=M/m1K=M/m1N NM ML=N/n1L=N/n1J=X/NJ=X/NX XM M習(xí)題：習(xí)題：5.15& 某計(jì)算機(jī)有地址線某計(jì)算機(jī)有地址線18

15、18位，數(shù)據(jù)線位，數(shù)據(jù)線8 8位，現(xiàn)選用位，現(xiàn)選用4 4K K4 4位的靜位的靜態(tài)態(tài)RAMRAM芯片組成該機(jī)的內(nèi)存，問(wèn)芯片組成該機(jī)的內(nèi)存，問(wèn) 1 1、該機(jī)允許的最大內(nèi)存空間多大？、該機(jī)允許的最大內(nèi)存空間多大？256256KBKB 2 2、若設(shè)定基本的芯片模塊容量為、若設(shè)定基本的芯片模塊容量為3232K K8 8，該機(jī)共需幾個(gè)這樣該機(jī)共需幾個(gè)這樣的模塊？的模塊？8 8 3 3、每個(gè)模塊內(nèi)包含多少個(gè)、每個(gè)模塊內(nèi)包含多少個(gè)4 4K K4 4位的位的RAMRAM芯片？芯片？1616 4 4、主存共需多少個(gè)、主存共需多少個(gè)RAMRAM芯片？芯片？CPUCPU如何選擇這些模塊？如何選擇這些模塊？12812

16、8 CPUCPU選擇各模塊的方法是：地址線選擇各模塊的方法是：地址線A14A14A0A0為模塊內(nèi)連接，用地址線為模塊內(nèi)連接，用地址線A17A17，A16A16，A15A15通過(guò)一個(gè)通過(guò)一個(gè)3838譯碼器，其輸出端作為譯碼器，其輸出端作為8 8各模塊的片選端各模塊的片選端 一臺(tái)一臺(tái)8 8位微機(jī)的地址總線為位微機(jī)的地址總線為1616條，其條，其RAMRAM存儲(chǔ)器容量為存儲(chǔ)器容量為3232KBKB，首地址為首地址為40004000H H，且地址是連續(xù)的。問(wèn)可用的最高地址是多少？且地址是連續(xù)的。問(wèn)可用的最高地址是多少？BFFFHBFFFH 用用8 8片片21142114（1 1K K4 4）構(gòu)成的構(gòu)成

17、的4 4K K8 8的存儲(chǔ)器，與的存儲(chǔ)器，與8 8位的一個(gè)位的一個(gè)微處理器相連，求：每組芯片的地址范圍，存儲(chǔ)器有沒(méi)有重疊微處理器相連，求：每組芯片的地址范圍，存儲(chǔ)器有沒(méi)有重疊區(qū)？區(qū)？A15 A14A13A16CBAE3138 2764A19A18A17A12A0CEY6E2E1IO/M全0全1地址范圍A12A0A19A18A17A16A15A14 A13138A17 A16A11A0A14 A13A12(4)(3)(2)(1)2732273227322732CBAE3E2E1IO/MCECECECEY0Y1Y2Y3A14A12A0A13(1)2764(2)2764 CECE切記：切記： A14

18、 A1300的情況不能出現(xiàn)的情況不能出現(xiàn)00000H01FFFH的地址不可使用的地址不可使用二、存儲(chǔ)器與二、存儲(chǔ)器與8086CPU8086CPU的連接的連接 1.ROM1.ROM與與8086CPU8086CPU的連接的連接 以以1 1字節(jié)寬度輸出組織的芯片，在連接到字節(jié)寬度輸出組織的芯片，在連接到80868086系統(tǒng)時(shí)，為了系統(tǒng)時(shí)，為了存儲(chǔ)存儲(chǔ)1616位指令字，要使用兩片這類(lèi)芯片并聯(lián)位指令字，要使用兩片這類(lèi)芯片并聯(lián) 當(dāng)微機(jī)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器容量少于當(dāng)微機(jī)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器容量少于16K16K字時(shí)，宜采用靜態(tài)字時(shí)，宜采用靜態(tài)RAMRAM芯芯片片 8086 CPU 8086 CPU無(wú)論是在最小方式或最大方式下

19、，都可以尋址無(wú)論是在最小方式或最大方式下，都可以尋址1MB1MB的存儲(chǔ)單元，的存儲(chǔ)單元，存儲(chǔ)器均按字存儲(chǔ)器均按字節(jié)編址節(jié)編址2.2.靜態(tài)靜態(tài)RAMRAM與與8086CPU8086CPU芯片的連接芯片的連接（一）（一）CPU外部總線的負(fù)載能力外部總線的負(fù)載能力 在小系統(tǒng)中，在小系統(tǒng)中，CPUCPU可以與存儲(chǔ)器直接相連?？梢耘c存儲(chǔ)器直接相連。 較大的存儲(chǔ)系統(tǒng)中，連接的存儲(chǔ)器芯片片數(shù)較多，就會(huì)造較大的存儲(chǔ)系統(tǒng)中，連接的存儲(chǔ)器芯片片數(shù)較多，就會(huì)造成總線過(guò)載，應(yīng)采用加成總線過(guò)載，應(yīng)采用加緩沖器緩沖器或或總線驅(qū)動(dòng)器總線驅(qū)動(dòng)器等方法來(lái)增加總等方法來(lái)增加總線的驅(qū)動(dòng)能力。線的驅(qū)動(dòng)能力。 三、存儲(chǔ)器與三、存儲(chǔ)器與

20、CPUCPU連接應(yīng)該注意的一些問(wèn)題連接應(yīng)該注意的一些問(wèn)題 （二）各種信號(hào)線的配合與連接（二）各種信號(hào)線的配合與連接數(shù)據(jù)線：數(shù)據(jù)線：數(shù)據(jù)傳送一般是雙向的。而輸入線與輸出線分開(kāi)數(shù)據(jù)傳送一般是雙向的。而輸入線與輸出線分開(kāi)的芯片，則要外加三態(tài)門(mén)，才能與的芯片，則要外加三態(tài)門(mén)，才能與CPUCPU數(shù)據(jù)總線相連數(shù)據(jù)總線相連地址線地址線：存儲(chǔ)器的地址線一般可以直接接到：存儲(chǔ)器的地址線一般可以直接接到CPUCPU的地址總線。的地址總線。而大容量的動(dòng)態(tài)而大容量的動(dòng)態(tài)RAMRAM，為了減少引線的數(shù)目，往往采用分時(shí)輸，為了減少引線的數(shù)目，往往采用分時(shí)輸入的方式，這時(shí)，需在入的方式，這時(shí)，需在CPUCPU與存儲(chǔ)器芯片之

21、間加上與存儲(chǔ)器芯片之間加上多路轉(zhuǎn)換開(kāi)多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)關(guān)，用，用CASCAS與與RASRAS分別將地址的高位與低位送入存儲(chǔ)器。分別將地址的高位與低位送入存儲(chǔ)器?？刂凭€控制線：CPUCPU通過(guò)控制線送出命令，以控制存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)操作，通過(guò)控制線送出命令，以控制存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)操作，以及送出片選信號(hào)、定時(shí)信號(hào)等以及送出片選信號(hào)、定時(shí)信號(hào)等（三）（三）CPUCPU的時(shí)序與存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)速度之間的匹配的時(shí)序與存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)速度之間的匹配（四）存儲(chǔ)器的地址分配及片選信號(hào)的產(chǎn)生（四）存儲(chǔ)器的地址分配及片選信號(hào)的產(chǎn)生芯片型號(hào)芯片型號(hào)容量容量地址范圍地址范圍片選線片選線字選線字選線片選信號(hào)片選信號(hào)27162k80000H 07FFHA15 -A11A10 -A0CE127162k80800H 0FFFHA15 -A11A10 -A0CE227162k81000H 17FFHA15 -A11A10 -A0CE327162k81800H 1FFFHA15 -A11A10 -A0CE461162k82000H 27FFHA15 -A11A10 -A0CE561162k82800H 2FFFHA15 -A11A10 -A0CE6&3.78:3.81:3.86:FINISH:BBB1:4.16:5.5 5.5 內(nèi)存條技術(shù)的發(fā)展內(nèi)存條