微机原理第三章课件精.ppt

微机原理第三章课件微机原理第三章课件第1页，本讲稿共41页半导体半导体存储器存储器磁介质存储器（外存）磁介质存储器（外存）光存储器光存储器双极型：存取速度快，但集成度低，功耗大、成本双极型：存取速度快，但集成度低，功耗大、成本 高，高，一般用于大型计算机或高速微机中；一般用于大型计算机或高速微机中；MOS型型掩膜掩膜ROM 一次性可编程一次性可编程PROM紫外线可擦除紫外线可擦除EPROM 电可擦除电可擦除E2PROM 可编程只读存储器可编程只读存储器FLASH读写读写存储器存储器RAM只读只读存储器存储器ROM（按读写功（按读写功能分类能分类)（内存）（内存）（按器件原（按器件原理分类）理分类）静态静态SRAM动态动态DRAM：集成度高但存取速度较低，集成度高但存取速度较低，一般一般用于需要较用于需要较大大容量的场合。容量的场合。集成集成IRAM：将刷新电路集成在将刷新电路集成在DRAM内内速度较快，集成度较低，功耗较高，一般速度较快，集成度较低，功耗较高，一般用于对速度要求高、而容量不大的场合。用于对速度要求高、而容量不大的场合。(按存储按存储原理分类原理分类)按按存存储储介介质质分分类类存储器的分类及性能指标存储器的分类及性能指标第2页，本讲稿共41页性能指标性能指标存储器的职能就相当于计算机中各部分的存储器的职能就相当于计算机中各部分的“信息交换中心信息交换中心”和和“数据仓库数据仓库”。因此存储器的。因此存储器的“速度速度”和和“容量容量”便便成为计算机系统性能的两项重要指标，也是推动存储器不成为计算机系统性能的两项重要指标，也是推动存储器不断发展的两个主要因素。断发展的两个主要因素。1、存储容量存储容量 存储容量存储容量=单元数单元数数据位数数据位数 即字数即字数字长字长 通常以通常以KB（210B）、）、MB（220B）、GB（230B）、）、TB（240B）为单位。）为单位。2、存取时间、存取周期存取时间、存取周期 存取时间：存取时间：CPU访问一次存储器所需的时间访问一次存储器所需的时间 存取周期：连续两次访问存储器所需最小间隔时间存取周期：连续两次访问存储器所需最小间隔时间 3、可靠性可靠性 4、功耗功耗 5、价格价格第3页，本讲稿共41页存储器的存储容量表示与计算方法存储器的存储容量表示与计算方法存储器的存储容量等于：存储器的存储容量等于：单元数单元数每单元的位数每单元的位数 =字数字数字长字长例如例如 6264:8K 8 6116:2K 8 2164:64K 1 第4页，本讲稿共41页3.2 随机读写存储器（随机读写存储器（RAM）3.2.1 静态静态RAM3.2.2 动态动态RAM 第5页，本讲稿共41页3.2.1 静态静态RAM1基本存储电路单元（六管静态存储电路）基本存储电路单元（六管静态存储电路）图图3-4 六管基本存储电路单元六管基本存储电路单元第6页，本讲稿共41页基本存储电路简化图基本存储电路简化图SEDoDi它可存储一位信息它可存储一位信息由若干个基本电路采用同一根选择线，可以组成一个由若干个基本电路采用同一根选择线，可以组成一个基本存储单元基本存储单元Do2Di2Do1Di1SEDo0Di0Do7Di7每次可以存储或读出每次可以存储或读出8 8位信息位信息第7页，本讲稿共41页由若干个存储单元可以组成一个芯片由若干个存储单元可以组成一个芯片A0Ak片内译码电路存储单元存储单元存储单元SE0SE1 SEiD0D7R/W由若干个芯片可扩展内存（存储体）N所需芯片个数为了减小体积，芯片内部通常采用矩阵式结构为了减小体积，芯片内部通常采用矩阵式结构第8页，本讲稿共41页2SRAM芯片实例芯片实例典型的典型的SRAM芯片有芯片有6116、6264、62256等。等。图3-6 6116引脚第9页，本讲稿共41页二、二、SRAM的典型芯片的典型芯片n存储容量为8K8n28个引脚：n13根地址线A12A0n8根数据线D7D0n片选CS1、CS2n读写WE、OE+5VWECS2A8A9A11OEA10CS1D7D6D5D4D3NCA12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GND123456789101112131428272625242322212019181716156264第10页，本讲稿共41页3.2.2 动态RAM 1动态动态RAM的存储单元（单管动态存储电路）的存储单元（单管动态存储电路）图3-8 单管动态存储电路 第11页，本讲稿共41页NCDINWERASA0A2A1VDDNCCASDOUTA6A3A4A5VCC12345678161514131211109n存储容量为存储容量为16K1n16个个引脚：引脚：n7根地址线根地址线A6A0n1根数据输入线根数据输入线DINn1根数据输出线根数据输出线DOUTn行地址选通行地址选通RASn列地址选通列地址选通CASn读写控制读写控制WEDRAM芯片21162、DRAM的典型芯片的典型芯片第12页，本讲稿共41页典型典型DRAM芯片芯片21162116A：16K1采用采用行地址和和列地址来确定一个单元；来确定一个单元；行列地址行列地址分时传送，传送，共用一组地址线；共用一组地址线；地址线的数量仅地址线的数量仅 为同等容量为同等容量SRAM 芯片的一半。芯片的一半。行地址10001 0 0 0列地址第13页，本讲稿共41页主要引线主要引线RAS：行地址选通信号，用于锁存行地址；：行地址选通信号，用于锁存行地址；CAS：列地址选通信号。：列地址选通信号。地址总线上先送上行地址，后送上列地址，它们分别在地址总线上先送上行地址，后送上列地址，它们分别在RAS和和CAS有效期间被锁存在地址锁存器中。有效期间被锁存在地址锁存器中。DIN：数据输入数据输入DOUT：数据输出数据输出WE=0 数据写入数据写入WE=1 数据读出数据读出WE：写允许信号：写允许信号三种操作：数据读出、数据写入、刷新。三种操作：数据读出、数据写入、刷新。第14页，本讲稿共41页3.3 只读存储器（只读存储器（ROM）3.3.1 掩掩膜膜ROM3.3.2 可可编程只程只读ROM3.3.3 可擦除可可擦除可编程的编程的ROM（EPROM）3.3.4 电可擦可编程电可擦可编程ROM(EEROM)返回本章首页返回本章首页第15页，本讲稿共41页3.3.1 掩膜掩膜ROM1MOS ROM电路电路图3-11 单译码结构电路 VDD 字线0 字线1 字线2 字线3 位线3 位线2 位线1 位线0 D3 D2 D1 D0A0 A1 字 线 地 址 译 码 器 掩膜掩膜ROM是靠是靠MOS管是否跨接来决定管是否跨接来决定0 0、1 1的，当跨接的，当跨接时对应位信息就是时对应位信息就是0 0，当没有跨接时对应信息就是，当没有跨接时对应信息就是1 1。第16页，本讲稿共41页3.3.2可编程只读ROM 允许一次编程，此后不可更改允许一次编程，此后不可更改D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0Vcc地址选通地址选通1 PROM是靠存储单元中的熔丝是否熔断决定信息0、1的，当熔丝烧断时对应位信息就是0，当没有烧断时对应信息就1。第17页，本讲稿共41页3.3.3 可擦除可编程的可擦除可编程的ROM（EPROM）1基本存储电路基本存储电路图3-13 EPROM的结构示意图第18页，本讲稿共41页2EPROM实例实例图3-14 2716引脚 返回本节返回本节第19页，本讲稿共41页3.3.4 电可擦可编程ROM(EEROM)1Intel 2817的引脚的引脚第20页，本讲稿共41页 这是本章的重点内容这是本章的重点内容这是本章的重点内容这是本章的重点内容 SRAMSRAM、EPROMEPROM与与与与CPUCPU的连接的连接的连接的连接 译码方法同样适合译码方法同样适合译码方法同样适合译码方法同样适合I/OI/O端口端口端口端口3.4 3.4 存储器芯片与存储器芯片与CPUCPU连接连接存储芯片的数据线存储芯片的数据线存储芯片的数据线存储芯片的数据线 存储芯片的地址线存储芯片的地址线存储芯片的地址线存储芯片的地址线 存储芯片的片选端存储芯片的片选端存储芯片的片选端存储芯片的片选端 存储芯片的读写控制线存储芯片的读写控制线存储芯片的读写控制线存储芯片的读写控制线第21页，本讲稿共41页存储器系统的扩展存储芯片存储芯片存储模块存储模块存储体存储体 进行进行位扩展位扩展 以实现按字节编以实现按字节编址的结构址的结构 进行进行字扩展字扩展 以满足总容量以满足总容量的要求的要求位扩展：因每个字的位数不够而扩展数据输出线的数目；位扩展：因每个字的位数不够而扩展数据输出线的数目；字扩展：因总的字数不够而扩展地址输入线的数目，所以也称为地址字扩展：因总的字数不够而扩展地址输入线的数目，所以也称为地址扩展；扩展；第22页，本讲稿共41页3.4.1 CPU与存储器的连接时应注意与存储器的连接时应注意的问题的问题1CPU总线的带负载能力总线的带负载能力2存储器的组织、地址分配与片选问题存储器的组织、地址分配与片选问题3CPU的时序与存储器的存取速度之间的配合的时序与存储器的存取速度之间的配合返回本节返回本节第23页，本讲稿共41页3.4.2 存储器片选信号的产生方式和译存储器片选信号的产生方式和译码电路码电路 1片选信号的产生方式片选信号的产生方式（1）线选方式（线选法）线选方式（线选法）（2）局部译码选择方式（部分译码法）局部译码选择方式（部分译码法）（3）全局译码选择方式（全译码法）全局译码选择方式（全译码法）第24页，本讲稿共41页2存储地址译码电路存储地址译码电路74LS138经常用来作为存储器的译码电路。经常用来作为存储器的译码电路。Y0 G1 Y1G2 A Y2G2 B Y 3Y4C Y 5B Y 6A Y 7片选信号输出译码允许信号地址信号（接到不同的存储体上）74LS138逻辑图：第25页，本讲稿共41页74LS138的真值表：（注意：输出低电平有效）可以看出，当译码允许信号有效时，Yi是输入C、B、A的函数，即 Y=f(C,B,A)1 11 11 11 11 11 11 11 1X X X X X X 其其 他他 值值01 11 11 11 11 11 11 11 1 1 1 1 1 1 0 01 0 01 101 11 11 11 11 11 11 1 0 1 1 0 1 0 01 0 01 11 101 11 11 11 11 11 0 1 1 0 1 1 0 01 0 01 11 11 101 11 11 11 11 0 0 1 0 0 1 0 01 0 01 11 11 11 101 11 11 10 1 1 0 1 1 1 0 01 0 01 11 11 11 11 101 11 10 1 0 0 1 0 1 0 01 0 01 11 11 11 11 11 101 10 0 1 0 0 1 1 0 01 0 01 11 11 11 11 11 11 100 0 0 0 0 0 1 0 01 0 0Y7Y7Y6Y6Y5Y5Y4Y4Y3Y3Y2Y2Y1Y1Y0Y0C B AC B AG G1 1 G G2A2A G G2B2B第26页，本讲稿共41页3.4.3 CPU（8086系列）与存储系列）与存储器的连接器的连接 RAM与与CPU的连接方法的连接方法：（1）计算出所需的芯片数。）计算出所需的芯片数。（2）构构成成数数据据总总线线所所需需的的位位数数和和系系统统所所需需的的容量。容量。（3）计算每片芯片的地址范围。）计算每片芯片的地址范围。（4）控制线，数据线，地址线控制线，数据线，地址线对应相连。对应相连。第27页，本讲稿共41页位扩展位扩展扩展每个存储单元的位数扩展每个存储单元的位数字扩展字扩展扩展存储单元的个数扩展存储单元的个数字位扩展字位扩展二者的综合二者的综合 用多片存储芯片构成一个需要的内存空间，它用多片存储芯片构成一个需要的内存空间，它们在整个内存中占据不同的地址范围，任一时刻仅们在整个内存中占据不同的地址范围，任一时刻仅有一片（或一组）被选中。有一片（或一组）被选中。第28页，本讲稿共41页位扩展位扩展存储器的存储容量等于：存储器的存储容量等于：单元数单元数每单元的位数每单元的位数当构成内存的存储器芯片的字长小于内存单元当构成内存的存储器芯片的字长小于内存单元的字长时，就要进行的字长时，就要进行位扩展位扩展，使每个单元的字，使每个单元的字长满足要求。长满足要求。字节数字节数字长字长第29页，本讲稿共41页位扩展例位扩展例用用8片片2164A芯片构成芯片构成64KB存储器。存储器。2164A:64K 1，需8片构成64K 8（64KB）LS138A8A192164A2164A2164ADBABD0D1D7A0A7译码输出读写信号A0A19D0D7A0A7A0A7第30页，本讲稿共41页图4-17 用10241位的芯片组成1KB RAM的方框图第31页，本讲稿共41页位扩展方法（总结）：位扩展方法（总结）：将每片的地址线、控制线并联，数据线分别引出将每片的地址线、控制线并联，数据线分别引出。位扩展特点：位扩展特点：存储器的单元数不变，位数增加。存储器的单元数不变，位数增加。第32页，本讲稿共41页字扩展字扩展地址空间的扩展。芯片每个单元中的字长满足，地址空间的扩展。芯片每个单元中的字长满足，但单元数不满足。但单元数不满足。扩展原则：扩展原则：每个芯片的地址线、数据线、控制线并联，每个芯片的地址线、数据线、控制线并联，仅片选端分别引出，以实现每个芯片占据不同仅片选端分别引出，以实现每个芯片占据不同的地址范围。的地址范围。第33页，本讲稿共41页字扩展例字扩展例用两片用两片8K8位的位的SRAM芯片芯片6264构成容量为构成容量为16KB的存储器的存储器,要求地址从要求地址从80000H开始。开始。计算需要几片芯片，每片的地址范围，做出连计算需要几片芯片，每片的地址范围，做出连接图。接图。第34页，本讲稿共41页D8D15A13A1RDWR “1”D0D7WEOEA12A0CS26264CS11D0D7A13A1RDWR “1”D0D7WEOEA12A0CS26264CS11A18A17A15A16IO/MA19GG2AG2BCABA14Y0Y1174LS138AoBHE第35页，本讲稿共41页字位扩展字位扩展根据内存容量及芯片容量确定所需存储芯片数；根据内存容量及芯片容量确定所需存储芯片数；进行位扩展以满足字长要求；进行位扩展以满足字长要求；进行字扩展以满足容量要求。进行字扩展以满足容量要求。若已有存储芯片的容量为若已有存储芯片的容量为LK，要构成容量为，要构成容量为M N的存储器，需要的芯片数为：的存储器，需要的芯片数为：（M/L）（N/K）第36页，本讲稿共41页字位扩展例字位扩展例用16K1位的芯片组成64KB的存储器。扩成16KB 8片再扩成64KB 4*8=32片地址线需16根（A0-A15），其中14根（A0-A13）用于片内寻址，2根（A14，A15）用于片选译码。连接图。注意：以上的例子中所需的地址线数并未从系统整体上考虑。在实际系统中，总线注意：以上的例子中所需的地址线数并未从系统整体上考虑。在实际系统中，总线中的地址线数往往要多于所需的地址线数，这时除片内寻址的低位地址线中的地址线数往往要多于所需的地址线数，这时除片内寻址的低位地址线(即片内即片内地址线地址线)外，剩余的高位地址线一般都要用于片选译码。外，剩余的高位地址线一般都要用于片选译码。第37页，本讲稿共41页IBM PC/XT的内存空间分配的内存空间分配00000H9FFFFHBFFFFHFFFFFHRAM区 640KB保留区 128KBROM区 256KB第38页，本讲稿共41页3.5.1 存储空间的分配存储空间的分配图3-22 IBM PC/XT存储空间的分配返回本节返回本节第39页，本讲稿共41页SRAM 6264芯片芯片6264外部引线图外部引线图逻辑符号：逻辑符号：6264D7-D0A12-A0OEWECS1CS2第40页，本讲稿共41页6264芯片与系统的连接芯片与系统的连接D0D7A0A12WEOECS1CS2A1A13WRRD译码译码电路电路高位地址信号D0D15 D8D15A0CS2CS1OEWEA12第41页，本讲稿共41页