《单元二存储器》PPT课件.ppt

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1、单元二 微机存储器l1.理解存储器的分类和分级结构；l2.掌握主存储器的技术指标、基本结构和基本操作；l3.理解半导体存储器的基本组成和工作原理；l4.掌握高速缓存cache的功能l5.掌握存储器与CPU的连接本章知识要点：一、存储器概述l基本概念：基本概念：l存储器存储器：存放程序和数据的器件；：存放程序和数据的器件；l存储位：存放一个二进制数位的存储单元，是存储位：存放一个二进制数位的存储单元，是存储器最小的存储单位，或称记忆单元；存储器最小的存储单位，或称记忆单元；l存储字：一个数（存储字：一个数（n位二进制位）作为一个整位二进制位）作为一个整体存入或取出时，称存储字；体存入或取出时，称

2、存储字；l存储单元：存放一个存储字的若干个记忆单元存储单元：存放一个存储字的若干个记忆单元组成一个存储单元；组成一个存储单元；l存储体：大量存储单元的集合组成存储体；l存储单元地址：存储单元的编号；l字编址：对存储单元按字编址；l字节编址：对存储单元按字节编址；l寻址：由地址寻找数据，从对应地址的存储单元中访存数据；一、存储器概述二、存储器分类(1)(1)半导体存储器半导体存储器l用半导体器件组成的存储器称为半导体存储器；l特点：集成度高、容量大、体积小、存取速度快、功耗低、价格便宜、维护简单(2)(2)磁盘和磁带等磁表面存储器磁盘和磁带等磁表面存储器(3)(3)激光存储器激光存储器 本课程重

3、点介绍半导体存储器本课程重点介绍半导体存储器按存储介质分类：按存储介质分类：二、存储器分类(2)按存取方式分类分：随机存储器：RAM(Random Access Memory)只读存储器：ROM（Read-Only Memory）串行访问存储器 Serial Access Storage二、存储器分类(3)按计算机中作用分类：主存储器(内存)辅助存储器(外存)高速缓冲存储器四、半导体存储器的分类和用途四、半导体存储器的分类和用途随机存储器（RAM）双极型RAM 静态存储器（SRAM）MOS型RAM 动态存储器（DRAM）只读存储器（ROM）掩膜ROM（MROM）可编程ROM（PROM）紫外线擦

4、除可编程ROM（EPROM）电擦除可编程ROM（E2PROM）快擦写存储器（闪存）四、半导体存储器分类和用途四、半导体存储器分类和用途SRAM：内存或高速缓存DRAM：内存（内存的主体）MROM：内存（专用，主要用于保密）PROM：专用内存EPROM：内存（固化引导程序）E2PROM：内存（主要用于嵌入式系统）快擦写存储器：外存静态存储器单元静态存储器单元 五、存储器的基本结构五、存储器的基本结构动态存储单元动态存储单元 五、存储器的基本结构五、存储器的基本结构SRAM和DRAM的主要区别种类种类SRAMDRAM访问速度访问速度快快慢慢刷新电路刷新电路不需要不需要需要需要使用场合使用场合高速缓

5、存、嵌高速缓存、嵌入式系统入式系统系统微机内存系统微机内存价格价格高高低低六、存储器芯片的基本组成六、存储器芯片的基本组成（1 1）地址译码器：接）地址译码器：接CPUCPU的地址的地址线，输入地址单元选择信息；线，输入地址单元选择信息；（2 2）读）读/写控制逻辑电路：控制写控制逻辑电路：控制读读/写状态；写状态；（3 3）数据缓冲器：接数据线；）数据缓冲器：接数据线；（4 4）存储体：存储单元组合体。）存储体：存储单元组合体。存储器的主要外接管脚(1)电源和接地电源和接地(2)地址线：与存储器的地址空间对地址线：与存储器的地址空间对应，若存储器的空间为应，若存储器的空间为S，则地址，则地址

6、线数量为：线数量为：N=LOG2S(3)数据线（数据线（8位、位、16位、位、32位）；位）；(4)片选线；片选线；(5)读读/写控制线；写控制线；(6)输出允许线；输出允许线；6116静态存储器的主要外接管脚6116芯片外接线说明11根地址线（A0-A10）？2K片内地址空间。D0-D7的作用？数据线CE的作用？片选WE和OE的作用？写允许和输出允许6116芯片的真值表CE WE OE 工作方式 I/O线状态 功率状态H没选中高 阻备用状态LL写 入DIN运行状态LHL读 出DOUT运行状态LHH高 阻运行状态片选信号线的作用当由多片存储器构成一个完整的存储器时，需要多片存储器的配合使用，主

7、要方法：存储器芯片上的地址线接CPU的低位地址线；CPU的高位地址线通过译码器接存储器芯片的片选信号线。片选信号线的作用假设：有多个班级都是50人，对学生定位时采用班号+学号的方法，学号范围：1-50，各个班重复；班号：要反映系别、专业、年级等；学生的学号：高位班号+低位学号片选信号线的作用学生存储器单元学号存储单元地址班内序号 片内地址班号高位地址优点：可以减少存储器芯片上的接线端数量优点：可以减少存储器芯片上的接线端数量解决办法：低位地址线（片内）直接相连高位地址线（片外）经过译码器接片选6116芯片与CPU的连接CPUSRAM6116地址总线地址总线数据总线数据总线低位地址线低位地址线A

8、n-A0数据线数据线OECSWE地址译码器高位地址线高位地址线&RDWRM/IOSRAM6116SRAM6116多片6116与CPU的连接CPU低位地址线低位地址线数据总线数据总线低位地址线低位地址线An-A0数据线数据线OECSWE地址译码器高位地址线高位地址线&RDWRM/IOSRAM6116SRAM6116-1 译码芯片 74LS138输输 入入输输 出出使使 能能选选 择择G1G2AG2BCBAY7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0100000111111101000011111110110001011111011100011111101111001001110111110010111011

9、1111001101011111110011101111111其其 它它XXX1111111174LS138功能表 CPU与存储器的连接时应注意的问题1CPU总线的带负载能力：驱动能力2CPU的时序与存储器的存取速度之间的配合：时序3.读写控制信号的连接4.数据线的连接 5.地址线的连接与存储芯片片选信号的产生 与存储器容量有关的参数和概念与存储器容量有关的参数和概念第一第一 存储器芯片容量：是指存储器芯片能够存储器芯片容量：是指存储器芯片能够 存储的二进制位数，主要集中在存储矩阵中存储的二进制位数，主要集中在存储矩阵中 用用L*C表示，表示，L代表存储单元，代表存储单元，C代表每个代表每个

10、存储单元的位数。如：存储单元的位数。如：256K*1，64K*4第二第二 位片式存储器：每个存储单元只有位片式存储器：每个存储单元只有1位的存位的存 储器芯片储器芯片 即即C=1第三第三 字片式存储器：每个存储单元具有多于字片式存储器：每个存储单元具有多于1位位 的存储器芯片，即的存储器芯片，即C12164动态存储器的主要外接管脚2164动态存储器外接线说明64K地址空间，只有地址空间，只有8根地址线？根地址线？（A0A7）数据线数据线1根输入、根输入、1根输出？（根输出？（DIN、DOUT）,VCC和和GND：电源接地：电源接地CAS：列选择；：列选择；RAS：行选择；：行选择；WE：写允许

11、：写允许;NC：空闲：空闲2164与CPU的连接2164动态存储器外接线说明64K地址空间需要地址空间需要16根地址线，但芯片只有根地址线，但芯片只有8根根地址线，解决办法：地址线，解决办法：16位分两次送地址信号；位分两次送地址信号；数据线数据线1根输入、根输入、1根输出？在进行位扩展后以根输出？在进行位扩展后以8条数据线分别接条数据线分别接CPU不同的数据线，使不同的数据线，使CPU访问内存时，一次访问的信息在不同的存储器访问内存时，一次访问的信息在不同的存储器芯片上；芯片上；CAS、RAS、WE为控制线，其输入控制信号为控制线，其输入控制信号为为CPU管脚信号经过比较复杂电路处理后产生管

12、脚信号经过比较复杂电路处理后产生产生的信号共同写允许产生的信号共同写允许;2164的特殊之处在于有专门的刷新电路，这是的特殊之处在于有专门的刷新电路，这是与静态存储器最大的区别。与静态存储器最大的区别。动态存储器2164外接线说明2164是PC机曾经实用的存储器芯片，有经典的接线电路。对于比较复杂的存储器接线，一般有示例可以模仿。EPROM芯片芯片2764EPROM芯片芯片27648K*8位位外接管脚：外接管脚：D0D7：数据线：数据线A0A12：地址线：地址线OE：输出允许；：输出允许；CE：片选信号；：片选信号；PGM：编程：编程VPP：编程电压：编程电压VCC：工作电压：工作电压1 28

13、2 273 264 255 246 237 228 219 2010 1911 1812 1713 1614 15 VCCPGMNCA8A9A11OEA10CED7D6D5D4D3VPPA12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GNDEPROM芯片特征芯片特征正常工作时只能读，不能写；正常工作时只能读，不能写；写信息时需要专门的编程电压，写信息时需要专门的编程电压，VPP，一般高达一般高达25V；可以用紫外线照射消除芯片上的信息；可以用紫外线照射消除芯片上的信息；可以保存的信息种类：程序和数据。可以保存的信息种类：程序和数据。VCC：工作电压。：工作电压。所以，所以，EPROM的工作场

14、合为需要保存的工作场合为需要保存固定不变信息。固定不变信息。片选信号（片选信号（CE、CS）的产生）的产生（1）线选方式：直接将高位地）线选方式：直接将高位地址线与片选信号端连接；址线与片选信号端连接；（2）局部译码选择方式：高位）局部译码选择方式：高位地址线信号的一部分参加译码；地址线信号的一部分参加译码；（3）全局译码选择方式：全部）全局译码选择方式：全部高位地址线参加译码，这是最一高位地址线参加译码，这是最一般的方法。般的方法。三、存储器的分级结构l在计算机系统中，通常采用三级存储器结构，即使用高速缓冲存储器、主存储器和外存储器组成的结构。lCPU能直接访问的存储器称为内存储器，它包括高

15、速缓冲存储器和主存储器lCPU不能直接访问外存储器，外存储器的信息必须调入内存储器后才能为CPU进行处理微机存储器的体系结构寄存器：寄存器：CPU内部的存储单元，目前有内部的存储单元，目前有扩大的趋势；扩大的趋势；CACHE：利用静态存储器的高速，提：利用静态存储器的高速，提高整个程序的运行速度；高整个程序的运行速度；内存：以动态存储器为主，大量使用；内存：以动态存储器为主，大量使用；外存：以磁盘、光盘和闪存提供更大的外存：以磁盘、光盘和闪存提供更大的不可易失的存储空间。不可易失的存储空间。Cache主主存存层层次次：解解决决CPU与主存的速度差距与主存的速度差距；主主存存辅辅存存层层次次：解

16、解决决存存储储的的大大容容量量要要求求和和低低成成本本之之间间的的矛矛盾盾。存储器体系结构的策略存储容量（单片和存储容量（单片和CPUCPU寻址能力）；寻址能力）；存取速度（取数时间和存取周期）；存取速度（取数时间和存取周期）；可靠性；可靠性；功耗；功耗；价格；价格；存储器的主要技术指标存储容量：存储器可以容纳的二进制信息量称为存储容量（寻址空间，由CPU的地址线决定）；实际存储容量：在计算机系统中具体配置了多少内存；单片容量：单片存储器所具有的存储单元数。存储容量高速缓冲存储器高速缓冲存储器CacheCache当当CPU第第一一次次访访问问内内存存中中某某个个页页时时，把把数数据据复复制制高

17、高速速缓缓存存区区，之之后后，当当CPU再再次次访访问问该该页页时时，CPU可可直直接接访访问问高高速速缓缓存区，而不需要再访问低速主存储器。存区，而不需要再访问低速主存储器。高高速速缓缓存存器器容容量量远远小小于于低低速速大大容容量量主主存存储储器器，高高速速缓缓存存器器设设计计的的目目标标就就是是使使CPU访问尽可能在高速缓存器中进行。访问尽可能在高速缓存器中进行。高速缓冲存储器高速缓冲存储器CacheCacheCache的的基基本本思思想想：程程序序的的“局部性局部性”；一一个个程程序序中中，有有一一部部分分模模块块是是经经常常运运行行的的，将将这这些些程程序序存存储储在在Cache中中

18、，加加速速运运行行，从从而而提高整个程序的运行速度。提高整个程序的运行速度。高速缓冲存储器高速缓冲存储器CacheCacheCacheCache工工作作的的基基础础：建建立立内内存存和和CacheCache之之间间的的对对应应关关系系，将将内内存存中中的的页页和和CacheCache中中的的页页的的地地址形成对应关系。址形成对应关系。Cache地址映像方法直直接接映映像像：内内存存和和CacheCache中中的的页页有有一一一对应关系；一对应关系；全全相相联联映映像像：所所有有内内存存中中的的页页和和CacheCache中的页都可以建立对应关系；中的页都可以建立对应关系；组组相相联联映映像像：

19、部部分分内内存存中中的的页页和和部部分分CacheCache中的页都可以建立对应关系中的页都可以建立对应关系；Cache地址映像方法直接映像：直接映像：页对应关系页对应关系固定，多个固定，多个固定的内存固定的内存页对应一个页对应一个CACHE页页Cache地址映像方法全相联映像：全相联映像：每个内存页都每个内存页都可以对应所有可以对应所有的的CACHE 页。页。组相联映像：组相联映像：成组对应。成组对应。CACH替换策略先进先出（FIFO）；近期最少使用策略（LAU）。汇编语言汇编语言是以汇编语言是以CPU指令系统为基础指令系统为基础的助记符语言。的助记符语言。特点：特点：可直接控制硬件，与可直接控制硬件，与CPU种类相关；种类相关；运行速度快；运行速度快；繁琐，不适合大型程序开发。繁琐，不适合大型程序开发。高级语言与汇编语言的区别比喻项目 汇编语言 高级语言抓鱼用鱼叉用大网旅行步行借助各种交通工具生产个体作坊 工业集团本课程采取的策略用高级语言取代汇编语言；汇编语言在目前的主要优势：利用DEBUG程序直接控制接口，方便硬件调试过程。