第5章.微机的存储器分解优秀PPT.ppt

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1、第五章第五章 微机的存储器微机的存储器 存储器是微机的重要组成部分之一，它的种类很存储器是微机的重要组成部分之一，它的种类很多，各种存储器存储信息的媒体、存储原理和方法也多，各种存储器存储信息的媒体、存储原理和方法也各不相同。各不相同。本章主要以各种微机中广泛应用的半导体存储器本章主要以各种微机中广泛应用的半导体存储器为对象，在探讨存储器及其基本电路、基础学问的基为对象，在探讨存储器及其基本电路、基础学问的基础上，着重探讨存储芯片及其与础上，着重探讨存储芯片及其与CPUCPU之间的连接与扩充之间的连接与扩充问题。此外还简要介绍了磁表面存储器、光盘存储器问题。此外还简要介绍了磁表面存储器、光盘存

2、储器以及一些新型的存储器。以及一些新型的存储器。微机的存储器5.15.15.15.1存储器的分类与组成存储器的分类与组成存储器的分类与组成存储器的分类与组成5.25.25.25.2随机存取存储器（）随机存取存储器（）随机存取存储器（）随机存取存储器（）5.35.35.35.3读存储器（）读存储器（）读存储器（）读存储器（）5.45.45.45.4存储器的连接存储器的连接存储器的连接存储器的连接5.55.55.55.5几种新型的半导体存储器几种新型的半导体存储器几种新型的半导体存储器几种新型的半导体存储器5.65.65.65.6磁表面存储器磁表面存储器磁表面存储器磁表面存储器5.75.75.75

3、.7光盘存储器光盘存储器光盘存储器光盘存储器5.15.1存储器的分类与组成存储器的分类与组成 存储器按它与存储器按它与CPUCPU的连接方式不同，可分的连接方式不同，可分为内存储器和外存储器。为内存储器和外存储器。通过通过CPUCPU的外部总线干脆与的外部总线干脆与CPUCPU相连的存储相连的存储器称为内存储器（简称内存或主存）。器称为内存储器（简称内存或主存）。CPU CPU要通过要通过I/OI/O接口电路才能访问的存储器接口电路才能访问的存储器称为外存储器（简称外存或二级存储器）。称为外存储器（简称外存或二级存储器）。按存储器信息的器件和媒体来分，有半导按存储器信息的器件和媒体来分，有半导

4、体存储器、磁表面存储器、磁泡存储器和磁芯体存储器、磁表面存储器、磁泡存储器和磁芯存储器以及光盘存储器等。存储器以及光盘存储器等。图图5.15.1为为CPUCPU与存储器的连接结构示意图。图中内与存储器的连接结构示意图。图中内存由半导体存储器芯片组成，外存则有磁带、硬磁盘存由半导体存储器芯片组成，外存则有磁带、硬磁盘和软磁盘等。和软磁盘等。一、半导体存储器的分类一、半导体存储器的分类 半导体存储器的分类如图半导体存储器的分类如图5.25.2所示。所示。按运用的功能可分为两大类：随机存取存储器按运用的功能可分为两大类：随机存取存储器RAM(Random Access memory)RAM(Rand

5、om Access memory)和只读存储器和只读存储器ROM(Read Only ROM(Read Only Memory)Memory)。RAM RAM RAM RAM在程序执行过程中，每个存储单元的内容在程序执行过程中，每个存储单元的内容在程序执行过程中，每个存储单元的内容在程序执行过程中，每个存储单元的内容依据程序的要求既可随时读出，又可随时写入，故依据程序的要求既可随时读出，又可随时写入，故依据程序的要求既可随时读出，又可随时写入，故依据程序的要求既可随时读出，又可随时写入，故可称读写存储器。可称读写存储器。可称读写存储器。可称读写存储器。它主要用来存放用户程序、原始数据、中间结它

6、主要用来存放用户程序、原始数据、中间结它主要用来存放用户程序、原始数据、中间结它主要用来存放用户程序、原始数据、中间结果，也用来与外存交果，也用来与外存交果，也用来与外存交果，也用来与外存交 换信息和用作堆栈等。换信息和用作堆栈等。换信息和用作堆栈等。换信息和用作堆栈等。RAMRAMRAMRAM所所所所存储的信息在断开电源时会马上消逝，是一种易失存储的信息在断开电源时会马上消逝，是一种易失存储的信息在断开电源时会马上消逝，是一种易失存储的信息在断开电源时会马上消逝，是一种易失性存储器。性存储器。性存储器。性存储器。RAM RAM按工艺又可分为双极型按工艺又可分为双极型RAMRAM和和MOS R

7、AMMOS RAM两类，而两类，而MOS RAMMOS RAM又可分为静态又可分为静态(Static)(Static)和动和动态态(Dynamic)RAM(Dynamic)RAM两种。双极型两种。双极型RAMRAM的特点是存的特点是存取速度快，但集成度低，功耗大，主要用于速取速度快，但集成度低，功耗大，主要用于速度要求高的位片式微机中；静态度要求高的位片式微机中；静态MOS RAMMOS RAM的集的集成度高于双极型成度高于双极型RAM,RAM,功耗低于双极型功耗低于双极型RAMRAM；动；动态态RAMRAM比静态比静态RAMRAM具有更高的集成度具有更高的集成度,但是它靠但是它靠电路中栅极电

8、容来储存信息，由于电容器上的电路中栅极电容来储存信息，由于电容器上的电会泄它须要定时进行刷新。电会泄它须要定时进行刷新。只读存储器按工艺也可分为双极型和只读存储器按工艺也可分为双极型和型，但一般依据信息写入的方式不同，而型，但一般依据信息写入的方式不同，而分为分为:掩模式掩模式;可编程和可擦除可编程和可擦除;可再编程等。可再编程等。地址线数与存储单元数的关系列于下表中：地址线数与存储单元数的关系列于下表中：（二）地址选择电路（二）地址选择电路 地址选择电路包括地址码缓冲器，地址译码地址选择电路包括地址码缓冲器，地址译码器等。器等。地址译码器用来对地址码译码。地址译码器用来对地址码译码。地址译码

9、方式有两种：地址译码方式有两种：1.1.单译码方式（或称字结构）单译码方式（或称字结构）它的全部地址只用一个电路译码，译码输出它的全部地址只用一个电路译码，译码输出的字选择线干脆选中对应地址码的存储单元。的字选择线干脆选中对应地址码的存储单元。2.2.双译码方式（或称重合译码）双译码方式（或称重合译码）双译码方式如图双译码方式如图5.45.4所示。所示。它将地址码分为它将地址码分为X X和和Y Y两部分，用两个译两部分，用两个译码电路分别译码。码电路分别译码。向译码又称行向译码又称行译码，其输出线称行译码，其输出线称行选择线，它选中存储选择线，它选中存储矩阵中一行的全部存矩阵中一行的全部存储单

10、元。储单元。向译码又称列向译码又称列译码，其输出线称列译码，其输出线称列选择线，它选中一列选择线，它选中一列的全部单元。的全部单元。只有只有X X向和向和Y Y向的向的选择线同时选中的那选择线同时选中的那一位存储单元一位存储单元,才能进才能进行读或写操作。行读或写操作。（三）读/写电路与限制电路 读/写电路包括读/写放大器、数据缓冲器（三态双向缓冲器）等。它是数据信息输入和输出的通道。外界对存储器的限制信号有读信号（）、写信号（）和片选信号（）等，通过限制电路以限制存储器的读或写操作以及片选。只有片选信号处于有效状态，存储器才能与外界交换信息。5.4 5.4 存储器的连接存储器的连接 本章要解

11、决两个问题：本章要解决两个问题：一个是如何用容量较小、字长较短的芯片，一个是如何用容量较小、字长较短的芯片，组成微机系统所需的存储器；组成微机系统所需的存储器；另一个是存储器与的连接方法与应另一个是存储器与的连接方法与应留意的问题。留意的问题。一、存储器芯片的扩充一、存储器芯片的扩充（一）位数的扩充（一）位数的扩充 用位或位的存储器芯片构成位的存储器，可接用位或位的存储器芯片构成位的存储器，可接受位并联的方法。例如，可以用片受位并联的方法。例如，可以用片位的芯片组位的芯片组成容量为成容量为位的存储器，如图位的存储器，如图5.155.15所示。这时，各所示。这时，各芯片的数据线分别接到数据总线的

12、各位，而地址线的相应芯片的数据线分别接到数据总线的各位，而地址线的相应位及各限制线，则并联在一起。图位及各限制线，则并联在一起。图5.165.16则是用片则是用片位的芯片，组成位的芯片，组成位的存储器的状况。这时，一位的存储器的状况。这时，一片芯片的数据线接数据总线的低片芯片的数据线接数据总线的低4 4位，另一片芯片的数据线位，另一片芯片的数据线则接数据总线的高则接数据总线的高4 4位。而两片芯片的地址线及限制线则分位。而两片芯片的地址线及限制线则分别并联在一起。别并联在一起。例：图例：图5.185.18是用是用4 4片片16K816K8位的存储器芯片（或是经过位扩充位的存储器芯片（或是经过位

13、扩充的芯片组）组成的芯片组）组成64K864K8位存储器连接线路。位存储器连接线路。16K16K存储器芯片的地址存储器芯片的地址为为1414位，而位，而64K64K存储器的地址码应有存储器的地址码应有1616位。连接时，各芯片的位。连接时，各芯片的1414位位地址线可干脆接地址总线的地址线可干脆接地址总线的A0A0A13A13，而地址总线的，而地址总线的A15A15，A14A14则接则接到到2-42-4译码器的输入端，其输出端译码器的输入端，其输出端4 4根选择线分别接到根选择线分别接到4 4片芯片的片片芯片的片选选CSCS端。端。（二）地址的扩充（二）地址的扩充 当扩充存储容量时，接受地址串

14、联的方法。这时，要用到地址当扩充存储容量时，接受地址串联的方法。这时，要用到地址译码电路，以其输入的地址码来区分高位地址，而以其输出端的限译码电路，以其输入的地址码来区分高位地址，而以其输出端的限制线来对具有相同低位地址的几片存储器芯片进行片选。制线来对具有相同低位地址的几片存储器芯片进行片选。地址译码电路是一种可以将地址码翻译成相应限制信号的电路。地址译码电路是一种可以将地址码翻译成相应限制信号的电路。有有2-42-4译码器，译码器，3-83-8译码器等。例如图译码器等。例如图5.175.17是一个是一个2-42-4译码器，入端译码器，入端为为A0A0、A12A12位地址码，输出用位地址码，

15、输出用1K41K4位芯片组成位芯片组成1K81K8位存储器位存储器4 4根限根限制线，对应于地址码的制线，对应于地址码的4 4种状态，不论地址码种状态，不论地址码A0A0、A1A1为何值，输出为何值，输出总是只有一根线处于有效状态，如逻辑关系表中所示，输出以低电总是只有一根线处于有效状态，如逻辑关系表中所示，输出以低电平为有效。平为有效。因此，在任一地址码时，仅有一片芯片处于被选中的因此，在任一地址码时，仅有一片芯片处于被选中的工作状态，各芯片的取值范围如表工作状态，各芯片的取值范围如表5.5.所示。所示。在第在第3 3章中，对章中，对80868086最小方式与最大方式的典型最小方式与最大方式

16、的典型系统结构以及系统结构以及80868086存储器凹凸位库的连接，曾作过存储器凹凸位库的连接，曾作过一些概略的介绍。这里，将结合存储器的分类及其一些概略的介绍。这里，将结合存储器的分类及其与与8086 CPU8086 CPU的具体连接赐予较具体的说明。图的具体连接赐予较具体的说明。图5.195.19两片两片27322732组成组成4K4K字程序存储器字程序存储器二、存储器与二、存储器与CPUCPU的连接的连接 1.1.只读存储器与只读存储器与8086CPU8086CPU的连接的连接 ROM ROM、PROMPROM或或EPROMEPROM芯片都可以与芯片都可以与80868086系统总线连接，

17、实现系统总线连接，实现程序存储器。例如，程序存储器。例如，27162716、27322732、27642764和和2712827128这一类这一类EPROMEPROM芯芯片，由于它们属于以片，由于它们属于以1 1字节宽度输出组织的，因此，在连接到字节宽度输出组织的，因此，在连接到80868086系统时，为了存储系统时，为了存储1616位指令字，要运用两片这类芯片并联位指令字，要运用两片这类芯片并联组成一组。图组成一组。图5.195.19给出了给出了两片两片2732 EPROM2732 EPROM与与80868086系系统总线的连接示意图。该统总线的连接示意图。该存储器子系统供应了存储器子系统供

18、应了4K4K字字的程序存储器的程序存储器(即存放指令即存放指令代码的只读存储器代码的只读存储器)。假如再结合假如再结合P69P69图图3.113.11以及奇数库和偶数库的概以及奇数库和偶数库的概念，就更简洁理解了。念，就更简洁理解了。2.2.静态静态RAMRAM与与8086CPU8086CPU芯片的连接芯片的连接 一般，当微机系统的存储器容量少于一般，当微机系统的存储器容量少于16K16K字时，宜接受静态字时，宜接受静态RAMRAM芯片，因为大多数动态芯片，因为大多数动态RAMRAM芯片都是以芯片都是以16K116K1位或位或64K164K1位位来组织的，并且，动态来组织的，并且，动态RAMR

19、AM芯片还要求动态刷新电路，这种附芯片还要求动态刷新电路，这种附加的支持电路会增加存储器的成本。加的支持电路会增加存储器的成本。8086 CPU8086 CPU无论是在最小方无论是在最小方式或最大方式下，都可以寻址式或最大方式下，都可以寻址1MB1MB的存储单元，存储器均按字的存储单元，存储器均按字节编址节编址。图。图5.205.20给出给出了了2K2K字的读写存储器字的读写存储器子系统。存储器芯片子系统。存储器芯片选用静态选用静态RAM RAM 6116(2K86116(2K8位位)。3.EPROM 3.EPROM、静态、静态RAMRAM与与8086CPU8086CPU连接的实例连接的实例

20、图图5.215.21给出了给出了8086CPU8086CPU组成的单处理器系统的典型结构。图中，组成的单处理器系统的典型结构。图中，80868086接成最小工作方式（接成最小工作方式（MN/MXMN/MX引脚置逻辑高电平）。当机器复位引脚置逻辑高电平）。当机器复位时，时，80868086将执行将执行FFFF0HFFFF0H单元的指令。单元的指令。p6768 p6768中关于奇数库和偶数库的叙述中关于奇数库和偶数库的叙述;三、存储器与三、存储器与CPUCPU连接应当留意的一些问题连接应当留意的一些问题 存储器与存储器与CPUCPU连接时，原则上可将存储器的连接时，原则上可将存储器的地址线、数据线

21、与限制信号线分别接到地址线、数据线与限制信号线分别接到CPUCPU的地的地址总线、数据总线和限制总线上去。但在好用址总线、数据总线和限制总线上去。但在好用中，有些问题必需加以考虑。中，有些问题必需加以考虑。（一）（一）CPUCPU外部总线的负载实力外部总线的负载实力 CPU CPU外部总线的负载实力，即能带一个标准外部总线的负载实力，即能带一个标准的的TTLTTL负载。对于负载。对于MOSMOS存储器来说，它的直流负存储器来说，它的直流负载很小，主要是电容负载，故在小系统中，载很小，主要是电容负载，故在小系统中，CPUCPU可以与存储器干脆相连。而在较大的存储系统可以与存储器干脆相连。而在较大

22、的存储系统中，连接的存储器芯片片数较多，就会造成总中，连接的存储器芯片片数较多，就会造成总线过载，故应增加总线的驱动实力。通常接受线过载，故应增加总线的驱动实力。通常接受加缓冲器或总线驱动器等方法来实现。加缓冲器或总线驱动器等方法来实现。（二）各种信号线的协作与连接（二）各种信号线的协作与连接 通常，由于通常，由于CPUCPU的各种信号要求与存储器的各种信号要的各种信号要求与存储器的各种信号要求有所不同，往往要协作以必要的协助电路。求有所不同，往往要协作以必要的协助电路。数据线：数据传送一般是双向的。存储器芯片的数据线有数据线：数据传送一般是双向的。存储器芯片的数据线有输入输出共用的和分开的数

23、据线的连接两种结构。对于共输入输出共用的和分开的数据线的连接两种结构。对于共用的数据线，由于芯片内部有三态驱动器，故它可以干脆用的数据线，由于芯片内部有三态驱动器，故它可以干脆与与CPUCPU数据总线连接。而输入线与输出线分开的芯片，则要数据总线连接。而输入线与输出线分开的芯片，则要外加三态门，才能与外加三态门，才能与CPUCPU数据总线相连数据总线相连,如图如图5.225.22所示：所示：地址线：存储器的地址线一般可以干脆接到地址线：存储器的地址线一般可以干脆接到CPUCPU的地址的地址总线。而大容量的动态总线。而大容量的动态RAMRAM，为了削减引线的数目，往往，为了削减引线的数目，往往接

24、受分时输入的方式，这时，需在接受分时输入的方式，这时，需在CPUCPU与存储器芯片之间与存储器芯片之间加上多路转换开关，用加上多路转换开关，用CASCAS与与RASRAS分别将地址的高位与低分别将地址的高位与低位送入存储器。位送入存储器。限制线：限制线：CPUCPU通过限制线送出吩咐，以限制存储器的读通过限制线送出吩咐，以限制存储器的读写操作，以及送出片选信号、定时信号等。写操作，以及送出片选信号、定时信号等。（三）（三）CPUCPU的时序与存储器的存储速度之间的匹配的时序与存储器的存储速度之间的匹配 CPU CPU在取指和存储器读、写操作时，其时序是固定的，在取指和存储器读、写操作时，其时序

25、是固定的，由此来选择存储器的存取速度。对速度较慢的存储器，由此来选择存储器的存取速度。对速度较慢的存储器，须要增加等待周期须要增加等待周期w w，以满足快速，以满足快速CPUCPU的要求。的要求。（四）存储器的地址安排及片选信号的产生（四）存储器的地址安排及片选信号的产生 内存包括内存包括RAMRAM和和ROMROM两大部分，而两大部分，而RAMRAM又分为系统区又分为系统区（即监控程序或操作系统占用的内存区域）和用户区，（即监控程序或操作系统占用的内存区域）和用户区，因而，要合理地安排内存地址空间。因而，要合理地安排内存地址空间。此外，由于目前生产的存储器芯片，其单片的存此外，由于目前生产的存储器芯片，其单片的存储容量有限，须要若干片存储器芯片才能组成一个存储容量有限，须要若干片存储器芯片才能组成一个存储器，故要求正确解决芯片的片选信号。储器，故要求正确解决芯片的片选信号。