微机原理及应用存储器.ppt
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1、微机原理及应用存储器微机原理及应用存储器现在学习的是第1页,共75页第第6章章 存储器系统存储器系统现在学习的是第2页,共75页第第6章章 存储器存储器6.1 概述概述6.2 随机存储器随机存储器6.3 只读存储器只读存储器6.4 主存储器设计主存储器设计3现在学习的是第3页,共75页6.1 概概 述述主要内容:主要内容:n微型机的存储系统微型机的存储系统n半导体存储器的基本概念半导体存储器的基本概念n存储器的分类及其特点存储器的分类及其特点n两类半导体存储器的主要区别两类半导体存储器的主要区别存储器是计算机的重要组成部分,用来存放计存储器是计算机的重要组成部分,用来存放计算机系统工作时所用的
2、信息算机系统工作时所用的信息 程序和数据。程序和数据。4现在学习的是第4页,共75页一、存储器的一般概念一、存储器的一般概念存储器由能够表示二进制数存储器由能够表示二进制数“0”和和“1”的、具的、具有记忆功能的一些物理器件组成。存储器能存放有记忆功能的一些物理器件组成。存储器能存放一位二进制数的物理器件称为一个存储元。若干一位二进制数的物理器件称为一个存储元。若干存储元构成一个存储单元。存储元构成一个存储单元。1、内存和外存内存和外存2、存储器的分类存储器的分类3、存储器的性能指标存储器的性能指标4、存储器的基本结构存储器的基本结构5现在学习的是第5页,共75页1、内存和外存、内存和外存 (
3、1)内存内存(或主存),用于存放当前正在使用的程序和数据,或主存),用于存放当前正在使用的程序和数据,CPU可以对它直接访问,存取速度快,但容量较小。可以对它直接访问,存取速度快,但容量较小。(2)外存外存(或辅存),用于存放一些(或辅存),用于存放一些CPU暂时不处理的程序和数暂时不处理的程序和数据。当据。当CPU要处理这些信息时,必须先将其调入内存。需通过专用设要处理这些信息时,必须先将其调入内存。需通过专用设备才能对其进行读写操作。备才能对其进行读写操作。外存外存包括软盘,硬盘,光盘等等。包括软盘,硬盘,光盘等等。外存外存容量大,相对内存来说,存取速度较慢。容量大,相对内存来说,存取速度
4、较慢。6现在学习的是第6页,共75页2、存储器的分类、存储器的分类(应用应用)(1)只读存储器只读存储器ROM(2)随机存取存储器随机存取存储器RAM7现在学习的是第7页,共75页(1)只读存储器只读存储器ROM 只读存储器只读存储器(Read Only Memory ROM)用户在使用时只能读出其中信息,不能修改或写入新用户在使用时只能读出其中信息,不能修改或写入新的信息,断电后,其信息不会消失。的信息,断电后,其信息不会消失。只读存储器分类只读存储器分类:存储单元中的信息由存储单元中的信息由ROM制造厂在生产时一制造厂在生产时一次性写入,称为次性写入,称为掩膜掩膜ROM(Masked RO
5、M););PROM(Programmable ROM 可编程可编程ROM)PROM中的程序和数据是由用户自行写入的,中的程序和数据是由用户自行写入的,但一经写入,就无法更改,是一次性的但一经写入,就无法更改,是一次性的ROM;8现在学习的是第8页,共75页(1)只读存储器只读存储器ROM EPROM(Eraseble Programmable ROM 可可擦除可编程擦除可编程ROM)可由用户自行写入程序和数据,可由用户自行写入程序和数据,写入后的内容可用紫外线灯照射擦除,然后可以重新写入后的内容可用紫外线灯照射擦除,然后可以重新写入新的内容,可以多次擦除,多次使用。写入新的内容,可以多次擦除,
6、多次使用。E2PROM(Electrically Eraseble Programmable ROM 电可擦除可编程电可擦除可编程ROM)可用电信号进行可用电信号进行清除和改写的存储器,使用方便。掉电不丢失。清除和改写的存储器,使用方便。掉电不丢失。思考:思考:EPROM和和E2PROM与与RAM的区别?的区别?9现在学习的是第9页,共75页(2)随机存取存储器随机存取存储器RAM 随机存取存储器随机存取存储器(Random Access Memory)RAM的特点是存储器中的信息能读能写,且对存储的特点是存储器中的信息能读能写,且对存储器中任一单元的读或写操作所需要的时间基本是一样器中任一单
7、元的读或写操作所需要的时间基本是一样的。断电后,的。断电后,RAM中的信息即消失。中的信息即消失。按其制造工艺分:按其制造工艺分:(1)双极型半导体)双极型半导体RAM 存取时间短,与存取时间短,与MOS型比,集成度低,功耗大,价型比,集成度低,功耗大,价 格高。格高。(2)MOS 型型RAM10现在学习的是第10页,共75页(2)随机存取存储器随机存取存储器RAMMOS型型RAM分为两类:分为两类:SRAM(Static RAM 静态静态RAM)SRAM是是利用半导体触发器的两个稳定状态表示利用半导体触发器的两个稳定状态表示“1”和和“0”。只要电源不撤除,信息不会消失,不需要刷新电路。只要
8、电源不撤除,信息不会消失,不需要刷新电路。DRAM(Dynamic RAM 动态动态RAM)DRAM是利用电容端电压的高低来表示是利用电容端电压的高低来表示“1”和和“0”,为了,为了弥补漏电需要定时刷新。一般微机系统中的内存采用弥补漏电需要定时刷新。一般微机系统中的内存采用DRAM,配有刷新电路,每隔,配有刷新电路,每隔12ms刷新一次。刷新一次。11现在学习的是第11页,共75页3、存储器的性能指标、存储器的性能指标(1)存储容量存储容量(2)存储速度存储速度(3)可靠性可靠性(4)功耗功耗12现在学习的是第12页,共75页(1)存储容量存储容量 存储容量存储容量 是指是指一块存储芯片上所
9、能一块存储芯片上所能存储的二进制位数。存储的二进制位数。假设存储芯片的假设存储芯片的存储单元数是存储单元数是M,一个存储单元所存储一个存储单元所存储的信息的位数是的信息的位数是N,则其存储容量为则其存储容量为MN。D7 D1D013现在学习的是第13页,共75页例题例题1、已知单片、已知单片6116芯片的地址线是芯片的地址线是11位,位,每个存储每个存储单元是单元是8位,求其存储容量位,求其存储容量?解解:因为可编址范围因为可编址范围211,即,即M 211,每个存储单元可存每个存储单元可存8位,即位,即N 8,所以,所以,6116的存储容量的存储容量=2118 =210248 =2K8 2K
10、B14现在学习的是第14页,共75页例题例题2、若要组成、若要组成64K字节的存储器,以下芯片各需几片字节的存储器,以下芯片各需几片?6116(2K8)4416(16K4)解解:(64K8)(2K8)=32(片片)(64K8)(16K4)=8(片片)15现在学习的是第15页,共75页区别:芯片的存储容量和微机的存储容量区别:芯片的存储容量和微机的存储容量 微机的存储容量微机的存储容量 由多片存储芯片组成的由多片存储芯片组成的总存储容量。总存储容量。微机的最大内存容量微机的最大内存容量 由由CPU的地址总的地址总线决定。线决定。如:如:PC486,地址总线是,地址总线是32位,位,则,内存容许最
11、大容量是则,内存容许最大容量是232=4G;实际的装机容量实际的装机容量 由实际使用的若干片由实际使用的若干片存储芯片组成的总存储容量。存储芯片组成的总存储容量。16现在学习的是第16页,共75页(2)存储速度存储速度 存储器的存取速度是影响计算机运算速度的主存储器的存取速度是影响计算机运算速度的主要因素,用两个参数来衡量:要因素,用两个参数来衡量:存取时间存取时间TA(Access Time)定义为启定义为启动一次存储器操作(读或写),到完成该操作所经动一次存储器操作(读或写),到完成该操作所经历的时间。历的时间。存储周期存储周期TMC(Memory Cycle)定义启定义启动两次读(或写)
12、存储器操作之间所需的最小时间动两次读(或写)存储器操作之间所需的最小时间间隔。间隔。注意:注意:CPU读写存储器的时间必须大于存储芯片的额定读写存储器的时间必须大于存储芯片的额定存取时间存取时间17现在学习的是第17页,共75页(3)(3)可靠性可靠性 存储器的可靠性用存储器的可靠性用MTBF来衡量。来衡量。MTBF即即Mean Time Between Failures 平平均故障间隔时间,均故障间隔时间,MTBF越长,表示可靠性越高。越长,表示可靠性越高。(4)(4)功耗功耗 使用功耗低的存储芯片构成存储系统不仅可以减使用功耗低的存储芯片构成存储系统不仅可以减少对电源容量的要求,而且还可以
13、提高存储系统的少对电源容量的要求,而且还可以提高存储系统的可靠性。可靠性。18现在学习的是第18页,共75页“读读”操作工作过程操作工作过程(1)送地址送地址 CPU通通过地址总线将地址送入过地址总线将地址送入地址寄存器,并译码;地址寄存器,并译码;(2)发出发出“读读”命令命令 CPU通过控制总线将通过控制总线将“存储器读存储器读”信号送入读信号送入读/写控制电路;写控制电路;(3)从存储器读出数据从存储器读出数据 读读/写控制电路根据写控制电路根据“读读”信信号和片选信号选中存储体中的某一存储单元,从该单元读出号和片选信号选中存储体中的某一存储单元,从该单元读出数据,送到数据缓存器。再经过
14、数据总线送到数据,送到数据缓存器。再经过数据总线送到CPU。20现在学习的是第20页,共75页“写写”操作工作过程操作工作过程(1)送地址送地址 CPU通过通过地址总线将地址送入地址地址总线将地址送入地址寄存器,并译码;寄存器,并译码;(2)发出发出“写写”命令命令 CPU通过控制总线将通过控制总线将“写写”信号送入读信号送入读/写控制电路;写控制电路;(3)写入数据到存储器写入数据到存储器 读读/写控制电路根据写控制电路根据“写写”信号信号和片选信号选中存储体中的某一存储单元,将数据总线上的和片选信号选中存储体中的某一存储单元,将数据总线上的数据,送到数据缓存器,再写入到选中的存储单元。数据
15、,送到数据缓存器,再写入到选中的存储单元。21现在学习的是第21页,共75页6.2 随机存取存储器随机存取存储器要求掌握:要求掌握:nSRAM与与DRAM的主要特点的主要特点n几种常用存储器芯片及其与系统的连接几种常用存储器芯片及其与系统的连接n了解存储器扩展技术了解存储器扩展技术22现在学习的是第22页,共75页一、静态存储器一、静态存储器SRAM 特点:特点:存储元由双稳电路构成,存储信息稳定存储元由双稳电路构成,存储信息稳定T1 T2工作管;T3 T4是负载管;T5 T6 T7 T8是控制管23现在学习的是第23页,共75页 典型典型SRAM芯片芯片地址线:地址线:A0-A12数据线:数
16、据线:D0-D7输出允许信号:输出允许信号:OE写允许信号:写允许信号:WE选片信号:选片信号:CS1,CS22A12A7A6A5A4A3A2A1D0D1345678910111213141NCA0D2GND27WECS2A8A9A11OEA10CS1D6D526252423222120191817161528VCCD7D4D36264n工作时序工作时序n与系统的连接使用与系统的连接使用CMOS RAMCMOS RAM芯片芯片62646264(8 8KBKB):):n 主要引脚功能主要引脚功能24现在学习的是第24页,共75页6264的工作过程的工作过程6264的读操作和写操作的读操作和写操作
17、CS1 片选信号片选信号 OE 输出允许输出允许 WE 写允许信号写允许信号 D0-D7 0 0 0 0 1 1 写入写入 1 1 0 0 1 1 读出读出 0 0或或1 10 0或或1 1 三态三态 片选信号片选信号CS20 06264真值表未选中25现在学习的是第25页,共75页6264的工作过程的工作过程写操作写操作(1)将写入单元的地址送到将写入单元的地址送到A0-A12上上;(2)将要写入的数据送到数据线上将要写入的数据送到数据线上;(3)使片选信号使片选信号(CS1、CS2)同时有效同时有效;(4)在在WE端加上有效的低电平端加上有效的低电平,OE端可以任意端可以任意;26现在学习
18、的是第26页,共75页6264芯片与系统的连接芯片与系统的连接D0D7A0A12WEOECS1CS2A0A12MEMWMEMR译码译码电路电路高位地高位地址信号址信号D0D727现在学习的是第27页,共75页译码电路译码电路 作用:作用:将输入的一组二进制编码变换为一个特定将输入的一组二进制编码变换为一个特定的输出信号,即:将输入的一组高位地址信号通的输出信号,即:将输入的一组高位地址信号通过变换,产生一个有效的输出信号,用于选中某过变换,产生一个有效的输出信号,用于选中某一个存储器芯片,从而确定了该存储器芯片在内一个存储器芯片,从而确定了该存储器芯片在内存中的地址范围。存中的地址范围。分类分
19、类:(1)全地址译码全地址译码 (2)部分地址译码)部分地址译码28现在学习的是第28页,共75页全地址译码全地址译码 用全部的高位地址信号作为译码信号,使得存储用全部的高位地址信号作为译码信号,使得存储器芯片的每一个单元都占据一个惟一的内存地址器芯片的每一个单元都占据一个惟一的内存地址例例 所接芯片的地址范围所接芯片的地址范围 F0000HF1FFFHA19A18A17A16A15A14A13&16264CS129现在学习的是第29页,共75页部分地址译码部分地址译码 用部分高位地址信号(而不是全部)作为译码信用部分高位地址信号(而不是全部)作为译码信号,使得被选中得存储器芯片占有几组不同的
20、地号,使得被选中得存储器芯片占有几组不同的地址范围址范围 例例两组地址:两组地址:F0000H-F1FFFH F0000H-F1FFFH B0000H-B1FFFH B0000H-B1FFFH被选中芯片的每个单元都被选中芯片的每个单元都占有两个地址,即这两个占有两个地址,即这两个地址都指向同一个单元地址都指向同一个单元A19A17A16A15A14A13&16264CS130现在学习的是第30页,共75页应用举例应用举例n将将SRAM 6264芯片与系统连接,使其地址范围芯片与系统连接,使其地址范围为:为:38000H39FFFHn使用使用74LS138译码器构成译码电路译码器构成译码电路译码
21、和译码器译码和译码器31现在学习的是第31页,共75页译码和译码器译码和译码器 全部全部CPU高位地址参与译码,称之为高位地址参与译码,称之为全译码全译码。全。全译码方式能保证每个存储单元地址唯一。译码方式能保证每个存储单元地址唯一。若只选择若只选择CPU一部分高位地址参与译码,这称为一部分高位地址参与译码,这称为部分译玛部分译玛。每个存储单元会有多个地址对应,。每个存储单元会有多个地址对应,地址译码可以选择专用芯片,在微机系统中常用地址译码可以选择专用芯片,在微机系统中常用的有的有74LS138(称(称3-8译码器)。译码器)。真值表真值表32现在学习的是第32页,共75页74LS138真值
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