微機原理與接口技術：14第6章 存儲器系統

《微機原理與接口技術：14第6章 存儲器系統》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《微機原理與接口技術：14第6章 存儲器系統（8頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、 交通信息與控制工程系教案（理論教學用） 課程名稱 微機原理與接口技術 第 14 次 第 7 周 2 學時 上課教室 WM1310 課程類型 專業(yè)基礎課 授課對象 自動化專業(yè) 章節(jié)名稱 第6章 存儲器系統（6.1,6.2,6.3） 教學目的 和要求 1． 了解存儲器的概念、分類以及相關技術指標； 2． 了解靜態(tài)和動態(tài)隨機存儲器芯片原理以及應用； 3． 掌握存儲器的擴展方法； 4． 了解只讀存儲器的原理。 講 授 主要內容及時間分配 存儲器的基本概念；（20min） 隨機存儲器；（45min） 只讀存儲器；（25min） 教

2、學重點 與難點 重點： 1． 存儲器的概念、分類等； 2． 靜態(tài)和動態(tài)隨機存儲器芯片原理以及應用； 3． 存儲器的擴展方法； 4． 只讀存儲器的原理。 難點： 1．存儲器的擴展方法。 要求掌握知識點和分析方法 1．了解存儲器的分類和相關技術指標； 2．靜態(tài)和動態(tài)隨機存儲器芯片原理以及在8086系統中的應用； 3．掌握存儲器的字位擴展方法； 4．了解只讀存儲器的原理。 啟發(fā)與提問 1． MP3使用的是什么存儲器類型？ 教學手段 多媒體 作業(yè)布置 思考題： 1．現代計算機中那些地方使用靜態(tài)隨機存儲器？ 主 要 參考資料 備注

3、 注：教案按授課次數填寫，每次授課均應填寫一份。重復班授課可不另填寫教案。 長安大學講稿(第十四講) 講 授 內 容 第5章 存儲器系統 5.1 存儲器概述 一、存儲器基本概念 存儲器由大量的記憶單元組成，記憶單元是一種具有兩個穩(wěn)定狀態(tài)的物理器件，可用來表示二進制的0和1，這種物理器件一般由半導體器件或磁性材料等構成。 由若干個最基本的存儲單元存儲一個字，字長有4位、8位、16位以及32位等，在微機中，習慣上把一個地址所尋址的8位二進制數稱為一個存儲單元。 存儲器容量一般都很大，無論內存還是外存，均以字節(jié)為單元，常用

4、的有210字節(jié)=1KB，220字節(jié)=1024KB=1MB，230字節(jié)=1024MB=1GB，240字節(jié)=1024GB=1TB 存儲器的容量與微機的地址線有關 二、內存和外存 1.內存 　內存或主存,也稱半導體存儲器，用于存放當前計算機正在執(zhí)行或經常要使用的程序或數據，CPU可直接從內存中讀取指令并執(zhí)行，還可直接從內存中存取數據。內存一般由快速的存儲器件構成，它與CPU交換數據的速度很快。 2.外存或輔存 一般是由磁性材料以及運用激光技術等實現的存儲器，分為硬磁盤、軟磁盤、光盤等。外存容量很大，但存取速度很慢，通常使用DMA技術和IOP技術來實現內存與外存之間的數據直接

5、傳送 三、半導體存儲器分類 按工藝結構分類 雙極型和金屬氧化物型存儲器 按存儲器原理分類 靜態(tài)存儲器SRAM和動態(tài)存儲器DRAM 按數據傳輸的寬度分類 并行I/O的存儲器，串行I/O的存儲器 按存取方式分類 隨機存取存儲器RAM，只讀存儲器ROM（PROM,EPROM,EEPROM,FLASH等） 四：半導體存儲器的主要性能指標 ? 存儲容量　微機存儲器的容量是指存儲器所能容納的最大字節(jié)數。 ? 存取時間和存取周期 　存取周期是指存儲器從接收到地址，到實現一次完整的讀出和寫入數據的時間，也稱為存取時間，是存儲器進行連續(xù)讀和寫操作所允許的最

6、短時間間隔。 ? 可靠性　指它抵抗干擾，正確完成讀/寫數據的性能 (平均故障間隔時間)。 ? 功 耗　半導體存儲器在額定工作電壓下，外部電源保證它正常工作的前提下所提供的最大電功率稱之為功耗。 5.2 隨機存儲器 一、靜態(tài)存儲器SRAM 　　靜態(tài)隨機存取存儲器SRAM的基本存儲單元一般由六管靜態(tài)存儲電路構成，集成度較低，功耗較大，無需刷新電路，從而簡化了外部控制邏輯電路，由于存取速度快，一般用作高檔微機中的高速緩沖存儲器（CACHE）。 典型SRAM芯片 6264芯片的主要引線 n 地址線：A0------A12； n 數據線：D0------D7； n 輸出允

7、許信號：OE； n 寫允許信號：WE； n 選片信號：CS1，CS2。 6264芯片與系統的連接 譯碼電路 n 將輸入的一組二進制編碼變換為一個特定的輸出信號，即：將輸入的一組高位地址信號通過變換，產生一個有效的輸出信號，用于選中某一個存儲器芯片，從而確定了該存儲器芯片在內存中的地址范圍。 全地址譯碼 n 用全部的高位地址信號作為譯碼信號，使得存儲器芯片的每一個單元都占據一個唯一的內存地址。 部分地址譯碼 n 用部分高位地址信號（而不是全部）作為譯碼信號，使得被選中得存儲器芯片占有幾組不同的地址范圍。 n 下例使用高5位地址作為譯碼信號，從而使被選中芯片的每個單元都占有兩個

8、地址，即這兩個地址都指向同一個單元。 線選方式 § 線選方式就是將地址總線的高位地址不經過譯碼，直接將它們作為片選信號接至各存儲芯片的片選輸入端，即采用線選方式，根本不需要使用片選譯碼器。 n 必須注意的是： A19和A18不能同時為0，否則，將會同時選中兩個存儲芯片，造成訪問存儲器操作錯誤。 n 即在采用線選方式的存儲系統中，軟件上必須保證在存儲器尋址時片選線中只能有一位有效(例如定義為邏輯“0”)，而不允許多于一位的片選線同時有效。否則，將導致存儲器操作的差錯。 全譯碼方式 n 優(yōu)點是存儲器中每一存儲單元都有惟一確定的地址。 n 缺點是譯碼電路比較復雜。

9、部分譯碼方式 n 優(yōu)點:片選譯碼電路比較簡單; n 缺點:存儲空間中存在地址重疊區(qū)，使用時應予以注意。 線選方式 優(yōu)點:無須使用片選譯碼器； 缺點:存儲地址空間被分成了相互隔離的區(qū)段，造成地址空間的不連續(xù)(片選線多于一位為“0”以及片選線為全“1”的地址空間不能使用)，給編程帶來不便。 2. 動態(tài)RAM(DRAM) 1) DRAM基本存儲單元電路 n 與靜態(tài)RAM一樣，動態(tài)RAM也是由許多“基本存儲單元”(cells)按行、列形式構成的二維存儲矩陣來組成的。 n 目前，動態(tài)RAM基本存儲單元是由一個MOS管和一個小電容構成，故稱“單管動態(tài)RAM基本存儲單元電路”，其結

10、構如圖所示。 n 由于任何電容均存在漏電效應，所以經過一段時間后電容上的電荷會流失殆盡，所存信息也就丟失了。 n 對電容漏電而引起信息丟失這個問題的解決辦法是定期地對內存中所有動態(tài)RAM存儲單元進行刷新(refresh)，使原來表示邏輯“1”電容上的電荷得到補充，而原來表示邏輯“0”的電容仍保持無電荷狀態(tài)。 n 刷新是逐行進行的。 DRAM 的主要特點 n 與靜態(tài)RAM相比，動態(tài)RAM基本存儲電路所用的MOS管少，從而可以提高存儲器的存儲密度并降低功耗。 n 動態(tài)RAM的缺點是存取速度比靜態(tài)RAM慢；需要定時刷新，因此需增加相應的刷新支持電路； n 此外，在刷新期間CPU不能

11、對內存模塊啟動讀/寫操作，從而損失了一部分有效存儲器訪問時間。 n DRAM的高存儲密度、低功耗及每位價格便宜的突出優(yōu)點，使之非常適用于在需要較大存儲容量的系統中用作主存儲器?，F代PC機均采用各種類型的DRAM作為可讀寫主存。 (2) DRAM芯片的引腳信號及讀寫操作 為了具體理解動態(tài)RAM存儲器的工作機理，清楚地了解DRAM芯片的主要引腳信號及其讀寫特性是十分必要的。 n 下面以一個64K×1位2164的DRAM芯片為例進行概要說明。 主要引線 n RAS：行地址選通信號。用于鎖存行地址； n CAS：列地址選通信號。 地址總線上先送上行地址，后送上列地址，分別在R

12、AS和CAS有效期間被鎖存在鎖存器中。 n DIN： 數據輸入 n DOUT：數據輸出 刷新 n 將存放于每位中的信息讀出再照原樣寫入原單元的過程---------刷新。 n 刷新過程 n 首先，使列地址鎖存信號CAS＝1無效。 n 送上行地址并給出行地址鎖存信息RAS＝0。 n 芯片內部將選中行各個單元上的信息進行刷新（把為“1”的電容補充電荷，“0”的不變）。 n 每次送出一個行地址，刷新一行，直到把整個芯片刷新完畢。 三、存儲器擴展技術 用多片存儲芯片構成一個需要的內存空間，它們在整個內存中占據不同的地址范圍，任一時刻僅有一片（或一組）被選中--

13、----存儲器的擴展。 1. 位擴展法 n 位擴展法也稱位并聯法，采用這種方法構成存儲器時，各存儲芯片連接的地址信號是相同的。 n 而存儲芯片的數據線則分別連接到數據總線的相應位上。 n 下圖給出的是按位擴展法將8片4K×1位的存儲芯片連接擴展成4K×8位(4KB)存儲器的邏輯結構圖。 n 存儲器工作時，各芯片同時進行相同的操作。 n 在這種方式中，對存儲芯片實際上沒有選片的要求，只進行數據位數的擴展，而整個存儲器的字數(存儲單元數)與單個存儲芯片的字數是相同的(如本例中兩者均為4K)。 n 在這種連接方式下，地址線的負載數等于芯片數，而數據線的負載數為1。

14、 2. 字擴展法 n 字擴展法也叫地址串聯法。利用這種方法進行存儲器擴展時，只在字的方向上進行擴充，而存儲器的位數不變。整個存儲器的位數等于單個存儲芯片的位數。這種方法將存儲器的地址分成兩部分，一部分(低位地址部分)接到各存儲芯片作為芯片的片內地址，一部分(高位地址部分)經過片選譯碼器譯碼后送到各存儲芯片的片選輸入端；各存儲芯片的數據線中的對應位連接在一起。 n 下圖所示的是用字擴展法將8片2K×8位的存儲芯片連接擴展成容量為16K×8位的存儲器的邏輯結構圖。 3. 字位擴展法 n 根據內存容量及芯片容量確定所需存儲芯片數； n 進行位擴展以滿足字長要求； n

15、進行字擴展以滿足容量要求。 n 若已有存儲芯片的容量為L×K，要構成容量為M ×N的存儲器，需要的芯片數為： （M / L） ×（N / K） n 采用字位擴展法，就是既在位方向上進行擴展，又在字方向上進行擴展，如下圖所示。 n 圖中的擴展方法是選用8片2K×1位的存儲芯片構成2K×8位的存儲組(位擴展)，再用8個這樣的存儲組構成16K×8位的存儲器(字擴展)，整個存儲器共計用了64片2K×1位的存儲芯片。 5.3 只讀存儲器（ROM） 一、EPROM n 可多次編程寫入； n 掉電后內容不丟失

16、； n 內容的擦除需用紫外線擦除器。 EPROM 2764 n 8K×8bit芯片，其引腳與SRAM 6264完全兼容： n 地址信號：A0 ~ A12 n 數據信號：D0 ~ D7 n 輸出信號：OE n 片選信號：CE n 編程脈沖輸入：PGM 二、EEPROM n 可在線編程寫入； n 掉電后內容不丟失； n 電可擦除，擦除總是向單元內寫入FFH，一次可擦除一個字節(jié)，也可以擦除整個芯片。 典型EEPROM芯片98C64A n 8K×8bit芯片； n 13根地址線（A0 ~ A12）； n 8位數據線（D0 ~ D7）； n 輸出允

17、許信號（OE）； n 寫允許信號（WE）； n 選片信號（CE）； n 狀態(tài)輸出端（READY/BUSY）。 EEPROM的應用 n 可通過編寫程序實現對芯片的讀寫，但每寫入一個字節(jié)都需判斷READY/BUSY 端的狀態(tài)，僅當該端為高電平時才可寫入下一個字節(jié)。 三、閃爍存儲器（Flash Memory） 特點 　1、使內部存儲信息在不加電的情況下保持10年左右 　2、可以用比較快的速度將信息擦除以后重寫，反復擦寫達幾十萬次，可以實現分塊擦除和重寫，也可以按字節(jié)擦除與重寫。還具有非易失性，可靠性能好，速度快以及容量大等許多優(yōu)點 閃爍存儲器也稱快速擦寫存儲器。實際上閃爍存儲器屬于EEPROM類型，又稱Flash ROM，性能優(yōu)于普通EEPROM。它是Intel公司率先推出的一種新型存儲器，在Pentium機主板上，用128KB或256KB的Flash ROM存放BIOS，取代了EPROM和EEPROM。因此現在稱BIOS為Flash BIOS。