第四部分存储器和存储系统.ppt
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1、第四章 存储器和存储系统,分层的存储系统,基本概念 存储容量 存储器可以容纳的二进制信息量 存储器包含的存储单元的总数 存储容量 = 存储单元(字节) 存储器所能记忆的全部二进制信息量 例如:某存储器有4096字节的存储单元 则存储器的存储容量为 4KB = 32KBit,存储系统的分层结构,CPU内部,主机内部,外部设备,价格,高,低,容量,小,大,Cache,CPU,RAM,ROM,外存,主存,带 Cache 的结构层次,存储系统中的主存 按存储介质分类 半导体存储器 体积小、功耗低、存取时间短、信息容易丢失 磁表面存储器 信息不易丢失 磁芯存储器 体积庞大、工艺复杂、功耗大 光盘存储器
2、记录密度高、耐用性好、可靠性高、可互换性强,按存取方式分类 只读存储器(ROM) 掩膜ROM、PROM、EPROM、EEPROM、FLASH memory 随机存取存储器(RAM) SRAM、DRAM 串行访问存储器 磁带存储器,图 主存的基本组成,主存的工作过程 主存的技术指标 存储容量 主存中能存放二进制代码的总数 存储容量 = 存储单元数 * 字长 存储速度 存取时间:又叫存储器的访问时间,是指启动一次存储器操作(读或写)到完成该操作所需要的全部时间 存取周期:存储器进行连续两次独立的存储器操作所需要的最小时间间隔 MOS的存取周期100ns,TTL的存取周期10ns,存储器的带宽 每秒
3、从存储器中进出信息的最大数量。单位为字节/秒或字/秒 例如:存取周期为500ns,则1秒周内能进行1/( 500 * 10-9 )= 200万次操作,假设每个存储周期能够 访问16位的二进制数,则它的带宽为 200万 * 2 * 8 = 200万 * 2 字节/秒 = 4M字节/秒,提高存储器的带宽: 缩短存取周期、增加存储字长、增加存储体,几种半导体存储器,地址线 编号方式:A0,A1,An 存储器芯片引脚的数目决定的存储器的容量。 一个存储器芯片引脚的数目为10 则地址范围为00 0000 0000 11 1111 1111 存储容量为 210 = 1024 个存储单元,即 1KB。 假设
4、CPU有16位的地址总线,那么它可以访问的存储空 间范围为 0000H FFFFH,即 216 = 64KB 8086,8088地址总线为20位,可以访问的存储空间的范 围为:00000H FFFFFH,即 220 = 1MB,80286地址总线为24位,可访问的存储空间为16M 80386,80486和Pentium地址总线为32位,可访 问的存储空间为4G Pentium Pro 和 Pentium II 的地址总线为36位, 可访问的存储空间为64G 16位二进制数表示的地址: 0000, 0001, 0002, 000E, 000F 0000, 0001, 0002, 000E, 00
5、0F FFE0, FFE1, FFE2, FFEE, FFEF FFF0, FFF1, FFF2, . FFFE, FFFF,数据线 表示方式:D0,D1,Dm 存储器的容量通常为字节 *也可以用字(16位)、4位或1位来进行表示 1K*8 表示有1K的存储容量,每个存储单元输出8位数据 16K * 1 表示有16K的存储容量,每个存储单元输出1位 的数据 芯片选择线(片选线) 存储器芯片上有一个或一个以上允许存储器芯片工作的控制线,表示方式:片选(CS),片允许(CE), 或简写为 S 读写控制线 存储器芯片上传输读、写控制信号,ROM只有读信号,RAM上有一到两个读写控制信号 表示方式 R
6、OM 允许输出信号 OE 或简称 G RAM 读信号 WE 或简称 W 写信号 OE 或简称 G,只读存储器 掩膜ROM,PROM,存0,则烧断熔丝;存1,熔丝不断。 只能实现一次编程,EPROM 改写方式 紫外线照射 电气的方法(EEPROM) FLASH memory,P 基片,N+,N+,S,D,G,SiO2,静态RAM(SRAM),VCC,T1,T3,T2,T4,T5,T6,A,A,位线B,位线B,地址选择,动态RAM,利用存储器芯片构造存储系统,利用与非门实现译码 例:假设某微处理器有20根地址线 A0,A1,A2,A19 8根数据线D0,D1,D2,D7 20根地址线:CPU可以访
7、问1M个存储单元 8根数据线:CPU和存储器之间每次传送的数 据为8位 存储器使用 2K * 8 EPROM:11根地址线,8 根数据线,2K*8 EPROM,2K * 8 EPROM被译为地址 FF000HFF7FFH,利用译码器实现译码,74LS138译码器,例:假设微处理器系统中从0E0000H开始的64K存储区 无存储器,已知某一类RAM是8K*8的存储芯片, 如何进行扩充?,Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7,存储器的扩展,存储器的位扩展 位扩展是指增加存储器的字长,如1K*4的存 储器,可组成1K*8的存储器,2114,2114,存储器的字扩展 字扩展是指增加存储器的字
8、的数量,如2片 1K*8的存储器,可组成2K*8的存储器, 即存储器的容量增加了一倍,1K * 8 A,1K * 8 B,存储器的字、位扩展 字、位扩展是指既增加存储器的字的数量又增 加字长,如4片1K*4的存储器,可 组成2K*8的存储器,即存储器的 容量、字长都增加了一倍。,1K * 4,1K * 4,1K * 4,1K * 4,例:假设 8086 系统中从 0E0000H 开始的 64K 存储区无 存储器,2764EPROM 是 8k*8 的只读存储器,如何 对其进行扩充?,第二步:根据地址范围的容量及该范围在计算机中的应用,选 择存储芯片 要扩充64K的存储容量,给定了只读存储器276
9、4EPROM, 共需要 8 片 2764EPROM 进行扩充。,第四步:片选信号的形成,A19 A18 A17 A16 A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1,Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7,A19 A18 A17 A16 A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 1 1 1 0 0 0
10、0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1,针对译码器的Y0输出,这时CBA=000,即 A15=0, A14=0, A13=0 地址范围: 1110 0000 0000 0000 0000 = E0000H 1110 0001 1111 1111 1111 = E1FFFH,针对译码器的Y1输出,这时CBA=001,即 A15=0, A14=0, A13=1 地址范围: 1110 0010 0000 0000 0000 = E2000H 1110 0011 1111 1111 1111 = E3FFF
11、H,例:假设 CPU 有16根地址线,8根数据线,并用 MREQ作 为访存控制信号(低电平有效),用 WR 做读/写控制信号(高电平为读,低电平为写),现有下列存储芯片:1K*4位RAM,4K*8位RAM,8K*8位RAM,2K*8位ROM,4K*8位ROM,8K*8位ROM及74LS138译码器和各种门电路,画出CPU与存储器的连接图,要求: 1. 主存地址空间分配 6000H 67FFH 为系统程序区 6800H 6BFFH 为用户程序区 2. 合理选用上述存储芯片,说明各选几片? 3. 详细画出存储器芯片的片选逻辑图。,解:第一步:将地址范围写成二进制代码,并确定其总容量 A15 A14
12、 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1,系统程序区2K*8,用户程序区1K*8,第二步:根据地址范围的容量及该范围在计算机中的应用,选 择存储芯片 由 6000H 67FFH 为系统程序区,为2K*8位,应选择一 片 2K*8 位 ROM 由 6800H 6BFFH 为用户程序区,为1K*
13、8位,应选择两 片 1K*4 位 RAM,第三步:分配 CPU 的地址线 将 CPU 的低11位地址线A10 A0与2K*8位的ROM地址线相 连,将 CPU 的低10位地址线A9 A0与1K*4位的RAM地址 线相连,剩下的高位地址与访存控制信号共同产生存储芯 片的片选信号。,第四步:由题给出的74LS138译码器的输入逻辑关系可知,必须保 证G1为高电平,G2A、G2B为低电平才能使译码器工作。 A15为低,连接到G2A上,A14为高,连接到G1上,MREQ 为低,连接到G2B上 。保证了三个控制端的要求 A13、A12、A11连接到C、B、A上。输出Y4有效时,选中 一片ROM;Y5有效
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