新编位微型计算机原理及应用李继灿主编.ppt
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1、优秀精品课件文档资料,第7章 存储器系统,7.1 概述,1.存储系统概念 由n(n=2)个速度、容量、价格各不相同的存储器组成由硬件或软件进行辅助管理的系统称为存储系统。下图是一个典型的存储系统。,2.存储器的体系结构 存储系统的设计始终围绕着解决速度(访问时间T)、容量(S)和价格(C)之间的矛盾而进行的。,(1)访存局部性原理 从大量的统计中可以得到这样一个规律:程序对存储空间的90的访问局限于存储空间的10的区域中,而另外10的访问则分布在存储空间的其余90的区域中。,时间局部性,如果一个存储项被访问,则可能该项会很快再次被访问。 空间局部性:如果一个存储项被访问,则该项及相邻近的项也可
2、能很快被访问。,(2)层次化存储系统 根据访存局部性原理来解决存储器容量和速度的矛盾,就是要求将计算机频繁访问的数据存放在速度较高的存储介质中,而将不频繁访问的数据存放在速度较慢但价格较低的存储介质中,为此人们想到了层次化的存储器实现方法。下图示出了按这种方式构成的存储器系统。,3.存储器系统的设计目标 存储器系统设计目标之一就是要以较小的成本使存储器系统与处理机的速度相匹配,或者说达到与处理机相应的工作速度和传输频带宽度。同时还要求存储器有尽可能大的容量。,7.2 存储器基础知识,1. RAM:随机存储器,习惯上称为“内存”,CPU执 行指令可对其进行“读”、“写” 操作。 静态RAM:集成
3、度低,信息稳定,读写速度快。 动态RAM:集成度高,容量大,缺点是信息存储不稳定,只能保持几个毫秒,为此要不断进行“信息再生”,即进行 “刷新”操作。,一.分类:,存储器,内存条:由于动态RAM集成度高,价格较便宜,在微机系统中使用的动态RAM组装在一个条状的印刷板上。系统配有动态RAM刷新控制电路,不断对所存信息进行“再生”。 2.ROM:只读存储器 只读存储器是指:所存信息只能读出,不能写入。 掩模式ROM:初始信息是在芯片制造时写入的。 EPROM:初始信息是在专门的写入器上写入的。,3.ROM / EPROM在微机系统中的应用: 存放“基本输入/输出系统程序”(简称BIOS)。 BIO
4、S是计算机最底层的系统管理程序,操作系统和用户程序均可调用。 4.高速缓冲存储器Cache: Cache位于CPU与主存储器之间,由高速静态RAM组成。容量较小,为提高整机的运行速度而设置, 应用程序不能访问Cache,CPU内部也有Cache。,二. 存储器容量: 存储器由若干“存储单元”组成,每一单元存放一个“字节”的信息。,1字节即为8位二进制数 2字节即为1个“字” 4字节即为1个“双字”,1K容量为1024个单元 1M=1024K=1024*1024单元 1G=1024M 1T=1024G,三.存储器地址与读写操作: 系统为每一单元编排一个地址,地址码为二进制数,习惯上写成16进制。
5、 1. 存储器容量由地址线“宽度”决定:,16M容量的存储器 地址范围:000000HFFFFFFH 由24根地址线提供地址码。,1M容量的存储器 地址范围:00000HFFFFFH 由20根地址线提供地址码。,4G容量的存储器 地址范围:0000,0000HFFFF,FFFFH 由32根地址线提供地址码。,2.存储器读写示意: 为了读写存储器,由地址译码电路对地址码进行“翻译”,从而“选中”某一单元,在CPU的存储器读命令的控制下读出某一单元的内容数据线。在存储器写命令的控制下把数据线信息某一个存储单元。下面以动画方式演示读写过程:,读存储器:,读出某一单元的内容数据线。,00000H,00
6、001H,FFFFFH,C P U 地 址 线,地 址 译 码 器,读写控制电路,存储器,由地址译码电路对地址码进行“翻译”,从而“选中”某一在CPU的单元,存储器读命令的控制下,写存储器:,读出某一单元的内容数据线。,00000H,00001H,FFFFFH,C P U 地 址 线,地 址 译 码 器,读写控制电路,存储器,由地址译码电路对地址码进行“翻译”,从而“选中”某一在CPU的单元,存储器写命令的控制下,7.3 微型计算机系统中的存储器组织,一 存储器的扩展技术,1.存储器客量的扩展 根据存储器所要求的容量和我们选定的存储芯片的容量,计算出总的芯片数。即:,例如: 存储器容量为8K8
7、bit,若选用2114芯片(1K 4bit),则需要:,(1)位扩展 位扩展指只在位数方向扩展(加大字长),而芯片的字数和存储器的字数是一致的。 位扩展的连接方式是将各存储芯片的地址线、片选线和读写线相应地并联起来,而将各芯片的数据线单独列出。,例如: 用64k1bit的SRAM芯片组成64k 8bit的存储器,所需芯片数为:,具体的连接方法:8个芯片的地址线A15A0分别连在一起,各芯片的片选信号CS以及读写控制信号线也都分别连到一起,只有数据线D7D0各自独立,每片代表一位,如图所示。,当CPU访问该存储器时,其发出的地址和控制信号同时传给8个芯片,选中每个芯片的同一单元,其单元的内容被同
8、时读至数据总线的相应位,或将数据总线上的内容分别同时写入相应单元。,(2) 字扩展 字扩展是指仅在字数方向扩展,而位数不变。 字扩展将芯片的地址线、数据线、读写线并联,由片选信号来区分各个芯片。,例如: 用16k8bit的SRAM芯片组成64k 8bit的存储器,所需芯片数为:,具体连接方法是:四个芯片的地址线A13A0,数据线D7D0及读写控制信号WE而都是同名信号并联在一起,高位地址线A14、A15经过一个地址译码器产生四个片选信号WEi,分别选中四个芯片中的一个,如图所示。,在同一时间内四个芯片中只能有一个芯片被选中。四个芯片的地址分配如下: 第1片 最低地址 0000H 最高地址 3F
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