第四章 内存及其与CPU的连接

第4章内存及其与CPU的连接一、概述二、典型芯片举例三、主存储器设计一、概述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信息—程序和数据。1、内存和外存2、存储器的分类3、存储器的性能指标1、内存和外存（1）内存(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。（2）外存（或辅存），用于存放一些CPU暂时不处理的程序和数据。当CPU么处理这些信息时，必须先将其调入内存。外存包括软盘，硬盘，光盘等等。外存容量大，相对内存来说，存取速度较慢。微处理器CPU存储器I/O接口I/O设备数据总线控制总线地址总线2、存储器的分类(1)只读存储器ROM(2)随机存取存储器RAM(1)只读存储器ROM只读存储器(ReadOnlyMemory—ROM)——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。①存储单元中的信息由ROM制造厂在生产时一次性写入，称为掩膜ROM（MaskedROM）；②PROM(ProgrammableROM—可编程ROM)——PROM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ROM；③EPROM(ErasebleProgrammableROM—可擦除可编程ROM)——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，然后可以重新写入新的内容，可以多次擦除，多次使用。④EEPROM(ElectricallyErasebleProgrammableROM—电可擦除可编程ROM)——可用电信号进行清除和改写的存储器，使用方便。(2)随机存取存储器RAM随机存取存储器(RandomAccessMemory)——RAM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的。断电后，RAM中的信息即消失。分为两类：①SRAM(StaticRAM—静态RAM)——SRAM是利用半导体触发器的两个稳定状态表示“1”和“0”。只要电源不撤除，信息不会消失，不需要刷新电路。②DRAM(DynamicRAM—动态RAM)——DRAM是利用电容端电压的高低来表示“1”和“0”，为了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1—2ms刷新一次。3、存储器的性能指标(1)存储容量(2)存储速度(3)可靠性(1)存储容量存储容量是指一块存储芯片上所能存储的二进制位数。假设存储芯片的存储单元数是M，一个存储单元所存储的信息的位数是N，则其存储容量为M×N。1位1个存储单元£¨设N＝8位£¬即一个字节）存储芯片中的存储体共有M个存储单元£¨可编址单元£©D7…D1D0例题1、已知单片6116芯片的地址线是11位，每个存储单元是8位，求其存储容量?解:因为可编址范围211，即M＝211，每个存储单元可存8位，即N＝8，所以，6116的存储容量=211×8=2×1024×8=2K×8＝2KB2、若要组成64K字节的存储器，以下芯片各需几片?①6116(2K×8)②4416(16K×4)解:①(64K×8)÷(2K×8)=32(片)②(64K×8)÷(16K×4)=8(片)区别：芯片的存储容量和微机的存储容量微机的存储容量——由多片存储芯片组成的总存储容量。①微机的最大内存容量——由CPU的地址总线决定。如：PC486，地址总线是32位，则，内存容许最大容量是232=4G；②实际的装机容量——由实际使用的若干片存储芯片组成的总存储容量。(2)存储速度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：①存取时间TA（AccessTime）——定义为启动一次存储器操作（读或写），到完成该操作所经历的时间。②存储周期TMC（MemoryCycle）——定义启动两次读（或写）存储器操作之间所需的最小时间间隔。(3)可靠性存储器的可靠性用MTBF来衡量。MTBF即MeanTimeBetweenFailures——平均故障间隔时间，MBTF越长，表示可靠性越高。二、典型芯片举例1、SRAM芯片HM6116(简称6116）——静态随机存取存储器，11条地址线，8位数据线，3条控制线，两条电源线，单片存储容量2K×8。6116A0~A10+5VGNDCSI/O0~I/O7WEOECS片选信号OE输出允许信号WE写允许信号方式I/O引脚H××未选中高阻LLH读出DOUTL×L写入DIN常用的SRAM还有6232，6264、62256，适用于较小系统。2、DRAM芯片Intel2164A—动态随机存取存储器，8条地址线，2位数据线(输出和输入），3条控制线，两条电源线，单片存储容量64K×1。地址线采用分时复用，由CAS（列选通）和RAS（行选通），从而实现16位地址线，M＝216＝64K。2164A0~A7GNDDinDoutVccCASRASWE三、主存储器设计1、芯片选择2、存储器芯片的基本地址3、存储器芯片的容量扩充4、存储器芯片与CPU连接1、芯片选择①SRAM与CPU连接，不需要外围电路，连接简单，用于小型控制系统。②DRAM常用于大型系统，因为需要刷新电路，比如PC机的内存条。③ROM通常用于存放固定的系统程序。2、存储器芯片的基本地址6116的基本地址：000H~7FFH6116A0~A10+5VGNDCSI/O0~I/O7WEOE000000000000000000000111111111111D7…D1D06264的基本地址:0000H~1FFFH6264A0~A12+5VGNDCSI/O0~I/O7WEOE000000000000000000000000011111111111111D7…D1D02114的基本地址是000H~3FFH2114A0~A9I/O1~I/O4+5VWEGNDCS000000000000000000011111111111D3D2D1D0EPROM27128基本地址是0000H~3FFFH27218A0~A13+5VGNDCSI/O0~I/O7OE000000000000000000000000000111111111111111D7…D1D03、存储器芯片的容量扩充用两片6116芯片（2K×8）即可扩展成4K×8位，这种扩展方式就称为字扩展。译码和译码器全部CPU高位地址参与译码，称之为全译码。全译码方式能保证每个存储单元地址唯一。若只选择CPU一部分高位地址参与译码，这称为部分译玛。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，在微机系统中常用的有74LS138（称3-8译码器）。74LS138真值表74LS138CBAY0~Y7+5VG2BGNDG2AG1G1G2AG2BCBA输出Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7100100100100100100100100000111110101100011010001＝0，其余全部为1＝0，其余全部为1＝0，其余全部为1＝0，其余全部为1＝0，其余全部为1＝0，其余全部为1＝0，其余全部为1＝0，其余全部为16116(1#)+5VGNDCSI/O0~I/O7WEOE6116(2#)A0~A10AB的低11位+5VGNDCSI/O0~I/O7WEOEDB译码器ABA0~A10AB的低11位A11A12A13Y0Y1(ABC)对1#来说其地址范围00000000000000~00011111111111（即0000H~07FFH）6116(1#)+5VGNDCSI/O0~I/O7WEOE6116(2#)A0~A10AB的低11位+5VGNDCSI/O0~I/O7WEOEDB译码器ABA0~A10AB的低11位A11A12A13Y0Y1(ABC)对2#来说其地址范围00100000000000~00111111111111（即0800H~0FFFH)显然，我们可以用2片2114组成1K×8位的存储器，这种扩展方式称为位扩展。对2114来说，存储容量是1K×4位，而正常数据都以字节作为存储单元，显然需要进行扩展。N=(1K×8位)÷(1K×4位)=22114A0~A9AB的低10位I/O1~I/O4接DB高4位+5VWEGNDCS2114I/O1~I/O4接DB低4位+5VWEGNDCSABCBDBCSA0~A9AB的低10位4、存储器芯片与CPU连接1、地址总线低位直接相连，高位通过译码器相连。地址线的连接方式确定了芯片的地址。2、数据总线8位芯片的数据线可以直接与8088CPU的相连，与8086CPU连接，要分成两个存储体；低于8位的要进行位扩充后再与CPU相连。3、控制信号系统总线中与存储器有关的控制信号有IO/M，RD，WR(针对8088)。例题1、如图是某一8088系统的存储器连接图，试确定其中各芯片的地址空间。A12¡«A0CE2CE11#6264WEOED7¡«D0G1Y0G2AG2BCY4BAA17IO/MA19A18A16A15A14A12¡«A0CE2CE12#6264WEOED7¡«D0A13¡«A0CE27128OED7¡«D0VccVccA13≥1≥1A13¡«A0D7¡«D0WRRD74LS1381≥1解：（1）27128是ROM，没有WR，Y0＝0选中该片；该片14条地址线，其基本地址：00000000000000~11111111111111；高6位：A19A18＝00；A17＝1；A16A15A14＝000；所以27128地址范围：00100000000000000000——00100011111111111111即20000H—23FFFH00110000000000000000—00110001111111111111即30000H—31FFFH解：（2）6264是SRAM，13条地址线，用2片，基本地址0000000000000~1111111111111；1＃6264的高7位：A13＝0且Y4＝0有效选中此片，则A16A15A14＝100；A19A18＝0；A17＝1；1＃6264地址范围：2＃6264地址范围：00110010000000000000—00110011111111111111即32000H—33FFFH解：（2）6264是SRAM，13条地址线，用2片，基本地址0000000000000~1111111111111；A13＝1且Y4＝0有效选中此片，2＃6264的高7位：则A16A15A14＝100；A19A18＝00；A17＝1；