微机原理与接口技术第3章简

第3章存储器及其组成设计在现代计算机中,存储器处于全机中心地位3.1概述存储器运算器控制器输入输出存储容量（MemoryCapacity）存储容量指存储器可以存储的二进制信息量。存储容量=字数×字长如：一个存储器能存储1024个字，字长8位，则存储器容量可用1024×8表示微机中的存储器一般都是以字节（8位）进行编址，即总是认为一个字节是“基本”的字长。常用B表示存储单元数一般用K、M、G、T表示1K=10241M=1024K=1024*10241G=1024M1T=1024G10000101半导体存储器只读存储器ROM随机读写存储器RAM掩膜ROM可编程ROM（PROM）可擦除ROM（EPPROM）电擦除ROM（E2PROM）静态RAM（SRAM）动态RAM（DRAM）半导体存储器1.存储体•一个基本存储电路只能存储一个二进制位。•将基本的存储电路有规则地组织起来，就是存储体。•存储体又有不同的组织形式：将各个字的同一位组织在一个芯片中，如：811816K*1（DRAM）将各个字的4位组织在一个芯片中，如：21141K*4（SRAM）将各个字的8位组织在一个芯片中，如：61162K*8（SRAM）。2.外围电路为了区别不同的存储单元，以地址号来选择不同的存储单元。——于是电路中要有地址译码器、I/O电路、片选控制端CS、输出缓冲器等外围电路三.存储器（芯片）结构与存储原理单元地址00…0000…01........XX…XX存储单元存储元存储体故：存储器（芯片）=存储体+外围电路存储器内部框图存储体列地址译码地址输入缓冲行地址译码控制逻辑数据缓冲A0An/WE/OE/CSI/O1I/Ox3.2微型计算机系统中的存储器组织现代计算机中的存储器处于全机中心地位容量大，速度快，成本低•为解决三者之间的矛盾，目前通常采用多级存储器体系结构，即使用高速缓冲存储器、主存储器和外存储器。•对存储器的要求是：寄存器Cache主存储器辅助存储器存储器的基本组织(1)与CPU的连接主要是地址线、控制线、数据线的连接。(2)多个芯片连接设计的存储器容量与实际提供的存储器多有不符。实际使用时，需进行字和位扩展(多个芯片连接），组成所需要的实际的存储器片容量总容量总片数/例如：存储器容量为8K×8，若选用2114芯片(1K×4)，则需要：片16284188KKA0A12D0D7（1）位扩展法只在位数方向进行扩展（加大字长），而存储器的字数与存储器芯片字数一致。连接时将各芯片地址线的相应位及各控制线并联，而数据线分别接到数据总线的各位。用8K×1位芯片组成8K×8位的存储器需要8个芯片，各芯片地址线、CS和WE分别连接在一起，数据线各自独立（每片1位）CSWE2:416K816K816K816K8（2）字扩展法仅扩展存储容量（单元数），而位数不变。连接时将各芯片同名地址线、数据线、读/写线并联，而使用片选信号区分各个芯片。如用16K×8位的芯片组成64K×8位的存储器需要4个芯片地址线——共需16根，片内（214=16384）14根，选片：2根，数据线——8根，控制线——WE(1)(2)(3)(4)最低地址最高地址C000FFFF00,0000,0000,000011,1111,1111,111111114最低地址最高地址8000BFFF00,0000,0000,000011,1111,1111,111110103最低地址最高地址40007FFF00,0000,0000,000011,1111,1111,111101012最低地址最高地址00003FFF00,0000,0000,000011,1111,1111,111100001说明总地址片内A13A12……..A1A0选片A15A14地址片号地址空间分配表CPU用1k4的存储器芯片2114组成2k8的存储器（3）字位同时扩展法2.存储器地址译码方法由于每一片存储芯片的容量有限，因此系统存储器总是由若干存储芯片构成。这就使得存储器的地址译码分为片选控制译码和片内译码两部分。高位地址低位地址A0A15片内译码（直接与芯片地址线连接）片选CPU地址（1）线选法用高位地址直接作为芯片的片选信号，每一根地址选通一块芯片（无位扩展情况）。例：某微机存储容量为4KB，CPU寻址空间为64KB（即地址总线为16位），由1KB的芯片构成（片内地址为10位）。1KB1KB1KB1KB(1)(2)(3)(4)CSCSCSCSA10A11A12A13A9-A0作为片选D7-D0芯片地址空间A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A016进制地址码（1）0000,0100,0000,00000400H0000,0111,1111,111107FFH（2）0000,1000,0000,00000800H0000,1011,1111,11110BFFH（3）0001,0000,0000,00001000H0001,0011,1111,111113FFH（4）0010,0000,0000,00002000H0010,0011,1111,111123FFH线选法连线简单，但地址会有重叠.（如A15-A14取不同值时，各芯片对应不同地址）表1线选法所示存储器地址分布表（2）全译码法全译码法除了将地址总线的低位地址直接与芯片的地址线相连之外，其余高位地址全部接入译码器，由译码器的输出作为各芯片的片选信号。8KB8KB8KB3-8译码器(1)(2)(8)CSCSCSY0Y7Y1A15-A13A12-A0D7-D00000H-1FFFH2000H-3FFFHE000H-FFFFH例：某微机地址线16位，存储容量为64KB，由8KB的芯片构成（片内地址为13位）。（3）部分译码法将高位地址线中的一部分进行译码，产生片选信号。该方法适用于不需要全部地址空间的寻址能力，但采用线选法地址线又不够用的情况。8KB8KB8KB2-4译码器(1)(2)(4)CSCSCSY0Y3Y1A12-A0D7-D08KB(3)CSA13A14A15(不参加译码）Y20000H-1FFFH8000H-9FFFH2000H-3FFFHA000H-BFFFH4000H-5FFFHC000H-DFFFH6000H-7FFFHE000H-FFFFH（4）存储器地址译码电路设计步骤①根据系统中实际存储器容量，确定存储器在整个寻址空间中的位置；②根据所选用存储器芯片的容量，画出地址分配图或列出地址分配表；③根据地址分配图或分配表确定译码方法并画出相应的地址位图；④选用合适器件，画出译码电路图。存储器地址译码举例：某微机系统地址总线为16位(A15—A0）；双向数据总线8位(D7—D0)，控制总线中与主存有关的信号有：MREQ（存储器请求），R/W（读/写控制）。①实际存储器地址空间分配如下：0000H—1FFFH为系统程序区(8KB），由EPROM组成；2000H—7FFFH为用户程序区(24KB)；由SRAM组成，最高2K地址空间为系统程序工作区（2KB），由SRAM组成。②现选用如下存储器芯片，据此画出地址分配图。EPROM：8K×8位(控制端仅有CS)，需1片SRAM：8K×8位，需3片；2K×8位，需1片8KB(EPROM)24KB（SRAM）30KB（空）2KB（SRAM）0000H1FFFH2000H7FFFHFFFFHF800H芯片号类型与容量地址范围（1）EPROM8KB0000H-1FFFH（2）SRAM8KB2000H-3FFFH（3）SRAM8KB4000H-5FFFH（4）SRAM8KB6000H-7FFFH（5）SRAM2KBF800H-FFFFH地址分配图地址分配表系统寻址空间64KBA15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A00000000H——1FFFH（片1）0012000H——3FFFH（片2）0104000H——5FFFH（片3）0116000H——7FFFH（片4）11111F800H——FFFFH（片5）③画出地址位图8KBEPROM/SRAM片内译码2KBSRAM片内译码8KB片选译码2KBSRAM片选译码ABCY0Y1Y2Y3Y7。。。。。MREQA0A12A0A12A0A12A0A12A0A10CSCSCSCSCSR/WR/WR/WR/W④选用3-8译码器和基本门电路设计电路3.课堂练习（1）有若干片1K×8位的SRAM芯片，采用字扩展方法构成4KB存储器，问：需要片SRAM？该存储器需要多少根地址线？参与片选的地址位至少需要位？（2）有若干片128KBSRAM芯片，如要构成512KB存储器，问:需要片SRAM？如该512KB存储器的起始地址是10000H，最后一个单元的地址是H。（3）如内存按字节编址，用存储容量为32K×8的存储芯片构成地址为A0000H至EFFFFH的存储空间，则需要多少片？（）122448FFFF108KB8KB8KB3-8译码器(1)(2)(8)CSCSCSY0Y7Y1A15-A13A12-A0D7-D0（4）已知如下电路，问第6个芯片的寻址范围从到。8KB(6)CSY5A000HBFFFH四、IBMPC/XT的存储器分配图系统板上的RAM256KIO通道中的扩展RAM384K保留（包括显示）的RAM128K扩展的ROM192K16K(可在系统板上扩展）8K基本ROM00000H3FFFFH40000H9FFFFHA0000HBFFFFHC0000HEFFFFHF0000HF3FFFHF6000HFE000HFFFFFHRAM640K保留128KROM256K显卡上的显示缓冲区在此区域单色显示在B0000H~B0FFFH；彩色/图形在B8000H~BBFFFH。包括中断向量区；BIOS数据区；DOS内存驻留程序；用户程序区。C0000H~EFFFFH，所插卡的BIOS;FE000H~FFFFFH，系统板的基本输入输出系统BIOS，占8K字节。F6000H~FDFFFH,32K放BASIC程序。32KBASIC程序第3章学习重点1.掌握存储器的基本概念（分类，主要性能指标，容量）2.区别存储器地址和存储单元的内容，掌握存储器读写操作过程3.掌握存储器的扩展技术（位扩展、字扩展）4.掌握片选译码方法（线选法、全译码法）