微机原理与接口技术第6章

第6章微型计算机中的存储器本章内容提要6.1存储器入门6.2随机存取存储器6.3只读存储器6.4高速缓冲存储器6.5外部存储器6.1存储器入门6.1.1存储器的分类按照存储器在微机系统中作用的不同，存储器可分为外存储器和内存储器。按照存储介质的不同，存储器可分为半导体存储器、磁介质存储器和光存储器。按照存取方式的不同，内存储器可分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。6.1.2存储器的性能指标存储器容量存取时间故障平均间隔时间（MTBF）存取周期存储器带宽6.2随机存取存储器6.2.1静态随机存取存储器62641．6264的引脚及其功能6264是一个8K×8位静态随机存取存储器芯片A0~A12：D0~D7：CS1和CS2：OE：WE：13条地址线说明6264芯片上有8K（213＝8192）个存储单元8条数据线说明6264芯片的字长为8位片选控制端，当CS1为低电平、CS2为高电平时，该芯片被选中，CPU才可以对它进行读/写操作输出允许端，为低电平时，CPU才能从芯片中读出数据写允许端，为低电平时，允许数据写入芯片2．静态RAM6264的工作过程6264的操作方式读操作时序写操作时序3．与系统的连接全地址译码连接地址范围为3E000H~3FFFFH。部分地址译码连接地址范围为AE000H~AFFFFH，BE000H~BFFFFH，EE000H~EFFFFH和FE000H~FFFFFH。2020/2/26微型计算机原理及应用10存储器举例例，右图是一个16×8的存储器：有16个存储单元，每个单元为8位记忆字(即每单元保存一个字节)的集成电路芯片该存储器有4条地址线A0，A1，A2，A3和8条数据线D0，D1，D2，D3，D4，D5，D6，D7。6.2.2动态随机存取存储器21641．2164的引脚及内部结构2164是一个64K×1位的动态RAM芯片，其引脚包含8条地址线A0~A7，数据输入端DIN，数据输出端DOUT，行地址选通RAS，列地址选通CAS和写允许端WE（高电平时为数据读出，低电平时为数据写入）内部结构2．动态RAM2164的工作过程读操作时序写操作时序3．动态RAM2164的刷新动态RAM与静态RAM最大的不同就是不能长时间保存数据。由于电容不能长期保持其内部存储的电荷，因此它需要在电荷消失之前进行刷新操作，以保持电荷稳定。这种通过对动态RAM的存储单元执行重读操作，以保持电荷稳定的过程称为动态存储器的刷新。2020/2/26微型计算机原理及应用15存储器举例例，右图是一个16×8的存储器：有16个存储单元，每个单元为8位记忆字(即每单元保存一个字节)的集成电路芯片该存储器有4条地址线A0，A1，A2，A3和8条数据线D0，D1，D2，D3，D4，D5，D6，D7。2004-3-4微型计算机原理及应用16存储器举例练习1：1.“地址”概念，译码器有什么用处？地址线宽度、数据线宽度与可寻址范围关系.2.存储器的类型有哪些？各有什么特点？说明RAM和ROM在使用中的区别。3.已有6片4KX8的RAM存储器芯片，请将其扩展为一个4KX16和一个16KX8的存储器，画出电路原理图并给出扩展后各芯片地址范围。2020/2/26微型计算机原理及应用176.2.3存储器的扩展1．位扩展增加存储器的字长，即对每个存储单元的位数进行扩展用8K×1的RAM芯片构成8K×8的存储器系统2．字扩展增加存储器字的数量，即对存储单元的个数进行扩展用16K×8位芯片构成64K×8位存储器各芯片的地址范围3．字位扩展字位扩展是指字扩展和位扩展的组合。若使用L×K位存储器芯片构成一个容量为M×N位(ML，NK)的存储器，那么这个存储器共需要(M/L)×(N/K)个存储器芯片。连接时可将这些芯片分成(M/L)个组，每组有(N/K)个芯片，组内采用位扩展法，组间采用字扩展法。6.3只读存储器掩膜只读存储器ROM可编程只读存储器PROM紫外线可擦除可编程只读存储器EPROM电可擦除可编程只读存储器EEPROM闪速存储器6.3.1可擦除重写只读存储器EPROM27641．EPROM2764的引脚及其功能A0~A12：D0~D7：OE：2764是一个8K×8位的紫外线可擦除可编程只读存储器芯片13条地址线，该芯片上有8K（213＝8192）个存储单元8条数据线，每个存储单元存储一个字节的信息CE：选片控制端，为低电平时，表示该芯片被选中输出允许端，为低电平时，表示从数据线输出数据PGM：编程脉冲输入端。对EPROM编程时，输入编程脉冲；读操作时，输入高电平2．EPROM2764的读出操作读操作时序3．EPROM2764的编程写入标准编程方式：每出现一个编程负脉冲就写入一个字节的数据快速编程方式：使用的是宽度很窄的编程脉冲4．EPROM2764的擦除操作用紫外线照射EPROM窗口15~20分钟即可擦除干净一片新的或擦除干净的EPROM芯片，其每个存储单元的内容都是0FFH6.3.2电可擦除只读存储器EEPROM98C641．EEPROM98C64的引脚及其功能A0~A12：D0~D7：OE：98C64是一个8K×8位电可擦除可编程只读存储器芯片CE：13条地址线8条数据线选片控制端输出允许端WE：写允许端READY/BUSY：状态输出端，写入数据时，输出低电平；写操作结束后，输出高电平2．EEPROM98C64的读出操作98C64的读出操作的过程与EPROM和RAM芯片相似，只要当CE和OE为低电平、WE为高电平时，就可以将选中内存单元中的数据读出。3．EEPROM98C64的编程写入字节写入方式：每次写入一个字节的数据自动页写入方式：每次写完一页的数据4．EEPROM98C64的擦除操作98C64的擦除操作的过程与编程写入是一样的，只是擦除时向存储单元中写入的都是0FFH。字节擦除：同字节写入的过程相同整片擦除：将FFH送到D0~D7上，使CE为低电平，WE为低电平，并在OE端加上﹢15V电压，保持10ms，即可将整个芯片擦除干净6.4高速缓冲存储器存储器的层次结构6.4.1Cache的工作原理6.4.2Cache的地址映射设主存容量为2n，Cache容量为2m，页的大小为2p（即页内地址有p位），则主存的页号（即页地址）共有n－p位，Cache页号共有m－p位。这样，在进行地址映射时，就是把主存页映射到Cache页上（即页号的映射）。全相联映射直接映射组相联映射6.4.3Cache的替换策略当CPU访问的数据不在Cache中（即Cache不命中）时，要访问主存，并把数据所在的页调入Cache，以替换Cache中的页。随机替换算法先进先出（FIFO）算法最近最少使用（LRU）算法最久没有使用（LFU）算法6.4.4Cache与主存的一致性写贯穿法（WT）回写法（WB）6.5外部存储器6.5.1硬盘的结构与主要性能指标硬盘驱动器硬盘的原理硬盘的结构硬盘的主要性能指标：容量转速高速缓存平均寻道时间6.5.2光盘的构造与光驱的主要性能指标光盘的类型：CD-ROM与DVD-ROM（只读型光盘）CD-R与DVD-R（一次写入型光盘）CD-RW与DVD-RW（可擦写光盘）CD-ROM光盘的构造：光盘驱动器的主要性能指标：数据传输速率平均访问时间（平均寻道时间）高速缓存CPU占用时间6.5.3U盘的结构与主要性能指标U盘的结构：USB端口主控芯片FLASH（闪存）芯片PCB底板U盘的主要性能指标：存储容量、数据读取速率、数据写入速率、支持接口类型、支持的操作系统、是否支持分区、加密功能、数据保存时间等本章小结通过本章的学习，读者应掌握各类存储器的结构、工作原理和主要性能指标等，并熟悉典型存储器芯片的结构及与CPU的连接。