微型计算机系统原理及应用-第6章--第十六次课

济南大学控制学院2009年11月09日第6章存储器6.5微机内存层次结构济南大学控制学院2009年11月09日存储器的分类读写存储器（RAM）现代RAM只读存储器IBM-PC/XT中的存储器，扩展存储器及其管理(补充讲)济南大学控制学院2009年11月09日本章学习要求:1、了解微机内存结构L、理解微机存储器的接口地址的安排和命名。济南大学控制学院2009年11月09日A7A6A5A4A3A2A1A0O0O1O2GND————————————————————————VCCA8A9VPPOEA10CEO7O6O5O4O3124223322421520619718817916101511141213图6-142716引脚VCC——电源正GND——电源负VPP——程序写入电压25VCE——片选OE——输出允许A0～A10——地址线D0～D7——数据线2716为2K27322764271282725627512271024为多少?济南大学控制学院2009年11月09日A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GND————————————————————————VCCA8A9WEOEA10CSD7D6D5D4D31242233224215206197188179161015111412136116引脚功能及排列VCC——电源正GND——电源负CS——片选WE——写有效OE——输出有效A0～A10——地址线D0～D7——数据线611661326164611286125662512621024?济南大学控制学院2009年11月09日NCA12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GND————————————————————————————VCCWECS2A8A9A11OEA10CSD7D6D5D4D3128227326425524623722821920101911181217131614156264引脚功能及排列VCC——电源正GND——电源负CS——片选CS2——掉电保护电压输入WE——写有效OE——输出有效A0～A12——地址线D0～D7——数据线济南大学控制学院2009年11月09日四、(每题10分，共10分)有一存储器系统如图所示，请回答RAM和EPROM的容量各是多少?它们的地址范围又是多少?济南大学控制学院2009年11月09日题：五、（10分）试用6264RAM、2764EPROM和74LS138扩展8KRAM(03000H~04FFFH)、8KROM(00000~01FFFH)的存储系统。系统地址总线为20位，数据总线为8位，画出系统连接图。济南大学控制学院2009年11月09日IBMPC机存储空间的分配图6-22IBMPC/XT存储空间的分配RAM640KB保留128KBROM256KB00000H9FFFFHA0000HBFFFFHC0000HEFFFFHF6000HFFFFFH系统板上RAM256KBI/O通道中的扩展RAM384KB保留的RAM128KB扩展ROM198BK16KB基本ROM40KB6.5微机存储器的层次结构增加设备驱动程序济南大学控制学院2009年11月09日6.5.1内存层次结构CPU高速缓存内存虚拟内存济南大学控制学院2009年11月09日由于内存速度比CPU速度慢，所以现在的计算机普遍在CPU与内存之间增加一级或两级高速缓冲存储器（Cache），它的速度比内存高一个数量级，与CPU的速度相当。CPU取指令时，先到Cache中找，如果Cache中没有要找的指令，再到主存中去取指令，并将最近要执行的指令从主存调到Cache中来，这样多数时间，CPU是在Cache中取指令，所以提高了运行速度。高速缓存器设计的目标就是使CPU访问尽可能多的在高速缓存器中渠道指令，这称为Cache的命中率。为什么加CACHE?快速CPU都要加济南大学控制学院2009年11月09日虚拟存储器是在主存以外的一个存储空间，它实际上是在硬盘上，它采用地址影射的方法，将硬盘上的一个区域与主存建立一个地址影射关系。当CPU要访问的存储器单元不在主存储器中时，存储器管理机构，就向操作系统发出中断，要求将CPU要访问的数据从辅存储器（磁盘等）装入主存（物理存储器）的该地址影射区。所以CPU可以在物理地址空间中访问虚拟地址空间的内容。济南大学控制学院2009年11月09日6.5.2存储器模块简介存储器简称内存条，结构有单面直插式SIMM和双面直插式DIMM。SIMM有早期8位数据宽度的30线内存条，有16位数据宽度的72线的EDORAM内存条。DIMM是适应Pentium以上的微机使用的64位内存条，有168线的同步RAM（SDRAM）和182线的双倍速率SDRAM（DDRSDRAM）济南大学控制学院2009年11月09日CPUCache磁盘DRAMCache控制器DRAM控制器磁盘控制器济南大学控制学院2009年11月09日6.6微机系统中的其他存储部件（一）COMS及其功能COMS是一个RAM芯片，靠一个充电电池供电，其中存放了系统的各种配置和设置信息。如系统日期和时间、系统安全性特征、能源管理设置、存储设备、键盘、鼠标、I/O地址分配、视频设置以及其他可选特性。（二）COMSRAM的组成早期的COMSRAM采用MC146818芯片，内部有实时时钟和64个字节的RAM。现在的微机功能更强的82430/82440芯片，但其内部64个字节的RAM与MC146818一样。6.6.1COMSRAM济南大学控制学院2009年11月09日64字节的CMOS存储单元地址分配如表见DOS有关资料。CMOSRAM分配了两个I/O端口地址，70H和71H。70H和为地址口，用于写入要访问的CMOS单元号；71H为数据口，在写入单元号后，即可通过71H对该单元进行写入或读出。济南大学控制学院2009年11月09日（一）ROMBIOS的组成ROMBIOS是指固化到ROM中的一段程序，将这段程序固化的EPROM或FLASH芯片中，作为计算机的一个硬件部分安装到主板上。其中固化的程序，占用计算机内存空间的高端128KB字节，地址为E0000H～FFFFFH。计算机功能越复杂。ROMBIOS的内容越多。早期的PC/XT计算机，ROMBIOS只用了两片EPROM芯片，一片8K的2764，地址范围F6000H～F7FFFH；一片32K的27256，地址范围F8000H～FFFFFH，共40K。6.6.2ROMBIOS济南大学控制学院2009年11月09日图6-23系统板上的ROM电路MEMRA19A18A17A16A15A14-A0D7-D0CS0CS1CS2CS3CS4CS5CS6CS7CS8K×8OEROMU192764CS32K×8OEROMA14～A0U18D7～D027256G2AY0G1Y1G2BY2U23Y374LS138Y4CY5BY6AY7G2AY0G1Y1G2BY2U23Y374LS138Y4CY5BY6AY7济南大学控制学院2009年11月09日这个电路用了15根地址线接存储器，允许接215=32K的存储器芯片。用了3根地址线提高译码器进行片选，允许选8组存储器芯片。CPU的MEMR接译码器的G2A，A19接译码器的G1，A18提高反相器接译码器的G2B，所以要使译码器有效，必须A19A18同时为高，且CPU执行的是存储器访问指令。译码器8个输出端可管理的8个32K的地址如表4-5和表4-6。济南大学控制学院2009年11月09日A19A18A17A16A15A14～A0地址范围11000000000000000000～111111111111111C0000H～C7FFFH11001000000000000000～111111111111111C8000H～CFFFFH11010000000000000000～111111111111111D0000H～D7FFFH11011000000000000000～111111111111111D8000H～DFFFFH表6-5前4片ROM的地址范围济南大学控制学院2009年11月09日A19A18A17A16A15A14～A0地址范围11100000000000000000～111111111111111E0000H～E7FFFH11101000000000000000～111111111111111E8000H～EFFFFH11110000000000000000～111111111111111F0000H～F7FFFH11111000000000000000～111111111111111F8000H～FFFFFH表6-6后4片ROM的地址范围BIOS济南大学控制学院2009年11月09日前6个32K的地址从C0000H～EFFFFH共192K字节，用于存放系统控制程序。后2个32K地址从F0000H～FFFFFH共还有64K字节，但系统中只用了40K，有一片8K的ROM和一片32K的ROM组成，用于存放ROMBASIC和BIOS程序。这样由于8K的ROM用不了15根地址线，多余的地址引脚可选任意值，所以就有一些地址是重复的，如表6-6。但这并不防碍使用。济南大学控制学院2009年11月09日表6-62764的4个重复(重叠)的地址范围A19A18A17A16A15A14A13A12～A0地址范围11110000000000000000～1111111111111F0000H～F1FFFH11110010000000000000～1111111111111F2000H～F3FFFH11110100000000000000～1111111111111F4000H～F5FFFH11110110000000000000～1111111111111F6000H～F7FFFHA14A13可为任意参见教材P184关于地址重叠问题四个地址都是对同一存储器区操作济南大学控制学院2009年11月09日27256的地址范围A19A18A17A16A15A14A13A12～A0地址范围11111000000000000000～111111111111111F8000H～FFFFFH济南大学控制学院2009年11月09日（二）ROMBIOS的功能及工作过程ROMBIOS从功能上可分为三部分：第一部分是自检、初始化和系统自举程序。ROMBIOS加电后就自动运行，它首先对计算机的标准设备（系统预定必须配置的设备）进行自检，通过检测这些设备的某些开关状态，或读取这些设备的响应信号，来知道设备是否装入，如果装入了，就对这些设备进行初始化并设置中断向量；对于不是标准设备的接口芯片（如声卡、显卡等），ROMBIOS中没有它们的初始化程序，这时，就要用新设备自带的ROMBIOS程序进行设备的自检和初始化，这称为对ROMBIOS进行功能扩展。济南大学控制学院2009年11月09日新设备自带的ROMBIOS程序地址只能占地址C0000H～DFFFFH，不能和标准的ROMBIOS地址冲突。扩展ROMBIOS程序的起始部分必须加一个特殊的字符，标准的ROMBIOS在启动时找到一个特殊的字符，就转到扩展ROMBIOS去对新设备进行初始化，之后再转回标准的ROMBIOS。最后是磁盘自举，就是启动磁盘上的引导程序，将操作系统装入内存。第二部分ROMBIOS的硬件中断和软件中断处理程序。计算机启动后，这一部分对计算机的硬件提供了监控和检测程序，为操作系统和其他软件提供对计算机硬件的最基本、最直接的控制程序。济南大学控制学院2009年11月09日可以说，因为有了ROMBIOS，其他程序才可以不知道计算机具体的硬件电路，而使用计算机的硬件。第三部分是为早期的PC机提供的ROMBASIC程序。济南大学控制学院2009年11月09日ROMBIOS存于EPROM或FlashMemory中，其读取速度比RAM要慢的多，所以机器加电时将自动地把系统的BIOS、显示BIOS及其他适配器的BIOS装入RAM的