存儲(chǔ)器及其組成設(shè)計(jì)

1、第 3 章 存儲(chǔ)器及其組成設(shè)計(jì),,在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中,存儲(chǔ)器處于全機(jī)中心地位,3.1 概述,存儲(chǔ)器,存儲(chǔ)容量（Memory Capacity ） 存儲(chǔ)容量指存儲(chǔ)器可以存儲(chǔ)的二進(jìn)制信息量。 存儲(chǔ)容量=字?jǐn)?shù)×字長(zhǎng)如：一個(gè)存儲(chǔ)器能存儲(chǔ)1024個(gè)字，字長(zhǎng)8位，則存儲(chǔ)器容量可用 1024 ×8表示,微機(jī)中的存儲(chǔ)器一般都是以字節(jié)（8位）進(jìn)行編址，即總是認(rèn)為一個(gè)字節(jié)是“基本”的字長(zhǎng)。常用B表示,存儲(chǔ)單元數(shù)一般用K、

2、M、G、T表示 1K=1024 1M=1024K=1024*1024 1G=1024M 1T=1024G,10000101,半導(dǎo)體存儲(chǔ)器,1. 存儲(chǔ)體? 一個(gè)基本存儲(chǔ)電路只能存儲(chǔ)一個(gè)二進(jìn)制位。? 將基本的存儲(chǔ)電路有規(guī)則地組織起來(lái)，就是存儲(chǔ)體。? 存儲(chǔ)體又有不同的組織形式： 將各個(gè)字的同一位組織在一個(gè)芯片中，如：8118 16K*1（DRAM） 將各個(gè)字的 4位 組織在一個(gè)芯片中

3、， 如：2114 1K*4 （SRAM） 將各個(gè)字的 8位 組織在一個(gè)芯片中， 如：6116 2K*8 （SRAM）。 2. 外圍電路 為了區(qū)別不同的存儲(chǔ)單元，以地址號(hào)來(lái)選擇不同的存儲(chǔ)單元。 ——于是電路中要有 地址譯碼器、I/O電路、片選控制端CS、輸出緩沖 器 等外圍電路,三. 存儲(chǔ)器（芯片）結(jié)構(gòu)與存儲(chǔ)原理,,,,,,,,,,,,,,存儲(chǔ)單元,,,存

4、儲(chǔ)元,,存儲(chǔ)體,,故： 存儲(chǔ)器（芯片） = 存儲(chǔ)體 + 外圍電路,存儲(chǔ)器內(nèi)部框圖,存儲(chǔ)體,列地址譯碼,地址輸入緩沖,行地址譯碼,控制邏輯,數(shù)據(jù)緩沖,,,,,,,,,,,,,,,,,,,A0,An,/WE,/OE,/CS,,,,I/O1,I/Ox,,,,3.2 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的存儲(chǔ)器組織,現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)器處于全機(jī)中心地位,容量大，速度快，成本低? 為解決三者之間的矛盾，目前通常

5、采用多級(jí)存儲(chǔ)器體系結(jié)構(gòu)，即使用高速緩沖存儲(chǔ)器、主存儲(chǔ)器和外存儲(chǔ)器。,? 對(duì)存儲(chǔ)器的要求是：,,存儲(chǔ)器的基本組織,(1) 與CPU的連接 主要是 地址線、控制線、數(shù)據(jù)線 的連接。(2) 多個(gè)芯片連接 設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)器容量與實(shí)際提供的存儲(chǔ)器多有不符。實(shí)際使用時(shí)，需進(jìn)行字和位擴(kuò)展(多個(gè)芯片連接），組成所需要的實(shí)際的存儲(chǔ)器,例如：存儲(chǔ)器容量為8K×8，若選用2114芯片(1K × 4)，

6、則需要：,,（1）位擴(kuò)展法,只在位數(shù)方向進(jìn)行擴(kuò)展（加大字長(zhǎng)），而存儲(chǔ)器的字?jǐn)?shù)與存儲(chǔ)器芯片字?jǐn)?shù)一致。連接時(shí)將各芯片地址線的相應(yīng)位及各控制線并聯(lián)，而數(shù)據(jù)線分別接到數(shù)據(jù)總線的各位。,用8K×1位芯片組成8K×8位的存儲(chǔ)器需要8個(gè)芯片，各芯片地址線、CS和WE分別連接在一起，數(shù)據(jù)線各自獨(dú)立（每片1位）,,,,,CS,,WE,,,2:4,16K?8,16K?8,16K?8,16K?8,（2）字?jǐn)U展法,,僅擴(kuò)展存儲(chǔ)容量（單元數(shù)

7、），而位數(shù)不變。連接時(shí)將各芯片同名地址線、數(shù)據(jù)線、讀/寫(xiě)線并聯(lián)，而使用片選信號(hào)區(qū)分各個(gè)芯片。如用16K×8位的芯片組成64K×8位的存儲(chǔ)器需要4個(gè)芯片地址線——共需16根，片內(nèi)（214=16384）14根，選片：2根，數(shù)據(jù)線——8根，控制線——WE,,(1),(2),(3),(4),地址空間分配表,,,CPU,用1k ? 4 的存儲(chǔ)器芯片 2114 組成 2k ? 8 的存儲(chǔ)器,（3）字位同時(shí)擴(kuò)展法,2. 存

8、儲(chǔ)器地址譯碼方法 由于每一片存儲(chǔ)芯片的容量有限，因此系統(tǒng)存儲(chǔ)器總是由若干存儲(chǔ)芯片構(gòu)成。這就使得存儲(chǔ)器的地址譯碼分為片選控制譯碼和片內(nèi)譯碼兩部分。,高位地址,低位地址,A0,A15,,,片內(nèi)譯碼（直接與芯片地址線連接）,片選,CPU地址,,（1）線選法,用高位地址直接作為芯片的片選信號(hào)，每一根地址選通一塊芯片（無(wú)位擴(kuò)展情況）。例：某微機(jī)存儲(chǔ)容量為4KB，CPU尋址空間為64KB（即地址總線為16位），由1KB的芯片構(gòu)成（片內(nèi)地址

9、為10位）。,1KB,1KB,1KB,1KB,(1),(2),(3),(4),CS,CS,CS,CS,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,A10,A11,A12,A13,,,,,,A9-A0,作為片選,,,,,,,D7-D0,,,,,,,,,,,,,,,,,,線選法連線簡(jiǎn)單，但地址會(huì)有重疊.（如A15-A14取不同值時(shí)，各芯片對(duì)應(yīng)不同地址）,表1 線選法所示存儲(chǔ)器地址分布表,,（2）全譯碼法,全譯碼法除了將地址總線的低位地

10、址直接與芯片的地址線相連之外，其余高位地址全部接入譯碼器，由譯碼器的輸出作為各芯片的片選信號(hào)。,8KB,8KB,8KB,3-8譯碼器,(1),(2),(8),CS,CS,CS,,,,,,,,,,,,,,,,,,Y0,Y7,Y1,,,,,A15-A13,,,,,,A12-A0,,,,,,D7-D0,0000H-1FFFH,2000H-3FFFH,E000H-FFFFH,例：某微機(jī)地址線16位，存儲(chǔ)容量為64KB，由8KB的芯片構(gòu)成（片內(nèi)

11、地址為13位）。,,,（3）部分譯碼法,將高位地址線中的一部分進(jìn)行譯碼，產(chǎn)生片選信號(hào)。該方法適用于不需要全部地址空間的尋址能力，但采用線選法地址線又不夠用的情況。,8KB,8KB,8KB,2-4譯碼器,(1),(2),(4),CS,CS,CS,,,,,,,,,,,,,,,,,Y0,Y3,Y1,,,,,,,,,A12-A0,,,,,,D7-D0,8KB,(3),CS,,,,,A13,A14,,A15,(不參加譯碼）,,,,Y2,,000

12、0H-1FFFH8000H-9FFFH,,2000H-3FFFHA000H-BFFFH,,4000H-5FFFHC000H-DFFFH,,6000H-7FFFHE000H-FFFFH,（4）存儲(chǔ)器地址譯碼電路設(shè)計(jì)步驟 ① 根據(jù)系統(tǒng)中實(shí)際存儲(chǔ)器容量，確定存儲(chǔ)器在整個(gè)尋址空間中的位置； ② 根據(jù)所選用存儲(chǔ)器芯片的容量，畫(huà)出地址分配圖或列出地址分配表； ③ 根據(jù)地址分配圖或分配表確定譯碼方法并畫(huà)出相應(yīng)的地址位圖；

13、 ④ 選用合適器件，畫(huà)出譯碼電路圖。,存儲(chǔ)器地址譯碼舉例：,某微機(jī)系統(tǒng)地址總線為16位(A15—A0）；雙向數(shù)據(jù)總線8位(D7—D0)，控制總線中與主存有關(guān)的信號(hào)有： MREQ（存儲(chǔ)器請(qǐng)求），R/W（讀/寫(xiě)控制）。① 實(shí)際存儲(chǔ)器地址空間分配如下： 0000H—1FFFH為系統(tǒng)程序區(qū)(8KB），由EPROM組成； 2000H—7FFFH為用戶程序區(qū)(24KB)；由SRAM組成，最高 2K地址空間

14、為系統(tǒng)程序工作區(qū)（2KB），由SRAM組成。,,,② 現(xiàn)選用如下存儲(chǔ)器芯片，據(jù)此畫(huà)出地址分配圖。 EPROM：8K×8位(控制端僅有CS)，需1片 SRAM：8K×8位，需3片；2K×8位，需1片,0000H,1FFFH,2000H,7FFFH,FFFFH,F800H,,,地址分配圖,地址分配表,系統(tǒng)尋址空間64KB,③ 畫(huà)出地址位圖,,,,,,8KB EPROM/SRAM片內(nèi)譯碼,,,,,2KB

15、 SRAM片內(nèi)譯碼,,,8KB片選譯碼,,,,2KB SRAM片選譯碼,④ 選用3-8譯碼器和基本門(mén)電路設(shè)計(jì)電路,3. 課堂練習(xí),,（1）有若干片1K×8位的SRAM芯片，采用字?jǐn)U展方法構(gòu)成4KB存儲(chǔ)器，問(wèn)：需要 片SRAM？該存儲(chǔ)器需要多少 根地址線？參與片選的地址位至少需要 位？（2）有若干片128KB SRAM芯片，如要構(gòu)成512KB存儲(chǔ)器，問(wèn):需要

16、 片SRAM？如該512KB存儲(chǔ)器的起始地址是10000H，最后一個(gè)單元的地址是 H 。（3）如內(nèi)存按字節(jié)編址，用存儲(chǔ)容量為32K×8的存儲(chǔ)芯片構(gòu)成地址為A0000H至EFFFFH的存儲(chǔ)空間，則需要多少片？（ ）,12,2,,4,4,8FFFF,10,8KB,8KB,8KB,3-8譯碼器,(1),(2),(8),CS,CS,CS,,,,,,,,,,,,,,,,,Y

17、0,Y7,Y1,,,,,A15-A13,,,,,,A12-A0,,,,,,D7-D0,（4）已知如下電路，問(wèn)第6個(gè)芯片的尋址范圍從 到 。,8KB,(6),CS,,,,,,Y5,,,,A000H,BFFFH,,四、IBM PC/XT 的存儲(chǔ)器分配圖,,,,,系統(tǒng)板上的RAM 256K,IO通道中的擴(kuò)展RAM 384K,

18、保留（包括顯示）的RAM 128K,擴(kuò)展的ROM 192K,,16K(可在系統(tǒng)板上擴(kuò)展 ）,8K基本ROM,00000H 3FFFFH 40000H 9FFFFH A0000H BFFFFH C0000H EFFFFH F0000H F3FFFH F6000H FE000H FFFFFH,

19、RAM 640K,保留 128K,ROM 256K,,,,顯卡上的顯示緩沖區(qū)在此區(qū)域單色顯示在 B0000H ~ B0FFFH；彩色/圖形在B8000H ~ BBFFFH。,包括中斷向量區(qū)；BIOS數(shù)據(jù)區(qū)；DOS內(nèi)存駐留程序；用戶程序區(qū)。,,C0000H ~ EFFFFH，所插卡的BIOS;,FE000H ~ FFFFFH，系統(tǒng)板的基本輸入輸出 系統(tǒng)