1、第五章第五章 微機的存儲器微機的存儲器1、按存取速度和在計算機系統中的地位分類 兩大類：內存主存和外存輔存）5.15.1存儲器的分類與組成存儲器的分類與組成 圖5.1為CPU與存儲器的連接結構示意圖。圖中內存由半導體存儲器芯片組成，外存則有磁帶、硬磁盤和軟磁盤等。 一、半導體存儲器的分類一、半導體存儲器的分類 按使用的功能可分為兩大類：隨機存取存儲器按使用的功能可分為兩大類：隨機存取存儲器RAM(Random Access memory)RAM(Random Access memory)和只讀存儲器和只讀存儲器ROM(Read Only ROM(Read Only Memory)Memory)

2、。 二、半導體存儲器的組成二、半導體存儲器的組成由存儲體、地址選擇電路、輸入輸出電路和控制電路組成。由存儲體、地址選擇電路、輸入輸出電路和控制電路組成。（一）（一） 存儲體存儲體 存儲體是存儲存儲體是存儲1 1或或0 0信息的電路實體，它由許多存儲單元組成，信息的電路實體，它由許多存儲單元組成，每個存儲單元賦予一個編號，稱為地址單元號。而每個存儲單元每個存儲單元賦予一個編號，稱為地址單元號。而每個存儲單元由若干相同的位組成，每個位需要一個存儲元件。由若干相同的位組成，每個位需要一個存儲元件。 存儲器的地址用一組二進制數表示，其地址線的位數存儲器的地址用一組二進制數表示，其地址線的位數n n與存

3、與存儲單元的數量儲單元的數量N N之間的關系為：之間的關系為： 2 =N 2 =Nn n（二地址選擇電路（二地址選擇電路 地址選擇電路包括地址碼緩沖器，地址譯碼器等。地址選擇電路包括地址碼緩沖器，地址譯碼器等。 地址譯碼方式有兩種：地址譯碼方式有兩種： 1. 1.單譯碼方式或稱字結構）單譯碼方式或稱字結構） 2.2.雙譯碼方式或稱重合譯碼）雙譯碼方式或稱重合譯碼） 讀讀/ /寫電路包括讀寫電路包括讀/ /寫放大器、數據緩沖器三態雙寫放大器、數據緩沖器三態雙向緩沖器等。它是數據信息輸入和輸出的通道。向緩沖器等。它是數據信息輸入和輸出的通道。 外界對存儲器的控制信號有讀信號）、寫信外界對存儲器的控

4、制信號有讀信號）、寫信號和片選信號等，通過控制電路以控號和片選信號等，通過控制電路以控制存儲器的讀或寫操作以及片選。只有片選信號處于有制存儲器的讀或寫操作以及片選。只有片選信號處于有效狀態，存儲器才能與外界交換信息。效狀態，存儲器才能與外界交換信息。 （三讀/寫電路與控制電路一、靜態隨機存取存儲器一、靜態隨機存取存儲器（一（一SRAMSRAM的基本存儲電路的基本存儲電路 由個管組成的觸發器由個管組成的觸發器. . 5.2 5.2 隨機存取存儲器隨機存取存儲器RAMRAM）（二靜態（二靜態RAMRAM的組成的組成1.1.讀出過程讀出過程 （1 1地址碼加到地址碼加到RAMRAM芯片的地址輸入端，

5、經芯片的地址輸入端，經X X與與Y Y地址譯碼器譯碼，產生行選與列選信號，選中某一存儲單地址譯碼器譯碼，產生行選與列選信號，選中某一存儲單元，該單元中存儲的代碼，經一定時間，出現在元，該單元中存儲的代碼，經一定時間，出現在I IO O電路的電路的輸入端。電路對讀出的信號進行放大、整形，送至輸輸入端。電路對讀出的信號進行放大、整形，送至輸出緩沖寄存器。緩沖寄存器一般具有三態控制功能，沒有開出緩沖寄存器。緩沖寄存器一般具有三態控制功能，沒有開門信號，所存數據還不能送到門信號，所存數據還不能送到DBDB上。上。（三靜態（三靜態RAMRAM的讀的讀/ /寫過程寫過程（2 2在送上地址碼的同時，還要送上

6、讀在送上地址碼的同時，還要送上讀/ /寫控制信號寫控制信號R/WR/W或或RDRD、WRWR和片選信號和片選信號CSCS）。讀出時，使）。讀出時，使R/WR/W，CSCS，這時，輸出緩沖寄存器的三態門將被打開，所存，這時，輸出緩沖寄存器的三態門將被打開，所存信息送至信息送至DBDB上。于是，存儲單元中的信息被讀出。上。于是，存儲單元中的信息被讀出。（四靜態（四靜態RAMRAM芯片舉例芯片舉例常用的常用的Intel 6116 Intel 6116 是是CMOSCMOS靜態靜態RAMRAM芯片，它的存儲容量為芯片，它的存儲容量為2K2K8 8位：位： 動態動態RAM芯片是以芯片是以MOS管柵極電容

7、是否充有電荷來存儲信息管柵極電容是否充有電荷來存儲信息的的 二、動態隨機存儲器二、動態隨機存儲器( (一動態基本存儲電路一動態基本存儲電路 三管動態基本存儲電路三管動態基本存儲電路 寫入操作時，寫選擇線上為高電平，寫入操作時，寫選擇線上為高電平，1 1導通。待寫入的導通。待寫入的信息由寫數據線通過信息由寫數據線通過1 1加到加到2 2管的柵極上，對柵極電容管的柵極上，對柵極電容CgCg充電。若寫入，則充電。若寫入，則CgCg上充有電荷；若寫入，則上充有電荷；若寫入，則CgCg上無電上無電荷。寫操作結束后，荷。寫操作結束后，1 1截止，信息被保存在電容截止，信息被保存在電容CgCg上。上。 讀出

8、操作時，先在讀出操作時，先在4 4管柵極加上預充電脈沖，使管柵極加上預充電脈沖，使4 4管管導通，讀數據線因有寄生電容導通，讀數據線因有寄生電容CDCD而預充到）。然而預充到）。然后使讀選擇線為高電平，后使讀選擇線為高電平，3 3管導通。若管導通。若2 2管柵極電容管柵極電容CgCg上上已存有已存有“信息，則信息，則2 2管導通。這時，讀數據線上的預管導通。這時，讀數據線上的預充電荷將通過充電荷將通過3,3,2 2而泄放，于是，讀數據線上為。若而泄放，于是，讀數據線上為。若2 2管柵極電容上所存為管柵極電容上所存為“信息，則信息，則2 2管不導通，則讀管不導通，則讀數據線上為。因而，經過讀操作

9、，在讀數據線上可以讀出數據線上為。因而，經過讀操作，在讀數據線上可以讀出與原存儲相反的信息。若再經過讀出放大器反相后，就可以與原存儲相反的信息。若再經過讀出放大器反相后，就可以得到原存儲信息了。得到原存儲信息了。 刷新刷新單管動態基本存儲電路單管動態基本存儲電路 寫入時，使字選線上為高電平，寫入時，使字選線上為高電平，T1T1管導通，待寫入的管導通，待寫入的信息由位線信息由位線D D數據線存入數據線存入CsCs。 讀出時，同樣使字選線上為高電平，讀出時，同樣使字選線上為高電平，T1T1管導通，則存管導通，則存儲在儲在CsCs上的信息通過上的信息通過T1T1管送到管送到D D線上，再通過放大，即

10、可線上，再通過放大，即可得到存儲信息。得到存儲信息。Intel 2116 16KIntel 2116 16K1 1（二動態（二動態RAMRAM芯片舉例芯片舉例Intel 2116Intel 2116的內部結構如圖的內部結構如圖5.115.11所示：所示： 動態動態RAMRAM的刷新：的刷新：動態動態RAMRAM的刷新實質式進行一次的刷新實質式進行一次“寫入寫入操作，但按行進行，操作，但按行進行，即不管系統中有多少個即不管系統中有多少個DRAMDRAM芯片，也不管存儲容量有多大，每芯片，也不管存儲容量有多大，每次均對所有芯片的同一行刷新次均對所有芯片的同一行刷新 單片單片DRAMDRAM有多少行

11、，就分多少次進行刷新有多少行，就分多少次進行刷新 一般刷新電路中都有刷新計數器，每刷新一行計數一次。一般刷新電路中都有刷新計數器，每刷新一行計數一次。 刷新電路必須保證刷新電路必須保證2ms2ms內對內對DARMDARM刷新一次刷新一次 刷新的方法有定時集中制、非同步再生制、同步再生制刷新的方法有定時集中制、非同步再生制、同步再生制一、只讀存儲器存儲信息的原理和組成一、只讀存儲器存儲信息的原理和組成 .3 .3 只讀存儲器）只讀存儲器）當字線上加有選中信當字線上加有選中信號時，如果電子開關號時，如果電子開關是斷開的，位線是斷開的，位線上將輸出信息；如上將輸出信息；如果是接通的，則位果是接通的，

12、則位線經接地，將線經接地，將輸出信息輸出信息0 0。ROMROM的組成由地址譯碼電路、存儲矩陣、讀出電路及控制電的組成由地址譯碼電路、存儲矩陣、讀出電路及控制電路等部分組成。圖路等部分組成。圖5.135.13是有是有1616個存儲單元、字長為個存儲單元、字長為1 1位的位的ROMROM示示意圖。意圖。（一不可編程掩模式（一不可編程掩模式MOSMOS只讀存儲器只讀存儲器由器件制造廠家根據用戶事先編好的機器碼程序，把由器件制造廠家根據用戶事先編好的機器碼程序，把0 0、1 1信息存儲在掩模圖形中而制成的信息存儲在掩模圖形中而制成的ROMROM芯片。這種芯片制成以芯片。這種芯片制成以后，它的存儲矩陣

13、中每個后，它的存儲矩陣中每個MOSMOS管所存儲的信息管所存儲的信息0 0或或1 1被固定下被固定下來，不能再改變，而只能讀出。來，不能再改變，而只能讀出。二、只讀存儲器的分類 （二可編程存儲器（二可編程存儲器 用戶在使用前可以根據自己的用戶在使用前可以根據自己的需要編制需要編制ROMROM中的程序。熔絲中的程序。熔絲式式PROMPROM的存儲電路相當于圖的存儲電路相當于圖5.125.12的元件原理圖的元件原理圖（三可擦除、可再編程的只讀存儲器（三可擦除、可再編程的只讀存儲器 若若EPROMEPROM中寫入的信息有錯或不需要時，可用兩種方法來擦中寫入的信息有錯或不需要時，可用兩種方法來擦除原存

14、的信息。除原存的信息。一種是利用專用的紫外線燈對準芯片上的石英窗口照射一種是利用專用的紫外線燈對準芯片上的石英窗口照射10102020分鐘，即可擦除原寫入的信息。這種方法只能把存儲分鐘，即可擦除原寫入的信息。這種方法只能把存儲的信息全部擦除后再重新寫入的信息全部擦除后再重新寫入采用金屬氮氧化物硅采用金屬氮氧化物硅MNOSMNOS工藝生產的工藝生產的MNOSMNOS型型PROMPROM，它是一種利用電來改寫的可編程只讀存儲器，它是一種利用電來改寫的可編程只讀存儲器，即即EEPROMEEPROM一、存儲器芯片的擴充一、存儲器芯片的擴充 1 1、位數的擴充、位數的擴充 5.4 5.4 存儲器的連接存

15、儲器的連接位擴充歸納如下：位擴充歸納如下：用用4 4片片16K16K8 8位的存儲器芯片組成位的存儲器芯片組成64K64K8 8位存儲器連接線路。位存儲器連接線路。 2 2、地址的擴充、地址的擴充 各芯片的地址取值范圍各芯片的地址取值范圍 地址擴充歸納如下：地址擴充歸納如下：二、存儲器與二、存儲器與CPUCPU的連接的連接 1.ROM 1.ROM與與8086CPU8086CPU的連接的連接 以以1 1字節寬度輸出組織的芯片，在連接到字節寬度輸出組織的芯片，在連接到80868086系統時，為了存系統時，為了存儲儲1616位指令字，要使用兩片這類芯片并聯位指令字，要使用兩片這類芯片并聯 當微機系統

16、的存儲器容量少于當微機系統的存儲器容量少于16K16K字時，宜采用靜態字時，宜采用靜態RAMRAM芯芯片片 8086 CPU 8086 CPU無論是在最小方式或最大方式下，都可以尋址無論是在最小方式或最大方式下，都可以尋址1MB1MB的存儲單元，存儲器均按字節編址的存儲單元，存儲器均按字節編址2.2.靜態靜態RAMRAM與與8086CPU8086CPU芯片的連接芯片的連接3.EPROM3.EPROM、靜態、靜態RAMRAM與與8086CPU8086CPU連接的實例連接的實例BHE#A0A12M/IO#RD#2732（一（一CPUCPU外部總線的負載能力外部總線的負載能力 在小系統中，在小系統中

17、，CPUCPU可以與存儲器直接相連。可以與存儲器直接相連。 較大的存儲系統中，連接的存儲器芯片片數較多，就會造成較大的存儲系統中，連接的存儲器芯片片數較多，就會造成總線過載，應采用加緩沖器或總線驅動器等方法來增加總線總線過載，應采用加緩沖器或總線驅動器等方法來增加總線的驅動能力。的驅動能力。 三、存儲器與三、存儲器與CPUCPU連接應該注意的一些問題連接應該注意的一些問題 （二各種信號線的配合與連接（二各種信號線的配合與連接數據線：數據傳送一般是雙向的。而輸入線與輸出線分開數據線：數據傳送一般是雙向的。而輸入線與輸出線分開的芯片，則要外加三態門，才能與的芯片，則要外加三態門，才能與CPUCPU

18、數據總線相連數據總線相連地址線：存儲器的地址線一般可以直接接到地址線：存儲器的地址線一般可以直接接到CPUCPU的地址總線。的地址總線。而大容量的動態而大容量的動態RAMRAM，為了減少引線的數目，往往采用分時輸，為了減少引線的數目，往往采用分時輸入的方式，這時，需在入的方式，這時，需在CPUCPU與存儲器芯片之間加上多路轉換開與存儲器芯片之間加上多路轉換開關，用關，用CASCAS與與RASRAS分別將地址的高位與低位送入存儲器。分別將地址的高位與低位送入存儲器。控制線：控制線：CPUCPU通過控制線送出命令，以控制存儲器的讀寫操作，通過控制線送出命令，以控制存儲器的讀寫操作，以及送出片選信號

19、、定時信號等以及送出片選信號、定時信號等（三（三CPUCPU的時序與存儲器的存儲速度之間的匹配的時序與存儲器的存儲速度之間的匹配（四存儲器的地址分配及片選信號的產生（四存儲器的地址分配及片選信號的產生 某計算機有地址線某計算機有地址線1818位，數據線位，數據線8 8位，現選用位，現選用4K4K4 4位的靜位的靜態態RAMRAM芯片組成該機的內存，問芯片組成該機的內存，問 1 1、該機允許的最大內存空間多大？、該機允許的最大內存空間多大？256KB256KB 2 2、若設定基本的芯片模塊容量為、若設定基本的芯片模塊容量為32K32K8 8，該機共需幾個這，該機共需幾個這樣的模塊？樣的模塊？8

20、8 3 3、每個模塊內包含多少個、每個模塊內包含多少個4K4K4 4位的位的RAMRAM芯片？芯片？1616 4 4、主存共需多少個、主存共需多少個RAMRAM芯片？芯片？CPUCPU如何選擇這些模塊？如何選擇這些模塊？128128 CPU CPU選擇各模塊的方法是：地址線選擇各模塊的方法是：地址線A14A14A0A0為模塊內連接，為模塊內連接，用地址線用地址線A17A17，A16A16，A15A15通過一個通過一個3838譯碼器，其輸出端作為譯碼器，其輸出端作為8 8各各模塊的片選端模塊的片選端n1n1m1m1n1n1M MK=M/m1K=M/m1N NM ML=N/n1L=N/n1J=X/

21、NJ=X/NX XM M 用用8 8片片211421141K1K4 4構成的構成的4K4K8 8的存儲器，與的存儲器，與8 8位的一個位的一個微處理器相連，求：每組芯片的地址范圍，存儲器有沒有重疊微處理器相連，求：每組芯片的地址范圍，存儲器有沒有重疊區？區？ 一臺一臺8 8位微機的地址總線為位微機的地址總線為1616條，其條，其RAMRAM存儲器容量為存儲器容量為32KB32KB，首地址為首地址為4000H4000H，且地址是連續的。問可用的最高地址是多少？，且地址是連續的。問可用的最高地址是多少？BFFFH BFFFH 現有現有16K16K1 1的動態存儲器芯片若干，欲構成的動態存儲器芯片若

22、干，欲構成64K64K8 8位的存位的存儲器，試求：儲器，試求：1 1、所需的動態、所需的動態RAMRAM芯片個數。芯片個數。3232 2 2、畫出該存儲器組成的邏輯框圖、畫出該存儲器組成的邏輯框圖 3 3、設該存儲器讀、設該存儲器讀/ /寫周期約為寫周期約為0.5us0.5us，CPUCPU在在1us1us內至少訪問內至少訪問一次，試問采用那種刷新方式比較合理？兩次刷新的最大時間一次，試問采用那種刷新方式比較合理？兩次刷新的最大時間間隔是多少？對全部存儲單元刷新一遍所需的實際刷新時間是間隔是多少？對全部存儲單元刷新一遍所需的實際刷新時間是多少？多少？3 3答：根據已知條件，答：根據已知條件，

23、CPUCPU在在1us1us內至少須訪問一次內存，所內至少須訪問一次內存，所以整個存儲器的平均讀寫周期與單個存儲芯片的讀寫周期相接以整個存儲器的平均讀寫周期與單個存儲芯片的讀寫周期相接近，應采用集中式刷新比較合理，因為集中式刷新適合高速存近，應采用集中式刷新比較合理，因為集中式刷新適合高速存儲器儲器動態存儲器兩次刷新的最大時間不超過動態存儲器兩次刷新的最大時間不超過2ms2ms由于由于DRAMDRAM芯片為芯片為16K16K1 1，設內部存儲矩陣為，設內部存儲矩陣為128128128128，刷新，刷新工作按行進行，故只對工作按行進行，故只對128128行進行刷新，即刷新時間需要行進行刷新，即刷新時間需要128128個個寫周期，寫周期，0.50.512812864us64us存儲器連接的一般規律可以這樣分析：存儲器連接的一般規律可以這樣分析：1 1、假設一直單片容量、假設一直單片容量n nm(nm(n是單片尋址范圍，是單片尋址范圍，m m為數據線位為數據線位數數) )，要求存儲器總容量為，要求存儲器總容量為N NM MN N是尋址范圍，是尋址范圍，M M是數據線是數據線長），所需芯片數為長），所需芯片數為N/nN/n）（）（M/mM/m）2 2、決定片選信號：、決定片選信號：RAMRAM的總的地址線數目為的總的地址線數目為N N，芯片組地址線，