微機原理與接口技術微機存儲器微機存儲器1半導體存儲器2存儲器與系統的連接3現代存儲器體系結構1.1半導體存儲器的性能指標

半導體存儲器具有集成度高、功耗低、可靠性好、存取速度快、成本低等優點，是構成存儲器的最主要的存儲器件。

◆存儲容量：存儲器容量是數據存儲能力的指標，用存儲器的最大字節數表示。◆存取速度：存儲器的存取速度用最大存取時間或存取周期描述，單位為納秒（ns）。

◆功耗：功耗指每個存儲單元的功耗，單位為微瓦/單元（μW/單元），或給出每塊芯片的總功耗，單位為毫瓦/芯片（mW/芯片）。◆可靠性：可靠性是指存儲器對電磁場、溫度等外界變化因素的抗干擾能力，一般用平均無故障時間來描述。1.2半導體存儲器的分類及特點掩膜ROM可編程ROM(PROM)紫外線擦除可編程ROM(EPROM)電擦除可編程ROM(E2PROM)快擦寫存儲器（FlashMemory）半導體存儲器(Memory)隨機存取存儲器（RAM）只讀存儲器（ROM）雙極型RAMMOS型RAM靜態RAM(SRAM)動態RAM(DRAM)常用半導體存儲器件的特點

◆雙極型RAM：基本存儲電路的管子較多，存取速度快，與MOS型RAM相比集成度低、功耗大、成本高。◆MOS型RAM：制造工藝簡單、集成度高、功耗低、價格便宜，存取速度不及雙極型RAM。靜態RAM（SRAM）以雙穩態觸發器做基本存儲電路，集成度較高。動態RAM（DRAM）利用電容電荷存儲信息，需附加刷新電路，采用的元件比靜態RAM少，集成度更高，功耗更小。。從總體來看，DRAM優于SRAM。◆EPROM：是一種可用紫外線進行多次（脫線）擦除，可用編程器固化信息的ROM。EPROM可以多次改寫，但編程速度較慢。◆E2PROM：是一種可用特定電信號進行（在線）擦除和編程的ROM。E2PROM比EPROM使用更加方便，但存取速度較慢，價格也較高。◆快擦寫存儲器：是在E2PROM基礎上發展起來的，但比E2PROM擦除和改寫速度快得多。

1.3存儲器芯片的基本組成◆半導體存儲器芯片是把成千上萬個基本存儲電路以矩陣陣列的組織形式（稱為存儲體）集成在數平方厘米上的大規模集成電路。◆基本存儲電路是存儲一位二進制信息的電路，由一個具有兩個穩定狀態（“0”和“1”）的電子元件組成。◆半導體存儲器芯片主要由存儲體、存儲單元譯碼電路、數據緩沖電路、讀/寫控制邏輯電路組成。◆半導體存儲器芯片的引腳主要有存儲單元地址線Am-1~A0、數據線Dn-1~D0、片選通線CS、讀/寫控制線OE和WE等。存儲器芯片的基本組成

（以靜態存儲器為例）

半導體存儲器芯片通常由存儲矩陣、單元地址譯碼、數據緩沖/驅動和讀/寫控制邏輯四部分組成。數據緩沖器基本存儲電路組成的存儲矩陣（體）

地址譯碼器

片選通

讀/寫選通

讀/寫控制邏輯

D0A0A1Am-1......Dn-1D1......存儲器芯片的容量表示◆存儲器芯片的容量表示：存儲芯片的單元數×單元位數 例如，1K×48K×116K×8◆存儲器芯片組成存儲器的芯片數計算：存儲器字節數8 芯片單元數芯片位數例如，一個64KB的RAM存儲器，若用動態RAM2116（16K×1）芯片組成，則64/16×8=32片；若用靜態RAM6116（2K×8）芯片組成，則64/2×1=32片。常用存儲器芯片的引腳芯片型號M×N地址線數據線控制線SRAM6116（靜態RAM）2K×8A10～A0

D7～D0

CS，OE，WEDRAM2164（動態RAM）64K×1A7～A0(行列地址復用)

DinDout

RAS，CAS，WEEPROM27648K×8A12～A0

O7～O0

CE，OE/VPP，PGME2PROM28172K×8A10～A0

I/O7～I/O0

CE，OE，WE，RDY/BUSY◆數據線的連接：存儲器芯片的數據端Dn-1~D0可以直接和系統數據總線（DB）相應的數據位掛接起來。◆地址線的連接： 存儲器芯片的地址端Am-1~A0可以直接和系統地址總線（AB），從A0開始的低位地址部分相應的地址線掛接起來。2.1數據、地址和讀/寫線的連接讀/寫控制線的連接

◆把CPU讀/寫操作控制信號(RD，WR和M/IO)進行邏輯組合，產生存儲器讀MEMR和存儲器寫MRMW信號，分別接存儲器芯片的輸出（讀）允許OE和寫允許WE信號。

與與MEMRMEMWRDM/IOWR◆當單個存儲器芯片的容量不能滿足系統存儲器要求時，需要用多個存儲器芯片組合，以擴充存儲器的容量。◆擴充存儲器容量的連接方法：

存儲器位擴充 若擴充存儲單元（以字節為單位）的數據位數，稱為位擴充。

存儲器字節擴充 若擴充存儲單元的字節個數，稱為字節擴充。2.2存儲器容量的擴充

存儲器位擴充連接示意圖

D3~D0

D7~D4

CSWEA9~A02114(1K×4)D3~D0CSWEA9~A0

2114(1K×4)D3~D0A9~A0MEMWA19~A10譯碼器存儲器字節擴充連接示意圖

MEMWMEMRA19A188088系統A15~A0D7~D02-4譯碼器CSOEWR6116(2)A10~A0D7~D0CSOEWR6116(1)A10~A0D7~D0CSOE27512(2)A15~A0D7~D0CSOE27512(1)A15~A0D7~D016161111◆CPU對存儲單元的尋址必須要保證其尋址惟一性。◆存儲器單元尋址分兩級進行： 首先根據提供的片選地址碼，通過存儲器芯片外部譯碼電路，產生存儲器芯片選通信號（CS/CE）； 然后在片選信號有效的前提下，根據片內地址碼由芯片內部譯碼電路，產生片內尋址，選中該芯片中（惟一的）一個存儲單元。◆產生存儲器片選信號的方法：

線選譯碼法 局部（部分）譯碼法 全局（完全）譯碼法2.3片選信號的產生

存儲器片選信號的產生例

M/IOA19A18A17A16A15A14A13G1G2AG2B

74LS138CBAMY0~MY7或或MY0~MY7的地址范圍：10000H～1FFFFH

2.4微機內存儲器組織

微機內存空間結構由多個模塊（板）構成內存儲器空間。系統總線ROM模塊RAM模塊模塊i模塊j模塊n模塊1內存儲器模塊（板）結構地址譯碼地址總線

MEMRMEMWREADY模塊選擇存儲器接口數據控制地址數據總線存儲芯片矩陣IBMPC微機內存空間分配40KB基本ROMFFFFFHF6000HC8000HC0000HA0000H40000H00000H256KBROM空間768KBRAM空間640KB基本RAM256KBRAM（系統板）384KBRAM（選件板）128KB顯示緩沖區硬盤驅動程序（4KB）微機存儲器設計要點

◆芯片的選擇

◆總線的負載

◆速度的匹配

◆地址的分配（要保證對存儲器尋址的惟一性）

◆高性能微機系統的高速度、大容量、低價格是評價存儲器性能和存儲體系設計的三大主要指標。◆提高存儲器體系性能的三大技術：提高信息吞吐量的多體存儲器（并行主存）結構提高CPU訪存速度的高速緩沖存儲器（Cache）擴大編程邏輯空間的虛擬存儲器（VirtualMemory）3現代存儲器體系結構微機存儲器體系結構

CPU主存輔存CacheCache控制器MMUDOS存儲管理Cache－內存－輔存三級存儲層次結構3.2高速緩沖存儲器◆現代存儲器系統是用靜態RAM組成一個小容量存儲器，稱為高速緩沖存儲器（Cache）；用動態RAM（DRAM）組成大容量的主存儲器，構成一個兩級存儲器結構，既Cache—主存結構。◆Cache位于主存與微處理器之間，其容量一般為（8~32）KB。高檔微處理器（如，80486，Pentium）甚至在微處理器芯片內又集成了Cache，形成了兩級Cache結構。CPUCacheCache控制器主存CacheCache存儲系統基本結構不命中Cache主存儲器地址總線多字寬CPUCacheCache替換控制Cache地址寄存器主存地址寄存器主存↓Cache地址變換數據總線單字寬命中3.3虛擬存儲器◆虛擬存儲器（VirtualMemory）是建立在主存－輔存物理結構基礎之上，由負責主存－輔存之間信息調度的硬件裝置——存儲管理部件（MMU）和操作系統的存儲管理軟件所組成的一種存儲體系層次。◆主存－輔存存儲系統對于應用者來說，好像有一個比實際主存大得多的，可使編程空間不受限制的虛（主）存空間存在，并可用接近主存的速度在這個虛擬存儲器上運行。主存輔存