第3章_存储器系统

第3章
存储器系统
本章重点： 理解存储器的分类 存储器的层次结构：cache、内存、外存。 掌握8086存储器的结构：存储器的物理地 址，逻辑段概念，物理地址的计算。 掌握堆栈与堆栈操作。了解存储器与CPU的 连接及存储芯片的扩展。
3.1 存储器概述



3.1.1 存储器的分类 1．按存储介质分类 （1）半导体存储器 （2）磁表面存储器 （3）光存储器 2．按存取方式分类 （1）随机存取存储器RAM（Random Access Memory） ① 静态随机存取存储器SRAM ② 动态随机存取存储器DRAM （2）只读存储器ROM(Read Only Memory)
3.2 8086存储器结构






[例3.2.3]：计算下列逻辑地址对应的物理地址。 ① 2017：000AH ② 2010：007AH ③ 2410：0031H 分析：逻辑地址是以“段地址：偏移地址”的形式表达存储 器地址的，而物理地址由如下公式计算得出：物理地址 （PA）=段地址×16＋偏移地址（EA） 解： ① 物理地址（PA）=2017H×10H+000AH=2017AH ② 物理地址（PA）=2010H×10H+007AH=2017AH ③ 物理地址（PA）=2410H×10H+0021H=24121H．

3.1 存储器概述
（2）主流内存条的类型 ①
SDRAM内存条 ② DDRSDRAM内存条 ③ RDRAM内存条 3.1.2 存储器的主要性能指标 存储器的主要性能指标包括：存储容量、存 取速度、可靠性及性能价格比。
3.1 存储器概述



3.1.3 存储系统的层次结构 为了解决存储容量、存取速度和价格之间的矛盾，通常把各 种不同存储容量、不同存取速度的存储器，按一定的体系结 构组织起来，形成一个统一整体的存储系统。 由高速缓冲存储器、内存储器、外存储器构成的三级存储系 统可以分为两个层次，其中高速缓冲存储器和内存间称为 Cache-内存层次，内存和外存间称为内存-外存层次。 三级存储系统总的效果是：存取速度接近于Cache水平，存 储容量非常之大，整个价格也比较合理。其中快存主要为获 取速度，使存取速度能和中央处理器的速度相匹配；辅存追 求大容量，以满足对计算机的容量要求；内存则介于两者之 间，要求其具有适当的容量，能容纳较多的核心软件和用户 程序，还要满足系统对速度的要求。

物理地址和逻辑地址
对应每个物理存储单元都有一个唯一 的20位编号，就是物理地址，从 00000H～FFFFFH。 分段后在用户编程时，采用逻辑地址， 形式为 段基地址 : 段内偏移地址

分隔符
逻辑地址
段地址说明逻辑段在主存中的起始位置 8086规定段地址必须是模16地址：xxxx0H 省略低4位0000B，段地址就可以用16位数据表 示，就能用16位段寄存器表达段地址
3.2 8086存储器结构
计算机通过存储单元的地址来访问其内容的。8086 ／8088CPU是16位的微处理器，访问时既可以按字 节来操作，也可以按字来处理。一个字（即16位） 占据连续的两个存储单元。 若将一个字存入存储器，需要遵循“小端方式”的 规则，即： ① 一个字占据两个相邻的存储单元。 ② 低位字节存入低地址，高位字节存入高地址。 ③ 字的地址由低字节地址来表示，如字3456H的地 址号为20000H。 同样，将一个双字存入存储器时，也需要遵循“小 端方式”的规则
存储器的分段管理

8086CPU有20条地址线
最大可寻址空间为220＝1MB 物理地址范围从00000H～FFFFFH
8086CPU将1MB空间分成许多逻辑段 （Segment）

每个段最大限制为64KB 段地址的低4位为0000B
这样，一个存储单元除具有一个唯一的物理 地址外，还具有多个逻辑地址
3.2 8086存储器结构




3．段的种类 8086/088采用分段内存管理机制，允许程序员将程序划分为 相对独立的多个段，这些段各有各的用途。8086／8088主 要包括下列4种类型的段： ① 代码段用来存放正在运行的程序的指令序列。 ② 数据段用来存放当前运行程序所用到的数据。 ③ 堆栈段定义作为堆栈使用的内存区域。堆栈是一种数据 结构，它开辟了一个以‘后进先出’方式访问的存储区。 ④ 附加段是附加的数据段，它是一个辅助的数据区。 例如：取指令时(CS)=2000H，(IP)=3500H，则被取指令的 物理地址=(CS)×10H+(IP)=20000H+3500H=23500H。 又如：取数时(DS)=1000H，段内偏移地址=1000H，则被取 数据的物理地址 =(DS)×10H+1000H=10000H+1000H=11000H。
字节Byte：8个二进制位，D7～D0 字Word：16位，2个字节，D15～D0
双字DWord：32位，4个字节，D31～D0

最低有效位LSB：数据的最低位，D0位
最高有效位MSB：数据的最高位，对应字节、 字、双字分别指D7、D15、D31位
数据的存储格式
D7 D0
D7 D0 字节

偏移地址说明主存单元距离段起始位置的偏移 量 每段不超过64KB，偏移地址也可用16位数据表 示

物理地址和逻辑地址的转换
将逻辑地址中的段地址左移4位，加上 偏移地址就得到20位物理地址 一个物理地址可以有多个逻辑地址 逻辑地址 1460:100、1380:F00 物理地址 14700H 14700H

3.2 8086存储器结构
2．堆栈操作 它可分为两类操作，分别为进栈和出栈。进栈时是 从高地址到低地址，出栈时是从低地址到高地址。 进栈操作指令为PUSH，出栈操作为POP，后面章 节会详细介绍。 （1）进栈 把一个数据压入堆栈，称为进栈。将一个数据压入 堆栈的过程是：SP先自动减2，指出新的栈顶，然 后再将数据入栈。 [例3.2.5]：设AX=1234H，SS=1000H，SP=0040H， 将寄存器AX的内容压入堆栈。 首先SP-1，将高字节数据12H压入1000FH单元， 然后SP再减1，将低字节数据34H压入1000EH单元， 操作后SP=100EH。

3.2 8086存储器结构



3.2.2 存储器分段和物理地址的形成 1．分段方法 存储器是计算机的重要组成部分，当要访问某个存储单元时， 首先必须获得该单元的物理地址。 于8086地址总线为20条，可寻址的最大内存空间为 220（1M）B，其物理地址范围是00000H～FFFFFH。在 8086中，CPU内部寄存器都是16位，直接寻址能力为216 （64KB），地址范围是0000H～FFFFH。 8086／8088又把1MB的存储空间划分成若干个逻辑段，逻 辑地址由段基址和偏移地址两部分组成。段的起始单元地址 叫做段基地址(简称段基址)，它为16的整数倍。段地址存放 于段寄存器CS，DS，SS，ES中。 每个逻辑段有相应的逻辑地址LA(Logical Address)，表示 为：逻辑地址（LA）=段地址：偏移地址（EA）。
段地址左移4位 加上偏移地址 得到物理地址
14600H ＋ 100H 14700H
13800H ＋ F00H 14700H
段寄存器和逻辑段

8086有4个16位段寄存器
CS（代码段）指明代码段的起始地址 SS（堆栈段）指明堆栈段的起始地址 DS（数据段）指明数据段的起始地址 ES（附加段）指明附加段的起始地址

每个段寄存器用来确定一个逻辑段的起始地 址，每种逻辑段均有各自的用途
3.2 8086存储器结构
2．物理地址的计算 8086／8088CPU中有一个地址加法器，它将段寄 存器提供的段地址自动乘以10H（即左移4位），然 后与16位的偏移地址相加，并锁存在物理地址锁存 器中，如图3.3所示。如逻辑地址0001H：0010H生 成物理地址时，将段地址0001H左移4位为00010H， 再与偏移地址0010H相加即可得到物理地址00020H。 20位的物理地址由16位段地址和16位偏移地址合成。
3.2 8086存储器结构
3.2.1 存储器的组织 8086/8088系统的存储器空间以字节为单位储存信 息。 每个存储单元地址由20位二进制数组成，地址从0 开始编号，依次增1，为了书写方便，用5位十六进 制数表示，其物理地址范围是00000H～FFFFFH， 且地址码为无符号数。 存储器的容量是指存储器所具有的字节数，通常以 210=1024B为基本单位，称为1KB。为了表示更大 的容量，也使用MB(兆字节)，GB(吉字节)等为单位， 其中： 1KB =210B=1024B 1MB=220B=1024KB 1GB=230B=1024MB
多字节数据存放方式
多字节数据在存储器中占连续的多个存储单 元：

存放时，低字节存入低地址，高字节存入高地
ห้องสมุดไป่ตู้
80x86处理器采用“低对低、高对 址； 表达时，用它的低地址表示多字节数据占据的 高”的存储形式，被称为“小端方式 地址空间。 Little Endian”。 相 对 应 还 存 在 “ 大 端 方 式 Big Endian”。 图2.3中2号“字”单元的内容为： [0002H] = 1234H 2号“双字”单元的内容为： [0002H] = 78561234H

存储器 的内容
存 储 址器 的 地
2. 逻辑地址与物理地址
逻辑地址：段地址：偏移地址
如：DS：DAT1
物理地址的形成：
取指令：物理地址=CS*24 + IP 取OP数：物理地址=DS（ES）*24 + 偏移量 堆栈OP：物理地址=SS*24 + SP