存储器结构

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第四章-存储器04-高速缓冲存储器

第四章-存储器04-高速缓冲存储器

Cache 000 001 010 011 100 101 110 111 000 001 010 011 100 101 110 111
调入
4.1、地址映象——直接映像
例2:设一个Cache中有8块,访问主存进行读操作的块地址依次为: 10110、11010、10110、11010、10000、00100、10010, 求每次访问时Cache的内容。
硬件完成功能: 访存地址 转成 Cache地址 辅助存储器
Cache 的全部功能都是 由硬件完成的, 对程序员来说是透明的。
4.1、地址映象
映象:其物理意义就是位置的对应关系,将主存地址变成Cache地址。
常见的映象方式主要有三种: 1)直接映象 2)全相联映象 3)组相联映象
CPU Cache 字 数据总线 字
2位 主存区号标记 00 主存块号 比较 3位 区内块号 100 Cache块号 未命中 访问内存 000 001 010 011 100 101 110 111 块内地址 块内地址
Cache
000 001 010 011 100 101 110 111
调入
块表 000 001 010 011 100 101 110 111
4、高速缓冲存储器(Cache)
考研试题精选:
假设:CPU执行某段程序时,共访问Cache 3800 次,访问主存200 次,已知Cache存取周期为50ns,主存存取周期为250ns。
求:Cache—主存系统的平均存取时间和效率。 解: 系统命中率 h = 3800 / 3800 + 200 = 0.95
Cache
000 001 010 011 100 101 110 111 调入
块表 000 10 001 010 11 011 100 101 110 10 111

存储器的工作原理

存储器的工作原理

存储器的工作原理一、引言存储器是计算机系统中的重要组成部分,它用于存储和检索数据。

存储器的工作原理是计算机系统能够正常运行的基础之一。

本文将详细介绍存储器的工作原理,包括存储器的结构、存储单元、存储器的读写操作以及存储器的分类等内容。

二、存储器的结构存储器的结构通常由存储单元组成。

存储单元是存储器中最小的可寻址单元,用于存储一个数据位。

存储器的容量取决于存储单元的数量。

存储器结构可以分为两种类型:随机存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。

1. 随机存储器(RAM)随机存储器是一种易失性存储器,它可以随机读写数据。

RAM可以分为静态随机存储器(SRAM)和动态随机存储器(DRAM)两种类型。

- 静态随机存储器(SRAM):SRAM采用触发器作为存储单元,每个存储单元由几个门电路组成,能够存储一个比特的数据。

SRAM的读写速度快,但占用空间大,功耗较高。

- 动态随机存储器(DRAM):DRAM使用电容器作为存储单元,每个存储单元由一个电容器和一个访问晶体管组成。

DRAM的读写速度相对较慢,但占用空间小,功耗较低。

2. 只读存储器(ROM)只读存储器是一种非易失性存储器,它只能读取数据,不能写入或修改数据。

ROM中的数据是在制造过程中被预先编程的。

ROM的主要类型包括:只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)和电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)。

三、存储单元存储单元是存储器中最小的可寻址单元,用于存储一个数据位。

存储单元通常由多个触发器或电容器组成。

每个存储单元都有一个唯一的地址,通过地址可以访问和操作存储单元中的数据。

四、存储器的读写操作存储器的读写操作是计算机系统中的核心操作之一。

存储器的读操作是指从存储器中读取数据,存储器的写操作是指向存储器中写入数据。

1. 存储器的读操作存储器的读操作是通过向存储器发送读命令和地址来实现的。

当读命令和地址被发送到存储器后,存储器会根据地址找到相应的存储单元,并将存储单元中的数据读取出来。

存储器层次结构

存储器层次结构

存储器层次结构存储器层次结构存储技术计算机技术的成功很⼤程度来源于存储技术的巨⼤进步。

早期的电脑甚⾄没有磁盘。

现在电脑上的磁盘都已经按T算了。

随机访问存储器(Random-Access Memory, RAM)随机访问存储器(Random-Access Memory, RAM)分两类:静态的:SRAM,⾼速缓存存储器,既可以在CPU,也可以在⽚下。

动态的:DRAM,⽤于主存或者图形系统帧缓冲区。

通常情况下,SRAM的容量都不会太⼤,⽽相⽐之下DRAM容量可以⼤得离谱。

静态RAMSRAM将每个位存储在⼀个双稳态存储器单元⾥,每个单元⽤⼀个六晶体管电路实现。

这种电路有⼀个属性,它可以⽆限期地保持两个不同的状态的其中⼀个,其他状态都是不稳定的。

如上图,它能稳定在左态和右态,如果处于不稳定状态,它就像钟摆⼀样⽴刻变成两种稳态的其中⼀种。

也因为它的双稳态特性,即使有⼲扰,等到⼲扰消除,电路就能恢复成稳定值。

动态RAMDRAM的每个存储是⼀个电容和访问晶体管组成,每次存储相当于对电容充电。

该电容很⼩,⼤约只有30毫微微法拉。

因为每个存储单元⽐较简单,DRAM可以造的⾮常密集。

但它对⼲扰⾮常敏感,被⼲扰后不会恢复。

因此它必须周期性地读出重写来刷新内存的每⼀位。

或者使⽤纠错码来纠正任何单个错误。

两者总结传统的DRAMDRAM芯⽚内的每⼀个单元被叫做超单元。

在芯⽚内,总共有d 个超单元,它们被排列成⼀个r×c ⼤⼩的矩阵,也就是说d=r×c,每个超单元都可以⽤类似(i,j) 之类的地址定位⽽每个超单元则是由w 个DRAM单元组成。

因此⼀个DRAM芯⽚可以存储dw 位的信息。

上图是⼀个16×8 的DRAM芯⽚的组织。

⾸先由两个addr引脚依次传⼊⾏地址i 和列地址j 。

每个引脚携带⼀个信号。

由于这是4×4 的矩阵,因此两个就够了。

然后定位到(i,j) ,将该地址的超单元信息传出去。

存储器与寄存器的组成与工作原理

存储器与寄存器的组成与工作原理

存储器与寄存器的组成与工作原理存储器与寄存器是计算机系统中重要的组成部分,它们在数据存储和处理方面发挥着关键的作用。

本文将从存储器与寄存器的组成结构、工作原理两个方面进行介绍。

一、存储器的组成与工作原理存储器,简单来说,是用于存储和读取数据的计算机设备。

它由一系列存储单元组成,每个存储单元能够存储一定数量的数据。

根据存取方式的不同,存储器可以分为随机存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。

1. 随机存储器(RAM)随机存储器是一种临时存储介质,具有读写功能。

它由一系列存储单元组成,每个存储单元都有一个独立的地址。

数据可以通过地址访问和存取。

随机存储器的存储单元可以分为静态随机存储器(SRAM)和动态随机存储器(DRAM)两种。

静态随机存储器(SRAM)由触发器组成,每个存储单元由6个触发器构成,能够稳定地存储数据。

它的读写速度较快,但芯片密度较低,价格较高。

动态随机存储器(DRAM)利用电容器存储数据,需要定期刷新来保持数据的有效性。

相较于SRAM,DRAM的芯片密度较高,价格也较低,但读写速度较慢。

2. 只读存储器(ROM)只读存储器是一种只能读取数据而不能写入数据的存储设备。

它通常用于存储不会改变的程序代码和固定数据。

只读存储器的存储单元由硅片上的门电路组成,数据在制造过程中被写入,不可修改。

二、寄存器的组成与工作原理寄存器是一种用于暂存和处理数据的高速存储设备。

它位于计算机的中央处理器内部,是一组用于存储指令、地址和数据的二进制单元。

寄存器的组成与存储器相比较小,但速度更快。

它由多个存储单元组成,每个存储单元能够存储一个或多个二进制位。

寄存器的位数决定了其可以存储的数据量大小。

寄存器在计算机中发挥着重要的作用,它可以用于暂存指令和数据,提高计算机的运行效率。

它还可以用于存储地址,使得计算机能够正确地访问存储器中的数据。

寄存器具有多种类型,常见的有通用寄存器、程序计数器、指令寄存器等。

通用寄存器用于存储临时数据,程序计数器用于存储下一条要执行的指令地址,指令寄存器用于存储当前正在执行的指令。

第4章-嵌入式系统的存储器系统PPT课件

第4章-嵌入式系统的存储器系统PPT课件
冲,二级缓冲。
DRAM的体)电容存储电荷来储存信息, 必须通过不停的给电容充电来维持信息。
DRAM 的成本、集成度、功耗等明显优于SRAM。 DRAM保留数据的时间很短,速度也比SRAM慢,不过它还是比任何
的ROM都要快,但从价格上来说DRAM相比SRAM要便宜很多,计算机 内存就是DRAM的。
4.1.3 存储管理单元
MMU(Memory Manage Unit, 存储管理单元)
在CPU和物理内存之间进行地址转换,将地址从逻辑空间映射到 物理空间,这个转换过程一般称为内存映射。
MMU主要完成以下工作: (1)虚拟存储空间到物理存储空间的映射。
采用了页式虚拟存储管理,它把虚拟地址空间分成一个个固定大 小的块,每一块称为一页,把物理内存的地址空间也分成同样大 小的页。MMU实现的就是从虚拟地址到物理地址的转换。 (2)存储器访问权限的控制。 (3)设置虚拟存储空间的缓冲特性。
(或旁路转换缓冲/页表缓冲/后援存储器)
当CPU访问内存时,首先在TLB中查找需要的地址变换条目,如果该 条目不存在,CPU再从位于内存中的页表中查询,并把相应的结果 添加到TLB中,更新它的内容。
当ARM处理器请求存储访问时,首先在TLB中查找虚拟地址。如果系 统中数据TLB和指令TLB是分开的,在取指令时,从指令TLB查找相应 的虚拟地址,对于内存访问操作,从数据TLB中查找相应的虚拟地址。
当进行数据写操作时,可以将cache分为读操作分配cache和写操 作分配cache两类。
对于读操作分配cache,当进行数据写操作时,如果cache未命中, 只是简单地将数据写入主存中。主要在数据读取时,才进行 cache内容预取。
对于写操作分配cache,当进行数据写操作时,如果cache未命中, cache系统将会进行cache内容预取,从主存中将相应的块读取到 cache中相应的位置,并执行写操作,把数据写入到cache中。对 于写通类型的cache,数据将会同时被写入到主存中,对于写回 类型的cache数据将在合适的时候写回到主存中。

存储器

存储器

2 内存
2.按内存的接口(外观)分类 目前计算机配备的DRAM内存按接口(外观)分类主 要有两种: 1)SIMM(Single-In Line Memory Module,单 边接触内存模组) SIMM是486及其较早的PC机中常用的内存接口方式 ,一般30线、72线。
2 内存
2)DIMM(Dual In-Line Memory Module,双边 接触内存模组) DIMM接口内存的插板两边都有数据接口触片,这种 接口模式的内存广泛应用于现在的计算机中,常见有168 线SDRAM内存条、184线DDR内存条、240线DDR2/3 内存条。
2 内存
2.3 DDR SDRAM 内存的物理结构 下面以一品牌为威刚(A-DATA)的DDR3内存条为 例讲述DDR3内存条的结构,如图所示。
SPD
标签
PCB板 金手指
内存芯片 内存固定 卡缺口 内存引脚 缺口
DDR3 SDRAM内存条的结构
2 内存
1.PCB板。PCB板的电气性能也是决定内存稳定性 的关键,各种电子元件以及内存芯片都集中在其中一面, 导线则集中在另一面。 2. 金手指。金手指实际上是在一层铜皮(也叫覆铜 板)上通过特殊工艺再覆上一层金,因为金不易被氧化, 具有超强的导通性。 3. 内存芯片。内存上的芯片也称为内存颗粒,是内 存的灵魂所在,内存的性能、速度、容量都是由内存芯片 决定的。
2 内存
2.3 内存条品牌
(1)畅销的:金士顿(Kingston)、胜创(Kingmax)、 三星 (Samsung). (2)热门的:金邦科技(GEIL)、宇瞻(Apacer)、现代 (Hyundai)、金士泰(KINGSETK)、勤茂(TwinMOS)、利 屏(LPT)及富豪。 (3)不常见的:海盗船(Corsair)、美光、OCZ、威刚等 。

存储器管理

存储器管理

第四章存储器管理第0节存储管理概述一、存储器的层次结构1、在现代计算机系统中,存储器是信息处理的来源与归宿,占据重要位置。

但是,在现有技术条件下,任何一种存储装置,都无法从速度、容量、是否需要电源维持等等多方面,同时满足用户的需求。

实际上它们组成了一个速度由快到慢,容量由小到大的存储装置层次。

图4-1 计算机系统存储器层次示意图2、各种存储器•寄存器、高速缓存Cache:容量很小、非常快速、昂贵、需要电源维持、CPU可直接访问;•内存RAM:容量在若干KB、MB、GB,中等速度、中等价格、需要电源维持、CPU可直接访问;•磁盘高速缓存:一般设于主存中;•多种类型的磁盘:容量在数MB或数GB,低速、价廉、不需要电源维持、CPU不可直接访问;由操作系统协调这些存储器的使用。

二、存储管理(主存管理)的目的1、尽可能地方便用户;提高主存储器的使用效率,使主存储器在速度、规模和成本之间获得较好的权衡。

(注意CPU和主存储器,这两类资源管理的区别)2、存储管理的主要功能:•地址重定位•主存空间的分配与回收•主存空间的保护和共享•主存空间的扩充三、逻辑地址与物理地址1、逻辑地址(相对地址,虚地址):用户源程序经过编译/汇编、链接后,程序内每条指令、每个数据等信息,都会生成自己的地址。

●一个用户程序的所有逻辑地址组成这个程序的逻辑地址空间(也称地址空间)。

这个空间是以0为基址、线性或多维编址的。

2、物理地址(绝对地址,实地址):是一个实际内存(字节)单元的编址。

●计算机内所有内存单元的物理地址组成系统的物理地址空间,它是从0开始的、是一维的;●将用户程序被装进内存,一个程序所占有的所有内存单元的物理地址组成该程序的物理地址空间(也称存储空间)。

四、地址映射(变换、重定位)当程序被装进内存时,通常每个信息的逻辑地址和它的物理地址是不一致的,需要把(程序中的)逻辑地址转换为对应的物理地址----地址映射;例如指令LOAD L,2500 /*将2500号单元内的数据送入寄存器L*/ ----P123图4-3 作业装进内存时的情况地址映射分静态和动态两种方式。

存储器层次结构

存储器层次结构
Latency: 1-10 cycle
Main memory
Latency: 50-100 cycle
Disk storage
Latency: 20 000 000 cycle
Network storage
计算机程序的局部性(locality)
良好局部性的程序
重复访问相同的数据项集合 倾向于访问临近的数据项集合
存储器层次结构(memory hierarchy)
存储器层次结构中的缓存
高速缓存(cache)
一个小而快速的存储设备 作为存储在更大也更慢的设备中的数据对象的缓冲区域
存储器层次结构的中心思想
位于k层的更快更小的存储设备作为位于k+1层的更大更慢的存储设备的缓存
存储器层次结构中的数据传输
随着步长的增加,空间局部性下降
引用多维数组
int sumarraycols(int a[M][N]) {
int i,j,sum = 0; for(j=0;j<N;j++)
for(i=0;i<M;i++) sum += a[i][j];
return sum } 按列优先顺序访问(col-major order) 步长为N 局部性差
冲突不命中(conflict miss)
限制性的块放置策略
高速缓存管理
寄存器
编译器
L1,L2 cache
内置在缓存中的硬 件逻辑
DRAM 主存
操作系统软件和 CPU上的地址翻译 硬件
本地磁盘缓存网络 应用程序 存储
提纲
导论 存储技术 局部性原理 存储器层次结构 高速缓存存储器 编写高速缓存友好的代码 利用程序中的局部性

存储器的层次结构及组成原理

存储器的层次结构及组成原理

存储器的层次结构及组成原理一、概述存储器是计算机系统中重要的组成部分,它用于存储和访问数据和指令。

存储器的层次结构是根据存储器的速度、容量和成本等因素将其分为多个层次,以实现高效的数据访问和管理。

二、存储器层次结构存储器的层次结构通常分为以下几个层次: ### 1. 寄存器(Register) 寄存器是存储在CPU内部的最快速的存储器。

它用于存放指令、数据和地址等临时信息,可以直接被CPU访问。

寄存器的容量较小,一般只有几百个字节。

2. 高速缓存(Cache)高速缓存位于CPU和主存之间,其目的是加快存储器的访问速度。

缓存通过存储近期被频繁访问的数据和指令,以提高CPU对存储器的命中率。

3. 主存储器(Main Memory)主存储器是计算机系统中最主要的存储器,也是存储器的最大层次。

主存储器被划分为许多地址连续的存储单元,每个存储单元可以存储一个字节或多个字节的数据。

主存储器由半导体或磁介质制成。

4. 辅助存储器(Auxiliary Memory)辅助存储器用于长期存储大量的数据和程序。

它的容量大于主存储器,但访问速度较慢。

常见的辅助存储器包括硬盘、光盘和闪存等。

三、存储器的组成原理存储器的组成原理多样,下面介绍几种常见的存储器类型: ### 1. 静态随机存储器(SRAM) 静态随机存储器是一种使用触发器来存储数据的存储器。

它的访问速度快,但成本较高。

SRAM的存储单元通过6个晶体管构成,每个存储单元可以存储一个比特的数据。

2. 动态随机存储器(DRAM)动态随机存储器是一种使用电容器来存储数据的存储器。

它的访问速度较慢,但成本较低。

DRAM的存储单元通过一个电容器和一个晶体管构成,每个存储单元可以存储一个比特的数据。

3. 只读存储器(ROM)只读存储器中的数据是永久性的,不可更改。

它通常用于存储固定的程序和数据。

常见的ROM类型包括可编程只读存储器(PROM)、可擦写只读存储器(E-PROM)和电可擦写只读存储器(EEPROM)等。

计算机原理第三章存储器

计算机原理第三章存储器

解:(1)需要26根地址线。

(2)有24根地址线

(3)共用8片。

(4)连线图如下图所示。
〔例6〕半导体存储器容量为7K×8位,其中固化区为4k×8 位,可选用 EPROM芯片:2K×8/片。随机读/写区为3K×8, 可选SRAM芯片:2K×4/片和1K×4/片。地址总线为A15~A0,
为“0”。
★ 注意:读出 “1” 信息后,电容Cs上无电荷,不能再 维持“1”,这种现象称为“破坏性读出”,须进行“恢复”操 作。
(3) 保持,字选线为“0”,T截止,电容Cs无放电 回路,其电荷可暂存数毫秒,即维持“1”数毫秒;无电荷 则保持“0”状态。
★ 注意:保持“1”信息时,电容Cs也要漏电,导致Cs上 无电荷,须定时“刷新”。
写1:数据线I/O=1、 I / O =0,使位线D=1、 D =0;
推出T1截止,T2导通使Q=1、 Q =0,写入“1”。
(2)读出
行选线xi,列选线yj加高电平,使T5 、T6导通和V1 、V2导通。
如果原存信息Q=0,则T1导通,从位线D将通过T5、T1到地 形成放电回路,有电流经D流入T1,使I/O线上有电流流过,经放 大为“0”信号,表明原存信息为“0”。而此时因T2截止,所以D 上无电流。
〔例〕32位地址线的计算机: 232=220×210×22=4千兆=4G 但现在实际配的主存假设为512兆,
即 512兆=220×29
所以,32 位地址线寻址的是逻辑地址, 29位地址线寻址的是物理地址。
3.1.3 存储器的分类
一、根据存储介质来分
1. 半导体存储器:
静态存储器 动态存储器
2. 磁表面存储器:磁盘、磁带等。(磁性材料)

内存原理图

内存原理图

内存原理图内存原理图是计算机科学中非常重要的概念,它涉及到计算机系统中内存的组织结构和工作原理。

在计算机系统中,内存是存储数据和指令的地方,它直接影响着计算机的运行速度和性能。

了解内存原理图对于理解计算机系统的工作原理和优化程序性能都是至关重要的。

首先,我们来看一下内存的基本组成。

内存通常由存储单元组成,每个存储单元都有一个唯一的地址,用于访问其中存储的数据。

内存的组织结构通常包括主存储器和辅助存储器,主存储器通常是指RAM(随机存取存储器),而辅助存储器通常是指硬盘或固态硬盘。

主存储器用于存储当前正在运行的程序和数据,而辅助存储器则用于长期存储数据。

内存原理图还涉及到内存的工作原理。

当计算机需要访问内存中的数据时,它会根据数据的地址来定位存储单元,并将数据传输到处理器中进行处理。

内存的访问速度直接影响着计算机的性能,因此内存的组织结构和访问方式都是需要精心设计和优化的。

此外,内存原理图还包括内存的层次结构。

在计算机系统中,内存通常分为多级缓存、主存和辅助存储器。

多级缓存用于暂时存储处理器需要频繁访问的数据,主存储器用于存储当前正在运行的程序和数据,而辅助存储器则用于长期存储数据。

这种层次结构的设计可以提高数据访问的效率,从而提高计算机系统的整体性能。

除此之外,内存原理图还涉及到内存管理的问题。

内存管理是指操作系统如何管理内存资源,包括内存分配、内存回收和内存保护等问题。

合理的内存管理可以提高系统的稳定性和安全性,避免内存泄漏和内存溢出等问题。

总的来说,内存原理图是计算机科学中非常重要的概念,它涉及到内存的组织结构、工作原理、层次结构和管理方式等问题。

了解内存原理图对于理解计算机系统的工作原理、优化程序性能和提高系统稳定性都是至关重要的。

希望本文能够对读者有所帮助,让大家对内存原理图有一个更加深入的理解。

计算机存储器的层次结构ppt课件

计算机存储器的层次结构ppt课件
2. 便于程序和数据的共享。由于程序段是按功能来划分的,如子程序段、 数据段、表格段等。每个程序段有比较完整的功能,因此,被共享的 可能性很大。
3. 程序的动态链接和调试比较容易。由于每个程序段都是一组有独立意 义的数据块或具有完整功能的程序段,因此,在程序运行过程中,可 以根据需要一次就把一个程序段或数据块都装入到主存储器中,并且 在装入时才实行动态链接。
8
页式虚拟存储器的优点是:
1. 主存储器的利用率比较高。每个用户程序只有不到一页(平均为半页) 的浪费,与段式虚拟存储器每两个程序段之间都有浪费相比要节省许多。
2. 页表相对比较简单。它需要保存的字段数比较少,一些关键字段的长度 要短许多,因此,节省了页表的存储器容量。
3. 地址映象和变换的速度比较快。在把用户程序装入到主存储器的过程中 ,只要建立用户程序的虚页号与主存储器的实页号之间的对应关系即可 不必使用整个主存的地址长度,也不必考虑页号的长度等。
每段使用独立的逻辑地址空间,即都从0开始计算地址。 段式管理方法的主要缺点是各段长短不一,调进调出之后容易形成 大量不规则的零碎空间。 段式管理方法的虚实变换算法是查段表(P150)。
4
0
主程序(0段)
1K
0
1段
500
0
2段
200
0
3段
200
程序空间
段号 0 1 2 3
段长 1K 500 200 200
起始地址 8K 16K 9K 30K
段表
段式虚拟存储器的地址映象
0 8K 9K 16K
30K 主存储器
5
段式虚拟存储器的优点如下:
1. 程序的模块性能好。对于大程序,可以划分成多个程 序段,每个程序 段赋予不同的名字,由多个程序员并行编写,分别编译和调试。由于 各个程序段在功能上是相互独立的,因此,一个程序段的修改和增删 等不会影响其他程序段,从而可以缩短程序的编制和调试时间。

《存储器设计》课件

《存储器设计》课件

读时
使SA两侧 虚单元 的信号差
一侧的 相同则 位线电
平始终
为VR
VR=1/2(Vs1+Vs0),若使Vs1、Vs0分别为VDD和GND则VR选为1/2VDD
BL1 BL2 BL3 BL4
位线的布置 SA的布置
开式位线 Open bitlines 折叠位线 Folded bitlines
BL1 BL2 BL3 BL4
电位下降。
在两侧位线上形成电位差
读‘1’>0 读‘0’<0 为提高速度并不等一侧位线下降为 低电平,而是只要位线间建立一定 的信号差就送读出放大器,放大输 出。
需要灵敏放大器,不用再生
SRAM写操作
SRAM写0
写操作时,选中单元WL为高,M5,M6导通。位线BL,!BL准备好 待写入的信号。写1,BL=1=VDD,写0, BL=0。 BL、!BL通过M6、M5对Q、!Q强迫充放电,与单元内原先存储的 状态无关。 写操作结束后,双稳单元将信息保存。
第十章 存储器设计
第一节 简介 第二节 动态随机存储器 DRAM 第三节 静态随机存储器 SRAM 第四节 只读存储器ROM 第五节 非易失存储器 NVM
第一节 简介
一、存储器的分类 二、存储器的总体结构 三、存储器的时序
一、存储器的分类
随机存取存储器 RAM Random Access Memory
SA越灵敏,可分辩的信号差越 小,抗干扰能力越差,各种干 扰引起的信号差也会被放大- 避免干扰
要求SA中的器件对称,否则灵 敏度下降,器件参数对称
VBL>V!BL
VBL最后稳定在( VDD)SAP
V!BL最后稳定在 (GND)SAN
VBL<V!BL

存储器结构和地址空间

存储器结构和地址空间
MOVC A,@A+DPTR ;将(DPTR)中的地址加(A)中 的偏移量,得到该单元内容存A。寻址范围为64K,称长查表 指令。
MOVC A,@A+PC;以PC为基址寄存器,A为偏址数据, 相加后的数作为地址,取出该地址单元的内容送累加器A。表 格只能放在0-255字节范围之内。称短查表指令。
1.3 数据存储器
片内外统一编址,最大寻址范围64KB。 (2)程序存储器特定的复位入口地址
MCS-51单片机复位/中断入口地址
入口地址
名称
0000H
程序计数器PC地址
0003H
外部中断INT0入口地址
000BH
定时、器T0溢出中断入口地址
0013H
外部中断INT1入口地址
001BH
定时/计数器T1溢出中断入口地址
0023H
片外用MOVX指令 片内128B/256B, 片外2KB-64KB
DRAM/SRAM/EEPROM(FLASH)
片外RAM并行总线/I2C总线
1.2 程序存储器(Program memory--Read only memory) 一.特点:
(1)ROM类型有:掩膜ROM、EPROM、E2 PROM、 FLASH ROM、OTPROM。分成片内和片外两部分,由EA 引脚接高(内)或接地(外)决定。
MOV SP, #60H;将栈底设在60H单元。 位地址:00H-7FH共128位 软件置位STEB bit,清零CLR bit 例:
SETB 08H;置位21H字节单元的D0位 CLR 22H ;将24H字节单元的D2位清0
随机
直接与A进行传送、运算、转移等操作
片内RAM中可位寻址区的字节地址与位地址对应关系
对于程序存储器查表,用MOVC指令寻址; 对片内RAM传送数据用MOV指令寻址; 对片外RAM读、写用MOVX指令寻址。
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§2.2.2 存储器结构
8051单片机在结构上采用了哈佛型,将程序 数据分别放在两个存储器内:
一个称为程序存储器(ROM); 另外一个称为数据存储器(RAM)。
两个存储器共有四个物理上相互独立的存 储空间:片内ROM、片外ROM、片内RAM、片外 RAM。
即:
存储器的结构图
一、程序存储器
8051单片机内部有4KB的掩膜ROM、 8751单片机内部有4KB的EPROM,而8031内 部没有程序存储器,必须外接程序存储器。
▪ B、位寻址区 :
▪ 字节地址为20H~2FH,既可作RAM,也可位操作。共有 16个RAM单元,共128位,位地址为00H~7FH。
▪ C、用户RAM区:
▪ 32个单元,地址为30H~7FH,在一般应用中常作堆栈区。
用PSW中的两位PSW.4和PSW.3来切换工作寄存 器区,选用一个工作寄存器区进行读写操作。
▪ 中断服务程序存放方Байду номын сангаас:
▪ (1)从中断地址区首地址开始,在中断地址区中直接 存放;
▪ (2)从中断地址区首地址开始,存放一条无条件转移 指令,

以便中断响应后,通过中断地址区,再转到中断
服务程序的实际入口地址区去。
▪ 二、数据存储器

MCS-51 系 列 单 片 机 数 据 存 储 器 分
内部数据存储器(即片内RAM)和外部
对专用寄存器只能使用直接寻址方式,书写时 既可使用寄存器符号,也可使用寄存器单元地 址。
▪ MCS-51的寄存器在片内RAM都有映像地址。 使用时,既可用寄存器名,也可用对应单元地址。








位地址
3.
外部数据存储器一般由静态RAM构成,其容量大小由 用户根据需要而定, 最大可扩展到 64 KB RAM , 地址是 0000H~0FFFFH。 CPU通过MOVX指令访问外部数据存储器, 用间接寻址方式, R0、R1和 DPTR都可作间接寄存器。注意, 外部RAM和扩展的I/O接口是统一编址的, 所有的外扩I/O 口都要占用 64 KB中的地址单元。



位地址

2、内部数据存储器高128单元
▪ 内部RAM的高128单元 ▪ ——专用寄存器(SFR)区 ▪ 地址为80H~FFH ▪ (也称特殊功能寄存器)
(1)SFR(80H~FFH)介绍:

有2套地址
▪ ▪
字节地址:只21个有效(其中仅11个有位地址) 位地址:只83位有效
▪ 其字节地址可被8整除。
E、数据指针DPTR (16位):
存放片外存储器地址,作为片外存储器的指针。 可分成两个8位寄存器DPH、DPL使用。
(2)专用寄存器的字节寻址
▪ 注意:
21个可字节寻址的专用寄存器是不连续地分散 在内部RAM高128单元之中,共83个可寻址位。 尽管还剩余许多空闲单元,但用户并不能使用。
在22个专用寄存器中,唯一一个不可寻址的 PC。PC不占据RAM单元,它在物理上是独立 的,因此是不可寻址的寄存器。
两组特殊单元
▪ 1、0000H---0002H(复位后:PC=0000H) ▪ 2、0003H---002AH(中断入口) ▪ 0003H---000AH(INT0中断地址区) ▪ 000BH---0012H(T/C0中断地址区) ▪ 0013H---001AH(INT1中断地址区) ▪ 001BH---0022H(T/C1中断地址区) ▪ 0023H---002AH(串行口中断地址区)
三、堆栈操作
1、堆栈的类型
▪ ▪ ▪ 堆栈类型 ▪ ▪
向上生长型 (向地址增大的方向生成):MCS—51 系列
向下生长型(向地址较低的方向生成):MCS—96 系列
▪ 复位时 SP=07H。但在程序设计时应将SP值初始化为30H以 后,以免占用宝贵的寄存器区和位地址区。
▪ 专用寄存器:
▪ A、B、PSW、
▪ DPTR、SP。

▪ I/O接口寄存器:
节 地
▪ P0、P1、P2、P3、 址
SBUF、TMOD、TCON、
SCON …
位地址
▪ A、程序计数器PC(16位): ▪ CPU总是按PC的指示读取程序。PC是一个16位的计 数器。其内容为将要执行的指令地址(即下一条指令地 址),可自动加1。因此CPU执行程序一般是顺序方式。当 发生转移、子程序调用、中断和复位等操作,PC被强制改 写,程序执行顺序也发生改变。 ▪ 复位时,PC=0000H。
▪ B、累加器Acc(8位): ▪ 需要ALU处理的数据和计算结果多数要经过累加器A。
▪ C、寄存器B (8位):
▪ 与A累加器配合执行乘、除运算。也可用作通用寄
存器。
▪ D、程序状态字PSW (8位):
存放ALU运算过程的标志状态。
位 序 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 位符号 CY AC F0 RS1 RS0 OV F1 P
数据存储器(即片外RAM)。

▪ 内部数据存储器
1、内部数据存储器低128单元
▪ 低128单元是单片机的真 正RAM存储器。
▪ 分为三个区域:
▪ A、寄存器区:

4组寄存器(寄存器阵列)。即4个工作寄存器0区~3区。
每组
8个寄存单元(每单元8位),以R0~R7作寄存器名,暂存运 算数据和中间结果。字节地址为00H~1FH。
片内ROM(4kB) 0000H~0FFFH 片外ROM(64kB)0000H~FFFFH
两者统一编址!
对 于 8051 来 说 , 程 序 存 储 器 ( ROM ) 的 内 部 地 址 为 0000H~0FFFH, 共 4 KB; 外部地址为 1000H~FFFFH, 共 60 KB。 当程序计数器由内部 0FFFH执行到外部 1000H 时, 会自动跳转。 对于 8751 来说, 内部有 4 KB的EPROM, 将它作为内部程序存 储器; 8031 内部无程序存储器, 必须外接程序存储器。
8031 最多可外扩 64 KB程序存储器, 其中 6 个单元地址具 有特殊用途, 是保留给系统使用的。0000H是系统的启动地址, 一 般 在 该 单 元 中 存 放 一 条 绝 对 跳 转 指 令 。 0003H 、 000BH 、 000BH、001BH和 0023H对应 5 种中断源的中断服务入口地址。
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