微机原理 第三章 存储器、地址译码、总线
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第三章 存储器、地址译码、 总线
3.1 存储器
• 介绍几种常用典型的存储器的引脚
– SRAM: HM62256 – EPROM: 27C512
– EEPROM: W27E512
常用存储器引脚
存储器扩展
3.2 地址译码
• 74LS138译码器
• 138译码器真值表
译码方法
• 全译码：所有高位地址信号通过译码器构 成多个片选信号； • 部分译码：这种方法将高位地址中的若干 位通过译码器组合成片选信号。 • 线译码：这种方法不通过译码器，而是将 高位地址中的1位或几位作为片选信号。
PCMCIA扩展总线
• 适用于笔记本电脑，可连接存储器、FAX/MODEM、网络适 配器和硬盘驱动器等扩展设备。 • 支持三种类型的PC卡，长86mm，宽54mm，I类卡厚3.3mm, 主要是存储器卡; II类卡厚5.5mm, 通常是modem卡或fax modem卡；III类卡厚10.5mm, 用作磁盘设备。 • PCMCIA插槽也有三种规格: I型插一个I类卡; II型插一个II类卡 或两个I类卡; III型插一个III类卡或一个II类卡和一个I类卡。 • PCMCIA插槽在PC端为插针, 在卡端为插孔。PCMCIA总线有 64个信号线, 16位数据线, 26位地址线, 其它一些控制线和电源 线、地线。 • PCMCIA插槽服务接口程序，相当于BIOS。其上是卡服务程 序。应用程序必须通过卡服务程序的中断调用来访问PC卡。
• ROM = ( • # • # • # • # • # • #
!ROM
A13 & !A14 & A15 !A13 & A14 & A15 !A9 & !A11 & A14 & A15 !A10 & !A11 & A14 & A15 !A12 & A14 & A15
!A8 & !A10 & !A11 & !A12 & !A13 & !A14 & !A15 !A9 & !A10 & !A11 & !A12 & !A13 & !A14 & !A15 ) = ((Address >= ^h300) & (Address < ^hA000)) # ((Address >= ^hF600) & (Address < ^hFFFF));
接口插板布线图 C、D
G、H
A、B E、F
局部总线和PCI总线
• 局部总线：速度更快。适用于80486以上的CPU的主 板。如VL总线，PCI总线。与其它总线不兼容。
CPU CPU MEM PCI总线
ISA总线控制器 局部总线控制器
MEM
ISA总线
网络适配器
CRT适配器
ISA总线控制器
ISA总线
硬盘适配器 CRT适配器 …… FAX适配器 打印机适配器 ……
!P8253 = (Address >= ^hE800) & (Address < ^hE900);
• P1245
= !( A13 Fra Baidu bibliotek !A14 & A15
# !A13 & A14 & A15 );
!P1245 = (Address >= ^hA000) & (Address < ^hE000);
译码5
• 06H~07H：PCI状态，R，未用。 • 08H：版本标识，R，从扩展ROM装入。 • 09H~0BH：设备类别码，R，从扩展ROM装入。 • 0CH：高速缓存行大小，R，未用。
• 0DH：延时定时器，W/R，从扩展ROM装入。
• 0EH：首区类型，R，从扩展ROM装入。 • 0FH：内建自测区，R，从扩展ROM装入。
PCI总线的特点(120引脚）
• 支持一种线性突发数据传输模式，即由一个地址顺 序读写大量数据。 • 总线主控，任何一个有处理能力的外设都可暂时接 管总线。 • 同步操作功能，确保CPU与总线同步操作。 • PCI芯片将大量系统功能高度集成，而且AB和DB多 路复用。 • PCI总线与CPU时钟频率无关，以其独特的中间缓冲 器，独立于CPU ，不必担心外设在不同时钟频率下 引起性能冲突。 • 自动设置参数（I/O端口，中断号等），即PnP。
译码3
• P245T = !( !A11 & !A12 & A13 & A14 & A15 ); • (Address >= ^hE000) & (Address < ^hE800) • CH375A = !( !A8 & A9 & !A10 & A11 & !A12 & A13 • & A14 & A15 ); • (Address >= ^hEa00) & (Address < ^hEb00) • CH375B • = !( A8 & A9 & !A10 & A11 & !A12 & A13 & A14 & A15 );
•
(Address >= ^hEb00) & (Address < ^hEc00)
译码4
• P12887 = !( A8 & !A9 & !A10 & A11 & !A12 & A13 • & A14 & A15 ); • !P12887 = (Address >= ^hE900) & (Address < ^hEa00); • P8253 • • = !( !A8 & !A9 & !A10 & A11 & !A12 & A13 & A14 & A15 );
PCI总线的配置空间
• 28H~2FH：保留。 • 30H：扩展ROM基地址，从扩展ROM装入。 • 34H~3BH：保留。
• 10H~27H:基地址寄存器，高位R/W，低位R，从扩展ROM装入。
• 3CH：中断线寄存器，R/W，从扩展ROM装入。
• 3DH：中断引脚寄存器，R，从扩展ROM装入。 • 3EH：最小允许，R，从扩展ROM装入。 • 3FH：最大延时，R，从扩展ROM装入。 • 40H~FFH ：保留。
3.3.3 微型机系统中的层次化局部总线
3.3.4 外部总线
• • • • 外部总线IDE和EIDE: 外部总线SCSI: 外部总线RS232C: 通用串行总线USB:
;
译码6
• P374O • = !( A8 & !A9 & !A10 & !P245T & !WR );
• P245I •
• CPURST • • • • • LCD • • P512 •
= !( !A8 & !A9 & !A10 & !P245T & !RD );
= !( # # # KEY1 & !RSet !KEY1 & RSet P123 & Q12 !POWRST );
• 错误报告信号：PERR、SERR、
• 中断接口信号：INTA、INTB、INTC、INTD • 其它接口信号：SBO、SDONE
PCI总线的配置空间
• 00H~01H：厂商标识，R/W，从扩展ROM装入。 • 02H~03H：设备标识，R，从扩展ROM装入。
• 04H~05H：PCI命令，W/R，未用。
• 性能指标
– 总线宽度：数据位数 – 总线频率：每秒钟的传输次数 – 传输率：每秒钟能传输的字节数，MB/s表示
3.3.2 PC机的局部总线: PC和ISA总线
• PC总线：8位DB，20位AB，62Pin，适用于8086/8088。 • ISA总线：16位DB，24位AB，98Pin，适用于80286，在 80386及以后的CPU的主板上应用了很长时间，目前正逐渐被 淘汰。向下兼容，即PC总线上的设备也可以用在ISA总线上。 PC 总线
– 系统总线
• 多处理器系统即高性能超级计算机中连接各CPU 插件板的信息通道，用来支持多个CPU的并行处 理;
– 外部总线
• 这是微型机和外部设备之间或者几个微型机系统 之间的通信总线； • 串行总线RS232C; • IDE(integrated drive electronic) • SCSI(small computer system interface) • 并行打印机Centronics 总线 • 通用串行总线USB(universal serial bus)
• 总线：总线结构是一个独特的结构。有 了总线结构后，系统中各功能部件之间 的相互关系变为各个部件面向总线的单 一关系。一个部件只要符合总线标准， 就可以连接到采用这种总线标准的系统 中，使系统得到扩展。 1. 数据总线DB(data bus)：传输数据 2. 地址总线AB(address bus)：传送地 址信息 3. 控制总线CB(control bus) ：传输控 制信号
全译码、部分译码、线译码
译码1
译码2
!P245T = (Address >= ^hE000) & (Address < ^hE800); !CH375A = (Address >= ^hEa00) & (Address < ^hEb00); !CH375B = (Address >= ^hEb00) & (Address < ^hEc00); !P12887 = (Address >= ^hE900) & (Address < ^hEa00); !P8253 = (Address >= ^hE800) & (Address < ^hE900); !P1245 = (Address >= ^hA000) & (Address < ^hE000); !ROM = ((Address >= ^h300) & (Address < ^hA000)) # ((Address >= ^hF600) & (Address < ^hFFFF)); ROMA15 = !RSet # A15;
PCI总线的接口信号
• 在PCI应用系统中，有主设备和从设备，主设备需要49根信 号线，从设备至少需要47根 • 系统接口信号:CLK、RST。 • 地址数据接口信号：AD0~31/32~63、C/BE0~3/4~7、PAR。 • 接口控制信号：FRAME、IRDY、TRDY、STOP、LOCK、 IDSEL、DEVSEL • 总裁信号：REQ、GNT。
• 总线分类
– 内部总线
• 处于CPU内部，用来连接片内运算器和寄存器等 各个功能部件的总线；
– 局部总线
• 主板上的信息通道，连接主板上各个主要部件， 而且通过扩展槽连接各种适配器； • ISA(industry standard architecture) • EISA(extension industry standard architecture) • PCI(peripheral component interconnect)
总线结构的优点
• 支持模块化设计
– 总线结构使得系统成为由总线连接的多个独 立的子系统，每个子系统对应一个模块；
• 开放性和通用性
– 每种总线都有固定的标准，而且其技术规范 完全公开；
• 灵活性好
– 有了总线后，系统的组合有一定的随意性， 系统主板上有多组总线扩展槽，每组对应一 种总线。
3.3.1 总线的分类和性能指标
RAM芯片构成16K×8位的数据存储器， 用16K×8位的ROM芯片构成32K×8 的程序存储器，请画出与CPU的连线 图并写出存储器的寻址范围（要求存 储器的起始地址为D0000H）。（地址 总线、数据总线可画粗实线表示总线， 译码器可用74LS138或其他逻辑器件）
• 3.3 总线
– – – – – 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.3.5 总线的分类和性能指标 PC机的局部总线 微型机系统中的层次化局部总线 外部总线 系统总线MULTIBUS
D18 D1 B31 B1
C18
C1
A31
A1
ISA 总线
接口插板布线图
C、D A、B
EISA总线
• EISA总线：32位DB，32位AB，198Pin，适用于 80386/80486， 同样也向下兼容，即原AT机上的各种插板也可以插在EISA总 线上。
D18 D1 B31 B1
F E
H G
C18 C1 A31 A1
= !( !A8 & !A9 & A10 & !P245T & !WR ); = !( A8 & A9 & !A10 & !P245T );
• P374D
= !( !A8 & A9 & !A10 & !P245T & !WR );
译码7
• ROMA15 = !( RSet & !A15 );
作业：8086系统中，用8K×8位的
3.1 存储器
• 介绍几种常用典型的存储器的引脚
– SRAM: HM62256 – EPROM: 27C512
– EEPROM: W27E512
常用存储器引脚
存储器扩展
3.2 地址译码
• 74LS138译码器
• 138译码器真值表
译码方法
• 全译码：所有高位地址信号通过译码器构 成多个片选信号； • 部分译码：这种方法将高位地址中的若干 位通过译码器组合成片选信号。 • 线译码：这种方法不通过译码器，而是将 高位地址中的1位或几位作为片选信号。
PCMCIA扩展总线
• 适用于笔记本电脑，可连接存储器、FAX/MODEM、网络适 配器和硬盘驱动器等扩展设备。 • 支持三种类型的PC卡，长86mm，宽54mm，I类卡厚3.3mm, 主要是存储器卡; II类卡厚5.5mm, 通常是modem卡或fax modem卡；III类卡厚10.5mm, 用作磁盘设备。 • PCMCIA插槽也有三种规格: I型插一个I类卡; II型插一个II类卡 或两个I类卡; III型插一个III类卡或一个II类卡和一个I类卡。 • PCMCIA插槽在PC端为插针, 在卡端为插孔。PCMCIA总线有 64个信号线, 16位数据线, 26位地址线, 其它一些控制线和电源 线、地线。 • PCMCIA插槽服务接口程序，相当于BIOS。其上是卡服务程 序。应用程序必须通过卡服务程序的中断调用来访问PC卡。
• ROM = ( • # • # • # • # • # • #
!ROM
A13 & !A14 & A15 !A13 & A14 & A15 !A9 & !A11 & A14 & A15 !A10 & !A11 & A14 & A15 !A12 & A14 & A15
!A8 & !A10 & !A11 & !A12 & !A13 & !A14 & !A15 !A9 & !A10 & !A11 & !A12 & !A13 & !A14 & !A15 ) = ((Address >= ^h300) & (Address < ^hA000)) # ((Address >= ^hF600) & (Address < ^hFFFF));
接口插板布线图 C、D
G、H
A、B E、F
局部总线和PCI总线
• 局部总线：速度更快。适用于80486以上的CPU的主 板。如VL总线，PCI总线。与其它总线不兼容。
CPU CPU MEM PCI总线
ISA总线控制器 局部总线控制器
MEM
ISA总线
网络适配器
CRT适配器
ISA总线控制器
ISA总线
硬盘适配器 CRT适配器 …… FAX适配器 打印机适配器 ……
!P8253 = (Address >= ^hE800) & (Address < ^hE900);
• P1245
= !( A13 Fra Baidu bibliotek !A14 & A15
# !A13 & A14 & A15 );
!P1245 = (Address >= ^hA000) & (Address < ^hE000);
译码5
• 06H~07H：PCI状态，R，未用。 • 08H：版本标识，R，从扩展ROM装入。 • 09H~0BH：设备类别码，R，从扩展ROM装入。 • 0CH：高速缓存行大小，R，未用。
• 0DH：延时定时器，W/R，从扩展ROM装入。
• 0EH：首区类型，R，从扩展ROM装入。 • 0FH：内建自测区，R，从扩展ROM装入。
PCI总线的特点(120引脚）
• 支持一种线性突发数据传输模式，即由一个地址顺 序读写大量数据。 • 总线主控，任何一个有处理能力的外设都可暂时接 管总线。 • 同步操作功能，确保CPU与总线同步操作。 • PCI芯片将大量系统功能高度集成，而且AB和DB多 路复用。 • PCI总线与CPU时钟频率无关，以其独特的中间缓冲 器，独立于CPU ，不必担心外设在不同时钟频率下 引起性能冲突。 • 自动设置参数（I/O端口，中断号等），即PnP。
译码3
• P245T = !( !A11 & !A12 & A13 & A14 & A15 ); • (Address >= ^hE000) & (Address < ^hE800) • CH375A = !( !A8 & A9 & !A10 & A11 & !A12 & A13 • & A14 & A15 ); • (Address >= ^hEa00) & (Address < ^hEb00) • CH375B • = !( A8 & A9 & !A10 & A11 & !A12 & A13 & A14 & A15 );
•
(Address >= ^hEb00) & (Address < ^hEc00)
译码4
• P12887 = !( A8 & !A9 & !A10 & A11 & !A12 & A13 • & A14 & A15 ); • !P12887 = (Address >= ^hE900) & (Address < ^hEa00); • P8253 • • = !( !A8 & !A9 & !A10 & A11 & !A12 & A13 & A14 & A15 );
PCI总线的配置空间
• 28H~2FH：保留。 • 30H：扩展ROM基地址，从扩展ROM装入。 • 34H~3BH：保留。
• 10H~27H:基地址寄存器，高位R/W，低位R，从扩展ROM装入。
• 3CH：中断线寄存器，R/W，从扩展ROM装入。
• 3DH：中断引脚寄存器，R，从扩展ROM装入。 • 3EH：最小允许，R，从扩展ROM装入。 • 3FH：最大延时，R，从扩展ROM装入。 • 40H~FFH ：保留。
3.3.3 微型机系统中的层次化局部总线
3.3.4 外部总线
• • • • 外部总线IDE和EIDE: 外部总线SCSI: 外部总线RS232C: 通用串行总线USB:
;
译码6
• P374O • = !( A8 & !A9 & !A10 & !P245T & !WR );
• P245I •
• CPURST • • • • • LCD • • P512 •
= !( !A8 & !A9 & !A10 & !P245T & !RD );
= !( # # # KEY1 & !RSet !KEY1 & RSet P123 & Q12 !POWRST );
• 错误报告信号：PERR、SERR、
• 中断接口信号：INTA、INTB、INTC、INTD • 其它接口信号：SBO、SDONE
PCI总线的配置空间
• 00H~01H：厂商标识，R/W，从扩展ROM装入。 • 02H~03H：设备标识，R，从扩展ROM装入。
• 04H~05H：PCI命令，W/R，未用。
• 性能指标
– 总线宽度：数据位数 – 总线频率：每秒钟的传输次数 – 传输率：每秒钟能传输的字节数，MB/s表示
3.3.2 PC机的局部总线: PC和ISA总线
• PC总线：8位DB，20位AB，62Pin，适用于8086/8088。 • ISA总线：16位DB，24位AB，98Pin，适用于80286，在 80386及以后的CPU的主板上应用了很长时间，目前正逐渐被 淘汰。向下兼容，即PC总线上的设备也可以用在ISA总线上。 PC 总线
– 系统总线
• 多处理器系统即高性能超级计算机中连接各CPU 插件板的信息通道，用来支持多个CPU的并行处 理;
– 外部总线
• 这是微型机和外部设备之间或者几个微型机系统 之间的通信总线； • 串行总线RS232C; • IDE(integrated drive electronic) • SCSI(small computer system interface) • 并行打印机Centronics 总线 • 通用串行总线USB(universal serial bus)
• 总线：总线结构是一个独特的结构。有 了总线结构后，系统中各功能部件之间 的相互关系变为各个部件面向总线的单 一关系。一个部件只要符合总线标准， 就可以连接到采用这种总线标准的系统 中，使系统得到扩展。 1. 数据总线DB(data bus)：传输数据 2. 地址总线AB(address bus)：传送地 址信息 3. 控制总线CB(control bus) ：传输控 制信号
全译码、部分译码、线译码
译码1
译码2
!P245T = (Address >= ^hE000) & (Address < ^hE800); !CH375A = (Address >= ^hEa00) & (Address < ^hEb00); !CH375B = (Address >= ^hEb00) & (Address < ^hEc00); !P12887 = (Address >= ^hE900) & (Address < ^hEa00); !P8253 = (Address >= ^hE800) & (Address < ^hE900); !P1245 = (Address >= ^hA000) & (Address < ^hE000); !ROM = ((Address >= ^h300) & (Address < ^hA000)) # ((Address >= ^hF600) & (Address < ^hFFFF)); ROMA15 = !RSet # A15;
PCI总线的接口信号
• 在PCI应用系统中，有主设备和从设备，主设备需要49根信 号线，从设备至少需要47根 • 系统接口信号:CLK、RST。 • 地址数据接口信号：AD0~31/32~63、C/BE0~3/4~7、PAR。 • 接口控制信号：FRAME、IRDY、TRDY、STOP、LOCK、 IDSEL、DEVSEL • 总裁信号：REQ、GNT。
• 总线分类
– 内部总线
• 处于CPU内部，用来连接片内运算器和寄存器等 各个功能部件的总线；
– 局部总线
• 主板上的信息通道，连接主板上各个主要部件， 而且通过扩展槽连接各种适配器； • ISA(industry standard architecture) • EISA(extension industry standard architecture) • PCI(peripheral component interconnect)
总线结构的优点
• 支持模块化设计
– 总线结构使得系统成为由总线连接的多个独 立的子系统，每个子系统对应一个模块；
• 开放性和通用性
– 每种总线都有固定的标准，而且其技术规范 完全公开；
• 灵活性好
– 有了总线后，系统的组合有一定的随意性， 系统主板上有多组总线扩展槽，每组对应一 种总线。
3.3.1 总线的分类和性能指标
RAM芯片构成16K×8位的数据存储器， 用16K×8位的ROM芯片构成32K×8 的程序存储器，请画出与CPU的连线 图并写出存储器的寻址范围（要求存 储器的起始地址为D0000H）。（地址 总线、数据总线可画粗实线表示总线， 译码器可用74LS138或其他逻辑器件）
• 3.3 总线
– – – – – 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.3.5 总线的分类和性能指标 PC机的局部总线 微型机系统中的层次化局部总线 外部总线 系统总线MULTIBUS
D18 D1 B31 B1
C18
C1
A31
A1
ISA 总线
接口插板布线图
C、D A、B
EISA总线
• EISA总线：32位DB，32位AB，198Pin，适用于 80386/80486， 同样也向下兼容，即原AT机上的各种插板也可以插在EISA总 线上。
D18 D1 B31 B1
F E
H G
C18 C1 A31 A1
= !( !A8 & !A9 & A10 & !P245T & !WR ); = !( A8 & A9 & !A10 & !P245T );
• P374D
= !( !A8 & A9 & !A10 & !P245T & !WR );
译码7
• ROMA15 = !( RSet & !A15 );
作业：8086系统中，用8K×8位的