吕林涛微机原理课件第四章

4.2.2存储器地址译码方法 4.2.2存储器地址译码方法
4.2.2存储器地址译码方法 4.2.2存储器地址译码方法 优点：连线简单，片选控制无需专门的译码电路。 优点：连线简单，片选控制无需专门的译码电路。 缺点： 缺点：（1）当存在空闲地址线时，由于空闲地址线可随 ）当存在空闲地址线时， 意取值1或 ，故将导致地址重叠。 意取值 或0，故将导致地址重叠。 （2）整个存储器地址分布不连续，使可寻址范围 ）整个存储器地址分布不连续， 减小。 减小。 如图所示，当地址线A15A14取不同值时，各芯片将对 应不同的地址编码（表4.2给出的十六进制编码对应 A15A14为00）； 二是整个存储地址分布不连续，使可寻址范围减小。 这两点均给编程带来麻烦，使用时应特别注意。
4.2.1存储器接口中应考虑的几个问题 4.2.1存储器接口中应考虑的几个问题
3. 存储芯片的选用.
内存通常分为RAM和 ROM两大部分 ， 而 RAM又分为系 和 两大部分， 内存通常分为 两大部分 又分为系 统区(即机器的监控程序或操作系统占用的区域 和用户区， 即机器的监控程序或操作系统占用的区域)和用户区 统区 即机器的监控程序或操作系统占用的区域 和用户区，用 户区又要分成数据区和程序区， 的分配也类似， 户区又要分成数据区和程序区，ROM的分配也类似，所以内 的分配也类似 存的地址分配是一个重要的问题。另外， 存的地址分配是一个重要的问题 。 另外 ， 目前生产的存储器 芯片，单片的容量仍然是有限的， 芯片 ， 单片的容量仍然是有限的 ， 通常总是要由许多片才能 组成一个存储器，这里就有一个如何产生片选信号的问题。 组成一个存储器，这里就有一个如何产生片选信号的问题。 • 芯片类型的选用 • 芯片型号的选用
4.1.1半导体存储器的分类 4.1.1半导体存储器的分类
4.1.2半导体存储器的主要性能指标 4.1.2半导体存储器的主要性能指标 衡量半导体存储器性能的主要指标有存储容量、存取时间、 功耗和可靠性。 1.存储容量 存储器芯片的容量是指在一块芯片中所能存储的信息位数。 2.存取时间 存取时间是指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的 时间，有时又称为读/写周期。 3.价格 为了便于比较，常用每字节或每兆字节表示价格，即C＝价 格/容量。 4. 功耗 功耗通常是指每个存储元消耗功率的大小，单位为微瓦/位 （µW/位）或者毫瓦/位（mW/位）。 5.可靠性 可靠性一般是指对电磁场及温度变化等的抗干扰能力，一般 平均无故障时间为数千小时以上。
2. CPU总线负载能力
在设计CPU芯片时，一般考虑其输出线的直流负载能力 ， 芯片时，一般考虑其输出线的直流负载能力， 在设计 芯片时 为带一个TTL负载。现在的存储器一般都为 负载。 电路， 为带一个 负载 现在的存储器一般都为MOS电路，直流 电路 负载很小，主要的负载是电容负载，故在小型系统中，CPU 负载很小， 主要的负载是电容负载， 故在小型系统中， 是可以直接与存储器相连的，而较大的系统中， 是可以直接与存储器相连的 ， 而较大的系统中 ， 若 CPU的负 的负 载能力不能满足要求，可以（就要考虑CPU能否带得动， 需 能否带得动， 载能力不能满足要求 ， 可以 （就要考虑 能否带得动 要时就要加上缓冲器， 由缓冲器的输出再带负载。 要时就要加上缓冲ห้องสมุดไป่ตู้，）由缓冲器的输出再带负载。
4.1半导体存储器 半导体存储器
计算机对存储器的基本要求是：容量足够大、速度 足够快、制造成本低。在计算机的发展过程中，因高速 的CPU与低速的内存之间产生了速度不匹配、而严重影 响计算机的执行速度的现象，人们称之为“瓶颈”问题。 为了解决这一问题，采用存储器分级体系结构，通常将 存储器分为高速缓冲存储器(快存)、主存和外存3级。
对于存储体中存储单元的排列方式， 对于存储体中存储单元的排列方式，通常分为字 结构方式和位结构方式两种。 结构方式和位结构方式两种。 字结构方式： 字结构方式：指芯片上所有的存储元排列成不同的存储单 元，每个单元一个字，每个字的各位在同一芯片内。如： 每个单元一个字，每个字的各位在同一芯片内。 1K*8 位结构方式： 位结构方式：指芯片上所有的存储元排列成不同的存储 单元，每个单元一位， 单元，每个单元一位，即所有存储元排列成不同字的同 一位。 一位。如：8K*1
4.2.2存储器地址译码方法 4.2.2存储器地址译码方法 （2）全译码法 全译码法除了将低位地址总线直接与各芯片的地址线 相连接之外，其余高位地址总线全部经译码后作为各芯片 的片选信号。例如，CPU地址总线为16位，存储芯片容量 为8KB。采用全译码方式寻址64KB容量存储器的结构示意 图如图所示。
4.1.1半导体存储器的分类 4.1.1半导体存储器的分类 2.按存取方式分类 半导体存储器按其功能分为只读存储器ROM和读写存储 器RAM（又称为随机存储器）。 (1) ROM 这种存储器适用于存储固定不变的程序和数据。 只读存储器按功能又有下列几种： 1）掩膜ROM，其存储的信息在制造过程中生成，以后不可 以改变。 2)可编程只读存储器PROM（programmable ROM）。其信 息可由用户通过特殊手段一次性写入，以后不可以再改变。 3）可擦除只读存储器EPROM（erasable PROM）。其信息 可由用户编程写入，并可将其信息擦除进行重写。按照擦除 信息的方式，又分为紫外线擦除（用紫外光照射器件上的窗 口）的EPROM和电擦除（在线带电擦除）的EEPROM （electrically erasable PROM）。
4.1半导体存储器 半导体存储器
计算机系统中各部件之间联系的主要途径是通过微机 接口电路。微机接口通常是围绕CPU为核心的。从CPU 的角度出发，可以将内存储器和其他设备视为外部设备， 而且内存是与CPU交互最频繁的设备。从微机的接口技术 中考虑内存与CPU之间的接口是比较简单的，主要的问题 是完成三总线的连接，保障CPU与内存储器之间迅速无误 地进行信息交换。
4.2 存储器接口技术 存储器接口技术
在微型系统中， 对存储器进行读写操作， 在微型系统中，CPU对存储器进行读写操作，首先要由地 对存储器进行读写操作 址总线给出地址信号，选择要进行读/写操作的存储单元 写操作的存储单元， 址总线给出地址信号，选择要进行读 写操作的存储单元，然 后通过控制总线发出相应的读/写控制信号 写控制信号， 后通过控制总线发出相应的读 写控制信号，最后才能在数据 总线上进行数据交换。所以，存储器芯片与CPU之间的连接， 之间的连接， 总线上进行数据交换。所以，存储器芯片与 之间的连接 实质上就是其与系统总线的连接，包括： 实质上就是其与系统总线的连接，包括： • • • 地址线的连接； 地址线的连接； 数据线的连接； 数据线的连接； 控制线的连接； 控制线的连接；
在连接中要考虑的问题有以下几个方面： 在连接中要考虑的问题有以下几个方面：
4.2.1存储器接口中应考虑的几个问题 4.2.1存储器接口中应考虑的几个问题 4.2.1存储器接口中应考虑的几个问题 4.2.1存储器接口中应考虑的几个问题 1.存储器与CPU之间的时序配合 CPU在取址和存储器读或写操作时，是有固定时序的，用 在取址和存储器读或写操作时，是有固定时序的， 在取址和存储器读或写操作时 户要根据这些来确定对存储器存取速度的要求， 户要根据这些来确定对存储器存取速度的要求，或在存储器已 经确定的情况下，考虑是否需要T 周期，以及如何实现。 经确定的情况下，考虑是否需要 w周期，以及如何实现。
4.1.1半导体存储器的分类 4.1.1半导体存储器的分类 1.按制造工艺分类 根据制造工艺的不同，半导体存储器分为双极型和MOS 型两大类。相对而言，双极型存储器速度高，通常比MOS 存储器要快一个数量级。但由于它是以晶体管触发器作为基 本存储元，含管子较多，因此集成度较低、功耗较大、成本 价格较高，一般用作高速缓冲存储器或小容量主存储器。而 MOS存储器则因为具有功耗低、价格低、集成度高等特点， 普遍用来作为主存储器。 双极型存储器; a. 双极型存储器; b. MOS型存储器 MOS型存储器
4.1.1半导体存储器的分类 4.1.1半导体存储器的分类 (2) RAM 这是一种可以随机写入或读出其信息的存储器。即只要通过执行 计算机指令就可以随时把信息写到RAM中去，或读取其中的内容， 它主要用来存放临时的程序和数据。 RAM按器件结构又分为两类：双极型RAM和MOS型RAM。 1）双极型RAM是以晶体管触发器作为基本存储电路，存取速度快， 但结构复杂，集成度较低，比较适合于小容量的高速暂存器。 2）MOS器件具有集成度高，功耗低，价格便宜等优势，在半导体 存储器中占有主要地位。 MOS型随机存储器按信息存储的方式又分为下列几种： 静态RAM（SRAM，static RAM）。其存储的信息在非掉电情 ①静态 况下不会自动丢失。 动态RAM（DRAM，dynamic RAM）。其存储的信息经过一 ②动态 定时间会自动丢失，工作中需要进行定时刷新。 集成RAM（IRAM，integrated RAM）。能自动完成其内部存 ③集成 储的信息周期刷新的随机存储器。
第四章 半导体存储器及其接口
本章内容提要: 本章内容提要:
半导体存储器 存储器接口技术 主存储器接口
4.1半导体存储器 半导体存储器
存储器是用来存储信息的部件，是计算机系统的重 要组成部件。计算机中的全部信息包括要处理的原始数 据、中间结果和最终结果，以及控制计算机运行的各种 程序，全部需要存放在存储器中。根据冯·诺依曼结构： 程序存储，程序控制，程序管理。可见存储器在计算机 部件中的地位。
4.2.2 存储器地址译码方法
存储器的地址译码是任何存储系统设计的核心，目的是 保证CPU能对所有存储单元实现正确寻址。
存储器的地址译码被分为片选控制译码 存储器的地址译码被分为片选控制译码 片内地址译码两部分 两部分。 和片内地址译码两部分。 1.片选控制的译码方法 1.片选控制的译码方法 常用的片选控制译码方法有线选法、全译码法、 常用的片选控制译码方法有线选法、全译码法、 线选法 部分译码法和混合译码法等 部分译码法和混合译码法等。
4.2.2存储器地址译码方法 4.2.2存储器地址译码方法 （1）线选法 当存储器容量不大，所使用的存储芯片数量不多，而 CPU寻址空间远远大于存储器容量时，可用高位地址线直 接作为存储芯片的片选信号，每一根地址线选通一块芯片， 这种方法称为线选法。 例如：假定某微机系统的存储容量为4KB，CPU寻址空间 为64KB（即地址总线为16位），所用芯片容量为1KB（即 片内地址为10位）。那么，可用线选法从高6位地址中任选 4位作为4块存储芯片的片选控制信号。图所示为选用A10 ～A13作为片选控制的结构示意图。
4.1.3 存储芯片的组成 常用的存储芯片由存储体、地址译码器、控制逻辑电路、 数据缓冲器4部分组成。图给出了一般存储芯片的组成示意图。
地址译码器： ① 地址译码器： 接收来自CPU的 位地址，经译码后产生2 接收来自CPU的n位地址，经译码后产生2n个地址 CPU 选择信号，实现对片内存储单元的选址。 选择信号，实现对片内存储单元的选址。 控制逻辑电路： ② 控制逻辑电路： 接收片选信号CS及来自CPU的读/写控制信号， 接收片选信号CS及来自CPU的读/写控制信号，形 CS及来自CPU的读 成芯片内部控制信号，控制数据的读出和写入。 成芯片内部控制信号，控制数据的读出和写入。 ③ 数据缓冲器： 数据缓冲器： 寄存来自CPU的写入数据或从存储体内读出的数据。 寄存来自CPU的写入数据或从存储体内读出的数据。 CPU的写入数据或从存储体内读出的数据 存储体： ④ 存储体： 是存储芯片的主体， 是存储芯片的主体，由基本存储元按照一定的排 列规律构成。 列规律构成。