原理與接口技術(shù)第5章(已修改)
2025-06-09 01:37 本頁(yè)面
【正文】 第 5章 存儲(chǔ)器系統(tǒng) ? 【 學(xué)習(xí)目標(biāo) 】 ? 本章首先以半導(dǎo)體存儲(chǔ)器為對(duì)象，在討論存儲(chǔ)器及其基本電路、基本知識(shí)的基礎(chǔ)上，討論存儲(chǔ)芯片及其與 CPU之間的連接和擴(kuò)充問(wèn)題。然后，介紹內(nèi)存技術(shù)的發(fā)展以及外部存儲(chǔ)器（如硬盤、光驅(qū)）。最后，介紹存儲(chǔ)管理技術(shù)（如虛擬存儲(chǔ)管理和高速緩存cache技術(shù)）。 ? 【 學(xué)習(xí)要求 】 ? 存儲(chǔ)器的分類、組成及功能。著重理解行選與列選對(duì) 1位信息的讀出。 ? 重點(diǎn)掌握位擴(kuò)充與地址擴(kuò)充技術(shù)。 ? 理解存儲(chǔ)器與 CPU的連接方法。 ? 了解內(nèi)存條技術(shù)的發(fā)展。 ? 理解存儲(chǔ)器系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)。 ? 理解虛擬存儲(chǔ)技術(shù)及高速緩存 cache技術(shù)的原理。 5． 1 存儲(chǔ)器的分類與組成 ? 計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器可分為兩大類：一類為內(nèi)部存儲(chǔ)器 ， 其基本存儲(chǔ)組件多以半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片組成；另一類為外部存儲(chǔ)器 ， 多以磁性材料或光學(xué)材料制造 。 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類 ? 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類如圖 。 按使用的功能可分為兩大類：隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 RAM（ random access memory ） 和只讀存儲(chǔ)器 ROM（ read only memory） 。 ? 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的組成框圖如圖 。 它一般由存儲(chǔ)體 、 地址選擇電路 、 輸入輸出電路和控制電路組成 。 1．存儲(chǔ)體 ? 存儲(chǔ)體是存儲(chǔ) 1或 0信息的電路實(shí)體，它由多個(gè)存儲(chǔ)單元組成，每個(gè)存儲(chǔ)單元賦予一個(gè)編號(hào)，稱為地址單元號(hào)。 ? 每個(gè)存儲(chǔ)單元由若干相同的位組成，每個(gè)位需要一個(gè)存儲(chǔ)元件。 ? 地址線數(shù)與存儲(chǔ)單元數(shù)的關(guān)系列于表 。 2．地址選擇電路 ? 地址選擇電路包括地址碼緩沖器，地址譯碼器等。 ? 地址譯碼器用來(lái)對(duì)地址碼譯碼。 ? 地址譯碼方式有兩種：?jiǎn)巫g碼方式（或稱字結(jié)構(gòu)）；雙譯碼方式（或稱重合譯碼）。 3．讀／寫電路與控制電路 ? 讀／寫電路包括讀／寫放大器、數(shù)據(jù)緩沖器（三態(tài)雙向緩沖器）等。它是數(shù)據(jù)信息輸入和輸出的通道。 ? 外界對(duì)存儲(chǔ)器的控制信號(hào)有讀信號(hào)、寫信號(hào)和片選信號(hào)等，通過(guò)控制電路以控制存儲(chǔ)器的讀或?qū)懖僮饕约捌x。只有片選信號(hào)處于有效狀態(tài)，存儲(chǔ)器才能與外界交換信息。 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 ? 靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 ? 1．靜態(tài) RAM基本存儲(chǔ)電路 ? 靜態(tài) RAM的基本存儲(chǔ)電路，是由 6個(gè) MOS管組成的 RS觸發(fā)器。每一個(gè)觸發(fā)器就構(gòu)成存儲(chǔ)體的一位。 2．靜態(tài) RAM的組成 ? 靜態(tài) RAM的結(jié)構(gòu)一般由存儲(chǔ)體、譯碼電路和控制電路組成。一個(gè) RAM芯片的存儲(chǔ)容量是有限的，需用若干片才能構(gòu)成一個(gè)實(shí)用的存儲(chǔ)器。這樣，地址不同的存儲(chǔ)單元，可能處于不同的芯片中。一般，片選信號(hào)由地址碼的高位譯碼（通過(guò)譯碼器輸出端）產(chǎn)生。 3．靜態(tài) RAM的讀／寫過(guò)程 ? 1）讀出過(guò)程 ? （ 1） 地址碼 → RAM 芯片的地址輸入端 → X與 Y地址譯碼器譯碼，產(chǎn)生行選與列選信號(hào)，選中某一存儲(chǔ)單元，該單元中存儲(chǔ)的代碼，將出現(xiàn)在 I/O電路的輸入端。 I/O電路對(duì)讀出的信號(hào)進(jìn)行放大、整形，送至輸出緩沖寄存器。 ? 緩沖寄存器一般具有三態(tài)控制功能，沒(méi)有開(kāi)門控制信號(hào)，所存數(shù)據(jù)還不能送到數(shù)據(jù)總線 DB上。 ? （ 2） 在送上地址碼的同時(shí)，還要送上讀／寫控制信號(hào)和片選信號(hào)。 ? 2）寫入過(guò)程 ? （ 1）同上述讀出過(guò)程（ 1），先選中相應(yīng)的存儲(chǔ)單元，使其可以進(jìn)行寫操作。 ? （ 2）將要寫入的數(shù)據(jù)放在 DB上。 ? （ 3）加上片選信號(hào)及寫入信號(hào)。這兩個(gè)有效控制信號(hào)打開(kāi)三態(tài)門使 DB上的數(shù)據(jù)進(jìn)入輸入電路，送到存儲(chǔ)單元的位線上，從而寫入該存儲(chǔ)單元。 4．靜態(tài) RAM芯片舉例 ? 常用的 Intel 6116是 CMOS靜態(tài) RAM芯片，屬雙列直插式、 24引腳封裝。它的存儲(chǔ)容量為 2K 8位，其引腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 。 動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 ? 動(dòng)態(tài) RAM芯片是以 MOS管柵極電容是否充有電荷來(lái)存儲(chǔ)信息的，其基本單元電路一般由四管、三管和單管組成，以三管和單管較為常用。 ? 1．動(dòng)態(tài)基本存儲(chǔ)電路 ? 1）三管動(dòng)態(tài)基本存儲(chǔ)電路 ? 2）單管動(dòng)態(tài)基本存儲(chǔ)電路 2. 動(dòng)態(tài) RAM芯片舉例 Intel 2116單管動(dòng)態(tài) RAM芯片的引腳名稱 Intel 2116單管動(dòng)態(tài) RAM芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 只讀存儲(chǔ)器 ? ? ROM的存儲(chǔ)元件及 16 1位的 ROM機(jī)構(gòu)圖如圖所示。 只讀存儲(chǔ)器的分類 ? 1．不可編程掩模式 MOS只讀存儲(chǔ)器 ? 2．可編程只讀存儲(chǔ)器 PROM（ Programmable ROM） ? 3．可擦除、可再編程的只讀存儲(chǔ)器 EPROM（ erasable PROM） 常用 ROM芯片舉例 ? 1． Intel 2716芯片 ? 1） Intel 2716的引腳與內(nèi)部結(jié)構(gòu) 2716的工作方式 2716的工作方式如表所示 ： 2． Intel 2732芯片 ? 2732 EPROM芯片的容量為 4K 8位，采用 HNMOSE（高速 NMOS硅柵）工藝制造和雙列直插式封裝。 ? 3. E2PROM芯片 ? 常用的 E2PROM芯片有 2816/2816A、 2817/2817A/2864A等。其中，以 2864A的 8K 8b的容量為最大，它與 6264兼容。 ? 主要特點(diǎn)：能像 SRAM芯片一樣讀寫操作，在寫之前自動(dòng)擦除原內(nèi)容。但它并不能像RAM芯片那樣隨機(jī)讀寫，而只能有條件地寫入。 ? 在 E2PROM的應(yīng)用中，若需讀某一個(gè)單元的內(nèi)容，只要執(zhí)行一條存儲(chǔ)器讀指令，即可讀出；若需對(duì)其內(nèi)容重新編程，可在線直接用字節(jié)寫入或頁(yè)寫入方式寫入。 ? 4. Flash ROM芯片 常用的 Flash ROM芯片類型和型號(hào)很多。 ? 在 PentiumCPU以上的主板中普通采用了 Flash ROM芯片來(lái)作為 BIOS程序的載體。 Flash ROM也稱為閃速存儲(chǔ)器，在本質(zhì)上屬于 EEPROM。平常情況下 Flash ROM與 EPROM一樣是禁止寫入的，在需要時(shí)，加入一個(gè)較高的電壓就可以寫入或擦除。為預(yù)防誤操作刪除Flash ROM中的內(nèi)容導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓，一般都在 Flash ROM中固化了一小塊啟動(dòng)程序(BOOT BLOCK)用于緊急情況下接管系統(tǒng)的啟動(dòng)。 存儲(chǔ)器的擴(kuò)充及其與 CPU的連接 ? ? 1．位數(shù)的擴(kuò)充 2．地址的擴(kuò)充
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