【正文】 1 微機(jī)原理與接口技術(shù) 第 5章 微機(jī)的存儲系統(tǒng) 2 第 5章 微機(jī)的存儲系統(tǒng) ? 存儲器概述 ? 半導(dǎo)體存儲器的基本知識 ? 微機(jī)系統(tǒng)中的主存儲器組織 ? 高速緩沖存儲器 ? 輔助存儲器 3 第 5章 微機(jī)的存儲系統(tǒng) 存儲器概述 ? 一個 雙穩(wěn)態(tài) 的 半導(dǎo)體電路 或 磁性材料 的存儲元均可存儲一位二進(jìn)制代碼，這個二進(jìn)制代碼位是存儲器中最小的存儲單位，稱為一個 存儲位 或 存儲元 。 ? 由若干個存儲元組成一個 存儲單元 。 ? 由許多存儲單元 組成一個 存儲器 。 有了 存儲器，計算機(jī)就具有記憶 能力。 ? 由存放程序和數(shù)據(jù)的各類 存儲設(shè)備 及 相關(guān)軟件 構(gòu)成存儲系統(tǒng) 。 4 第 5章 微機(jī)的存儲系統(tǒng) 存儲器概述 ? 存儲器的分類 —— 按存儲介質(zhì)分類 磁盤存儲器 磁帶存儲器 光介質(zhì)存儲器 存 儲 器 半導(dǎo)體 存儲器 磁表面 存儲器 掩模只讀存儲器 MROM 可編程只讀存儲器 PROM 可擦除可編程只讀存儲器 EPROM 電可擦可編程只讀存儲器 EEPROM 快閃存儲器 Flash Memory 隨機(jī) 存儲器 RAM 只讀 存儲器 ROM 單極型 (MOS)半導(dǎo)體存儲器 雙極型 (TTL)半導(dǎo)體存儲器 動態(tài) DRAM 靜態(tài) SRAM 硬盤 軟盤 5 第 5章 微機(jī)的存儲系統(tǒng) 存儲器概述 ? 存儲器的分類 —— 按信息的可保存性分類 易失性 存儲器 非易失性 存儲器 磁盤存儲器 磁帶存儲器 光介質(zhì)存儲器 存 儲 器 半導(dǎo)體 存儲器 磁表面 存儲器 掩模只讀存儲器 MROM 可編程只讀存儲器 PROM 可擦除可編程只讀存儲器 EPROM 電探險可編程只讀存儲器 EEPROM 快閃存儲器 Flash Memory 隨機(jī) 存儲器 RAM 只讀 存儲器 ROM 單極型 (MOS)半導(dǎo)體存儲器 雙極型 (TTL)半導(dǎo)體存儲器 動態(tài) DRAM 靜態(tài) SRAM 硬盤 軟盤 6 第 5章 微機(jī)的存儲系統(tǒng) 存儲器概述 ? 存儲器的分類 —— 按在計算機(jī)系統(tǒng)中的作用分類 ? 主存儲器 —— 又稱 內(nèi)部存儲器 ，用來存放當(dāng)前正在使用或者經(jīng)常使用的程序和數(shù)據(jù)， CPU可直接對它進(jìn)行訪問。主存由半導(dǎo)體存儲器組成，包括 ROM和 RAM兩種類型，其中 ROM用于存放系統(tǒng)軟件、系統(tǒng)參數(shù)或永久性數(shù)據(jù)， RAM用于存放臨時性數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序，主要采用 單極型 (MOS)半導(dǎo)體存儲器件 。 ? 輔助存儲器 —— 又稱 外部存儲器 ，主要用來存放當(dāng)前暫時不參加運(yùn)算的程序和數(shù)據(jù)，通常 CPU不直接訪問輔存。 ? 高速緩沖存儲器 (Cache)—— 用于彌補(bǔ)計算機(jī)內(nèi)部各器件之間的速度差異。主要采用 雙極型 (TTL)半導(dǎo)體存儲器件 。 7 第 5章 微機(jī)的存儲系統(tǒng) 存儲器概述 ? 存儲器的主要性能指標(biāo) ? 存儲容量 —— 存儲器能夠存儲二進(jìn)制信息的數(shù)量，常用單位：B、 KB、 MB、 GB、 TB。計算機(jī)可直接尋址的主存容量由地址碼位數(shù)確定。 ? 存儲器存取時間和存取速度 —— 存儲器存取時間 又稱為 存儲器訪問時間 ，是指從啟動一次存儲器操作到完成該操作所經(jīng)歷的時間，也稱為 讀寫時間 。存取速度是存取時間的倒數(shù)。 ? 磁表面存儲器不同于半導(dǎo)體存儲器，其數(shù)據(jù)存取需要磁頭的機(jī)械運(yùn)動，因此其操作過程由： 磁道定位時間 、 磁頭等待時間 、 讀寫時間 及傳 送時間 等部分組成，而且定位時間、磁頭等待時間都與 磁頭當(dāng)前的位置和 要存取的數(shù)據(jù)位置 有關(guān)，因此通常 采用平均值表示 。 ? 價格 /位 —— 常用每字節(jié)或每 MB成本表示，即 C=價格 /容量 ? 可靠性 —— 通常用平均無故障工作時間（ Mean Time Between Failures，簡稱 MTBF）即兩次故障之間的平均時間來衡量。 8 第 5章 微機(jī)的存儲系統(tǒng) 存儲器概述 ? 存儲系統(tǒng)的概念 存儲系統(tǒng) 由 存放程序和數(shù)據(jù)的各類 存儲設(shè)備 及 相關(guān)軟件 構(gòu)成。 ? 應(yīng)用程序員透明，并且從應(yīng)用程序員角度看它是一個存儲器 ? 速度接近最快的那個存儲器 ? 容量與容量最大的那個存儲器相等或接近 ? 單位容量的價格接近最便宜的那個存儲器 高 低 小 大 快 慢 輔存 寄存器 緩存 主存 磁盤 光盤 磁帶 速度 容量 價格 位 ／ CPU CPU 主機(jī) 9 第 5章 微機(jī)的存儲系統(tǒng) 存儲器概述 ? 存儲系統(tǒng)的概念 存儲系統(tǒng) 由 存放程序和數(shù)據(jù)的各類 存儲設(shè)備 及 相關(guān)軟件 構(gòu)成。 高速緩存 的引入，把慢速的內(nèi)存當(dāng)高速內(nèi)存來使用。 虛擬存儲器技術(shù) 是在內(nèi)存與外存之間引入相應(yīng)的硬件和軟件，把大容量的外存當(dāng)大容量的內(nèi)存來使用。 分級存儲器結(jié)構(gòu)示意圖 CPU 內(nèi) 部 寄 存 器 高速緩沖存儲器 (Cache) 內(nèi) 存 儲 器 外 存 儲 器 容量增 速度、位價格減 10 第 5章 微機(jī)的存儲系統(tǒng) ? 存儲器概述 ? 半導(dǎo)體存儲器的基本知識 ? 微機(jī)系統(tǒng)中的主存儲器組織 ? 高速緩沖存儲器 ? 輔助存儲器 11 第 5章 微機(jī)的存儲系統(tǒng) 半導(dǎo)體存儲器的基本知識 ? 半導(dǎo)體存儲器的特點(diǎn) ? 速度快，存取時間可達(dá)到納秒 (ns)級 ? 高度集成化，不僅存儲單元所占的空間小，而且譯碼電路和數(shù)據(jù)緩沖寄存器以及存儲單元都集成在一個芯片中，體積特別小 ? 功耗低，一般為幾十毫瓦 (mW) 12 第 5章 微機(jī)的存儲系統(tǒng) 半導(dǎo)體存儲器的基本知識 ? 半導(dǎo)體存儲器芯片的結(jié)構(gòu) 地址譯碼和驅(qū)動 I/O控制電路 地址鎖存 存儲體 讀寫控制 AB CB DB 13 第 5章 微機(jī)的存儲系統(tǒng) 半導(dǎo)體存儲器的基本知識 ? 半導(dǎo)體存儲器芯片的結(jié)構(gòu) 地址譯碼和驅(qū)動 I/O控制電路 地址鎖存 存儲體 讀寫控制 AB CB DB 位片結(jié)構(gòu) —— 組成存儲單元的存儲元只有一位，譯碼選中一個存儲單元時只能進(jìn)行一位信息的讀寫，即字長等于 1位。 字片結(jié)構(gòu) —— 字長大于 1位，可以為 4位或 8位等。 存儲芯片的容量一般用 字?jǐn)?shù) 字長 表示。如： 1K 1位、 128 8位 SRAM常采用字片結(jié)構(gòu)， DRAM常采用位片結(jié)構(gòu)。 14 第 5章 微機(jī)的存儲系統(tǒng) 半導(dǎo)體存儲器的基本知識 ? 半導(dǎo)體存儲器芯片的結(jié)構(gòu) 地址譯碼和驅(qū)動 I/O控制電路 地址鎖存 存儲體 讀寫控制 AB CB DB 地址鎖存器的作用是保存 CPU輸入的地址信息，以等待譯碼電路選擇存儲單元。 15 第 5章 微機(jī)的存儲系統(tǒng) 半導(dǎo)體存儲器的基本知識 ? 半導(dǎo)體存儲器芯片的結(jié)構(gòu) 地址譯碼和驅(qū)動 I/O控制電路 地址鎖存 存儲體 讀寫控制 AB CB DB 譯碼器將地址碼轉(zhuǎn)換成譯碼器輸出線上相應(yīng)的有效電平，表示選中某一存儲單元，并由驅(qū)動器提供驅(qū)動電流去驅(qū)動相應(yīng)的讀寫電路，完成被選中單元的讀寫操作。 譯碼驅(qū)動方式有兩種： 一維地址譯碼 、 二維地址譯碼 。 16 第 5章 微機(jī)的存儲系統(tǒng) 半導(dǎo)體存儲器的基本知識 ? 半導(dǎo)體存儲器芯片的結(jié)構(gòu) 一維地址譯碼 —— 每個存儲單元連在一條字線上，由地址譯碼器驅(qū)動字線 。 缺點(diǎn)：當(dāng)?shù)刂肪€增加時，譯碼器的復(fù)雜度按 2n增加。 17 第 5章 微機(jī)的存儲系統(tǒng) 半導(dǎo)體存儲器的基本知識 ? 半導(dǎo)體存儲器芯片的結(jié)構(gòu) 二維 地址譯碼 —— 把 n位地址分成大致相等的兩段，一段用于水平方向作 X地址線， 另一段用于垂直方 向作 Y地址線，存儲 單元的地址由 X和 Y 兩個方向的地址來 決定。 18 第 5章 微機(jī)的存儲系統(tǒng) 半導(dǎo)體存儲器的基本知識 ? 半導(dǎo)體存儲器芯片的結(jié)構(gòu) 地址譯碼和驅(qū)動 I/O控制電路 地址鎖存 存儲體 讀寫控制 AB CB DB 包括 讀出放大器 、 寫入電路 和 讀寫控制電路 ，用以完成被選中存儲單元中各位的讀出和寫入操作。 19 第 5章 微機(jī)的存儲系統(tǒng) 半導(dǎo)體存儲器的基本知識 ? 半導(dǎo)體存儲器芯片的結(jié)構(gòu) 地址譯碼和驅(qū)動 I/O控制電路 地址鎖存 存儲體 讀寫控制 AB CB DB 控制邏輯接收 CPU送來的啟動、讀、寫及清除命令，經(jīng)控制電路處理后，由控制邏輯產(chǎn)生一組時序信號來控制存儲器的讀出和寫入操作。 20 第 5章 微機(jī)的存儲系統(tǒng) 半導(dǎo)體存儲器的基本知識 ? 典型芯片 SRAM 引腳特點(diǎn) ?地址線 An 接 CPU 的地址總線 AB ?數(shù)據(jù)線 Dm 接 CPU 的數(shù)據(jù)總線 DB ?片選線 /CE（ /CS）由 CPU 的 AB 線譯碼產(chǎn)生 ?讀寫線 /OE、 /WE 由 CPU 的控制線 /RD、 /WR控制 AB DB VCC GND /RD /WR /OE /WE /CS A0 ~ An D0 ~ Dm 譯碼電路 21 第 5章 微機(jī)的存儲系統(tǒng) 半導(dǎo)體存儲器的基本知識 ? 典型芯片 1. SRAM存儲芯片 —— Intel 2114 1K 4bit的 SRAM存儲器 芯片 VCC GND A3 A4 A5 A6 A7 A8 I/O1 I/O2 I/O3 I/O4 輸入 數(shù)據(jù) 控制 行 選 擇 64?64 存儲矩陣 列 I/O電路 列選擇 A0 A2 A1 A9 A6 A5 A4 A3 A0 A1 A2 GND CS WE CS WE Vcc A7 A8 A9 I/O1 I/O2 I/O3 I/O4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 18 17 16 15 14 13 12 11 10 （ b） Intel 2114的外部引腳 （ a） Intel 2114的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 22 第 5章 微機(jī)的存儲系統(tǒng) 半導(dǎo)體存儲器的基本知識 ? 典型芯片 2. SRAM存儲芯片 —— Intel 6264 8K 8bit低功耗 CMOS SRAM A0 A1 A2 A10 Y譯碼 存儲體 存儲體 控制邏輯 X 譯 碼 A3 A9 A11 A12 … … I/O 緩 沖 D0～ D7 VCC CS2 A8 A9 A10 A11 27 28 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 D7 D6 D5 D4 D3 NC A12 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D0 D1 D2 GND 2 1 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 6264 … WE1CSOE （ b）外部引腳圖 （ a）內(nèi)部結(jié)構(gòu) 23 第 5章 微機(jī)的存儲系統(tǒng) 半導(dǎo)體存儲器的基本知識 ? 典型芯片 2. SRAM存儲芯片 —— Intel 6264 8K 8bit低功耗 CMOS SRAM ? 提供兩條片選線是為了應(yīng)用時控制方式多樣 ? 讀寫線為兩條是為不同 CPU服務(wù) /CS1接低、 CS2控制 /CS1 CS2 GND 6264 CS2接高、 /CS1控制 /CS1 CS2 VCC 6264 8086CPU 6264SRAM 讀 :/RD=L,/WR=H。/WE=H,/OE=L 寫 :/RD=H,/WR=L。/WE=L, /OE=H 8086CPU與 6264SRAM的接線圖