《单元二存储器》PPT课件.ppt

单元二 微机存储器,1.理解存储器的分类和分级结构；2.掌握主存储器的技术指标、基本结构和基本操作；3.理解半导体存储器的基本组成和工作原理；4.掌握高速缓存cache的功能5.掌握存储器与CPU的连接,本章知识要点：,一、存储器概述,基本概念：存储器：存放程序和数据的器件；存储位：存放一个二进制数位的存储单元，是存储器最小的存储单位，或称记忆单元；存储字：一个数（n位二进制位）作为一个整体存入或取出时，称存储字；存储单元：存放一个存储字的若干个记忆单元组成一个存储单元；,存储体：大量存储单元的集合组成存储体；存储单元地址：存储单元的编号；字编址：对存储单元按字编址；字节编址：对存储单元按字节编址；寻址：由地址寻找数据，从对应地址的存储单元中访存数据；,一、存储器概述,二、存储器分类(1),(1)半导体存储器用半导体器件组成的存储器称为半导体存储器；特点：集成度高、容量大、体积小、存取速度快、功耗低、价格便宜、维护简单(2)磁盘和磁带等磁表面存储器(3)激光存储器 本课程重点介绍半导体存储器,按存储介质分类：,二、存储器分类(2),按存取方式分类分：随机存储器：RAM(Random Access Memory)只读存储器：ROM（Read-Only Memory）串行访问存储器 Serial Access Storage,二、存储器分类(3),按计算机中作用分类：主存储器(内存)辅助存储器(外存)高速缓冲存储器,四、半导体存储器的分类和用途,四、半导体存储器分类和用途,静态存储器单元,五、存储器的基本结构,动态存储单元,五、存储器的基本结构,SRAM和DRAM的主要区别,六、存储器芯片的基本组成,（1）地址译码器：接CPU的地址线，输入地址单元选择信息；（2）读/写控制逻辑电路：控制读/写状态；（3）数据缓冲器：接数据线；（4）存储体：存储单元组合体。,存储器的主要外接管脚,(1)电源和接地(2)地址线：与存储器的地址空间对应，若存储器的空间为S，则地址线数量为：N=LOG2S(3)数据线（8位、16位、32位）；(4)片选线；(5)读/写控制线；(6)输出允许线；,6116静态存储器的主要外接管脚,6116芯片外接线说明,11根地址线（A0-A10）？2K片内地址空间。D0-D7的作用？数据线CE的作用？片选WE和OE的作用？写允许和输出允许,6116芯片的真值表,片选信号线的作用,当由多片存储器构成一个完整的存储器时，需要多片存储器的配合使用，主要方法：存储器芯片上的地址线接CPU的低位地址线；CPU的高位地址线通过译码器接存储器芯片的片选信号线。,片选信号线的作用,假设：有多个班级都是50人，对学生定位时采用班号+学号的方法，学号范围：1-50，各个班重复；班号：要反映系别、专业、年级等；学生的学号：高位班号+低位学号,片选信号线的作用,优点：可以减少存储器芯片上的接线端数量,解决办法：低位地址线（片内）直接相连高位地址线（片外）经过译码器接片选,6116芯片与CPU的连接,CPU,SRAM6116,地址总线,数据总线,低位地址线,An-A0,数据线,OE,CS,WE,地址译码器,高位地址线,&,&,RD,WR,M/IO,SRAM6116,SRAM6116,多片6116与CPU的连接,CPU,低位地址线,数据总线,低位地址线,An-A0,数据线,OE,CS,WE,地址译码器,高位地址线,&,&,RD,WR,M/IO,SRAM6116,SRAM6116-1,译码芯片 74LS138,74LS138功能表,CPU与存储器的连接时应注意的问题,1CPU总线的带负载能力：驱动能力2CPU的时序与存储器的存取速度之间的配合：时序3.读写控制信号的连接4.数据线的连接 5.地址线的连接与存储芯片片选信号的产生,与存储器容量有关的参数和概念,第一 存储器芯片容量：是指存储器芯片能够 存储的二进制位数，主要集中在存储矩阵中 用L*C表示，L代表存储单元，C代表每个 存储单元的位数。如：256K*1，64K*4,第二 位片式存储器：每个存储单元只有1位的存 储器芯片 即C=1,第三 字片式存储器：每个存储单元具有多于1位 的存储器芯片，即C1,2164动态存储器的主要外接管脚,2164动态存储器外接线说明,64K地址空间，只有8根地址线？（A0A7）数据线1根输入、1根输出？（DIN、DOUT）,VCC和GND：电源接地CAS：列选择；RAS：行选择；WE：写允许;NC：空闲,2164与CPU的连接,2164动态存储器外接线说明,64K地址空间需要16根地址线，但芯片只有8根地址线，解决办法：16位分两次送地址信号；数据线1根输入、1根输出？在进行位扩展后以8条数据线分别接CPU不同的数据线，使CPU访问内存时，一次访问的信息在不同的存储器芯片上；CAS、RAS、WE为控制线，其输入控制信号为CPU管脚信号经过比较复杂电路处理后产生产生的信号共同写允许;2164的特殊之处在于有专门的刷新电路，这是与静态存储器最大的区别。,动态存储器2164外接线说明,2164是PC机曾经实用的存储器芯片，有经典的接线电路。对于比较复杂的存储器接线，一般有示例可以模仿。,EPROM芯片2764,EPROM芯片2764,8K*8位外接管脚：D0D7：数据线A0A12：地址线OE：输出允许；CE：片选信号；PGM：编程VPP：编程电压VCC：工作电压,1 282 273 264 255 246 237 228 219 2010 1911 1812 1713 1614 15,VCCPGMNCA8A9A11OEA10CED7D6D5D4D3,VPPA12A7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GND,EPROM芯片特征,正常工作时只能读，不能写；写信息时需要专门的编程电压，VPP，一般高达25V；可以用紫外线照射消除芯片上的信息；可以保存的信息种类：程序和数据。VCC：工作电压。所以，EPROM的工作场合为需要保存固定不变信息。,片选信号（CE、CS）的产生,（1）线选方式：直接将高位地址线与片选信号端连接；（2）局部译码选择方式：高位地址线信号的一部分参加译码；（3）全局译码选择方式：全部高位地址线参加译码，这是最一般的方法。,三、存储器的分级结构,在计算机系统中，通常采用三级存储器结构，即使用高速缓冲存储器、主存储器和外存储器组成的结构。CPU能直接访问的存储器称为内存储器，它包括高速缓冲存储器和主存储器CPU不能直接访问外存储器，外存储器的信息必须调入内存储器后才能为CPU进行处理,微机存储器的体系结构,寄存器：CPU内部的存储单元，目前有扩大的趋势；CACHE：利用静态存储器的高速，提高整个程序的运行速度；内存：以动态存储器为主，大量使用；外存：以磁盘、光盘和闪存提供更大的不可易失的存储空间。,Cache主存层次：解决CPU与主存的速度差距；主存辅存层次：解决存储的大容量要求和低成本之间的矛盾。,存储器体系结构的策略,存储容量（单片和CPU寻址能力）；存取速度（取数时间和存取周期）；可靠性；功耗；价格；,存储器的主要技术指标,存储容量：存储器可以容纳的二进制信息量称为存储容量（寻址空间，由CPU的地址线决定）；实际存储容量：在计算机系统中具体配置了多少内存；单片容量：单片存储器所具有的存储单元数。,存储容量,高速缓冲存储器Cache,当CPU第一次访问内存中某个页时，把数据复制高速缓存区，之后，当CPU再次访问该页时，CPU可直接访问高速缓存区，而不需要再访问低速主存储器。高速缓存器容量远小于低速大容量主存储器，高速缓存器设计的目标就是使CPU访问尽可能在高速缓存器中进行。,高速缓冲存储器Cache,Cache的基本思想：程序的“局部性”；一个程序中，有一部分模块是经常运行的，将这些程序存储在Cache中，加速运行，从而提高整个程序的运行速度。,高速缓冲存储器Cache,Cache工作的基础：建立内存和Cache之间的对应关系，将内存中的页和Cache中的页的地址形成对应关系。,Cache地址映像方法,直接映像：内存和Cache中的页有一一对应关系；全相联映像：所有内存中的页和Cache中的页都可以建立对应关系；组相联映像：部分内存中的页和部分Cache中的页都可以建立对应关系；,Cache地址映像方法,直接映像：页对应关系固定，多个固定的内存页对应一个CACHE页,Cache地址映像方法,全相联映像：每个内存页都可以对应所有的CACHE 页。组相联映像：成组对应。,CACH替换策略,先进先出（FIFO）；近期最少使用策略（LAU）。,汇编语言,汇编语言是以CPU指令系统为基础的助记符语言。特点：可直接控制硬件，与CPU种类相关；运行速度快；繁琐，不适合大型程序开发。,高级语言与汇编语言的区别,本课程采取的策略,用高级语言取代汇编语言；汇编语言在目前的主要优势：利用DEBUG程序直接控制接口，方便硬件调试过程。,