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微机原理及其应用 教学课件 ppt 作者 邓蓓 微机原理与应用-第5章

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  • 上传时间:2019-05-26
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    • 1、微机原理及其应用 第5章 存储器,5.1 半导体存储器,5.2 随机存取存储器(RAM),5.3 只读存储器(ROM),5.4 存储器与CPU的连接,5.5 高速缓存技术,5.6 虚拟存储器技术,机械工业出版社 http:/ 电子制作:孙锋,第5章 存储器,5.1 半导体存储器,5.1.1 存储器概述,存储器是一种记忆部件,其最基本的存储电路是由具有两种稳态的元件组成,它可存储一位二进制信息,称为位或bit(比特),用b表示,它具有0和1两种状态。 由于8086是16位微处理器,它每次访问存储器可以读写1个字节,也可以同时读写1个字(两个字节)。 存储单元的数据内容与其地址号之间并没有直接关系,即内容和地址是两件事,不要混淆。地址规定了存储单元的位置,而在这个位置内部的信息才是数据,它可能是指令操作码,可能是CPU要处理的数据,也可能是指令要寻址的数据的地址等。,机械工业出版社 http:/ 电子制作:孙锋,第5章 存储器,在微机中存储器常分为内存储器和外存储器,如图5-1所示。,机械工业出版社 http:/ 电子制作:孙锋,第5章 存储器,1内存储器 用于存放CPU当时正要处理的程序

      2、和数据,要求其存取速度应和CPU的处理速度相匹配,但存储容量可相对小一些。目前微机中通常采用半导体存储器。 (1)主存储器。主存储器用来存放计算机运行期间正在执行的程序和数据。CPU的指令系统能直接读写主存中的存储单元,主存储器是主机内部的存储器,故又称之为内存。 (2)高速缓冲存储器。通常位于主存储器和CPU之间,存放当前要执行的程序和数据,以便向CPU高速提供马上要执行的指令。目前,高速缓冲存储器一般采用双极型半导体存储器,速度较高,可以与CPU速度匹配,存储时间短,存储容量较小。,机械工业出版社 http:/ 电子制作:孙锋,第5章 存储器,2外存储器。外存储器也称辅助存储器或后缓存储器。它用来存放程序,数据文件等大量信息。外存设在主机外部,容量极大而速度较低。CPU不能直接访问它,必须通过专门的程序把所需的信息与主存储器进行成批的交换,调入主存储器后,才能使用。磁带、磁盘(软盘、硬盘)和光盘等都是常见的外存储器,属于外部设备的范畴。 本章着重介绍半导体存储器。,机械工业出版社 http:/ 电子制作:孙锋,第5章 存储器,5.1.2 半导体存储器分类与性能,1半导体存储器的分类

      3、 半导体存储器是用半导体器件组成的存储器,按功能不同可分为随机存取存储器RAM(Random Access Memory)和只读存储器ROM(Read Only Memory)。 (1)随机存取存储器RAM(Random Access Memory)读写随机,既可读又可写,一旦断电,保存在其中的数据就会全部丢失。对RAM内部的任何存储单元的读出和写入时间是一样的,与其所处的位置无关,即存取时间是相同的,固定不变的。 RAM按生产工艺又可分为双极型和MOS型两类,前者速度比后者高,但集成度低一些。MOS型RAM又可分为静态RAM(SRAM)和动态RAM(DRAM)。SRAM的读写速度远快于DRAM,但集成度低于DRAM,因此SRAM大都作为高速缓存(Cache)使用,DRAM由于它的集成度高,容量大则作为普通的内存和显示内存使用。,机械工业出版社 http:/ 电子制作:孙锋,第5章 存储器,1)静态存储器SRAM(Static RAM):所谓“静态”,是指它在通电情况下可以长时间保持电量,因此无须每隔一段时间重新加电。所以一般说来,SRAM比DRAM的数据传输速度要快,但因为制造成本较

      4、高,工艺较复杂,所以容量不能做得很大。 2)动态存储器DRAM(Dynamic RAM)。所谓“动态”,是指它在通电情况下不能长时间保持电量,需要每隔一段时间就进行一次重新加电,否则会因电量自然放尽而丢失数据。它的制作成本较低,容量可以做得较大。DRAM按制造工艺的不同,又可分为动态随机存储器(Dynamic RAM)、扩展数据输出随机存储器(Extended Data Out RAM)和同步动态随机存储器(Synchromized Dynamic RAM),它们的速度一个比一个快。,机械工业出版社 http:/ 电子制作:孙锋,第5章 存储器,(2)只读存储器ROM(Read Only Memory)。这类存储器只能随机地读出信息而不能写入信息。信息一旦写入存储器就固定不变了,不受电源关闭的影响,所以又称为固定存储器,常用来存放不需要改变的信息。ROM有几种不同的种类。 1)掩膜ROM(Mask Programmed ROM):掩膜ROM用最后一道掩膜工艺来控制每一个基本存储电路的输出,达到预先写入信息的目的。制造完毕后用户不能更改所存信息。由于它结构简单、可靠性高、集成度高、容易连

      5、接,适于程序固定、大批量生产的场合。缺点是灵活性差。,机械工业出版社 http:/ 电子制作:孙锋,第5章 存储器,2)可编程只读存储器PROM(Programmable ROM):在产品出厂时并未存储任何信息,其初始内容为全“0”或全“1”。使用时,用户可利用专门设备(编程器或写入器)自行写入信息。注意,信息一旦写入便是永久的,不可更改。因此,它是一种一次性可编程的ROM。PROM的典型应用是作为高速计算机的微程序存储器,其双极型产品的功耗较大。 3)紫外光擦除可编程只读存储器EPROM(Ultraviolet Erasable Programmable ROM):用户既可对EPROM写入信息,又可将信息全部擦除,擦除后还可重新写入。EPROM芯片上有一个石英窗口,要擦除信息时,将窗口置于紫外线灯下照射20min以上,紫外线使浮栅上的电荷得以泄放,恢复到原来不带电荷的状态(“1”状态)。要写入信息时需使用专用的编程器。 EPROM擦除信息时需要将器件从系统上拆卸下来,并在紫外光下照射较长时间才能擦除信息,使用不太方便,也不能对芯片中个别存储单元进行修改。EPROM常用作微型机的标准程

      6、序或专用程序存储器,通常主板BIOS都烧录在这里。,机械工业出版社 http:/ 电子制作:孙锋,第5章 存储器,4)电可擦除可编程只读存储器E2PROM(Electrical Erasable Programmable ROM):E2PROM是一种可用电信号进行擦除、可编程的只读存储器。由于使用电信号来清除内部信息,清除时不必将器件从系统上拆卸下来,一次可擦除一个字,也可全部擦除,而后再用电信号重新写入。这种E2PROM能在系统内进行擦除和写入,且是非易失性的。它既有类似于RAM的灵活性,也有ROM的非易失性,还克服了EPROM的不足之处。E2PROM通常采用MNOS(金属氮化物氧化物硅)工艺。E2PROM用电信号擦去信息的时间为若干秒,比EPROM的擦去时间短得多,但E2PROM写入数据的次数是有限的。,机械工业出版社 http:/ 电子制作:孙锋,第5章 存储器,此外,还有两种ROM:一种为OTROM(ONE TIME ROM),顾名思义就是只能烧录一次的ROM。OTROM在工厂制造出来后,里面是空白的,我们可依需要烧录资料进去。另一种为Flash ROM(闪速存储器),这是比较

      7、先进的ROM,它可让我们在不到1s的时间就将其中的资料清除。由于它具有可靠的非易失性、电可擦除性以及低成本,对于需要实施代码或数据更新的嵌入式应用是一种理想的存储器。以前它用在笔记本电脑上比较多,现在的主板基本上都已采用Flash ROM。,机械工业出版社 http:/ 电子制作:孙锋,第5章 存储器,2存储器的性能指标 (1)存储容量。这是存储器的一个重要指标,通常用该存储器所能存储的字数及其字长的乘积来表示,即: 存储容量 = 字数 字长 存储容量越大,能存的信息就越多,其功能越强。 (2)速度。衡量存储器速度指标的参数有: 1)存取时间TA :指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间,例如,从发读命令到将数据读出为止。存取时间取决于存储介质的物理特征及所使用的读出机构类型。 2)存取周期时间TM :把两个独立的存储操作之间的最短延迟时间,定义为存取周期,它表征存储器的工作速度。常用的存取周期单位是微秒和毫微秒级。显然,TMTA。 存储器的速度是一个很重要的指标,当然是越快越好,但速度较快的存储器通常功耗大,集成度低,因而成本较高,要根据系统的要求统筹考虑。,机械工业出版社

      8、http:/ 电子制作:孙锋,第5章 存储器,(3)功耗。功耗是一个不可忽视的问题,它反映了存储器耗电的多少,同时也反映了发热的程度。半导体存储器的功耗包括“维持功耗”和“操作功耗”,应在保证速度的前提下尽可能地减小功耗,特别要减小“维持功耗”。 (4)可靠性。可靠性一般是指存储器对电磁场及温度等变化的抗干扰能力。通常用平均无故障时间MTBF(Mean Time Between Failures)来衡量可靠性,MTBF可以理解为两次故障之间的平均时间间隔,间隔越长,可靠性越高。半导体存储器由于采用大规模集成电路,可靠性较高,平均无故障间隔时间为几千小时以上。 (5)集成度。集成度是指在一片数平方毫米的芯片上能集成多少个基本存储电路,每个基本存储电路存储一个二进制位,所以集成度常表示为位/片。集成度关系到存储器的容量,所以也是一个重要的指标 (6)性能价格比。存储器的性能包括前面几项指标,存储器成本在计算机成本中占有很大比重。因此,降低存储器成本,可降低计算机造价。性能价格比是一个综合性指标,它反映了存储器选择方案的优劣。,机械工业出版社 http:/ 电子制作:孙锋,第5章 存储器,5

      9、.2 随机存取存储器(RAM),5.2.1 静态RAM(SRAM),1SRAM组成 不管是RAM还是ROM,其基本的存储电路存储一位二进制信息。芯片内部由若干位(通常1、4或8位)组成一个基本存储单元。基本存储单元按一定的规律组合起来,一般按矩阵方式排列,构成存储体。 SRAM(Static RAM)采用触发器(Flip-Flop)电路构成一个二进制位信息的存储电路。其内部除存储体外,还有地址译码驱动电路、控制逻辑电路和三态双向缓冲器等。图5-2是10241的SRAM结构示意图。,机械工业出版社 http:/ 电子制作:孙锋,第5章 存储器,图5-2 SRAM结构示意图,机械工业出版社 http:/ 电子制作:孙锋,第5章 存储器,(1)地址译码电路。地址译码器接受来自CPU的地址信号,并产生地址译码信号,以便选中存储矩阵中某存储单元,使其在存储器控制逻辑的控制下进行读/写操作。图5-3中把地址划分成两组:行地址和列地址,每组地址分别译码,两组译码输出信号共同选择某个存储单元电路。 (2)控制逻辑电路。接受来自CPU或外部电路的控制信号,经过组合变换后,对存储、地址译码驱动电路和三态双向缓冲器进行控制,控制对选中的单元进行读写操作。 (3)三态双向缓冲器。使系统中各存储器芯片的数据输入/输出端能方便地挂接到系统数据总线上。对存储器芯片进行读写操作时,存储器芯片的数据线与系统数据总线经三态双向缓冲器传送数据

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