微机原理及接口技术3.ppt

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1、3.1存储器概述3.2随机存取存储器3.3只读存储器3.4存储器系统设计3.5外存储器第3章存储器系统3.1存储器概述存储器：计算机系统存储信息的不可缺少的设备。发展方向：容量越来越大，存取速度越来越快，体积越来越小。下面从存储器的组成、操作、分类、结构和性能指标说明。3.1.1存储器的基本组成1.基本存储单元存储器是由一些能够表示二进制“0”和“1”状态的物理器件组成，这些器件本身具有记忆功能，如电容、双稳态电路等。这些具有记忆功能的物理器件或者电路就构成了一个基本存储单元，每个基本存储单元可以保存一位二进制信息。2.存储单

2、元若干个基本存储单元构成一个存储单元，通常一个存储单元由8个基本存储单元构成。3.存储器存储器是由许多存储单元组织在一起。3.1.2存储器的基本操作读操作所谓读操作是从存储器中读出信息，不破坏原有存储单元中的信息，是非破坏性操作。读操作所谓写操作是把信息写入（存入）到存储器中，写入的信息将会覆盖存储单元中的原有信息，是破坏性的操作。CPU实现对存储器的读写，就是对存储单元的读写，其步骤是首先通过地址选中存储单元，然后再对选中的存储单元进行读写操作。存储器有两种操作：读操作和写操作。提醒：读操作不破坏数原有信息，写操作要改变原有

3、信息。3.1.3存储器的分类1）根据对存储器的操作频率不同，存储器可以分为：内部存储器：直接访问，快速交换数据，容量小，临时存放。外部存储器：间接访问，存取速度慢，容量大，可长时间保存.2）根据制作工艺，存储器可以分为：双极型半导体存储器：由TTL型晶体管逻辑电路为基本存储电路。特点：存取速度快，集成度底，功耗大，成本高。MOS型半导体存储器：制造工艺简单，集成度高，功耗低，还可以分为NMOS，CMOS和HMOS。3）根据存取方式，存储器可以分为：随机存取存储器(RAM):在微机运行时，可随时读取或写入数据，特点：存取数据时间

4、短；当存储器断电后，存储器中的信息会消失。主要应用：临时存放数据及程序；与外部存储器交换数据信息并作为堆栈存储区使用。只读存储器(ROM):不能随机写而只能读的存储器，特点是掉电不会丢失数据。当再次加电时内部信息依然存在。下图给出根据制造工艺的不同，RAM和ROM两种存储器的详细分类。3.1.4存储芯片的一般结构存储器一般包括存储体、地址译码器、控制逻辑电路和数据缓冲器四部分。存储体是存储芯片的主体，由许多存储单元按照一定的排列规则构成。存储体一般都排列成阵列形式，所以又称存储阵列，把存储阵列及其外围电路（包括地址译码电路、数

5、据缓冲电路和控制逻辑电路等）集成在一块硅片上，称为存储组件。存储组件经过各种形式的封装后就制成半导体存储芯片。半导体存储芯片存储体内存储单元的排列结构通常有两种方式：一种是“位片式”结构（也称位结构），也就是将多个存储单元的同一位排在一起，其容量表示成N×1位。如1K×1位，512K×1位等。另一种是“字片式”结构，是将N个存储单元的M位组合在一起表示为：N×M位。如N个存储单元的4位或8位组合在一起，其容量表示为N×4位或N×8位。同样某存储芯片的结构是64K×8位，表示有64K个存储单元，每个存储单元是8位。地址译码器接收

6、来自外部地址线上的n个信号，译码产生2n个地址选择信号，实现对片内存储单元的选择。如：有4根地址线，那么经过译码后可以产生24个地址选择信号，即从0（二进制数0000B）到15（1111B）共16个地址选择信号。控制逻辑单元主要是接收来自外部的片选信号、读写控制信号等，形成对芯片内部控制的信号，以控制对芯片内部存储单元所保存数据的读出和写入。数据缓冲器是在数据被读出或者写入时，协调存储器和外部处理器（一般是CPU）之间处理速度上的差异.提醒：组织结构不同，容量可能相同，如64K×4和32K×8，容量都是256KBits.3.1

7、.5存储芯片的性能指标1）存储容量：指存储器能存储二进制数的位数，用“存储单元数×每存储单元存储的位数”表示。如某存储芯片的容量为32K×8，表示它有32K个存储单元，每个存储单元可以存储8位二进制数据。常常用到KB、MB、GB、TB等，其关系为：1KB=210B=1024B，1MB=210KB，1GB=210MB，1TB=210GB。2）存储速度：存取速度一般存取时间来表示，存取时间是完成对存储器一次写操作或者读操作所需要的时间，存储器的存取时间决定着存储器的存取速度。存储器芯片的技术手册中一般要给出典型的存取时间或最大存取

8、时间。也有给出其它表示存取时间的参数，如硬盘，一般给出转速。3.1.5存储芯片的性能指标3）功耗：功耗可以按照每个存储单元所耗的功率计算，单位是μW/单元，也可以按照每片芯片的总功率来表示，单位是mW/芯片。一般情况下，每片芯片的功耗比较低，不做考虑，但是在设计低功耗系统时就