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单元二 微机存储器

单元二 微机存储器. 本章知识要点：. 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. 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；. 一、存储器概述.

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单元二 微机存储器

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  1. 单元二 微机存储器 本章知识要点： • 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

  2. 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；

  3. 一、存储器概述 • 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；

  4. 二、存储器分类(1) 按存储介质分类： (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

  5. 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

  6. 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

  7. 四、半导体存储器的分类和用途

  8. 四、半导体存储器分类和用途

  9. 五、存储器的基本结构 静态存储器单元

  10. 五、存储器的基本结构 动态存储单元

  11. SRAM和DRAM的主要区别

  12. 思考： PC机中常用的内存条属何种类型？

  13. 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。

  14. 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；

  15. 6116静态存储器的主要外接管脚

  16. 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

  17. 6116芯片的真值表

  18. 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。

  19. 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

  20. 片选信号线的作用 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 优点：可以减少存储器芯片上的接线端数量

  21. 6116芯片与CPU的连接 地址总线 低位地址线 CPU An-A0 高位地址线 OE 地址 译码器 CS SRAM 6116 RD & WE M/IO & WR 数据线 数据总线

  22. 多片6116与CPU的连接 CPU An-A0 低位地址线 SRAM 6116 低位地址线 SRAM 6116 SRAM 6116 高位地址线 OE 地址 译码器 CS SRAM 6116-1 RD & WE M/IO & WR 数据线 数据总线

  23. 译码芯片 74LS138

  24. 74LS138功能表

  25. CPU与存储器的连接时应注意的问题 1．CPU总线的带负载能力：驱动能力 2．CPU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

  26. 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C>1

  27. 2164动态存储器的主要外接管脚

  28. 2164动态存储器外接线说明 64K地址空间，只有8根地址线？ （A0—A7） 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

  29. 2164与CPU的连接

  30. 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。

  31. 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。

  32. EPROM芯片2764

  33. EPROM芯片2764 1 28 2 27 3 26 4 25 5 24 6 23 7 22 8 21 9 20 10 19 11 18 12 17 13 16 14 15 VCC PGM NC A8 A9 A11 OE A10 CE D7 D6 D5 D4 D3 VPP A12 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D0 D1 D2 GND 8K*8位 外接管脚： D0—D7：数据线 A0—A12：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

  34. 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。

  35. 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。

  36. 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．

  37. 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。

  38. 存储器体系结构的策略 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 。

  39. 存储器的主要技术指标 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；

  40. 存储容量 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。

  41. 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。

  42. 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。

  43. 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。

  44. 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；

  45. 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

  46. 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。

  47. CACH替换策略 先进先出（FIFO）； 近期最少使用策略（LAU）。

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