第4章存储器系统接口 西安交通大学计算机系 世该真早计算专去 桂小林 微型计算机如 接口技术 2021年2月8日 经小著 GUI XIAOLAIN
GUI XIAOLAIN 1 第4章 存储器系统接口 西安交通大学计算机系 桂小林 2021年2月8日
目录 4.1存储器的分类与技术指标 42存储器接口设计步骤与方法 43静态存储器的接口设计 44动态存储器的接口设计 真甲计算机时 4.516位和32位机中的存储器接口微计机 接口技 术 GUI XIAOLAIN
GUI XIAOLAIN 2 目录 ◼ 4.1 存储器的分类与技术指标 ◼ 4.2存储器接口设计步骤与方法 ◼ 4.3 静态存储器的接口设计 ◼ 4.4 动态存储器的接口设计 ◼ 4.5 16位和32位机中的存储器接口
概述 与早期的以运算器为中心的计算机不同,现代计算 机已形成了以存储器为中心的系统结构。存储器是 计算机系统中的记忆设备,用来存放程序和数据 存储器和存储系统已成为影响整个计算机系统最大 吞吐量的决定性因素。 本章首先讲解存储器的分类和技术指标;存储器与 cPU或单片机的接口方法,然后重点讲述存储器接 口的片选逻辑设计,包括8位cPU与SRAM、 DRAM、 EPROM、 EEPROM的接口设计,最后讲 解以字节为寻址单位的存储系统中,16位、32位 cPU与存储器的连接方法。 GUI XIAOLAIN 3
GUI XIAOLAIN 3 概述 ◼ 与早期的以运算器为中心的计算机不同，现代计算 机已形成了以存储器为中心的系统结构。存储器是 计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。 存储器和存储系统已成为影响整个计算机系统最大 吞吐量的决定性因素。 ◼ 本章首先讲解存储器的分类和技术指标；存储器与 CPU或单片机的接口方法，然后重点讲述存储器接 口的片选逻辑设计，包括8位CPU与SRAM、 DRAM、EPROM、EEPROM的接口设计，最后讲 解以字节为寻址单位的存储系统中，16位、32位 CPU与存储器的连接方法
4.1存储器的分类与技术指标 4.11存储器的分类 1.按存储介质分类 按照存储介质可以分为半导体存储器、磁表面存储器和光介 质存储器。 (1)半导体存储器 存储元件由半导体器件组成的存储器叫半导体存储器。其优点是 体积小、功耗低、存取时间短。其缺点是当电源消失时,所存信 息也随即丢夫,是一种易失性存储器。 (2)磁表面存储器 磁表面存储器是在金属或塑料基体的表面上涂一层磁性材料作为 諼骛箨霍;蔽栋爱箬體高速运转,用磁头在层上进1 磁表面存储器按照磁体形状的不同,可分为磁盘、磁带和磁鼓。 (3)光盘存储器。 a光盘存储器是应用激光在记录介质(磁光材料)上进行读写的存储 器,具有非易失性的特点。光盘具有记录密度高、耐角性好、可 靠性高和可互换性强等特点 GUI XIAOLAIN
GUI XIAOLAIN 4 4.1 存储器的分类与技术指标 ◼ 4.1.1 存储器的分类 ◼ 1．按存储介质分类 按照存储介质可以分为半导体存储器、磁表面存储器和光介 质存储器。 ◼ （1）半导体存储器 ◼ 存储元件由半导体器件组成的存储器叫半导体存储器。其优点是 体积小、功耗低、存取时间短。其缺点是当电源消失时，所存信 息也随即丢失，是一种易失性存储器。 ◼ （2）磁表面存储器 ◼ 磁表面存储器是在金属或塑料基体的表面上涂一层磁性材料作为 记录介质，工作时磁层随着磁体高速运转，用磁头在磁层上进行 读写操作，故称为磁表面存储器。 ◼ 磁表面存储器按照磁体形状的不同，可分为磁盘、磁带和磁鼓。 ◼ （3）光盘存储器。 ◼ 光盘存储器是应用激光在记录介质(磁光材料)上进行读写的存储 器，具有非易失性的特点。光盘具有记录密度高、耐用性好、可 靠性高和可互换性强等特点
4.1.1存储器的分类 2.按存取方式分类 (1)随机存储器RAM( Random Access Memory) RAM是一种可读写存储器,其特点是存器的任何一个存储单元的内容都 可以随机 取,而 无关。计算机萘统中的 存都这种抗径储。手储信 理的不同,RAM 静态 RAM 发器原理寄荐信息和动态RAM(以电容充放电原理奇存信总)。 (2)只读存储器RoM( Read only memory) 只读存储器分为掩膜型只读存储器MRoM( Masked rom)、 可编程只读存储器PRoM( Programmable ROM) 可擦除可编程只读存储器 EPROM( Erasable Programmable ROM)、 Erasabl Programmable ROM)、以及近年来出现了的快擦型存储器Fash Memory. Flash Memory具有 EEPROM的特点,而写入速度比 EEPROM快得多。 (3)顺序访问存储器。 果型有储单云避行读写操作时,需按其物理位置的先后顺序寻找地址,则 种存储器叫做顺序访问存储器。 GUI XIAOLAIN 5
GUI XIAOLAIN 5 4.1.1 存储器的分类 ◼ 2．按存取方式分类 ◼ （1）随机存储器RAM(Random Access Memory) ◼ RAM是一种可读写存储器， 其特点是存储器的任何一个存储单元的内容都 可以随机存取，而且存取时间与存储单元的物理位置无关。计算机系统中的 主存都采用这种随机存储器。由于存储信息原理的不同，RAM又分为静态 RAM (以触发器原理寄存信息)和动态RAM(以电容充放电原理寄存信息)。 ◼ （2）只读存储器ROM(Read only Memory) ◼ 只读存储器分为掩膜型只读存储器MROM（Masked ROM）、 ◼ 可编程只读存储器PROM (Programmable ROM)、 ◼ 可擦除可编程只读存储器EPROM(Erasable Programmable ROM)、 ◼ 用电可擦除可编程的只读存储器EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM)、以及近年来出现了的快擦型存储器Flash Memory。 ◼ Flash Memory具有EEPROM的特点，而写入速度比EEPROM快得多。 ◼ （3）顺序访问存储器。 ◼ 如果对存储单元进行读写操作时，需按其物理位置的先后顺序寻找地址，则 这种存储器叫做顺序访问存储器
4.1.1存储器的分类 3.按在计算机中的作用分类 ■按在计算机系统中的作用不同,存储器又可分为主 存储器、辅助存储器、缓冲存储器。 主存储器的主要特点是它可以和cPU直接交换信息。辅助存储器是 主存储器的后援存储器,用来存放当前暂时不用的程序和数据,它不 能与cPU直接交换信息。 ■两者相比主存速度快、容量小每位价格高;辅存速度慢、容量大 每位价格低。缓冲存储器用在两个速度不同的部件之中,如cPU与 主存之间可设置一个快速缓冲存储器,起到缓冲作用 GUI XIAOLAIN 6
GUI XIAOLAIN 6 4.1.1 存储器的分类 3．按在计算机中的作用分类 ◼ 按在计算机系统中的作用不同，存储器又可分为主 存储器、辅助存储器、缓冲存储器。 ◼ 主存储器的主要特点是它可以和CPU直接交换信息。辅助存储器是 主存储器的后援存储器，用来存放当前暂时不用的程序和数据，它不 能与CPU直接交换信息。 ◼ 两者相比主存速度快、容量小、每位价格高；辅存速度慢、容量大、 每位价格低。缓冲存储器用在两个速度不同的部件之中，如CPU与 主存之间可设置一个快速缓冲存储器，起到缓冲作用
4.1.2存储器的技术指标 1.存储容量 存储系统的存储容量通常用字节为单位的数字来表示。例 如,某存储系统的存储容量为1K字节,即表示该存储系 统具有1024个字节的存储单元 2.存储速度 存储速度是由存取时间和存取周期来表示的。存取时间又 叫存储器的访问时间( Memory Access Time),它是指 启动一次存储器操作(读或写)到完成该操作所需的全部时 间。存取时间分读出时间和写入时间两种。 GUI XIAOLAIN
GUI XIAOLAIN 7 4.1.2 存储器的技术指标 ◼ 1．存储容量 ◼ 存储系统的存储容量通常用字节为单位的数字来表示。例 如，某存储系统的存储容量为1K字节，即表示该存储系 统具有1024个字节的存储单元。 ◼ 2．存储速度 ◼ 存储速度是由存取时间和存取周期来表示的。存取时间又 叫存储器的访问时间(Memory Access Time)，它是指 启动一次存储器操作(读或写)到完成该操作所需的全部时 间。存取时间分读出时间和写入时间两种
3.负载要求 n用一定数量的半导体存储器芯片构成一个存储系统时,应 考虑到这个系统对微处理器总线的负载要求 例如,系统要求有64K字节的存储容量,那么用各种不同 的芯片都可以成这样的存储系统。 ■但是,它们对地址总线(AB)和数据总线(DB)的负载要求 是不一的,通常单片容量大的芯片对总线负载要求就低 GUI XIAOLAIN 8
GUI XIAOLAIN 8 ◼ 3．负载要求 ◼ 用一定数量的半导体存储器芯片构成一个存储系统时，应 考虑到这个系统对微处理器总线的负载要求。 ◼ 例如，系统要求有64K字节的存储容量，那么用各种不同 的芯片都可以成这样的存储系统。 ◼ 但是，它们对地址总线(AB)和数据总线(DB)的负载要求 是不一的，通常单片容量大的芯片对总线负载要求就低
4.功耗要求 对于小容量存储系统来说,功耗大小几乎是无关 紧要的。 ■但是,如果存储系统的容量达到几百到几干兆字 节以上时,就不得不对它予以很好的注意了。 功耗大的系统不仅对电源有较高的要求,而且由 于大量存储器芯片集中在一起,散热也成为一个 头痛的问。 GUI XIAOLAIN 9
GUI XIAOLAIN 9 ◼ 4．功耗要求 ◼ 对于小容量存储系统来说，功耗大小几乎是无关 紧要的。 ◼ 但是，如果存储系统的容量达到几百到几千兆字 节以上时，就不得不对它予以很好的注意了。 ◼ 功耗大的系统不仅对电源有较高的要求，而且由 于大量存储器芯片集中在一起，散热也成为一个 头痛的问
42存储器接口设计步骤与方法 1,全地址译码选择方式 2、局部地址译码选择方式 3、线地址译码选择方式 4、可编程逻辑译码电路 GUI XIAOLAIN
GUI XIAOLAIN 10 4.2存储器接口设计步骤与方法 ◼ 1. 全地址译码选择方式 ◼ 2、局部地址译码选择方式 ◼ 3、线地址译码选择方式 ◼ 4、可编程逻辑译码电路