第五章微機的存儲器

存儲器是計算機中存儲信息的部件。計算機的工作原理是把要處理的程序和原始數據提前存儲在指定的存儲器中，在工作時，由計算機自動而連續地從存儲器取

出程序中的指令并執行。

5.1存儲器的分類與組成

在微機系統中，存儲器有三個層次組成，即輔助存儲器（外存）、主存儲器（內存）和高速緩沖器（高緩）。高緩相比較速度最快、同樣容量最小。高緩的引入較好的解決了存儲器與CPU在速度上的協調性。存儲器中除采用磁、光原理的輔輔助存儲器外，其它存儲器主要都是采用半導體存儲器。

本章重點介紹采用半導體存儲器及其使用的方法

存儲器按它與CPU的連接方式不同，可分為內存儲器和外存儲器。通過CPU的外部總線直接與CPU相連的存儲器稱為內存儲器（簡稱內存或主存）。

CPU要通過I/O接口電路才能訪問的存儲器稱為外存儲器（簡稱外存或二級存儲器）。按存儲器信息的器件和媒體來分，有半導體存儲器、磁表面存儲器、磁泡存儲器和磁芯存儲器以及光盤存儲器等。一、半導體存儲器的分類

按使用的功能可分為兩大類：隨機存取存儲器RAM

(RandomAccessmemory)和只讀存儲器ROM(ReadOnlyMemory)。如圖5.2二、半導體存儲器的組成

半導體存儲器的組成框圖如圖5.3所示。它一般由存儲體、地址選擇電路、輸入輸出電路和控制電路組成。（一）存儲體

存儲體是存儲1或0信息的電路實體，它由許多存儲單元組成，每個存儲單元賦予一個編號，稱為地址單元號。而每個存儲單元由若干相同的位組成，每個位需要一個存儲元件。存儲器的地址用一組二進制數表示，其地址線的位數n與存儲單元的數量N之間的關系為：2n=N地址線數與存儲單元數的關系列于下表中：（二）地址選擇電路地址選擇電路包括地址碼緩沖器，地址譯碼器等。地址譯碼器用來對地址碼譯碼。地址譯碼方式有兩種：1.單譯碼方式（或稱字結構）它的全部地址只用一個電路譯碼，譯碼輸出的字選擇線直接選中對應地址碼的存儲單元。2.雙譯碼方式（或稱重合譯碼）雙譯碼方式如圖5.4所示。它將地址碼分為X和Y兩部分，用兩個譯碼電路分別譯碼。Ｘ向譯碼又稱行譯碼，其輸出線稱行選擇線，它選中存儲矩陣中一行的所有存儲單元。Ｙ向譯碼又稱列譯碼，其輸出線稱列選擇線，它選中一列的所有單元。只有X向和Y向的選擇線同時選中的那一位存儲單元,才能進行讀或寫操作。（三）讀/寫電路與控制電路讀/寫電路包括讀/寫放大器、數據緩沖器（三態雙向緩沖器）等。它是數據信息輸入和輸出的通道。外界對存儲器的控制信號有讀信號（ＲＤ）、寫信號（ＷＲ）和片選信號（ＣＳ）等，通過控制電路以控制存儲器的讀或寫操作以及片選。只有片選信號處于有效狀態，存儲器才能與外界交換信息。5.2隨機存取存儲器（RAM）一、靜態隨機存取存儲器靜態RAM芯片舉例靜態RAM芯片有2114、2142、6116、6264等。例如：常用的Intel6116是CMOS靜態RAM芯片，屬雙列直插式、24引腳封裝。它的存儲容量為2K×8位，其引腳及內部結構框圖如圖5.7所示：二、動態隨機存儲器動態RAM芯片舉例Intel2116單管動態RAM芯片的引腳和邏輯符號如圖5.10所示。Intel2116芯片的存儲容量為16K×1位，需要14條地址輸入線，但2116只有16條引腳。由于受封裝引線的限制，只用了A0到A67條地址輸入線，數據線只有1條(1位)，而且數據輸入(DIN)和輸出(DOUT)端是分開的，他們有各自的鎖存期。寫允許信號WE為低電平時表示允許寫入，為高電平時可以讀出。綜上所述，動態基本存儲電路所需管子的數目比靜態的要少，提高了集成度，降低了成本，存取速度快。但由于要刷新，需要增加刷新電路，外圍控制電路比較復雜。靜態ＲＡＭ盡管集成度低些，但靜態基本存儲電路工作較穩定，也不需要刷新，所以外圍控制電路比較簡單。究竟選用哪種ＲＡＭ，要綜合比較各方面的因素決定。5.3只讀存儲器（ＲＯＭ）只讀存儲器的分類

（一）不可編程掩模式MOS只讀存儲器（二）可編程存儲器（三）可擦除、可再編程的只讀存儲器EPROM芯片實例----Intel2716（一）Intel2716的引腳與內部結構2716EPROM芯片的容量為2K×8位，采用NMOS工藝和雙列直插式封裝，其引腳、邏輯符號及內部結構見圖5.14（a）、（b）及（c）。（二）2716的工作方式

2716的工作方式見表5.3所示：

5.4存儲器的連接本章要解決兩個問題：一個是如何用容量較小、字長較短的芯片，組成微機系統所需的存儲器，另一個是存儲器與ＣＰＵ的連接方法與應注意的問題。一、存儲器芯片的擴充（一）位數的擴充用１位或４位的存儲器芯片構成８位的存儲器，可采用位并聯的方法。例如，可以用８片２Ｋ×１位的芯片組成容量為２Ｋ×８位的存儲器，如圖5.15所示。這時，各芯片的數據線分別接到數據總線的各位，而地址線的相應位及各控制線，則并聯在一起。圖5.16則是用２片１Ｋ×４位的芯片，組成１Ｋ×８位的存儲器的情況。這時，一片芯片的數據線接數據總線的低4位，另一片芯片的數據線則接數據總線的高4位。而兩片芯片的地址線及控制線則分別并聯在一起。（二）地址的擴充當擴充存儲容量時，采用地址串聯的方法。這時，要用到地址譯碼電路，以其輸入的地址碼來區分高位地址，而以其輸出端的控制線來對具有相同低位地址的幾片存儲器芯片進行片選。例：圖5.18是用4片16K×8位的存儲器芯片（或是經過位擴充的芯片組）組成64K×8位存儲器連接線路。16K存儲器芯片的地址為14位，而64K存儲器的地址碼應有16位。連接時，各芯片的14位地址線可直接接地址總線的A0～A13，而地址總線的A15，A14則接到2-4譯碼器的輸入端，其輸出端4根選擇線分別接到4片芯片的片選CS端。因此，在任一地址碼時，僅有一片芯片處于被選中的工作狀態，各芯片的取值范圍如表5.４所示。二、存儲器與CPU的連接在第3章中，對8086最小方式與最大方式的典型系統結構以及8086存儲器高低位庫的連接，曾作過一些概略的介紹。這里，將結合存儲器的分類及其與8086CPU的具體連接給予較詳細的說明。

1.只讀存儲器與8086CPU的連接

ROM、PROM或EPROM芯片都可以與8086系統總線連接，實現程序存儲器。例如，2716、2732、2764和27128這一類EPROM芯片，由于它們屬于以1字節寬度輸出組織的，因此，在連接到8086系統時，為了存儲16位指令字，要使用兩片這類芯片并聯組成一組。圖5.19給出了兩片2732EPROM與8086系統總線的連接示意圖。該存儲器子系統提供了4K字的程序存儲器(即存放指令代碼的只讀存儲器)。2.靜態RAM與8086CPU芯片的連接

一般，當微機系統的存儲器容量少于16K字時，宜采用靜態RAM芯片，因為大多數動態RAM芯片都是以16K×1位或64K×1位來組織的，并且，動態RAM芯片還要求動態刷新電路，這種附加的支持電路會增加存儲器的成本。8086CPU無論是在最小方式或最大方式下，都可以尋址1MB的存儲單元，存儲器均按字節編址。圖5.20給出了2K字的讀寫存儲器子系統。存儲器芯片選用靜態RAM6116(2K×8位)。3.EPROM、靜態RAM與8086CPU連接實例圖5.21給出了8086CPU組成的單處理器系統的典型結構。圖中，8086接成最小工作方式（MN/MX引腳置邏輯高電平）。當機器復位時，8086將執行FFFF0H單元的指令。簡介：微機

存儲系統的分層結構主存-輔存層次：具有主存的較快存取速度又具有輔存的大容量和