微机原理-存储器
微机原理存储器读写
微机原理存储器读写存储器是计算机的重要组成部分，用于存储指令和数据。
在微机原理中，存储器读写是指计算机从存储器中读取数据或将数据写入存储器的过程。
本文将重点介绍存储器的读写流程和常见的存储器读写技术。
首先，我们来看一下存储器的基本原理。
存储器由若干个存储单元组成，每个存储单元可以存储一个二进制数据。
存储单元通过地址进行寻址，每个存储单元都有一个唯一的地址。
计算机通过地址线将地址信息发送给存储器，存储器根据地址将相应的数据传输给计算机。
存储器读写是通过存储器控制器来实现的。
存储器控制器是一个电路，它负责处理计算机对存储器的读写请求，并控制存储器的工作。
在读取数据时，计算机将需要读取的地址发送给存储器控制器，控制器将地址传输给存储器，存储器读取相应地址上的数据，并返回给控制器。
控制器再将数据传输给计算机。
在写入数据时，计算机将需要写入的地址和数据发送给控制器，控制器将数据写入相应地址的存储单元。
现在我们来介绍几种常见的存储器读写技术。
1.静态存储器（SRAM）：静态存储器是一种基于触发器电路的存储器，它可以保持存储的数据不变。
SRAM的读写速度快，但占用面积和功耗较大。
SRAM常用于高速缓存和寄存器等需要快速访问的存储器。
2.动态存储器（DRAM）：动态存储器是一种基于电容器的存储器，数据存储在电容器中，并通过刷新电路进行维护。
DRAM的读写速度相对较慢，但占用面积和功耗较小。
DRAM常用于主存储器。
3.只读存储器（ROM）：只读存储器是一种只能读取数据而不能写入数据的存储器。
ROM中的数据在制造过程中被预先编程，无法改变。
ROM 常用于存储固定的指令或数据。
4.可擦除可编程存储器（EPROM）：EPROM是一种可以被电子擦除和重新编程的存储器。
它与ROM类似，但可以通过特定的电压擦除数据并重新编程。
EPROM常用于存储固件和BIOS等需要更新的数据。
5.闪存存储器：闪存存储器是一种非易失性存储器，类似于EPROM。
微机原理微型计算机的基本组成电路
微机原理微型计算机的基本组成电路微机原理是指微型计算机的基本原理和组成。
微型计算机是一种能够完成各种计算和控制任务的计算机，其基本组成电路包括中央处理器（CPU）、存储器（内存）、输入输出设备（I/O）、总线以及时钟电路等。
中央处理器（CPU）是微型计算机的核心部件，负责执行各种计算和控制任务。
它由控制器和算术逻辑单元（ALU）组成。
控制器负责指挥和协调整个计算机系统的运行，从存储器中读取指令并解码执行；ALU则负责执行各种算术和逻辑运算。
存储器（内存）用于临时存储数据和指令。
根据存取速度和功能特点，内存可分为主存和辅存。
主存是临时存储数据和指令的地方，包括随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）；辅存则是长期存储数据和程序代码的地方，包括磁盘、光盘等。
输入输出设备（I/O）用于与外部环境进行交互，实现数据的输入和输出。
输入设备包括键盘、鼠标、扫描仪等；输出设备包括显示器、打印机、音频设备等。
总线是计算机内部各个组件之间进行数据传输和通信的通道。
通常分为数据总线、地址总线和控制总线。
数据总线用于传输数据；地址总线用于指示数据在内存中的位置；控制总线用于传输各种控制信号。
时钟电路用来提供计算机系统的时序信号，使计算机内部各个组件的操作同步。
时钟电路产生一系列脉冲信号，用于指示各种操作的开始和结束。
此外，微型计算机的基本组成电路还包括各种辅助电路，如电源电路、复位电路、中断控制电路等。
电源电路提供计算机系统所需的电能；复位电路用于将计算机系统恢复到初始状态；中断控制电路用于处理外部中断信号，从而实现对外部事件的及时响应。
综上所述，微型计算机的基本组成电路包括中央处理器、存储器、输入输出设备、总线和时钟电路等。
这些电路相互配合，共同完成各种计算和控制任务，构成了一个完整的微型计算机系统。
微机原理-第6章(2)
四.扩展存储器设计
Note:8086 CPU同8088 CPU一样，也有20条地址总线，其寻 8086 CPU同 CPU一样 也有20条地址总线， 一样， 20条地址总线 址能力达1MB。不同之处是8086 数据总线是16位的， 16位的 址能力达1MB。不同之处是8086 CPU 数据总线是16位的， 与8086 CPU对应的1MB存储空间可分为两个512kB(524 288 CPU对应的1MB存储空间可分为两个512kB(524 对应的 存储空间可分为两个512 B)的存储体。其中一个存储体由奇地址的存储单元(高字节) B)的存储体。其中一个存储体由奇地址的存储单元(高字节) 的存储体 奇地址的存储单元 组成，另一个存储体由偶地址的存储单元(低字节)组成。 组成，另一个存储体由偶地址的存储单元(低字节)组成。 偶地址的存储单元 前者称为奇地址的存储体，后者称为偶地址的存储体。 前者称为奇地址的存储体，后者称为偶地址的存储体。
≈
0
≈ ≈
0 0
0
0
0
0
0
0
0 1…1
作片外寻址的高位不变地址线全部 参加了译码，这种译码方法称为全 参加了译码，这种译码方法称为全 地址译码方法 方法。 地址译码方法。
片外寻址
四.扩展存储器设计
A19 A18 A17 A16 A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9~A0 X 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0…0
4KB 00000H 00FFFH
≈
●
模块1 模块
微机原理
2、存储器中的数据组织
(1)内存编址 在字节编址的计算机系统中，一个字节分配一个内存地址。 16位字和32位双字各占有2和4个字节单元。 例： 32位双字12345678H占内存4个字节地址24300H～24303H。 最低地址24300H为双字地址。 (2)数据组织 (b)大数端存放 (a)小数端存放 数据的最低 8位占数据内存 的首字节… 数据的最高 8位占数据内存 的末字节。 数据的最高 8位占数据内存 的首字节… 数据的最低 8位占数据内存 的末字节。
4、 HM6116 存储容量为2KB 24条引脚：
211=21×210 =2×K
16条地址线寻址64K 20条地址线寻址1M
11条地址线A0～A10；
8பைடு நூலகம்叠成一芯片
存储容量为2KB
HM6116
8条数据线I/O1 ～ I/O8； 1条电源线VCC； 1条接地线GND； 片选信号 CE 19脚 3条控制线 写允许信号 WE 16脚 读允许信号 OE 17脚
(3)可靠性 — 用MTBF(Mean Time Between Failures，
平均故障间隔时间)来衡量， MTBF越长，可靠性越高。
(4)性能/价格比
4、半导体存储器分类
静态RAM（SRAM）无需刷新
随机存取存储器 （RAM） 闪速存储器 （U盘）
动态RAM（DRAM）需要刷新
半导体 存储器
0
1
高/低电位 1
低/高电位
④读原理
读：行列地址选通该 位。 读控制线为高电位(写 控制线为低电位) ，G1 管导通(G3, G2管截止) 。 强迫T2 的Q处的电 位1(或0)与一位数据线相 通，该位数据出现在数 据线上。 即完成了该位存储器 的读出。
微机原理第5章半导体存储器(精)
高速缓冲存储器(Cache)。这个存储器 所用芯片都是高速的,其存取速度可与微处 理器相匹配,容量由几十K～几百K字节,通常 用来存储当前使用最多的程序或数据。
内存储器,速度要求较快(低于Cache),有一 定容量(受地址总线位数限制),一般都在几十 兆字节以上。
3
外存,速度较慢,但要求容量大,如软盘, 硬盘,光盘等。其容量可达几百兆至几十个 GB,又称“海量存储器”,通常用来作后备存 储器,存储各种程序和数据,可长期保存,易于 修改,要配置专用设备。
M / IO
•
1
前1K
A11
•
1
后1K
23
前 1K A =0 11 0000000000000000 ～ 0000001111111111B 即 0000～03FFH
后 1K A =1 11 0000100000000000 ～0000101111111111B 即 0800～0BFFH
可见,地址不连续!
选用存储器时,存取速度最好选与CPU 时序相匹配的芯片。另外在满足存储器总 容量前提下,尽可能选用集成度高,存储容量 大的芯片。
14
5.2 读写存储器RAM
5.2.1 静态RAM(SRAM) SRAM的基本存储电路由6个MOS管
组成,为双稳态触发器，其内部结构请自 己看书。
⒈ 2114存储芯片,为1K*4位
27
图中数据总线驱动器采用74LS245,其逻
辑框图与功能表三态如下:
门
A
•
•B
使能 方向控制
G
DIR
操作
&
•
•
0
0
BA
0
1
AB
微机原理第5章存储器系统
3. 工作方式
数ห้องสมุดไป่ตู้读出 字节写入：每一次BUSY正脉冲写
编程写入
入一个字节
自动页写入：每一次BUSY正脉冲写
入一页（1~ 32字节）
字节擦除：一次擦除一个字节 擦除
片擦除：一次擦除整片
72
4. EEPROM的应用
可通过编写程序实现对芯片的读写； 每写入一个字节都需判断READY / BUSY
主存储器 虚拟存储系统
磁盘存储器
8
Cache存储系统
对程序员是透明的 目标：
提高存储速度
Cache
主存储器
9
虚拟存储系统
对应用程序员是透明的。 目标：
扩大存储容量
主存储器
磁盘存储器
10
3. 主要性能指标
存储容量（S）（字节、千字节、兆字节等） 存取时间（T）（与系统命中率有关）
端的状态，仅当该端为高电平时才可写 入下一个字节。
P219例
73
四、闪速EEPROM
特点：
通过向内部控制寄存器写入命令的方法 来控制芯片的工作方式。
74
工作方式
数据读出
读单元内容 读内部状态寄存器内容 读芯片的厂家及器件标记
CAS：列地址选通信号。
地址总线上先送上行地址，后送上列地址，它们 分别在#RAS和#CAS有效期间被锁存在锁存器中。
WE：写允许信号
DIN： 数据输入
WE=0 WE=1
数据写入 数据读出
DOUT：数据输出
49
3. 2164在系统中的连接
与系统连接图
50
三、存储器扩展技术
51
1. 存储器扩展
1 A15 1 A14 1 A13
存储器的分类和主要性能指标(微机原理)
西南大学电子信息工程学院
19
第6章 半导体存储器及接口 §6.3 SRAM、ROM与CPU的连接方法 ⒈要解决的技术问题 ⑴ SRAM、ROM的速度要满足CPU的读/写要求； ⑵ SRAM、ROM的字数和字长要与系统要求一致； ⑶ 所构成的系统存储器要满足CPU自启动和正常运行条件。 ⒉存储器扩展技术 当单个存储器芯片不能满足系统字长或存储单元个数 的要求时，用多个存储芯片的组合来满足系统存储容量的 需求。这种组合就称为存储器的扩展。 存储器扩展的几种方式： ⑴位扩展 当单个存储芯片的字长（位数）不能满足要求时，就 需要进行位扩展。
按工作方式分按制造工艺分按存储机理分双极型ram随机存取存储器静态读写存储器sramram金属氧化物型mosram动态读写存储器dramromprom只读存储器epromr0m半导体存储器及接口西南大学电子信息工程学院22内存储器的主要性能指标内存储器的主要性能指标内存储容量内存储容量表示一个计算机系统内存储器存储数据多少的指标
西南大学电子信息工程学院
5
第6章 半导体存储器及接口 ③芯片容量
是指一片存储器芯片所具有的存储容量。
例如： SRAM芯片6264的容量为8K×8bit，即它有8K个 单元，每个单元存储8位（一个字节）二进制数据。 DRAM芯片NMC4l256的容量为256K×lbit，即它 有256K个单元，每个单元存储1位二进制数据。 ⑵最大存取时间 内存储器从接收寻找存储单元的地址码开始， 到它取出或存入数码为止所需要的最长时间。
西南大学电子信息工程学院 30
第6章 半导体存储器及接口 ②地址分配 要考虑CPU自启动条件，在8088系统中存储器操作时IO/M=0， ROM要包含0FFFF0H单元，正常运行时要用到中断向量区 0000:0000-0000:003FFH，所以RAM要包含这个区域。
微机原理名词解释
微机原理名词解释
微机原理是指微型计算机的基本工作原理和组成结构。
微机是指由微型集成电路技术制造的计算机，包括中央处理器（CPU）、内存、输入输出设备、总线等组件。
微机原理涵盖了微型计算机的计算、存储、控制等关键原理。
1. 中央处理器（CPU）：微机的核心部件，负责执行指令、算术逻辑运算、控制和数据传输等功能。
2. 内存：用于存储程序和数据的地方，包括主存和辅助存储器，如RAM（随机存取存储器）和ROM（只读存储器）。
3. 输入输出设备：用于与外部环境交互的设备，如键盘、鼠标、打印机、显示器等。
4. 总线：用于不同部件之间进行信息传输的通道，包括地址总线、数据总线和控制总线。
5. 指令周期和时钟频率：指令周期是指处理器执行一条指令所需的时间，时钟频率是指单位时间内时钟信号的频率，两者共同决定了处理器的运行速度。
6. 指令集架构：规定了处理器能够执行的指令和操作，决定了计算机的功能和性能。
7. 中断和异常：用于处理处理器与外部设备之间或程序执行过程中的异常情况，如中断请求、浮点运算溢出等。
8. 数据通路和控制单元：数据通路负责数据的传输和运算，控制单元负责控制数据的流动和整个计算机的工作顺序。
微机原理是理解和设计微型计算机的基础，掌握微机原理可以帮助进行计算机硬件调试、故障诊断和性能优化等工作。
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第三节：存储系统的分类和原理
“水银延迟线存储器”最早最早的计算机的内存， 由研制ENIAC的工程师John W. Mauchly二战期间为军 用雷达开发的一种存储装置
第三节：存储系统的分类和原理
第三节：存储系统的分类和原理
3. 1 ROM
第三节：存储系统的分类和原理
3.1.1 掩模式ROM
第三节：存储系统的分类和原理
125摄氏度
重写50万次 保存50年
第三节：存储系统的分类和原理
1. 历史
在电子管计算机时期(1946～1959)，计算机主要用于科学计算。主存储 器是决定计算机技术面貌的主要因素。当时，主存储器有水银延迟线存储器、 阴极射线示波管静电存储器、磁鼓和磁心存储器等类型，通常按此对计算机 进行分类。
3.1.2 OTP-ROM
VCC 字选线
熔丝 位线
熔丝式 PROM 存储电路
第三节：存储系统的分类和原理
3.1.3 EPROM
S SiO2 浮栅
行线
VCC
位 线 输 出
P+ + + + P+ N衬底
浮栅管
D
位线 S
(a)
(b)
Erasable Programmable Read-Only Memory
可 靠 性
度
第二节：存储系统基本概念和性能指标
1. 存储器容量
第二节：存储系统基本概念和性能指标
2. 存取速度
指访问（读/写）一次存储器所需要的时间。 常用存储器的存取时间(Memory Access Time) 和存储周期表示。
第二节：存储系统基本概念和性能指标
存 储 器 容 量 与 速 度
26
A11
A6
Y地址译码器
X 地址 译码 器
数据输入
DIN
输入
缓冲器
R/W读写输入
CS片选择
存储单元矩阵 n个 NXM
（4096XI）
写入 读出
输入 缓冲器
典型存储器的组成框图
数据输出
DOUT
第二节：存储系统基本概念和性能指标
衡量存储器的技术指标
存 储 器 容 量
存 取 速 度
功
存 储 带 宽
耗 和 集 成
第一节：计算机存储器系统
第一节：计算机存储器系统
第一节：计算机存ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ器系统
第一节：计算机存储器系统
第一节：计算机存储器系统
第一节：计算机存储器系统
全联映像方式
第一节：计算机存储器系统
直接映像方式
第二节：存储系统基本概念和性能指标
第二节：存储系统基本概念和性能指标
第二节：存储系统基本概念和性能指标
这个计算方法是针对仅靠上升沿信号传输数据的SDRAM而言 的，对于上升沿和下降沿都传输数据的DDR来说计算方法有点变 化，应该在最后乘2。
PCI带宽=33MHz×32bit／8 = 133MB/s AGP 1X总线的带宽=66MHz×64bit／8 = 528MB/s
AGP 4X带宽=528MHz×4 = 2.1GB/s。
第二节：存储系统基本概念和性能指标
3. 存取带宽
表示单位时间内传输数据容量的大小，表示吞吐数据的 能力。存储器的带宽计算：
B=F×D/8
B表示带宽，F表示存储器时钟频率，D表示存储器数据总 线位数。
第二节：存储系统基本概念和性能指标
3. 存取带宽
例如：PC-100的SDRAM带宽计算如下： 100MHz×64bit/8=800MB/s
到了晶体管计算机时期(1959～1964)，主存储器均采用磁心存储器，磁 鼓和磁盘开始用作主要的辅助存储器。不仅科学计算用计算机继续发展，而 且中、小型计算机，特别是廉价的小型数据处理用计算机开始大量生产。
1964年，在集成电路计算机发展的同时，计算机也进入了产品系列化的 发展时期。半导体存储器逐步取代了磁心存储器的主存储器地位，磁盘成了 不可缺少的辅助存储器，并且开始普遍采用虚拟存储技术。随着各种半导体 只读存储器和可改写的只读存储器的迅速发展，以及微程序技术的发展和应 用，计算机系统中开始出现固件子系统。
第二节：存储系统基本概念和性能指标
4. 功耗和集成度
第二节：存储系统基本概念和性能指标
4. 功耗和集成度
新型FCRAM和DDR2 SDRAM的功耗比较
第二节：存储系统基本概念和性能指标
4. 功耗和集成度
第二节：存储系统基本概念和性能指标
5. 可靠性
85摄氏度
重写100万次 保存100年
特点：芯片的上方有一个石英玻璃的窗口，通 过紫外线照射，芯片电路中的浮空晶栅上的电荷 会形成光电流泄漏走，使电路恢复起始状态，从 而将写入的信号擦去。
第三节：存储系统的分类和原理
3.1.4 EPROM
第三节：存储系统的分类和原理
3.1.5 E2PROM
电可擦除可编程的ROM（E2PROM）
Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory
应用特性： （1）对硬件电路没有特殊要求，编程简单。 （2）采用＋5V电源擦写的E2PROM，通常不需要设置单独的 擦除操作，可在写入过程中自动擦除。 （3）E2PROM器件大多是并行总线传输的
第三节：存储系统的分类和原理
3.1.6 E2PROM
第三节：存储系统的分类和原理
3.2. 随机存取存储器 RAM
第三节：存储系统的分类和原理
1. 历史
IBM 硬盘50年发展历史
第三节：存储系统的分类和原理
1. 历史
2004年，希捷首次采用垂直磁记录方式，记录密度突破100Gbpsi
第三节：存储系统的分类和原理
2. 基本原理
第三节：存储系统的分类和原理
2. 基本原理
第三节：存储系统的分类和原理
3. 存储器的分类
微机原理与接口技术
秦红磊 金天
北京航空航天大学电子信息工程学院
第五章 存储器（Memory）
第一节：计算机存储器系统 第二节：存储系统基本概念和性能指标 第三节：主要存储器介绍 第四节：存储器与CPU的连接
第一节：计算机存储器系统
第一节：计算机存储器系统
第一节：计算机存储器系统
第一节：计算机存储器系统
第三节：存储系统的分类和原理
1. 历史
“水银延迟线存储器”最早最早的计算机的内存， 由研制ENIAC的工程师John W. Mauchly二战期间为军 用雷达开发的一种存储装置
第三节：存储系统的分类和原理
1. 历史
1956年9月13日，IBM推出全球首款硬盘系统RAMAC 350，使用了50个24英寸盘片，总容量只有5MB