第六章 存储器系统的设计
六章CPU设计
下地址控制编码方式
一般情况下后继微指令旳地址有下列几种给出方式：顺序递增法：将µPC设置成可实现自动加1旳功能，每当完毕目前指令旳执行，就以µPC +1后旳值为地址在控制存储器中取下一条微指令。直接给出法：下一条微指令旳地址直接取自微指令中旳下地址字段。分支转移法：在包括分支转移旳微指令中常设置一种条件选择子区域，用于指出哪些鉴定条件被测试，与此同步转移地址被存储在下地址字段。当转移条件满足时，将下地址字段旳内容读入到µPC中，取下一条微指令，实现微程序转移。若转移条件不满足，微程序则顺序执行。微程序入口地址旳形成：每条机器指令所相应旳微程序旳入口地址（首地址），一般由指令旳操作码所决定。在机器加电后，第一条微指令旳地址一般是由专门旳逻辑电路生成，也能够采用由外部直接输入旳形式取得。
操作控制编码方式
在操作控制字段一般涉及一种或多种操作控制域，每个控制域可控制一种或一组控制信号旳生成，根据控制信号是直接生成于控制域还是译码生成控制信号旳不同可分为下列几种形式。直接控制法：操作控制字段旳每一位都与一种独立控制信号相相应。若目前微指令旳某一位ki=1，则与之相应ci控制信号有效，不然ci控制信号无效。分段编码控制法：在微程序级别，许多微操作是能够并行执行。一般采用将微指令旳操作控制字段提成k个相互独立旳控制域，每一种控制域存储一组微操作，每一种编码相应一种微操作，每一种微操作都能够与其他控制域所存储旳任意一种微操作并行执行，但在组内旳微操作之间是互斥旳，不允许在同一时间段内发生或有效。分段间接编码控制法：在微指令格式里，假如一种字段旳含义不只决定本字段编码，还兼由其他字段决定，则可采用分段间接编码控制法。此时一种字段兼有两层或两层以上旳含义。其他方式：在实际微指令中操作控制编码并不是只单独采用上述三种编码方式中旳一种，而是将上述三种混合使用，以确保能综合考虑指令旳字长、灵活性和执行微程序旳速度等方面旳要求。
计算机组成原理书籍
计算机组成原理书籍计算机组成原理是计算机科学与技术专业的一门重要课程，也是计算机相关专业的基础课程之一。
它主要介绍计算机系统的基本组成和工作原理，包括计算机硬件、软件及其相互关系等内容。
本书籍旨在系统地介绍计算机组成原理的相关知识，帮助读者全面理解计算机系统的工作原理，为进一步学习计算机相关课程打下坚实的基础。
第一章，计算机系统概述。
计算机系统由硬件和软件两部分组成，硬件是计算机的物理实体，包括中央处理器、存储器、输入输出设备等；软件是指控制计算机硬件工作的程序和数据。
计算机系统的基本组成包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等。
了解计算机系统的概念和基本组成对于深入学习计算机组成原理至关重要。
第二章，数字逻辑基础。
数字逻辑是计算机组成原理中的基础知识，它主要研究数字信号的产生、传输、处理和控制等。
数字逻辑包括数字信号的表示、逻辑运算、布尔代数、逻辑门电路等内容。
理解数字逻辑对于理解计算机内部运行机制和设计数字电路至关重要。
第三章，指令系统。
指令系统是计算机硬件和软件之间的接口，它规定了计算机能够执行的指令集合和指令的格式。
指令系统的设计直接影响了计算机的性能和功能。
了解指令系统的结构和功能对于理解计算机工作原理和进行汇编语言编程非常重要。
第四章，中央处理器。
中央处理器是计算机系统的核心部件，它负责执行各种指令和数据处理操作。
中央处理器由运算器和控制器两部分组成，它通过总线与存储器和输入输出设备进行数据交换。
深入理解中央处理器的结构和工作原理对于理解计算机的运行机制至关重要。
第五章，存储器系统。
存储器是计算机系统中用于存储数据和程序的设备，它包括主存储器和辅助存储器两部分。
存储器系统的设计和管理直接影响了计算机的性能和可靠性。
了解存储器系统的结构和工作原理对于优化程序设计和系统性能具有重要意义。
第六章，输入输出系统。
输入输出系统是计算机与外部环境进行信息交换的接口，它包括输入设备、输出设备和接口电路等。
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
第6章半导体存储器
（a）
图6-8
（b）
3．快闪存储器(Flash Memory)
而且浮置栅一源区间的电容要比浮置栅一控制栅间的电容小得多 。 当控制栅和源极间加上电压时,大部分电压都将降在浮置栅与源极 之间的电容上。 快闪存储器的存储单元就是用这样一只单管组成的，如图6-8(b)所 示。
（a）
图6-8
（b）
半导体存储器的技术指标
存取容量：表示存储器存放二进制信息的多少。二值 信息以字的形式出现。一个字包含若干位。一个字的 位数称做字长。
例如，16位构成一个字，那么该字的字长为16位。一个存储 单元只能存放一个一位二值代码，即只能存一个0或者一个1。 这样，要存储字长为16的一个字，就需要16个存储单元。若 存储器能够存储1024个字，就得有1024×16个存储单元。 通常，用存储器的存储单元个数表示存储器的存储容量，即 存储容量表示存储器存放二进制信息的多少。存储容量应表 示为字数乘以位数。 例如，某存储器能存储1024个字 ，每个字4位，那它的存储容 量就为1024×4=4096，即该存储器有4096个存储单元。 存储器写入（存）或者读出（取）时，每次只能写入或读出 一个字。若字长为8位，每次必须选中8个存储单元。 选中哪些存储单元，由地址译码器的输出来决定。即由地址 码来决定。地址码的位数n与字数之间存在2n=字数的关系。 如果某存储器有十个地址输入端，那它就能存210=1024个字。
[例6-1]
[例6-1]
根据表6-2可以写出Y的表达式： Y7=∑（12，13，14，15） Y6=∑（8，9，10，11，14，15） Y5=∑（6，7，10，11，13，15） Y4=∑（4，5，7，9，11，12） Y3=∑（3，5，11，13） Y2=∑（2，6，10，14） Y1=0 Y0=∑（1，3，5，7，9，11，13，15 ） 根据上述表达式可画出ROM存储点阵如图6-9所示。
操作系统第6章
45
第六章
输入输出系统
(3) 驱动程序与I/O设备所采用的I/O控制方式紧密相关，
常用的I/O控制方式是中断驱动和DMA方式。 (4) 由于驱动程序与硬件紧密相关，因而其中的一部分 必须用汇编语言书写。目前有很多驱动程序的基本部分已经 固化在ROM中。
2. 通道类型
1) 字节多路通道(Byte Multiplexor Channel) 这是一种按字节交叉方式工作的通道。它通常都含有许 多非分配型子通道，其数量可从几十到数百个，每一个子通 道连接一台I/O设备，并控制该设备的I/O操作。这些子通道
按时间片轮转方式共享主通道。
28
第六章
输入输出系统
数组选择通道虽有很高的传输速率，但它却每次只允许 一个设备传输数据。数组多路通道是将数组选择通道传输速 率高和字节多路通道能使各子通道(设备)分时并行操作的优 点相结合而形成的一种新通道。
31
第六章
输入输出系统
3. “瓶颈”问题
由于通道价格昂贵，致使机器中所设置的通道数量势必 较少，这往往又使它成了I/O的瓶颈，进而造成整个系统吞 吐量的下降。
令中的抽象要求转换为与设备相关的低层操作序列。
(2) 检查用户I/O请求的合法性，了解I/O设备的工作状态， 传递与I/O设备操作有关的参数，设置设备的工作方式。 (3) 发出I/O命令，如果设备空闲，便立即启动I/O设备， 完成指定的I/O操作；如果设备忙碌，则将请求者的请求块挂 在设备队列上等待。 (4) 及时响应由设备控制器发来的中断请求，并根据其中 断类型，调用相应的中断处理程序进行处理。
44
第六章
输入输出系统
2. 设备驱动程序的特点
设备驱动程序属于低级的系统例程，它与一般的应用程 序及系统程序之间有下述明显差异：
计算机组成原理课程教学内容和教学要求
计算机组成原理课程教学内容和教学要求本教材共分为8章，重点需要学员掌握的是第二章数据表示和运算方法，第三章计算机的运算器部件以及第四章指令系统和第五章计算机的控制器部件。
（注：用红色标注的为每章重点掌握的内容）第一章计算机系统概述本章简要介绍计算机组成的五大功能部件及其相互连接关系，计算机系统组成的层次概念，计算机的发展进程等内容，要求学员从层次的观点初步认识完整计算机的基本组成，能够指出计算机的体系结构、计算机组成和计算机实现之间的联系与区别。
第二章数据表示和运算方法本章主要涉及到了很多设计与实现运算器部件的基础理论知识，例如信息的编码知识、数据表示和运算算法等。
二进制编码，数制转换，定点小数和整数的原、反、补码表示，补码加减运算，原码一位乘除运算是本章的重点内容。
学习过程中，要求学员掌握两种常用检错、纠错码的实现原理；掌握定点小数、整数、浮点数在计算机内的表示，补码加减法的运算规则，原码一位乘除法的实现算法和完成算术运算所用到的原理性逻辑电路；了解文字和多媒体信息的表示的基本概念。
教学要求:了解：数字化编码理解：检错纠错码掌握：数制及转换、数据表示、算术与逻辑运算、十进制数与浮点数间的转换运算第三章计算机的运算器部件运算器部件是学习计算机整机运行原理与系统设计的最为基础的一个环节，因此本章不仅仅是考试考查的重点，同时也是课程学习中的重中之重。
重点掌握定点运算器的功能、组成、设计和实现；了解主要完成浮点数算术运算的浮点运算器的运算规则和组成。
理解MIPS计算机的运算器实例的组成特点。
运算器，3大件，运算、暂存、乘除快，多路选通连起来。
第四章指令系统和汇编语言程序设计本章主要讲解指令系统设计和汇编语言程序设计的简单知识，这是设计与实现控制器部件的出发点和基本依据；学员在学习过程中应该掌握指令的功能、格式和常用的几种寻址方式；了解指令周期对计算机性能和硬件结构的影响；理解3个级别的计算机语言之间的关键区别和各自的应用场合；了解程序中常用到的几种流程结构及其相应的指令或语句。
《微机原理与接口技术》(第三版)
《微机原理与接口技术》(第三版)简介《微机原理与接口技术》是一本介绍微机原理以及接口技术的教材。
本书主要内容包括微机系统、计算机的组成与结构、内部总线结构、存储器系统、微机的中央处理器、系统总线与接口技术等。
本书旨在帮助读者全面了解微机原理和接口技术，为读者提供深入学习和研究微机原理与接口技术的基础知识。
第一章微机系统1.1 微机系统的概念和组成在本章中，我们将介绍微机系统的概念和组成。
微机系统由中央处理器(CPU)、存储器(Memory)和输入输出(I/O)设备组成。
我们将详细介绍每个组件的功能和作用，以及它们之间的关系和通信方式。
1.2 微机系统的发展历程本节将回顾微机系统的发展历程。
我们将从早期的微处理器发展到如今的微机系统，探讨微机系统在不同时期的发展和应用。
1.3 微机系统的分类微机系统可以根据不同的分类标准进行分类。
在本节中，我们将介绍微机系统的几种常见分类方式，并讨论各种分类方式的优缺点。
第二章计算机的组成与结构2.1 计算机的基本组成本章将介绍计算机的基本组成。
计算机由硬件和软件两部分组成，硬件包括中央处理器、存储器和输入输出设备，软件包括操作系统和应用软件。
2.2 计算机的结构计算机的结构是指计算机系统中各个组成部分之间的关系和交互方式。
在本节中，我们将介绍计算机的结构，并详细讨论计算机中各个组成部分之间的关系和通信方式。
第三章内部总线结构3.1 内部总线的概念和作用内部总线是计算机中各个组件之间进行数据传输的通道。
本章将介绍内部总线的概念和作用，并详细探讨内部总线在计算机系统中的重要性和应用。
3.2 内部总线的分类内部总线可以根据不同的分类标准进行分类。
在本节中，我们将介绍内部总线的几种常见分类方式，并讨论各种分类方式的优缺点。
3.3 内部总线的设计本节将介绍内部总线的设计原理和方法。
我们将讨论内部总线的带宽、传输速率、传输方式等设计参数，并详细介绍内部总线的设计流程和方法。
微机接口ppt课件第6章微型计算机中的存储器
程写入。 2021/8/17
42
电可擦除可编程只读存储器EEPROM （Electrically EPROM）：与EPROM类似， 只是使用电信号进行擦除，比EPROM更为 方便。
闪速存储器（Flash Memory）：新型的 半导体存储器，具有非易失性、电擦除 性和高可靠性。
2021/8/17
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计算地址范围的方法是： 译码器的输入信号（A19~A13）为0011111
（高7位地址）， 低13位地址（A12~A0）可以是全0到全1之间。
2021/8/17
20
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图6-4 6264的全地址译码连接
21
只将系统总线的部分高位地址线作为译码器 的输入，从而得到存储器芯片地址范围的译 码连接方式称为部分地址译码连接。
每个存储矩阵由7条行地址线和7条列地址线 选择相应的存储单元。
7条行地址线经过译码器产生128条行选择线， 可选择128行；
7条列地址线经过译码器产生128条列选择线， 可选择128列。
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2．动态RAM 2164的工作过程
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24
1．2164的引脚及内部结构
2164是一个64K×1位的动态RAM芯片 其引脚包含8条地址线A0~A7 数据输入端DIN，数据输出端DOUT 行地址选通RAS，列地址选通CAS 写允许端WE（高电平时为数据读出，低
电平时为数据写入），如图6-6所示。
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由于16K=214，故每个芯片有14位地址线，8 条数据线。
微型计算机原理 第六章 存储器
3、存储器带宽 单位时间里存储器所存取的信息量，位/秒
4、功耗
半导体存储器的功耗包括“维持功耗”和“操作功耗”。 与计算机的电源容量和机箱内的散热有直接的联系 保证速度的情况下，减小功耗
5、可靠性 可靠性一般是指存储器（焊接、插件板的接触、存储器模块的复杂性）抗外界电磁场、温度等因变化干扰的能力。在出厂时经过全
28系列的E2PROM
① +5V供电，维持电流60mA，最大工作电流160mA ② 读出时间250ns ③ 28引脚 DIP封装 ④ 页写入与查询的做法： 当用户启动写入后，应以（3至20）微秒/B的速度，连续向有关地 址写入16个字节的数据，其中，页内字节由A3至A0确定，页地址 由A12至A4确定，整个芯片有512个页，页加载 如果芯片在规定的20微秒的窗口时间内，用户不再进行写入，则芯 片将会自动把页缓冲器内的数据转存到指定的存储单元，这个过程 称为页存储，在页存储期间芯片将不再接收外部数据。CPU可以通 过读出最后一个字节来查询写入是否完成，若读出数据的最高位与 写入前相反，说明写入还没完成，否则，写入已经完成。
3）R/W（Read/Write）读/写控制引线端。
4）WE写开放引线端，低电平有效时，数据总线上的数据被写入 被寻址的单元。 4、三态双向缓冲器 使组成半导体RAM的各个存储芯片很方便地与系统数据总线相
连接。
6.2.2 静态RAM
1、静态基本存储单元电路
基本单元电路多为静态存储器半导体双稳态触发器结构， NMOS\COMS\TTL\ECL等制造工艺而成。 NMOS工艺制作的静态RAM具有集成度高、功耗价格便宜等优点，
6.2.4
RAM存储容量的扩展方法
1、位扩展方式：16Kx1扩充为16Kx8
第六章 存储器系统 微机原理 第2版 课后答案
第六章存储器系统本章主要讨论内存储器系统，在介绍三类典型的半导体存储器芯片的结构原理与工作特性的基础上，着重讲述半导体存储器芯片与微处理器的接口技术。
6.1 重点与难点本章的学习重点是8088的存储器组织；存储芯片的片选方法（全译码、部分译码、线选）；存储器的扩展方法（位扩展、字节容量扩展）。
主要掌握的知识要点如下：6.1.1 半导体存储器的基本知识1.SRAM、DRAM、EPROM和ROM的区别RAM的特点是存储器中信息能读能写，且对存储器中任一存储单元进行读写操作所需时间基本上是一样的，RAM中信息在关机后立即消失。
根据是否采用刷新技术，又可分为静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）两种。
SRAM是利用半导体触发器的两个稳定状态表示“1”和“0”；DRAM是利用MOS管的栅极对其衬间的分布电容来保存信息，以存储电荷的多少，即电容端电压的高低来表示“1”和“0”；ROM的特点是用户在使用时只能读出其中信息，不能修改和写入新的信息；EPROM可由用户自行写入程序和数据，写入后的内容可由紫外线照射擦除，然后再重新写入新的内容，EPROM可多次擦除，多次写入。
一般工作条件下，EPROM 是只读的。
2.导体存储器芯片的主要性能指标（1）存储容量：存储容量是指存储器可以容纳的二进制信息量，以存储单元的总位数表示，通常也用存储器的地址寄存器的编址数与存储字位数的乘积来表示。
（2）存储速度：有关存储器的存储速度主要有两个时间参数：TA：访问时间（Access Time），从启动一次存储器操作，到完成该操作所经历的时间。
TMC：存储周期（Memory Cycle），启动两次独立的存储器操作之间所需的最小时间间隔。
（3）存储器的可靠性：用MTBF—平均故障间隔时间（Mean Time Between Failures）来衡量。
MTBF越长，可靠性越高。
（4）性能/价格比：是一个综合性指标，性能主要包括存储容量、存储速度和可靠性。
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P1
P0
ALE 8031
P2 P3 RD WR
数据
锁 存 器
地址 RAM
(2K×8) WE OE
6264引脚图和工作方式
P2.5
P2
P0 ALE
8031
74LSபைடு நூலகம்73
D7 Q7 …… D0 Q0 G OE
8
5
1
线选
P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0
8
A0~A7
6264
8KB
+5V
A0 ~ A12 CE
编程校验 VIH VIL 12.5V 6V
编程禁止 VIH VIH 12.5V 6V
输出
DOUT 高阻 DIN DOUT 高阻
P2.5
P2
P0 ALE
8031
74LS373
D7 Q7 …… D0 Q0
G OE
8
1
5
P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0
8
A0~A7
A0 ~ A12 CE
2764 IC1
第六章 存储器系统设计
1. 存储器及接口芯片介绍 2. 存储器系统配置 3. 程序存储器扩展设计 4. 数据存储器扩展设计 5. 存储器系统扩展设计
1.存储器及接口芯片介绍
存储器类型: RAM: 6264,62128,62256 ROM: EPROM 2732/2764/27128/27256 EEPROM 2832/2864/28256 I2C接口:24LC32/64/128/256 SPI接口:93L Flash Memory:K9F2808U0C
1.存储器及接口芯片介绍
相关接口芯片: 地址锁存器：74LS373/INTEL8282 三—八译码器：74LS138/74LS139
8D锁存器74LS373
P0.0~P0.7
A0~A7
接ALE
接地
3—8译码器 74LS138
图6-7 74LS138管脚配置 图
图6-7 74LS138逻辑图
6264 IC1 CE2
D0~D7 WE OE
+5V
A0 ~ A12 CE
6264 IC2 CE2
D0~D7 WE OE
WR
RD
0000H~1FFFH
2000H~3FFFH
EA
P2.7 P2.6 P2.5
P2
P0
8031
C Y7 B A… G2A Y1 G2B Y0 G
+5V
D7 Q7
……
D0 Q0 G OE
P2.4 P2.3P2.2P2.1P2.0 A0~A7
+5V
ALE
8 74LS373
A0 ~ A12 CE1
2764
D0~D7
OE
A0 ~ A12 CE1
6264 CE2
D0~D7 WE OE
PSEN
WR
RD
EA
0000H~1FFFH 0000H~1FFFH
A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
地址范围:0000H---1FFFH
P2.7 P2.6 P2.5
+5V
P2
P0
8031
C Y7
B 74LS138
A…
G2A Y1 G2B Y0
G
5
D7 Q7
……
8
D0 Q0
G OE
5.存储器系统扩展设计
U1:0000H---1FFFH U3:0000H—1FFFH
U2:2000H—3FFFH U4:4000H—5FFFH
图6-20 扩展16KBEPROM和16KBRAM的8031系统
G1 G2A G2B 100 100 100 100 100 100 100 100 其它状态
74LS138真值表
CBA 000
Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0 11111110
001
11111101
010
11111011
011
11110111
100
11101111
101
11011111
存储器的扩展原理及时序
P0 MCS-51
ALE P2
PSEN
锁存器 低八位地址 高八位地址
指令 EPROM /EEPROM 地址
OE
图7—1 MCS-51单片机程序存储器的扩展
3.程序存储器的扩展
EPROM 2764——程序存储器
2764 工作方式真值表
引脚 CE
OE
PGM VPP
VCC
输出
D0~D7
OE
A0 ~ A12 CE
2764 IC2
D0~D7
OE
线选
2764 8KB
PSEN
EA
0000H~1FFFH 2000H~3FFFH
A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
地址范围:0000H---7FFFH
4.外部数据存储器的扩展方法及时序
ALE
8 74LS373
74LS138 6264 8KB 全译码
片内13根
5
P2.4 P2.3P2.2P2.1P2.0
8
片外3根
A0~A7
+5V
A0 ~ A12 CE
6264 IC1 CE2
D0~D7 WE OE
+5V
A0 ~ A12 CE
6264 IC2 CE2
D0~D7 WE OE
WR
RD
EA
0000H~1FFFH 2000H~3FFFH
注：VPP为编程脉冲，可以为 +5V,+12.5v,+21V,+25V等
EPROM 27256A——程序存储器
27256A 工作方式真值表
引角 CE OE
VPP
VCC
方式
(20) (22) (1) (28)
读
VIL VIL 5V 5V
维持 VIH 任意 5V 5V
编程 VIL VIH 12.5V 6V
110
10111111
111
01111111
×××
11111111
图6-7 74LS139管脚配置 图
图6-7 74LS139逻辑图
74LS139真值表
输入端
输出端
允许 选择
G B A Y0 Y1 Y2 Y3
1 1 1 1 1
0 000111
0 011011
0 101101
0 111110
2.存储器系统配置---单片机三总线
方式
(20) (22) (27) (1) (28) (9~11，13~17)
读
VIL VIL VIH 5V 5V DOUT
维持 VIH 任意 任意 5V 5V 高阻
编程 VIL VIH VIL 12.5V 5V DIN
编程校验 VIL VIL VIH 12.5V 5V DOUT
编程禁止 VIH 任意 任意 12.5V 5V 高阻