第 3 章存储器接口

第3章存储器接口 • 存储器是组成计算机系统的重要部件，它用来保存计算机工作所必须的程序和数据，并用来存放计算机在运行过程中产生的有用信息。CPU虽然是整个计算机系统的核心部件，但如果没有存储器，它丝毫不能发挥它的运算和控制功能。

3.1 概述 存储器的分类 • 1．内存和外存 • 2．按存储价质分类：根据存储介质的材料及器件的不同，可分为磁存储器（包括磁芯、磁泡、磁鼓、磁盘及磁带）、半导体存储器（即半导体集成电路存储器）、光存储器以及激光光盘存储器。半导体存储器 • 1．从器件原理的角度来看，可分为单极型存储器和双极型存储器两种。 • 2．从工作特点、作用和制造工艺的角度来看，又可以分为如下几种：（1）随机访问存储器RAM：RAM又分为DRAM和SRAM两种。（2）只读存储器ROM：ROM分为以下几种类型，掩膜ROM、PROM、EPROM、E2PROM

3.2 典型存储芯片 1．静态RAM HM6116 • 6116芯片的存储容量为2K×8位，片内有16384个存储单元，排成128×128的矩阵，构成2K个字，字长8位，因此需有11条地址线，分成7条行地址线A4～A10，4条列地址线A0～A3，一个1l位地址码选中一个存储字。字长8位，需要有8条数据线D7～D0。 2．静态RAM 6264 • 6264是8K×8位的静态随机存取存储器，双列直插式芯片，有28个引脚，包括13条地址线、8条数据线、1条电源线VCC和1条接地线GND，片选信号和CE1、写允许信号和输出允许信号及一个空引脚。 3．EPROM 2716 • 2716是8K×8位的可擦除可编程的EPROM存储器，双列直插式芯片，有24个引脚，包括11条地址线、8条数据线、1条电源线VCC和1条接地线GND，片选信号、编程电压VPP、功率下降/编程脉冲PD/PGM。

3.3 存储器与CPU的接口 • 在微处理器系统中，CPU对存贮器进行读写操作时，首先要由地址总线给出存贮单元的地址号，然后要发出相应的读/写控制信号，最后才能通过数据总线读/写数据，交换信息。 • 存贮器与CPU的接口应包括三部分内容：（1）与地址总线的接口（2）与数据总线的接口（3）与相应控制线的接口 • 存贮器芯片的选择有两种方法：线性片选法和译码片选法。 • （l）线性片选法线性片选法是用地址总线中的某一条线直接作为选择某一存贮器芯片的片选信号，即用单根地址线来进行存贮器芯片的选择。 • （2）译码片选法译码片选法是利用译码器对有关地址信号进行译码，然后用译码器的输出去控制存贮器的片选端，也就是用译码器的输出来选择存贮器芯片。

3.4 动态存储器及其接口 • 动态RAM单元线路简单，是以MOS管极间寄生电容来存储信息的。由于漏电原因，电容器上的电荷一般会在几毫秒内泄漏掉。为此，必须定期给它们补充电荷，这就是动态RAM的刷新。 • 动态RAM集成度高，而引脚数目受到小型化封装的限制，往往较少。少量的地址线要分时做行地址和列地址用，所以在存储器外部要有行/列地址转换的多路开关，把先出现在地址总线上的行地址通过多路开关，接至存储器的地址输入端；随后转换开关，再把地址总线上的列地址接至存储器的地址输入端。 • 动态RAM内部结构还有两个特点：一是具有行地址锁存器和列地址锁存器，由于行地址和列地址分时传送，故必须根据时序要求产生行、列地址选通信号，以便把行、列地址锁存到相应的锁存器中，从而寻址一个确定的存储单元。另一个是内部带有读出再生放大器，它能提高信号输出功率，还能在读写操作的同时，刷新本单元的内容及与该单元处同一行的其余各单元的内容。

3.5 存储器的扩充与驱动 • 存储器的扩充 • 扩充存储器一般有三个步骤：片选、板选、体选。 • 总线的驱动 • CPU时序与存储器存取速度之间的配合 • 存储器的扩充，除要考虑正确的连接及总线的驱动外，还必须考虑存储器与CPU在时间上的配合。 • 当存储器的最大存取时间大于CPU的读/写存储器总线周期时，即慢速存储器与快速CPU连接，就应该采取措施使它们协调工作。 1．降低CPU的时钟频率，使CPU时钟周期拉长，以满足存储器的最大存取时间的要求。这种方法简单，但却使整个系统的处理速度和信息吞吐量降低。 2．插入等待状态TW。一般微处理器都设有请求等待输入线。如Z80的线，8088的READY线。8088 CPU的READY线，当在一个总线周期T3下降沿时为低电平，则CPU就在总线周期T3后自动插入等待周期TW。插入等待周期TW的个数取决于“准备就绪”（READY）信号的宽度，这样就延长了系统对存储器的访问时间。

3.6 软盘及软盘控制器 • 软盘：以软塑料为基底，表面涂有一层磁性材料的圆形盘片，盘片被装在一个薄的半弹性套内 • 软盘片的外形与结构： 1．中心孔：位于软盘正中央的大圆孔，用于装卡盘片，通过中心孔带动软盘转动。 2．索引孔：位于中心孔旁边的一个小圆孔，用于检索磁道的起始位置。 3．磁头读写槽：位于中心孔下方的椭圆形长孔，只有此孔使得磁头与盘片接触，磁头通过此孔读/写盘片上的信息。 4．写保护孔：位于盘片右上侧的方形孔。贴住写保护孔，使软盘处于写保护状态。 5．磁道：磁盘表面上的许多同心圆称为磁道，信息就存储在磁道上面。磁道号由外向里，依次为0号磁道、1号磁道，……。 6．扇区：盘面被划分成若干个扇形的区域，每个区域称为一个扇区。

软盘驱动器组成 • 软盘驱动器：由主轴驱动系统、磁头及其定位系统和信息读/写/抹电路组成 • 软盘驱动器工作过程： 1．发出驱动器选择和启动主轴电机信号 2．盘片在驱动器内恒速转动，驱动器向控制器发出索引、零磁道、写保护3个状态信号 3．控制器根据零磁道信号状态，发出导道检测指令，最后再回到零磁道 4．寻道检测无误，转入读操作，开始读盘。根据扇区地址发出读出命令并接收驱动器读出的数据 5．控制器检测到写保护信号无效时，允许写操作

3.7 硬盘存储器 • 硬盘与硬盘驱动器组装在一起，一般所说的硬盘驱动器，都含有硬盘盘体在内 • 硬盘驱动器：一种精密的电子机械装置，既有精密的机械结构，又有一套复杂的控制电路 • 组成：主轴系统、磁头定位系统、读写系统和控制电路

硬盘结构 • 硬盘：与软盘盘片不同，由铝合金制成，盘片上涂磁性材料。盘片、磁头及其驱动机构密封在一个组合件中 • 温彻斯特技术：对硬盘采用质轻浮力小的浮动磁头、磁盘接触起停、盘片表面涂薄层润滑剂等技术 • 硬盘内部结构：一个硬盘通常有3～10张硬盘片，串在一根轴上，每张盘片上、下两面各安装有一个磁头 • 柱面：不同盘片上与中心距离相等的所有磁道称为一个柱面

3.8 光盘存储器 • 光盘存储器：容量大、易保存、携带方便，采用非接触方式读／写信息 • 光盘分类：一般分为三类，即固定型光盘、追记型光盘和可改写型光盘 • 光盘工作原理：将聚焦的激光照射在光盘表面的存储介质上，对被照射的微小区域进行加热，烧出微米级的小孔（又称为凹坑），利用这种凹坑的边缘来代表“1”，平坦部分代表“0”

光盘结构 • 光盘结构：由光盘片、光盘驱动器、光盘适配器组成 • 光道：光盘的光道与软盘、硬盘的磁道不同，光道呈平面螺旋状，只有一条大的螺旋道，共分成约27～30万个扇区，每个扇区为2048个字节，实际容量达500多MB

光盘驱动器 • 光盘驱动器：由主轴驱动机构、定位机构、光头装置及有关控制、驱动电路组成 • 光盘安装在主轴驱动机构的主轴上，由主轴电机直接驱动不断旋转； • 光头安装在直流电机驱动的长行程走位机构上，可以对光盘存储介质上的任意光道进行存取; • 光头上有半导体激光器，它发出的激光经过一系列处理，最后聚焦成1μm左右的微小光点，在盘片存储介质上进行信息读出。

光驱技术 • 光驱的基本技术比光盘本身要复杂的多，不同的光驱有不同的读取方式和纠错能力。光驱一般有三种读取方式：恒定线速度、恒定角速度和局部恒定角速度。 • 1．恒定线速度这种类型光驱的特点是读取光盘内圈时加快转速，可以保证在读取盘片内外圈时有大致相同的传输速度。 • 2．恒定角速度这种方式被大多数光驱采用，其原理是:无论激光头读取光盘片外圈还是内圈时，马达都以相同的速度旋转。光盘内圈的周长无论任何时候也会小于外圈，而光盘上存取数据区域的密度是恒定的，更长的周长意味着更多的数据。也就是说“恒定角速度”技术的CDROM驱动器在读取盘片外圈和内圈时的传输率不一样，这样的光驱只有在读光盘外圈时才基本达到其标称速度。 • 3. 局部恒定角速度局部恒定角速度是现代光驱才具有的，属于最高级的一种读盘方式。它把CAV和CLV合二为一，主要特点是，当激光头读盘片的内圈数据时，旋转速度保持不变，而大幅增加数据传输率；当激光头读取外圈数据时，逐渐增加旋转速度，使性能保持提高。显然只有这样的光驱才能基本实现其标称倍速值。

第3章作业 • 1．半导体存储器分为哪几类？各有什么优缺点？ • 2．一般RAM芯片都有CS端，它有什么用途？在存储系统中，这个信号有效与否可由哪些部件来决定？ • 3．软盘写保护孔处贴上胶条，可以进行的操作是（）。 A．既可以从软盘读出信息又可以向软盘写入信息 B．能从软盘读出信息，但不能向软盘写入信息 C．能向软盘写入信息，但不能从软盘读出信息 D．既不能从软盘读出信息，也不能向软盘写入信息 • 4．说明硬盘驱动器的工作原理。 • 5．简述光驱的三种读取方式。

第3章结束 请同学们按教材后的习题及时复习吉林大学远程教育学院

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