[微机原理与系统设计-从入门到入土] 存储器Memory

[微机原理与系统设计-从入门到入土] 存储器Memory

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注:本文仅对所述内容做了框架性引导,具体细节可查询其余相关资料or源码

参考文章:各方资料

文章目录

  • [微机原理与系统设计-从入门到入土] 存储器Memory
  • 芯片回顾
  • 基础概念
  • 常用存储芯片
  • 存储器扩展技术
        • 1.位扩展(字长扩展)
        • 2.字节扩展(字数扩展)
  • 片选译码方式
      • 1. 全地址译码
      • 2. 部分地址译码
      • 3. 常用译码电路
  • 8086系统存储器
  • 存储器自检

芯片回顾

  • 最小系统中M / I O ‾ o r I O / M ‾ M/\overline{IO}~or~IO/\overline{M}M/IOorIO/MW R ‾ \overline{WR}WRR D ‾ \overline{RD}RD要参与芯片的C S ‾ \overline{CS}CS

  • 最大系统中M E M W ‾ \overline{MEMW}MEMWM E M R ‾ \overline{MEMR}MEMR要参与芯片的C S ‾ \overline{CS}CS

基础概念

存储容量:
存储容量 = 字数N × 字长M \text{存储容量} = \text{字数N} \times \text{字长M}存储容量=字数N×字长M

  • 字数N决定存储单元的数量
  • 字长M决定每个存储单元的位数

单位换算:
1 K B = 100 0000 0000 B = 400 H 32 K B = 1000 0000 0000 0000 B = 8000 H 1KB=100~0000~0000B=400H \\ 32KB=1000~0000~0000~0000B=8000H1KB=10000000000B=400H32KB=1000000000000000B=8000H
功能划分:

  • 低位地址线:用于片内寻址(确定芯片内部具体存储单元)
  • 高位地址线:用于片选寻址(选择需要访问的存储芯片)

常用存储芯片

地址线的根数可由容量推得

数据线的根数可由容量推得

芯片型号容量地址线数据线芯片类型片选读写
62648K×8bA 0 ∼ A 12 A_0 \sim A_{12}A0A12D 0 ∼ D 7 D_0 \sim D_7D0D7SRAMC S ‾ \overline{CS}CSO E ‾ , W E ‾ \overline{OE},\overline{WE}OE,WE
21141K×4bA 0 ∼ A 9 A_0 \sim A_9A0A9D 0 ∼ D 3 D_0 \sim D_3D0D3SRAMC S ‾ \overline{CS}CSW E ‾ \overline{WE}WE
27648K×8bA 0 ∼ A 12 A_0 \sim A_{12}A0A12D 0 ∼ D 7 D_0 \sim D_7D0D7EPROMC E ‾ \overline{CE}CEO E ‾ \overline{OE}OE

W R ‾ \overline{WR}WR->W E ‾ \overline{WE}WE

R D ‾ \overline{RD}RD->O E ‾ \overline{OE}OE

存储器扩展技术

1.位扩展(字长扩展)

核心目标:改变存储字长(如4b→8b),不改变存储字数

连接规则:

  • 地址线:所有芯片的地址线(A 0 A_0A0~A n A_nAn)同名相连
  • 数据线:各芯片的数据线分段连接
  • 控制线:所有芯片的读写信号(W E ‾ \overline{WE}WE/O E ‾ \overline{OE}OE)、片选信号(C S ‾ \overline{CS}CS)同名相连
2.字节扩展(字数扩展)

核心目标:改变存储字数(如8K→32K),不改变存储字长

连接规则:

  • 地址线:低位地址线(A 0 A_0A0~A n A_nAn)同名相连(片内寻址);高位地址线用于片选译码(选择不同芯片)
  • 数据线:所有芯片的数据线(D 0 D_0D0~D m D_mDm)同名相连(字长一致)
  • 控制线:读写信号(W E ‾ \overline{WE}WE/O E ‾ \overline{OE}OE)同名相连;片选信号由高位地址线译码产生,分别控制不同芯片

片选译码方式

将高位地址线转换为片选信号,实现多芯片的选择控制,分为全地址译码和部分地址译码

1. 全地址译码

  • 定义:所有高位地址线全部参与片选译码
  • 特点:每个存储单元对应唯一的物理地址(无地址重叠),地址空间利用率高
  • 适用场景:对地址空间利用率要求高的系统

2. 部分地址译码

  • 定义:仅部分高位地址线参与片选译码,剩余高位地址线不参与
  • 特点:每个存储单元对应多个物理地址(地址重叠),地址空间利用率低,但译码电路简单
  • 适用场景:对地址空间要求不高、追求电路简化的系统

3. 常用译码电路

  • 74138译码器:输入信号为A AAB BBC CC,使能信号G ‾ \overline{G}G(需满足使能条件才能正常译码)
  • 离散门电路:由或门、非门、与非门等组合实现译码逻辑,适用于简单的片选需求

8086系统存储器

8086数据总线为16位 -> 将存储空间分为两个独立的8位存储体

  • 偶片:由偶地址(最低位A 0 = 0 A_0=0A0=0)的存储单元组成,对应数据总线低8位(D 0 D_0D0~D 7 D_7D7
  • 奇片:由奇地址(最低位A 0 = 1 A_0=1A0=1)的存储单元组成,对应数据总线高8位(D 8 D_8D8~D 15 D_{15}D15

片选控制信号:

  • A 0 A_0A0:控制偶片选通,A 0 = 0 A_0=0A0=0时选中偶片
  • B H E ‾ \overline{BHE}BHE:控制奇片选通,B H E ‾ = 0 \overline{BHE}=0BHE=0时选中奇片

读写控制逻辑:

  • 16位数据读写时,A 0 = 0 A_0=0A0=0B H E ‾ = 0 \overline{BHE}=0BHE=0,奇偶片同时选通

  • 8位偶地址读写时仅A 0 = 0 A_0=0A0=0

  • 8位奇地址读写时仅B H E ‾ = 0 \overline{BHE}=0BHE=0

存储器自检

向存储单元写入特定数据,再读出校验(循环遍历所有存储单元)

  1. 写入55 H \mathbf{55H}55H(01010101B),与55 H 55H55H比较(CMP),判断是否一致
  2. 写入0 A A H \mathbf{0AAH}0AAH(10101010B),与0 A A H 0AAH0AAH比较(CMP),判断是否一致
  3. 若两次比较均一致,说明存储单元正常,否则存在故障

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