④控制電路:接收CPU傳來(lái)的控制命令,經(jīng)過(guò)控制電路一系列的處理,產(chǎn)生一組時(shí)序信號(hào)控制存儲(chǔ)器的操作。
在存儲(chǔ)器的組成中,存儲(chǔ)體是核心,其余部分是存儲(chǔ)體的外圍線路。不同的存儲(chǔ)器都是由這幾部分組成,只是在選用不同的存儲(chǔ)介質(zhì)和不同的存取方式時(shí),各部分的結(jié)構(gòu)與工作方式略有變化。
(2)存儲(chǔ)體陣列
計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的是“0”和“1”的信息,每一個(gè)能存儲(chǔ)一位二進(jìn)制并能保持兩種狀態(tài)的元件稱(chēng)為記憶元件。若干記憶元件組成存儲(chǔ)單元,一個(gè)存儲(chǔ)單元能夠存儲(chǔ)一個(gè)或幾個(gè)字節(jié)的二進(jìn)制信息。每個(gè)存儲(chǔ)單元都有一個(gè)地址編號(hào),用以唯一標(biāo)識(shí)存儲(chǔ)單元的位置。信息按地址存入指定的存儲(chǔ)單元中,按地址從指定的存儲(chǔ)單元中取出。存儲(chǔ)單元的集合稱(chēng)為存儲(chǔ)體。由于存儲(chǔ)體中存儲(chǔ)單元的每個(gè)二進(jìn)制位必須并行工作,因此將存儲(chǔ)單元按其地址的順序組成存儲(chǔ)陣列。
(3)存儲(chǔ)器的地址譯碼系統(tǒng)
CPU要訪問(wèn)存儲(chǔ)單元的地址由地址總線輸入到地址寄存器中。地址譯碼器將地址轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)地址線(字線)上的控制信號(hào),以表示選中某一單元,并驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的讀寫(xiě)電路,完成對(duì)存儲(chǔ)單元的讀寫(xiě)操作。
地址譯碼為兩種方式:一種是單譯碼方式,僅有一個(gè)譯碼器。譯碼器輸出的每條譯碼線對(duì)應(yīng)一個(gè)存儲(chǔ)單元。如地址位數(shù)N=10,即譯碼器可以有2 10 =1024種狀態(tài),對(duì)應(yīng)有1024條譯碼線(字線)即1024個(gè)存儲(chǔ)單元。另外一種是雙譯碼方式,將譯碼器分成X向和Y向兩個(gè)譯碼器,通過(guò)雙譯碼器的相互作用確定存儲(chǔ)單元的地址。
設(shè)地址長(zhǎng)度n仍為10,將其中的前5位輸入到X地址譯碼器中,譯出X 0 到X 31 譯碼線,分別選擇0~31行。將后5位輸入到Y(jié)地址譯碼器中譯出Y 0 到Y(jié) 31 譯碼線,分別選擇0~31列。X向譯碼器和Y向譯碼器引出的地址線都是2 5 =32條。若采用X向和Y向交*選擇,可以選擇從存儲(chǔ)單元(0,0)至(31,31)共2 5 ×2 5 =1024個(gè)存儲(chǔ)單元地址。即同樣可以提供1024種狀態(tài),而地址線只需要64條,比單譯碼器節(jié)省93.75%的地址線。
(4)存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)操作
在CPU向存儲(chǔ)體發(fā)生讀操作命令時(shí),首先由CPU將相應(yīng)存儲(chǔ)單元的地址碼送至地址寄存器中;地址譯碼器將地址寄存器中的地址編碼譯成相應(yīng)地址線(字線)的高電位,標(biāo)志指定的存儲(chǔ)單元;然后在CPU的統(tǒng)一控制下,由控制電路將讀命令轉(zhuǎn)換成讀寫(xiě)電路的操作,執(zhí)行將指定存儲(chǔ)單元的內(nèi)容傳送到數(shù)據(jù)寄存器的操作,完成了整個(gè)存儲(chǔ)器讀的操作。存儲(chǔ)器寫(xiě)的操作與讀的操作相類(lèi)似。不同類(lèi)型的存儲(chǔ)器根據(jù)其特點(diǎn)有不同的讀寫(xiě)操作控制電路、控制機(jī)構(gòu)、讀寫(xiě)電路及地址譯碼器,但它們的基本操作原理大同小異。
2.RAM的結(jié)構(gòu)、組織及其應(yīng)用
半導(dǎo)體存儲(chǔ)器有體積小、存取速度快、生產(chǎn)制造易于自動(dòng)化等特點(diǎn),其性能價(jià)格比遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于磁芯存儲(chǔ)器,因而得到廣泛的應(yīng)用。
半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的種類(lèi)很多,就其制造工藝可以分成雙極型半導(dǎo)體存儲(chǔ)器和金屬-氧化物-半導(dǎo)體存儲(chǔ)器(簡(jiǎn)稱(chēng)MOS型存儲(chǔ)器)。MOS型存儲(chǔ)器按其工作狀態(tài)又可以分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種。動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器必須增設(shè)恢復(fù)信息的電路,外部線路復(fù)雜。但其內(nèi)部線路簡(jiǎn)單,集成度高,價(jià)格較靜態(tài)存儲(chǔ)器便宜。因此經(jīng)常用做大容量的RAM。
靜態(tài)存儲(chǔ)器和動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的主要差別在于:靜態(tài)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的信息不會(huì)自動(dòng)消失,而動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的信息需要在再生電路的幫助下才能保持。但無(wú)論雙極型或MOS型存儲(chǔ)器,其保持的信息將隨電源的撤消而消失。
(1)RAM的組織
半導(dǎo)體RAM芯片是在半導(dǎo)體技術(shù)和集成電路工藝支持下的產(chǎn)物。一般計(jì)算機(jī)中使用的RAM芯片均有自己的存儲(chǔ)體陣列、譯碼電路、讀寫(xiě)控制電路和I/O電路。①RAM的并聯(lián)
為擴(kuò)展存儲(chǔ)器的字長(zhǎng),可以采用并聯(lián)存儲(chǔ)器芯片的方式實(shí)現(xiàn)。②RAM的串聯(lián)
為擴(kuò)展存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元數(shù)量,可以采用多個(gè)芯片地址串聯(lián)的方式解決。③地址復(fù)用的RAM組織
隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展,使得一塊存儲(chǔ)器芯片能夠容納更多的內(nèi)容。其所需地址線隨之增加,為了保持芯片的外部封裝不變,一般采用地址復(fù)用的技術(shù),即采用地址分批送入的結(jié)構(gòu)保證不增加芯片的地址引腳。
(2)RAM的實(shí)際應(yīng)用
由于一個(gè)存儲(chǔ)器的芯片一般不能滿足使用的要求,所以通常將若干個(gè)存儲(chǔ)器芯片按串聯(lián)和并聯(lián)的兩種方式相結(jié)合連接,組成一定容量和字長(zhǎng)的存儲(chǔ)器。
如果設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)器容量有x字,字長(zhǎng)為y,而采用的芯片為N×M位。要組成滿足字長(zhǎng)要求的存儲(chǔ)器所需芯片數(shù)為:y/M。根據(jù)容量要求,組成要求容量的RAM所需芯片數(shù)為:(x/N)×(y/M)。
3.ROM的工作原理及其應(yīng)用
使用時(shí)只讀出不寫(xiě)入的存儲(chǔ)器稱(chēng)為只讀存儲(chǔ)器(ROM)。ROM中的信息一旦寫(xiě)入就不能進(jìn)行修改,其信息斷電之后也仍然保留。一般用于存放微程序、固定子程序、字母符號(hào)陣列等信息。
ROM和RAM相比,使用時(shí)不需寫(xiě)入、再生和刷新等操作,所以其電路比較簡(jiǎn)單,但同樣有地址譯碼器、數(shù)據(jù)讀出電路等。制作ROM的半導(dǎo)體材料有二極管、MOS電路和雙極型晶體管等。因制造工藝和功能不同,一般分為普通ROM、可編程ROM(PROM)、可擦寫(xiě)可編程ROM(EPROM)和電可擦寫(xiě)可編程ROM(EEPROM)等。
(1)ROM的工作原理
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