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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。

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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 SR

AM 两种。 （ 2）只读存储器 ROM ： ROM 分为以下几种类型，掩膜

ROM 、 PROM 、 EPROM 、 E2PROM

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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 2

8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 。

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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。

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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。

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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。

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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。

图 3. 6. 1 软磁盘示意图

中心孔 写保护孔

磁头读写槽 索引孔 磁头读写槽 索引孔

中心孔

0 磁道

39/79 磁道 磁道扇区

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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

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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

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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

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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”

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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

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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。

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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。

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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。

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请同学们按教材后的习题及时复习

第 3 章 结束

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