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1、*11城市轨道交通学院第5章 存储器原理与接口2006/01信息学院计算机系统研究所*22原萍城市轨道交通学院主 要 内 容q 存储器分类q 多层存储结构q 主存储器和存储控制q 8086系统的存储器组织q 存储器接口举例2006/01信息学院计算机系统研究所*33原萍城市轨道交通学院1. 按构成存储器的器件和存储介质分用来制作存储器的物质称为介质。三种： 存储器的分类存储器的分类磁表面存储器和磁芯存储器 半导体存储器光盘存储器一、存储器分类2006/01信息学院计算机系统研究所*44原萍城市轨道交通学院2.按存取方式分三种： 随机存储器 RAM (Random Access Memory)只
2、读存储器ROM( Read Only Memory)读写存储器顺序存取存储器（SAM）和直接存取存储器（DAM）串行访问存储器 SAS( Serial Access Storage)如磁带如光盘，磁盘 可读可写、断电丢失正常只读、断电不丢失ROM常驻软件（如BIOS） 内存区； RAM其余的内存区。2006/01信息学院计算机系统研究所*55原萍城市轨道交通学院3.按在计算机中的作用分三种： 主存储器 (内存) :是内部存储器，用于保存正在 使用或经常使用的程序和数据，如系统软件、系 统参数以及正在运行的软件和数据。内存其速度快、容量小、每位价格高，目前主要采用半导体存储器，CPU可以直接访问
3、，一般为RAM。2006/01信息学院计算机系统研究所*66原萍城市轨道交通学院高速缓存-用在两个不同工作速度的部件之间，在交换信息时起缓冲作用，一般称之为Cache。2006/01信息学院计算机系统研究所*77原萍城市轨道交通学院辅助存储器(外存) :海量存储器，外存用来存放当 前暂时不用的程序和数据。CPU不能直接用指令对 外存储器进行读/写操作，如要执行外存储器存放的 程序，必须先将该程序由外存储器调入内存储器。 在微机中常用硬磁盘、软磁盘和磁带作为外存储器。外存只与内存交换信息，而不能被CPU直接访问 。外存由顺序编址的 “块”所组成。外存的容量大（海量存储器），但由于它多数是 机电装
4、置所构成，所以工作速度较慢。而外存其速度慢、容量大、每位价格低。2006/01信息学院计算机系统研究所*88原萍城市轨道交通学院4.从器件原理来分：双极型和MOS型半导体存储器的优点：容量大、成本低、功耗小 、体积小 、存储速度快、使用方便，且扩容和维护灵 活。本章介绍采用半导体存储器及其组成主存的方法双极型RAM特点是存取速度快，但集成度低 ，且功耗大。 MOS型：速度慢、集成度高、功耗低。详细分类，请看图示2006/01信息学院计算机系统研究所*99原萍城市轨道交通学院半导 体存 储器只读存储 器ROM随机存取 存储器 RAMMOS型RAM双极型RAM动态RAM静态RAM（SRAM ）掩膜
5、式ROM 可编程ROM(PROM) 可擦除编程ROM (EPROM )电可擦除编程ROM( E2PROM) 半导体存储器分类表2006/01信息学院计算机系统研究所*1010原萍城市轨道交通学院半导体 存储器只读存储器（ROM）随机存取存储器 （RAM）静态RAM（SRAM）动态RAM（DRAM） 非易失RAM（NVRAM）掩膜式ROM一次性可编程ROM（PROM） 紫外线擦除可编程ROM（EPROM）电擦除可编程ROM（EEPROM）详细展开，注意对比2006/01信息学院计算机系统研究所*1111原萍城市轨道交通学院读写存储器RAM组成单元速度集成度应用SRAM触发器快低小容量系统DRAM
6、极间电容慢高大容量系统NVRAM带微型电池慢低小容量非易失2006/01信息学院计算机系统研究所*1212原萍城市轨道交通学院按存储单元的结构和生产工艺的不同，可构成下 面几种ROM。（1）掩膜式ROM这种ROM在制作集成电路时，用定做的掩膜进 行编程（未金属化的位存“1”；否则存“0”）。它的每个存储元件由单管构成，因此集成度较高 。但它的编程只能由器件制造厂在生产时定型，即一 旦制作完毕，其内容就固定了，用户自己无法操作编 程。由于其使用可靠，大量生产成本很低，所以当产 品已被定型而大批量生产时可选择使用它。只读存储器2006/01信息学院计算机系统研究所*1313原萍城市轨道交通学院nP
7、C机启动过程：n由BIOS（ROM）中的程序进行系统初 始化和自检n由BIOS中的引导程序将操作系统程序 从外存中调入内存（RAM）。n进入操作系统界面，然后由操作者将 应用程序调入内存运行。2006/01信息学院计算机系统研究所*1414原萍城市轨道交通学院（2）PROM允许用户根据需要编写其中的内容，但只允许编程一次。信息一旦写入便永久固定，不能再 改变。（3 ）EPROM擦除信息时要从电路上取下，置于紫外线或X光下照射十几分钟，才能将芯片上的信息全部擦 除，然后在专用的编程器上将新的信息写入（写 入之前应确保芯片是全“1”状态）。2006/01信息学院计算机系统研究所*1515原萍城市轨
8、道交通学院EPROMn顶部开有一个圆形的石英窗口，用 于紫外线透过擦除原有信息n一般使用专门的编程器（烧写器） 进行编程n编程后，应该贴上不透光封条n出厂未编程前，每个基本存储单元 都是信息1n编程就是将某些单元写入信息02006/01信息学院计算机系统研究所*1616原萍城市轨道交通学院（4） E2PROM擦除信息时，不需要将芯片从电路板上拔 下，而是直接用电信号进行擦除，对其编程也 是在线操作，因此改写步骤简单。2006/01信息学院计算机系统研究所*1717原萍城市轨道交通学院（5）闪存闪烁存储器（Flash）是一种新型半导体存 储器，是一种电可擦除、可重写的非易失性 的存储器。属于EE
9、PROM，即是通过电的方式 进行擦除和重写。与E2PROM相比，但掉电后 还可以保持10年左右。Flash具有非易失性、 可靠性、高速度、大容量、擦写灵活的特点 ，是目前被应用得最多的一种存储器，如U盘 、MP3、数字相机、数字摄像机、BIOS等。它具有更高的性价比，且体积小、功耗低，使用方便，这几方面综合起 来的优势是目前其它半导体存储器技术所无法比拟的。Flash Memory2006/01信息学院计算机系统研究所*1818原萍城市轨道交通学院应用需要：存取速度快、存储容量大、价 格/位低。但由于技术的或经济的方面原 因，存储器的这些特性往往是相互矛盾 、相互制约的。用一种存储器很难同时
10、满足这些要求。为了发挥各种不同类型存储器的长 处，避开其弱点，应该把他们合理地组 织起来，这就出现了存储系统层次结构 的概念。 *存储系统的层次结构：2006/01信息学院计算机系统研究所*1919原萍城市轨道交通学院存储体系: 存储器一般指存储信息的硬件器件，存储体系（系统）是指由各具特色、不同类型的存储器构成相互依存、相互支持的多个层次，以及与此相关的软、硬件。单一品种的存储器不能同时满足计算机系统的各项要求，而存储体系可以较好地做到统筹兼顾，充分发挥整体优势。二、多层存储结构二、多层存储结构2006/01信息学院计算机系统研究所*2020原萍城市轨道交通学院n 金字塔结构：2006/01
11、信息学院计算机系统研究所*2121原萍城市轨道交通学院金字塔结构寄 存器Cache内部存储器磁盘存储器磁带存储器光盘存储器微机存储体系的分层结构M0M1M22006/01信息学院计算机系统研究所*2222原萍城市轨道交通学院微机存体系的分层结构寄存器Cahe内部存储器磁盘存储器磁带存储器光盘存储器M0M1M22006/01信息学院计算机系统研究所*2323原萍城市轨道交通学院内存用来存放CPU当前要运行的程序和数据，CPU可直接用指令对内存进行读/写；外存用来存放CPU当前暂时不用的程序和数据，CPU不能直接用指令对外存进行读/写。通过软、硬件的结合，内存和外存统一成了一个整体，由内存和外存形
12、成一个存储层次。从整体来看，它解决了存储器的大容量和低成本之间的矛盾。2006/01信息学院计算机系统研究所*2424原萍城市轨道交通学院在现代微机中同时采用内存-外存和Cache-内存这两种存储层次，构成了“Cache-内存-外存” 三级存储系统。这三级存储系统的形成满足了现代微机对存储系统在速度、容量及价格上的要求。在CPU寄存器和内存中间设置高速缓存（Cache）是解决存取速度的重要方法，它构成了 高速缓存与内存间的一个存储层次。从CPU的角 度看，它解决了速度与成本之间的矛盾。2006/01信息学院计算机系统研究所*2525原萍城市轨道交通学院可将整个存储系统看成三级：高速缓存主存（内
13、存）外存（辅存）也可看成两个二级系统：高速缓存主存（一级）主存外存（一级）请注意：这两个二级存储系统各自的基本功能是不相同的； 前者：提高CPU访问存储器的速度；后者：弥补主存容量的不足。2006/01信息学院计算机系统研究所*2626原萍城市轨道交通学院注意n除采用磁、光 原理的辅存外 ，其它存储器 主要都是采用 半导体存储器n本章介绍采用 半导体存储器 及其组成主存 的方法CPUCACHE主存（内存）辅存（外存）2006/01信息学院计算机系统研究所*2727原萍城市轨道交通学院（1）容量指存储器能存储的二进制数的位数。它一般用能 存储的字数乘以字长表示，即存储容量=存储单元数(字数)字长
14、（位数）单位：bit1 1、存储器性能指标、存储器性能指标三、主存储器和存储控制2006/01信息学院计算机系统研究所*2828原萍城市轨道交通学院注意:从芯片的规格可知其容量4K 1存储单元数字长,即一个存储单元的位数如：存储容量1024 4（位 ），指一个芯片 内有1024个存储单元，每个存储单元放4位二进 制数。2006/01信息学院计算机系统研究所*2929原萍城市轨道交通学院存储芯片的容量=芯片的单元数每个单元的位数。 如：存储容量1024 （字）4（位 ），指一个芯 片内有1024个存储单元，每个存储单元放4位二进 制数。存储容量与地址、数据线个数有关：n 芯片的存储容量2NMN：
15、芯片的地址线根数M：芯片的数据线根数 2006/01信息学院计算机系统研究所*3030原萍城市轨道交通学院位(bit)存储单元地址 00000H 00001H00002H 00003HFFFFFH存储体存储器微机中的存储器是以字节(8 位)字节为单位，也就是说总认为一个字节是“基本”的字长地址引角数有关-2N输入/输出数据线引角数有关相等。2006/01信息学院计算机系统研究所*3131原萍城市轨道交通学院存储单元N存储体N-1微机中的存储器几乎都是以字节(8 位)进行编址的， 也就是说总认为一个字节是“基本”的字长所以常常只用可能存储的字节数即存储单元数来表示存储容量2006/01信息学院计
16、算机系统研究所*3232原萍城市轨道交通学院计算:有N根地址线，存储器容量为 2NB如：8086CPU有20根地址线，可寻址的存储单 元1MB，内存容量就为1MB寻址的存储单元8位，一个字节2006/01信息学院计算机系统研究所*3333原萍城市轨道交通学院（2）存取时间指存数的写操作和取数的读操作占用的时间，一 般在芯片外壳的标注上以ns为单位给出存取时间参 数。（3）功耗指每个单元所耗的功率单位为微瓦 /单元。也有 给出每块芯片总功率的，单位为毫瓦/芯片。2006/01信息学院计算机系统研究所*3434原萍城市轨道交通学院存取时间和功耗两项指标的乘积为速度、功率乘积，是一项重要的综合指标。（4）电源指芯片工作时所需的电源种类。有的芯片只要单 一的+5v，有的需要多种电源才能工作。2006/01信息学院计算机系统研究所*
