《微型计算机原理与接口技术》 第5版第5章 存储器,§ 5.1 存储器分类 § 5.2 随机存取存储器RAM § 5.3 只读存储器ROM § 5.4 存储器与CPU的连接 § 5.5 高速缓冲存储器**供选用,本章主要内容：,第5章 存储器 §5.1 存储器分类,按地位 和 作用分,存储器的分类,其它分类方法：按存储介质分类半导体存储器、磁表面存储器、光表面存储器等按存储信息的可保存性分类易失性存储器（Volatile Memory）非易失性存储器 (Non Volatile Memory)按在计算机中的作用分类主存储器、辅助存储器、高速缓冲存储器,§5.1 存储器分类,5.1.1 内部存储器 5.1.2 外部存储器 5.1.3 存储器的性能指标,5.1.1 内部存储器,位于主机内部，简称内存或主存，存放系统软件和正执行的程序和使用的数据，CPU可直接访问内存 为与CPU速度匹配，内存采用速度较快的半导体存储器 按照数据保存方法和读写过程，半导体存储器可分成RAM和ROM两大类1. RAM 随机存取存储器 Random Access Memory,可随机写入和读出，访问速度快，但断电后内容会全部丢失，即具有易失性。
1）SRAM（Static RAM，静态RAM） 用两个双极型晶体管或基于6个MOS场效应管的双稳态电路构成基本存储单元，电路结构复杂，集成度较低，功耗也大，但存取速度很快，访问时间可小于10ns 不适合做容量很大的内存，主要用作高速缓存（Cache），并用于网络服务器、路由器和交换机等高速网络设施上2）DRAM（Dynamic RAM，动态RAM）,用MOS开关管控制电容的充放电来存储信息，电路简单，但存取速度慢，电容上存储的信息会丢失，需要刷新 容量大，价格便宜，PC机上的内存都采用DRAM，而且做成内存条，便于扩充内存容量 此外，还被用在其它需要大量存储的场合，如激光打印机、高清晰数字电视等3）PSRAM（Pseudo SRAM，伪SRAM）,手持式电子设备的电路板面积很小，并用电池供电，希望存储器芯片兼有SRAM和DRAM的特点，电路简洁又省电 采用简化接口电路的DRAM，改用自刷新（Self-refresh）方案，电路与SRAM兼容，形成了一种伪SRAM，也称PSDRAM例如Micron公司的MT45W8MW16BGX芯片 随着、掌上电脑、数码相机、数字DV等的广泛使用，PSRAM正在成为一个新兴产业。
2. ROM 只读存储器 Read-Only Memory,存放在ROM中的内容不会因断电而丢失，它属于非易失性存储器（Nonvolatile Memory） 计算机只能对ROM读出不能进行写入，改写要用专门的编程器（Programmer） ROM被广泛用于微机化仪器设计，存放断电后不应丢失的监控程序和仪器配置参数1）掩膜ROM Masked ROM,为降低成本，在制造时就采用在半导体芯片上掩膜的技术，把程序和数据直接制作进去，形成掩膜ROM产品，适合大批量生产 缺点是制作过程应十分可靠，若发现错误必须重新制作，会造成很大浪费2）PROM，可编程ROM Programmable ROM,由一个存放二进制数的阵列构成，节点为含熔断丝的三极管或开关二极管，用熔断丝或开关的通断表示0和1使用时根据存储内容将熔断丝烧断或把二极管击穿，制成ROM 不能二次编程，成本高也称为一次性编程ROM（One Time Programmable ROM，OTPROM），用于大批量生产3）EPROM，可擦除可编程ROM Erasable Programmable ROM,它广泛用于微机化仪器设计，可用编程器写入调试好的程序和数据，并能长期保存。
采用紫外光照射便能擦除芯片的内容，然后重新编程，一个芯片能反复编程很多次4）EEPROM，电可擦除可编程ROM Electricity Erasable PROM,也写成E2PROM可直接用TTL电平信号控制其写入和擦除，不需编程器和擦除器，数据能长期保存 用来存放仪器或接口卡的硬件设置数据或构成防止软件非法拷贝的“硬件锁”5）Flash Memory 闪速存储器,闪存的特点： 具有非易失性，能不加电而长期保存信息，抗干扰能力强； 能进行快速电擦除，类似于EEPROM；编程速度可达10ns/byte，比EPROM和EEP ROM快； 价格已低于DRAM，容量则接近于DRAM两类闪存:,NOR闪存，独立地址/数据线，可访问到每1位，价格较高，容量较小，适用于等需频繁随机读写的产品 NAND闪存，共用地址/数据线，8根I/O线，传送8/16位数据，接口技术复杂密度和速度更高，成本更低以页为基本存储单元，像硬盘2种页容量：(512+16)字节 （2Gb），64字节校验Intel： 27F256(32K8) 28F032(4M8)Atmel: AT29C020(256K8) AT29C1024(64K16)三星：K9K1G08U0M(1Gb) K9K4G08U0M(4Gb),闪存用途:,取代EPROM和EEPROM，固化BIOS，并用在打印机、条码阅读器、各种仪器和外设中。
制作USB闪存盘(U盘)，也称固态硬盘(Solid State Disk，SSD)，不用盘片和读写头，容量高达几百GB，是大量应用的新型外存 各类小型存储介质，如CF卡(紧凑式闪存) SM卡(固态软盘卡)SD卡(安全数码卡) MMC卡(多媒体卡) MS卡(记忆棒) XD卡(尖端数字图像卡) 等性能好、功耗低、体积小、重量轻SD卡,256GB固态盘,CF卡,MMC卡,XD卡,记忆棒,U盘,6）新的非易失性存储器技术,正在涌现的非易失性存储器技术，包括： 铁电介质存储器（FeRAM） 磁介质存储器（MRAM） 奥弗辛斯基效应一致性存储器（OUM） 聚合物存储器（PFRAM） 导电桥RAM（CBRAM） 纳米RAM（NRAM）等 它们在速度、功耗、尺寸、读写次数等方面各有亮点，性能比现有SRAM、DRAM及闪存更优越但大多面临着批量生产要解决的成本、稳定性等问题§5.1 存储器分类,5.1.1 内部存储器 5.1.2 外部存储器 5.1.3 存储器的性能指标,5.1.2 外部存储器,简称外存或辅存，是计算机的数据仓库，用来存放暂不执行的程序或不用的数据 外存不能直接与CPU交换信息，要通过专门的接口电路把信息读进内存。
外存容量无限，可存放海量数据 数据不易丢失，能保存几十年甚至100年 访问速度比内存慢1．磁记录存储器,磁芯是早期计算机的内存 磁鼓、磁带是早期计算机的主要外存磁鼓已被淘汰，磁带仍被使用早期计算机使用的磁鼓存储器,早期的内存-磁芯存储器,磁鼓,尚在使用的磁带机,1）磁带（Magnetic Tape）,要和磁带机（Tape Drive）一起使用，采用源于模拟音频记录的数据流技术，可读可写，存储容量大，数据能长期保存 它属于顺序存取存储器（Sequency Access Memory，SAM），信息只能按存放的先后顺序（串行）存取，不便于频繁读写，主要用于数据备份（Data Backup），常设计成磁带库 采用高纠错能力编码技术和写后即读通道技术，以显著提高数据备份的可靠性今天磁带仍是一种经济、可靠的备份设备，应用在许多需要存储大容量数据的场合2）软盘（Floppy Disk）,在塑料盘片上涂上电磁材料，分成磁道和扇区，放入驱动器，由磁头在旋转的盘片上读写数据 软盘可取出来单独保存，属于可移动的磁盘 软盘在PC机发展中起过重要作用，8吋和5.25吋的软盘已难觅踪影，而仍在用3.5吋软盘作外存的PC机用户也已寥寥无几。
8吋软盘 1971年5 .25吋软盘 1976年 160、360KB 1.2MB等3.5吋软盘 1984年 360、720KB 1.44、2.88MB,3）硬盘（Hard Disk）,盘片固定在驱动器中，也称固定盘（Fixed Disk）由磁盘驱动器控制，用几个磁头同步访问若干同心磁盘 按存储区域（如磁道和扇区）存取信息，属直接存取存储器（Direct Acsses Memory，DAM），在小区域内是顺序存储 最早的PC/AT机配10MB硬盘，而现代PC机大多拥有一个500~1000GB硬盘，盘片直径只有3.5吋、2.5吋乃至1.8吋硬盘驱动器,4）磁盘阵列（Redundant Arrays of Inexpensive Disks，RAID）,将多个价格便宜、容量较小、速度较慢但稳定性较高的磁盘，按一定方式组合构成一个大型磁盘组，形成海量存储器 现代PC机的BIOS中，附有RAID设置程序，用户可用几个硬盘来组构磁盘阵列由16个磁盘构成的 160TB磁盘阵列,由12个磁盘构成的 36TB磁盘阵列,2. 磁盘接口标准,1）IDE（电子集成驱动器）接口 Integrated Drive Electronics 早期广泛使用的硬盘接口，盘体与控制器集成一起减少接口电缆长度，提高传输可靠性。
IDE接口问世于80年代, 被称为ATA硬盘接口(Advan- ced Technology Attachment, 高级技术附件), 用80针排线连接PC机和硬盘, 16位双向总线, 也称并行ATA (Parallel ATA)接口能同时传送几个数据包, 达较高传输速率, 如Ultra-ATA/133传输速率133MB/s2）SATA接口，串行ATA接口,SATA1.0规范2001年提出，用4针串行点对点传送数据，一次传1位，但总线8位，每时钟周期能传送1字节，并用数据包传送，速率达150MB/s 接口结构简单，能减小功耗，支持热插拔，还能对传输指令进行检查，并自动纠错，传输可靠性高 SATA II和SATA III是最新硬盘接口，目前广泛应用SATA II外部传输率300MB/s，SATA III目标600MB/s不过，硬盘本身速度远跟不上接口标准所指定的外部传输速率目标3）SCSI接口，小型计算机系统接口 Small Computer System Interface,1979年就提出的一种并行接口，要配专门的SCSI控制卡，最多可连15个硬盘，也可驱动其它SCSI接口外设。
在同期产品中，SCSI硬盘的转速、缓存容量、数据传输速率都比IDE硬盘高 主流的Ultra 320 SCSI的速度为320MB/s，主要用在服务器和工作站上4）SAS接口，串行连接SCSI接口 Serial Attached SCSI,新一代SCSI技术，它和SATA接口那样采用串行技术来获得更高的传输速度，并通过缩短连线来改善内部空间等采用SAS接口的硬盘驱动器,SAS接口与SATA接口的比较,5）其它硬盘接口,PCMCIA总线，1989年个人机存储卡国际联合会提出的接口标准，定义了三类电子卡及16/32位的总线 32位的PCMCIA总线也称为CardBus总线，是用于笔记本电脑的高性能PC卡总线CardBus用于固态盘能提供132Mb/s@33MHz传输速率，用于快速以太网的PC卡，最大吞吐量近90Mb/sPC卡可独立于主CPU与内存直接交换数据，3.3V供电，低功耗，被广泛应用于手提电脑的存储卡、硬盘接口、LAN适配器等笔记本PCMCIA接口,笔记本CardBus接口的无线网卡,5）其它硬盘接口,FC-AL（光纤通道仲裁环路），基于光纤传输技术的快速串行总线标准，整合交换机与集线器，与多台存储设备构成集群，支持铜质或光纤并含126个磁盘的环路，传送距离达10公里。
支持热插拔，允许不中断传输一次从环路中拔出多个装置，有高度的容错能力 移动硬盘技术使USB2.0、USB3.0和RJ-45网线接口也在成为硬盘接口标准如新的1.8吋超薄移动硬盘，容量3TB，仅8.8mm厚，USB3.0高速接口，内嵌SATA II垂直记录技术，有8MB缓存，传输速率500MB/s 1394接口，见第12章。