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1、【本章重点】本章重点介绍半导体存储器系统基本知识及分类，讲述微型计算机存储器系统的构成及微机系统与外部存储器的连接方法。 【本章难点】本章难点是存储器系统的构成和微机系统和外部存储器的连接方法。,第6章 半导体存储器,存储器是计算机中存储信息的部件，正是因为有了存储器，计算机才有了对信息的记忆功能，才能把计算机要执行的程序、所要处理的数据和计算结果存储在计算机中，使计算机能够自动工作。 按照用途和特点计算机的存储器可以分为两大类：一类叫内部存储器，简称为内存或主存，另一类叫外部存储器，简称为外存。内存是计算机主机的一个组成部分，它用来存储当前正在使用的或者经常要使用的程序和数据，且可以与CPU
2、直接进行信息交换。内存的特点是工作速度高、容量小。 外存也是用来存储各种信息的，但是CPU要使用这些信息时，必须通过专门的设备将信息先传送到内存中。因此，外存存放相对来说不经常使用的程序和数据，另外，外存总是和某个外部设备相关的。外存的特点是大容量，但外存速度比较慢。微型计算机中常见的外存有软盘、硬盘、光盘等，都有较高的存储量，比如CD-ROM光盘可达650MB，硬盘已经达到了几十GB，而且容量还在增加。不过外存要配备专门的设备才能完成对外存的读写功能。比如，软盘有软盘驱动器，光盘配有光盘驱动器等等。,6.1 存储器系统基本知识,6.1.1存储器的分类,半导体存储器分为只读存储器（Read O
3、nly Memory 简称ROM）和随机存储器（Random Access Memory 简称RAM） 1、只读存储器（ROM） ROM共分为以下5种： (1) 掩模工艺ROM （2）可一次性编程ROM （3）紫外线擦除可改写ROM（EPROM） （4）电擦除可改写ROM（EEPROM或E2PROM） （5）快速擦写ROM（flash ROM）,2随机存储器RAM RAM就是随机存取存储器，但它的特点是即可读又可写。随机存储器RAM按其制造工艺又可以分为双极型RAM和金属氧化物RAM。 (1)双极型RAM (2)金属氧化物（MOS）RAM 静态RAM（SRAM） 动态RAM（DRAM） a、F
4、PM RAM b、EDO RAM c、BEDO RAM d、SDRAM,e、VCM SDRAM f、RDRAM g、DDR SDRAM 集成RAM（i RAM） 非易失性RAM（NVRAM）,6.1.2存储器的主要性能指标 1 容量 存储器芯片容量=单元数数据线位数 2、速度 3、可靠性 4、功耗 5、价格,例如：6264芯片的容量是8k8位，表示它有8k个单元，每个单元存储数据为8位。 Intel2114芯片的容量是1k4位，表示它有1k个单元，每个单元存储数据为4位。 2、速度 存储器的速度是用存储器访问时间来衡量的。访问时间就是从CPU给出有效的存储器地址到存储器输出有效数据所需的时间。
5、 存储时间越小，速度越快。超高速的存储器已经小于20ns。随着半导体工艺的不断提高和改进，存储器容量越来越大，速度越来越高，体积越来越小。 3、可靠性 微型计算机要正确的运行，则必然要求存储器系统具有很高的可靠性。内存的任何错误都足以使计算机无法工作。而存储器的可靠性是直接与构成它的芯片有关的。目前所用的半导体存储器芯片的平均故障时间大概在5106108小时左右。,4、功耗 功耗低的存储器芯片构成内存的总功耗也会低。这样不仅可以减少对电源容量的要求，而且还可以提高存储系统的可靠性。 5、价格 存储器的价格主要由两方面的因素决定，一是存储器本身的价格，二是存储器模块中接口电路的价格，后一类价格也
6、叫固定开销，因为对不同容量的模块，这种价格几乎是一样的。由此可见，应该使模块的数目尽可能少，而每个模块的容量尽可能大，也就是存储模块的设计越简单，说有利于降低整个存储器系统的价格。,6.1.3 高速缓冲存储器,高速缓冲存储器即Cache，常称为高速缓存，也有时被称为缓存（这种称法不太严谨），是位于CPU和内存储据之间的一种规模较小，但速度很高的存储器，通常由SRAM组成。由于DRAM组成的内存储器的读写速度低于CPU的速度，而CPU每执行一条指令都要访问内存储器，所以CPU总是要处于等待状态，严重地降低了系统的效率。采用高速缓存后，在高速缓存内保存着内存储器内容的部分副本，CPU在读写数据时，
7、首先访问高速缓存。由于高速缓存的速度与CPU相同，因此CPU就能在零等待状态下迅速地完成数据的读写。只有在高速缓存中不含有CPU所需的数据时，CPU才去访问内存储器。此时用一个存储器读取周期的时间从内存中读出这个数据送到CPU，并且把包含这个数据的整个数据块都从内存送到高速缓存中。这样做是因为存储器的访问具有局部性，也就是说连续读取的数据一般在内存中都是连续存放的，当这个数据块调入高速缓存后，将使以后的若干次访问都可以通过高速缓存进行。如果调度算法得当，高速缓存的命中率可以很高。,综上所述，高速缓存有如下特点：高速缓存虽然也是存储器，但是用户不能直接访问；高速缓存的容量不大，目前一般为256K
8、B或512KB，其中存放的只是内存中某一部分内容的拷贝；为了保证CPU访间时有较高的命中率，高速缓存中的内容应按一定的算法进行更换。高速缓存中的内容应该与内存中对应的部分保持一致，也就是说，如果内存中的内容在调入高速缓存之后发生了变化，那么高速缓存中相应的内容也应随之改变。反过来，如果CPU修改了高速缓存中的内容，也应修改内存中的相应内容。 Intel 80486及更尚档微处理器的个显著特点是在CPU芯片内集成了SRAM作为高速缓存。因为这些高速缓存装在芯片内，所以称为内部高速缓存或级高速缓存，目前，微机的一级高速缓存多为32KB或64KB。由于80486及更高档CPU的时钟频率都很高，一旦出
9、现一级高速缓存未命中，性能将明显降低。在这种情况下，通常是在CPU芯片外再加高速缓存称为二级高速缓存，即外部高速缓存，它实际上是内存和CPU之间的真正缓存。外部高速缓存的容量都比内部高速缓存大，目前微机的二级高速缓存多为256KB或512KB的同步高速缓存，即高速缓存和CPU采用相同的时钟周期以相同的速度同步工作。其性能要比异步高速缓存要高30以上。,6.1.4 外存储器,当前微机的高速缓存多采用同步突发静态随机存储器（Synchronous Burst SRAM）或管道突发静态随机存储器（Pipelined Burst SRAM）。同步突发静态存储器在总线速度为66MHz的系统上速度最快，可
10、以和系统保持同步，但当总线速度高于66MHz时，其速度要比管道突发静态存储器要慢。管道突发静态存储器在总线速度为75MHz或高于75MHz时，其速度最决的，实际上管道突发静态存储器可以匹配总线速度高达133MHz的系统。,外存储器又称辅助存储器，用来存放需要长期保存或相对来说暂叫不用的各种程序和数据。外存储器不能被CPU直接访问，必须将外存储揣中的程序和数据装入内存储器才能被CPU利用。外存储器器设备种类很多，目前微机上常用外存储揣设备的是软磁盘存储器、硬磁盘存储器和光盘存储器。 1.软磁盘存储器 软磁盘（软盘）存储器由软磁盘、软盘驱动器（软驱）利软盘控制器三部分组成。,1软磁盘 软磁盘由盘片
11、和保护套组成。盘片是一种涂有磁性物质的聚酯塑料薄膜圆盘，用宋记录信息。保护套的作用是保护盘片表面免受划伤。在盘片旋转时，保护套的内衬清洁盘片表面，降低软盘的读写错误，防止静电放电产生火花干扰。软盘的存储原理是：由写入电路将经过编码的“0”和“1”脉冲信号通过磁头转变为磁化电流，在软盘上生成相应的磁元，这样便将信息保存在软盘上；读写时，软盘上的磁元在磁头上产生感应电压，再经读出电路还原成：“0”和“1”数字信息，送入内存储器。 在微机中使用的软盘按其尺叫大小分为5.25in软盘和3.5in软盘，它们又可分为单面软盘、双面软盘、双密软盘和高密软盘。表l-5列出了各种软盘的规格。 （1）磁道 以盘片
12、中心为圆心的同心圆，每一个圆周为一磁道。数据存储在磁道内，不同规格的软 盘其磁道数不同，通常为40或80。磁道的编号与从最外层开始，即039或079。,（2）扇区 每个磁道划分成若干相等的区域，每个区域称为个扇区，扇区是软盘的基本存储单位。 每个磁道上的扇区数可为9、15、18等。扇区的编号从1号开始，每个扇区为512B。计算机对软盘进行读写时，无论数据多少，总是读写一个或几个完整的扇区。 （3）写保护口 3.5寸软盘的写保护口在磁盘背面，窗口中有一滑块，若移动滑块使窗口透光，则该盘处于写保护状态，只能读出不能写入。处于写保护状态的软盘，只能读出数据，不能写入、删除，也小会受病毒侵入。 （4）
13、容量 软盘的容量通常指的是格式化容量，即软盘格式化后的容量。格式化即时软盘按一定的 磁道和扇区进行划写，并写入地址码、识别码等。格式化容量的计算公式为： 格式化容量=每扇区容量每磁道扇区数每面磁道数面数,2.硬磁盘存储器 硬磁盘（硬盘）存储器有三部分构成：硬磁盘、硬盘驱动器。 硬磁盘盘片采用坚硬的金属圆盘，表而涂有磁膜用以记录信息。硬磁盘由多片盘片组成，盘片同心地固定在同一根轴上，片与片之间留有供磁头进退的间隙。硬磁盘与硬磁盘驱动器作为一个整体密封在个金属腔体中，称为硬盘机，简称硬盘。 硬盘按盘径大小可分为5.25in、3.5in、2.5in、1.8in等几种，硬盘尺寸小型化是硬盘的发展方向。
14、 3.光盘存储器 光监存储器是一种利用激光技术存储信息的装置。光盘存储器由光盘片和光盘驱动器构成。目前用于计算机系统的光盘可分为：只读型光盘（CD-ROM）、一次写入型光盘（WORM）和磁光盘（MO）以及DVD。,CD-ROM（Compact Disk Read Only Memory）是一种小型光盘只读存储器。在光盘上存储信息的方法是用冲压设备把信息压制在光盘表面，信息以“0”和“1”存入光盘，在盘片上用平坦表面表示“0”，而用凹坑端部表示“1”。CD-ROM光盘的最大特点是存储容量大，一张4.72in的CD-ROM光盘，其容量可达600MB。CD-ROM光盘通常都是单面盘，原因是做一片双面
15、盘的成本比做两片单面光盘的成本要高。 一次写入型光盘WORM（Write Once Read Memory）可由用户次写入，多次读出，可代替磁带或磁盘作为计算机的后援存储，常用来对大量的数据或信息进行保存。 DVD，其全称为Digital Versatile Disc（数字通用光盘），是由时飞利浦和索尼公司、松下和时代华纳两大DVD阵营制定的新代数据存储标准。开发之初，DVD只能存储视频、音频信息。而真正意义上的DVD（也就是现在正在普及的DVD）应该算是早期DVD概念的扩展，它集计算机技术、光学记录技术以及影视技术等为一体，不仅可以存储MPEG2的视频、音频信息，而且可以存储计算机程序、文件
16、等数字信息，能够满足人们对大容量、高性能的存储媒体的需求。,根据目前的技术规范，DVD盘片具有几种技术与容量类型。 DVD-5 单面单层，容量为4.7GB。 DVD-9 单面双层，容量为8.5GB。 DVD-10 双面单层，容量为9.4GB。 DVD-18 双面双层，容量为17GB。 4.显示存储器 显示存储器是随机存取存储器的一种，人们通常简称为显存。在视频系统中，它的作用是以数字形式存储屏幕上的图形图像。显示存储器的存取速度非常快。显示存储器的容量大小直接影响显示图像的分辨率和色彩精度。作为显卡的重要组成部分，显存也一直随着加速芯片的发展而逐步改变着。从早期的DRAM到现在广泛流行的SDRAM，显存的速度以及它对3D加速卡性能的影响也越来越大。 显示存储器有两种类型。一是单端口显示存储器，它的特点是不能同时对数据进行双向的读和写，图形处理器必须等待读完数据后才可以再写入数据，是单向数据流。二是双端口显示存储器，它的特点是可以同时对数据进行读和写，不必等待单项处理结束后再
