计算机存储器.

存储器概述存储器的分类一、存储器基本概念存储器由大量的记忆单元组成，记忆单元是一种具有两个稳定状态的物理器件，可用来表示二进制的0和1，这种物理器件一般由半导体器件或磁性材料等构成由若干个最基本的存储单元存储一个字，字长有4位、8位、16位以及32位等，在微机中，存储器一律按8位二进制数（一个字节）编址，习惯上把一个地址所寻址的8位二进制数称为一个存储单元存储器容量一般都很大，无论内存还是外存，均以字节为单元，常用的有210字节=1KB，220字节=1024KB=1MB，230字节=1024MB=1GB，240字节=1024GB=1TB存储器的容量与微机的地址线有关毫秒(ms)10-3s微秒(μs)10-6s纳秒(ns)10-9sCPUCACHE主存（内存）辅存（外存）微机中存储器的层次用于存放当前计算机正在执行或经常要使用的程序或数据，CPU可直接从内存中读取指令并执行，还可直接从内存中存取数据。速度快，容量有限只读存储器ROM内存随机存储器RAM1.内存只读存储器（ROM）ROM表示只读存储器（ReadOnlyMemory），在制造ROM的时候，信息（数据或程序）就被存入并永久保存。这些信息只能读出，一般不能写入，即使机器停电，这些数据也不会丢失。随即存储器(RAM）随机存储器（RandomAccessMemory）表示既可以从中读取数据，也可以写入数据。当机器电源关闭时，存于其中的数据就会丢失。我们通常购买或升级的内存条就是用作电脑的内存，内存条（SIMM）就是将RAM集成块集中在一起的一小块电路板，它插在计算机中的内存插槽上，以减少RAM集成块占用的空间。把要永久保存的、大量的数据存储在外存上，一般是由磁性材料以及运用激光技术等实现的存储器，分为硬磁盘、软磁盘、光盘等。容量大，但存取速度慢2.外存或辅存3.高速缓冲存储器位于CPU与内存之间，是一个读写速度比内存更快的存储器。当CPU向内存中写入或读出数据时，这个数据也被存储进高速缓冲存储器中。当CPU再次需要这些数据时，CPU就从高速缓冲存储器读取数据，而不是访问较慢的内存，当然，如需要的数据在Cache中没有，CPU会再去读取内存中的数据。CPUCACHE主存（内存）辅存（外存）半导体存储器的主要性能指标•存储容量微机存储器的容量是指存储器所能容纳的最大字节数•存取周期存取周期是指存储器从接收到地址，到实现一次完整的读出和写入数据的时间，也称为存取时间•易失性指存储器的供电电源断开后，存储器中的内容是否丢失•功耗半导体存储器在额定工作电压下，外部电源保证它正常工作的前提下所提供的最大电功率称之为功耗•可靠性指它抵抗干扰，正确完成读/写数据的性能半导体存储器的分类存储容量与地址、数据线个数有关：芯片的存储容量＝2M×N＝存储单元数×存储单元的位数M：芯片的地址线根数N：芯片的数据线根数地址译码电路译码器A5A4A3A2A1A06301存储单元64个单元行译码A2A1A0710列译码A3A4A501764个单元单译码双译码静态随机存取存储器SRAM静态随机存取存储器SRAM的基本存储单元一般由六管静态存储电路构成，集成度较低，功耗较大，无需刷新电路，由于存取速度快，一般用作高档微机中的高速缓冲存储器地址端：2114（1K×4）191018A6A5A4A3A0A1A2CSGNDVccA7A8A9D0D1D2D3WEA9～A0（入）数据端：D3～D0（入/出）控制端：片选CS=0选中芯片=1未选中芯片写使能WE=0写=1读电源、地A0～AiD0～D7CESRAMOEWE译码AB0～ABiDB0～DB7高位ABRD、WR、IO/M控制逻辑与CPU相连动态RAM(DRAM)为减少MOS管数目,提高集成度和降低功耗,出现了动态RAM器件,其基本存储电路为单管动态存储电路,存放信息靠的是电容,当电容充有电荷时，称存储的信息为1；电容上没有电荷时，称存储的信息为0。由于电容上存储的电荷不能长时间保存，总会逐渐放电，因此必须定时地给电容补充电荷，这称为“刷新”由于DRAM在原理上和结构上都与SRAM不同,有两个特殊问题需要考虑:①需加定时刷新电路。②地址信号的输入问题,这是因DRAM芯片集成度高,存储容量大,引脚数量往往不够,需把地址转换成行地址和列地址分两次送出,这就要有两路地址锁存。存储地址需要分两批传送行地址选通信号RAS有效，开始传送行地址随后，列地址选通信号CAS有效，传送列地址读写信号WE读有效（高电平）数据从DOUT引脚输出2164（64K*1）A0~A7为地址输入端。DIN和DOUT是芯片上的数据线。RAS为行地址锁存信号。CAS为列地址锁存信号。WE为写允许信号。动态存储器的刷新1.刷新的定义及其原因2.动态刷新的实现方法3.刷新周期的安排方式1.刷新的定义及其原因(1)定义：定期向电容补充电荷(2)原因DRAM依靠电容电荷存储信息，平时无电源供电，时间一长电容电荷会泄放。因此需定期（每隔2ms）向电容补充电荷，以保持信息不变。(3)注意刷新与重写的区别前者是非破坏性从动态M读出数据，需补充电荷以保持原来的信息。后者是在破坏性读出后通过重写恢复原来的信息2.动态刷新的实现方法刷新基本过程按行刷新，并将每刷新一行所需时间定为一个刷新周期首先由刷新地址计数器提供刷新行的行地址，然后发送行选信号与读命令（即CAS为高电平）即可每刷新一行后刷新地址计数器加1注意，DRAM的制造工艺决定了必须在2ms内全部刷新一遍。即最大刷新时间间隔为2ms。3.刷新周期的安排方式（1）集中刷新（2）分散刷新（3）异步刷新(1)集中刷新方式可见，主存器有两种状态：①读/写/保持状态，由程序决定②刷新状态，在逻辑实现上由一个定时器每2ms请求一次，然后由刷新计数器控制一个计数循环，逐行刷新一遍。2ms内集中安排所有刷新周期。其中，刷新周期总数=最大容量芯片的行数死区优点：M利用率高，控制简单不足：刷新期间不能访问M，形成死区，可用在实时性要求不高的场合。R/W刷新R/W刷新2ms50ns(2)分散刷新方式优点：时序控制简单缺点：M利用率低，只能用于低速系统中。各刷新周期分散安排在存取周期中。R/W刷新R/W刷新100ns(3)异步刷新方式2ms例.各刷新周期分散安排在2ms内。对主存速度影响最小，被大多数计算机采用每隔一段时间刷新一行：128行≈15.6微秒若CPU正在访问内存，则等待释放控制权后再安排刷新周期,并由DMA控制器控制DRAM的刷新。R/W刷新R/W刷新R/WR/WR/W15.6微秒15.6微秒15.6微秒刷新请求刷新请求（DMA请求）（DMA请求）只读存储器ROM一、掩膜式只读存储器ROM由MOS管组成掩膜式只读存储器的结构图如图所示RRRRVCC1234字线位4位3位2位1输出数据位4321位字12340000001101011010掩膜式ROM图中的存储阵列及位线上的公用负载管均由NMOS场效应管组成，采用单译码方式，每根译码输出选择线可以选中一个字，字长4位，共有4个字，所有的字只能读出，不能写入。存储阵列中的基本存储单元仅由一只MOS管构成，或缺省，凡有MOS管处表示存储0，反之为1，显然，字0到字3所存储的信息分别为：0001、0010、0011及0100。这种存储阵列的内容一旦制造好后，只能读出，不能写入，用户是无法改写的可编程只读存储器PROM存储单元的双极型三极管的发射极串接了一个可熔金属丝，出厂时，所有存储单元的熔丝都是完好的。编程时，通过字线选中某个晶体管。若准备写入1，则向位线送高电平，此时管子截止，熔丝将被保留；若准备写入0，则向位线送低电平，此时管子导通，控制电流使熔丝烧断，不可能再恢复，故只能进行一次编程。二、可编程只读存储器PROMEPROM的基本原理：存储芯片可用专用写入器在25v高压下写入信息，在5v正常电压下只能读出不能写入，用紫外线照射一定时间后可擦除原存信息，然后重新写入，一般重写次数10次或更低。三、可擦除可编程只读存储器EPROMEPROM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一般使用专门的编程器（烧写器）进行编程编程后，应该贴上不透光封条出厂未编程前，每个基本存储单元都是信息1编程就是将某些单元写入信息0EPROM芯片有一个很明显的特征，在其正面的陶瓷封装上，开有一个玻璃窗口，透过该窗口，可以看到其内部的集成电路，紫外线透过该孔照射内部芯片就可以擦除其内的数据，完成芯片擦除的操作要用到EPROM擦除器。EPROM芯片在写入资料后，还要以不透光的贴纸或胶布把窗口封住，以免受到周围的紫外线照射而使资料受损。四、电擦除只读存储器EEPROMEEPROM基本原理存储器在擦除时只需加高压对指定单元产生电流，形成电子隧道将该单元信息擦除，而其他未通电流的单元内容保持不变。掉电后数据不丢失的存储芯片。EEPROM可以在电脑上或专用设备上擦除已有信息，重新编程。可擦除十几万次特点1、使内部存储信息在不加电的情况下保持10年左右2、可以用比较快的速度将信息擦除以后重写，反复擦写达几十万次，可以实现分块擦除和重写，也可以按字节擦除与重写。还具有非易失性，可靠性能好，速度快以及容量大等许多优点五、闪烁存储器（FlashMemory）闪烁存储器也称快速擦写存储器。实际上闪烁存储器属于EEPROM类型，又称FlashROM，性能优于普通EEPROM。它是Intel公司率先推出的一种新型存储器，在Pentium机主板上，用128KB或256KB的FlashROM存放BIOS，取代了EPROM和EEPROM。因此现在称BIOS为FlashBIOS。