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第5章 微型计算机存储器系统结构 本章学习要点 ● 存储器的分类及存储器系统的层次结构 ● 随机存取存储器RAM和只读存储器ROM的基本结构 ● 存储器扩展接口 ● 辅助存储器及新型存储器技术 5—1 本章知识重点 5-1—1 存储器的概念和基本结构 1．存储器的概念 存储器是计算机中用来存储信息的部件，是微型计算机系统不可缺少的组成部分，是计算机中各种信息的存储和交流中心。 2．存储器的分类 存储器按照其制造材料、读写功能、信息的保存情况及其在微型计算机系统中的作用来区分，可以有以下4种分类方法： (1)按照存储介质分类 采用半导体材料——半导体存储器。 采用磁性材料——磁表面存储器。 采用光学材料——光表面存储器。 (2)按照读写功能分类 存储内容固定不变，只能读出不能写入——只读存储器ROM。 存储内容可以改变，既可以读出又能够写入——随机存取存储器RAM(又称为读写存储器)。 (3)按照信息的可保存性分类 断电后信息即消失——非永久性记忆的存储器。 断电后仍能保存信息——永久性记忆的存储器。 (4)按照在微型计算机系统中的作用分类 存放当前正在运行的程序和数据——主存储器。 存储CPU当前操作暂时用不到的程序或数据——辅助存储器。 暂存CPU正在使用的指令和数据——高速缓冲存储器(Cache)。 3．存储器的基本性能指标 (1)存储容量：存储器可以存储的二进制信息总量称为存储容量。 存储容量=存储器单元数×每单元二进制位数。 应该注意：通常8位二进制数称为一个字节，用B(Byte)表示，存储容量可以字节(B)为单位来表示，对于大容量存储器还可以用千字节(KB)、兆字节(MB)、 吉字节(GB)、太字节(TB)等表示。 其换算关系为：1KB=2100B=1024B IMB=210B=1024KB 1GB=230B=1024MB 1TB=240B=1024GB (2)存取时间：指启动次存储器操作到完成该操作所用的时问。 (3)存取周期：指连续两次独立的存储器操作之间的最小时间间隔。 注意：存取时间和存取周期都是衡量存取速度的性能指标。 (4)价格：常用每位的价格来衡量。一般来说，主存储器的价格较高，辅助存储器的价格则低得多。 存储器总价格正比于存储容量，反比于存取速度。一般来说，速度较快的存储器，其价格也较高，容量也不可能太大。因此，容量、速度、价格3个指标之间是相互制约的。 所以，用户在设计和选用存储器时还要综合考虑这些因素，要根据实际需要全面衡量，尽可能满足主要要求并兼顾其他，尽量提高性能价格比。 4．存储系统的层次结构 所谓存储系统的层次结构，就是把各种不同存储容量、存取速度和价格的存储器按层次结构组成多层存储器，并通过管理软件和辅助硬件有机组合成统一的整体，使所存放的程序和数据按层次分布在各种存储器中。目前，在计算机系统中通常采用三级层次结构来构成存储系统，主要由高速缓冲存储器Cache、主存储器和辅助存储器组成，如图5-1所示。 在图5-1所示的存储系统多级层次结构中，由上向下分三级，其容量逐渐增大，速度逐级降低，成本则逐次减少。整个结构又可以看成两个层次：它们分别是主存一辅存层次和cache一主存层次。这个层次系统中的每一种存储器都不再是孤立的存储器，而是一个有机的整体。它们在辅助硬件和计算机操作系统的管理下，可把主存一辅存层次作为一个存储整体，形成的可寻址存储空间比主存储器空间大得多。由于辅存容量大，价格低，使得存储系统的整体平均价格降低。由于Cache的存取速度可以和CPU的工作速度相媲美，故cache一主存层次可以缩小主存和cPu之间的速度差距，从整体上提高存储器系统的存取速度。尽管Cache成本高，但由于容量较小，故不会使存储系统的整体价格增加很多。 综上所述，一个较大的存储系统是由各种不同类型的存储设备构成，是一个具有多级层次结构的存储系统。该系统既有与CPU相近的速度，又有极大的容量，而成本又是较低的。其中高速缓存解决了存储系统的速度问题，辅助存储器则解决了存储系统的容量问题。采用多级层次结构的存储器系统可以有效的解决存储器的速度、容量和价格之间的矛盾。 图5-1存储系统的多级层次结构 5-1 1．随机存取存储器RAM 现代微型计算机的主存储器已普遍采用半导体存储器。其特点是容量大、存取速度快、体积小、功耗低、集成度高、价格便宜。半导体存储器可分为两大类：随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。 所谓随机存取是指通