微型计算机接口与技术第2章课件.pptVIP

第2章 存 储 器 2.1 存储器概述 2.1.1 计算机中的存储器 计算机中的存储器由两部分组成，一类是位于“主机”内部的存储器，简称“主存”，一般由半导体器件构成。CPU对它进行的一次读、写操作称为“访问”。这类存储器的主要特征是CPU可以按地址访问其中的任何一个单元，这一特性被称为“随机存取”。 现代计算机为了进一步提高运行速度，在“主存”和CPU之间增设了容量小、速度快的“高速缓冲存储器”（Cache）。在这样的系统中，Cache和“主存”构成“内存”。在没有Cache的系统中，“主存”也称作“内存”。 计算机存储子系统的另一部分是辅助存储器，也称为外部存储器，简称“辅存”或“外存”。外存目前主要采用磁表面存储和光存储器件，例如常见的磁带、磁盘、光盘存储器。它们通过专用接口电路与计算机“主机”相连接，相当于一台外部设备。辅存的重要特征是CPU只能以“块”为单位访问这类存储器，在电源关闭后，辅存中的信息仍然可以长期保存。 2.1.2 半导体存储器的分类与性能指标 1. 半导体存储器分类 微型计算机系统普遍采用半导体存储器作为内存。 半导体存储器按制造工艺可以把它分为双极型、CMOS型和HMOS型等种类；从功能角度可以把它分为随机存取存储器RAM（Radom Access Memory）和只读存储器ROM（Read Only Memory）两类，近年来出现了新型的“闪速”存储器Flash Memory等新型存储器件。半导体存储器分类如图2-1所示。 RAM也称为“随机读写存储器”，其中信息可以按地址读出，也可以按地址写入。RAM的另一个特点是具有易失性，掉电后原来存储的信息全部丢失，不能恢复。 RAM可分为SRAM（静态）和DRAM（动态）两类。SRAM内部用双稳态触发器的两种状态来存储信息0和1，只要电源没有关闭，其中的信息就可以稳定保持。静态RAM读写速度快，但是集成度低，容量小，主要用作Cache或小系统的内存储器。 DRAM靠MOS管极间电容存储电荷的多少决定信息是0还是1，由于漏电流的存在，它存储的信息不能长时间保存，需要定时进行重新写入，这一操作称为“刷新”。动态RAM读写速度慢于静态RAM，但是它的集成密度高，单片容量大，现代微型计算机的“主存”均由DRAM构成。 ROM的信息只能读出，不能写入，因此它的内容一般不能被改变。ROM的另一个有用的特点是具有“非易失性”，电源关闭后，其中的信息仍然保持。由于这一特点，ROM用于存放固定不变的程序或重要参数，微机系统用ROM存放引导程序，基本输入输出程序（BIOS）, 固定的系统表格等。 ROM包括掩膜ROM、PROM、EPROM和EEPROM（E2PROM）等。 2. 半导体存储器的技术指标 衡量半导体存储器的性能指标有很多，如存取速度、存储容量、可靠性、功耗等，其中最重要的是存储器的存取速度和存储容量。 （1）半导体存储器的存储容量 电子计算机内，信息的最小表示单位是一个二进制“位（bit）”，它可以存储一个二进制“0”或者“1”。CPU访问存储器的最小单位通常是8位二进制数组成的“字节（Byte）”。每个“字节”有一个顺序编号，称为“地址”。每一个存储芯片或芯片组能够存储的二进制位数或者所包含的字节总数就是它的“存储容量”。计量单位KB（千字节）、MB（兆字节）、GB（吉字节）和TB（太字节）的相互关系如下： 1KB＝210字节＝1024字节； 1MB＝210 KB＝1024 KB； 1GB＝210 MB=1024 MB； 1TB＝210 GB=1024 GB。 半导体存储器芯片容量取决于存储单元的个数和每个单元包含的位数。存储容量可以用下面的式子表示： 存储器容量（S）＝存储单元数（p）×数据位数（i） 存储单元个数（p）与存储器芯片的地址线条数（k）有密切关系：p=2k，或k＝log2（p）。数据位数i一般等于芯片数据线的根数。存储芯片的容量（S）与地址线条数（k）、数据线的位数（i）之间的关系因此可表示为：S＝2k×i。 例如，一个存储芯片容量为2048×8，说明它有8条数据线，2048个单元，地址线的条数为k＝log2（2048）＝log2（211）＝11。再如一个存储芯片有20条地址线和4条数据线，那么，它的单元数为220＝1M，容量为1M×4（4兆位）。 （2）存取时间 存取时间是指CPU访问一次存储器（写入或读出）所需的时间。存储周期则是指连续两次访问存储器之间所需的最小时间，存储周期等于存取时间加上存储器的恢复时间。现在存储器的存取时间通常以纳秒（ns）为单位。秒（s）、毫秒（ms）、微秒（μs）和纳秒（ns）之间的换算关系为： 1 s＝103 ms＝1000 ms；l ms＝103 μs＝1000 μs；1