微型计算机课件 第6章 半导体存储器及接口.pptVIP

　　　6.1 存储器的分类和主要性能指标　　电子计算机要根据已编制的程序，对数据和信息自动快速地进行运算和处理，就必须把指令、数据和运算的中间结果放在计算机内部。存储器就是计算机中存储计算程序、原始数据及中间结果的设备。通常，系统程序(如操作系统、编译程序、汇编程序、工具软件等)预先存储在磁盘和光盘中，运行时需调内存方能被CPU执行。而用户的应用程序则是通过键盘直接输入内存。因此可以说，所有的程序只有在装入内存后，才能被CPU执行。 6.1.1 存储器的分类　　1．按存储器采用的元件分类　　按存储器采用的元件分类，有磁芯存储器、半导体存储器、磁泡存储器、磁表面存储器(包括磁带、磁鼓、硬磁盘、软磁盘等)和激光存储器等。 　　2．按存储器和中央处理器的关系分类　　按存储器和中央处理器的关系分类，有内存储器和外存储器。直接和CPU相联系，作为微型计算机的组成部分，用于暂存部分程序和数据的快速存储器称为内存储器，它是计算机的主存储器。内存储器的存取速度较快，存取周期从几个纳秒到几十个纳秒。其存储容量随着微处理器技术的发展而增长很快。例如，第二代(8位)微机的内存容量多为几十千比特，第三代(16位)微机的内存容量多为几兆比特，第四代(32位)微机的内存容量多为几吉比特，而第六代微机的内存容量已高达几十吉比特。 　　内存储器多用MOS半导体存储器作为实体。外存储器是不直接和CPU相联系的存储器，也可归类为外部设备。它们的存储容量大，但存储速度慢。其存储容量从几百兆比特到几十吉比特，寻址时间为若干毫秒。外存储器由软磁盘、硬磁盘及光盘等组成，不属本章的讨论内容。 　　3．按存储信息的功能分类　　半导体存储器按存储信息的功能，分为随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。所谓随机存取存储器(Random Access Memory)，又称读写存储器，一般是指机器运行期间可读也可写的存储器。所谓只读存储器(Read Only Memory)，一般是指机器运行期间只能读出信息，而不能随时写入信息的存储器。然而实际上所谓的随机存取意即随意存取，是相对于顺序存取而言的。对顺序存取的存储器来说，信息的存取时间与其所在位置有关。例如，要读磁鼓内第1000号存储单元的信息，必须从给出命令时磁鼓所在单元(如第10号单元)开始，经过第10单元、第11号单元……第999号单元，方能到达第1000号单元。 　　显然，读出时间要比第11号存储单元的长得多。对随机存取的存储器来说，当要取出某一单元信息时，无需经过中间单元而耗费不必要的时间，也就是说，随机存取能做到信息的存取时间与其所在位置无关。从这个意义上说，无论ROM还是RAM，都是随机存取的，因而称RAM为读写存储器更为恰当些。　　只读存储器按功能可分为掩膜式ROM(简称ROM)、可编程只读存储器(PROM，Progammable ROM)和可改写的只读存储器(EPROM，Erasable Programmable ROM)三种。随机存储器按信息存储的方式，可分为静态RAM(Static RAM，简称SRAM)，动态RAM(Dynamic RAM，简称DRAM)两种。 　　半导体存储器的制造工艺多种多样，经常采用的有NMOS、CMOS、SOS、HMOS、TTL、ECL及I2L等。　　采用TTL、ECL及I2L工艺的存储器属双极型静态存储器，它们的存取速度最快，已和CPU的工作速度基本相匹配。但它们的功耗大，容量小，价钱高。采用各种MOS型工艺制作的存储器有各种ROM、DRAM及SRAM，它们的存取速度较双极型SRAM的慢，但功耗小，容量大，价亷，尤以DRAM和各种ROM为突出。为此，微机系统中大容量的内存储器都采用DRAM(用来存放固化的系统程序和常数表等)。 　　为了进一步提高微机的运行速度，选用双极型存储器作内存，虽可以得到存取速度的满足，却使内存体积庞大，功耗过大，且价格很贵。为此，当前微机系统采取的解决方案是在内存和CPU之间增加一个称为高速缓冲存储器(cache)的双极型存储器。它们的存储容量相对较小，早期只有几千比特，逐渐发展成几十千比特，几百千比特。通常cache的一部分集成在CPU的内部，称为一级cache，另一部分位于CPU之外，称为二级cache。cache中存放CPU当前常用的指令和操作数，CPU执行程序时首先到cache中取指令和存取操作数，若未命中才访问内存。显然cache容量愈大，命中率愈高，计算机运行速度提高得也愈明显。 　　随着微处理器的发展，单个芯片的集成度愈来愈高，CPU内部的寄存器数量也愈来愈多，如8086/8088的寄存器组有8个16位寄存器，后来的CPU中除了具有16位的段寄存器、32位的数据寄存器外，还有64位和80位的其他寄存器，这些寄存