存储器和存储体系

A0～A9
CS WE
RAM芯片
D0～D3
Intel2114芯片对外连接示意图
主要外接线有地址线、数据线、读写信号线、
片选信号线。其存储单元数取决于地址线数 量（210=1024），单元字长取决于数据线数 量（4位），总容量为1024×4位（1K×4 位）。
1.RAM的并联
❖ 为扩展存储器的字长
A6
A7
A8
A9
双译码结构示意图
5.2.4 存储器的读写操作
存储器的读操作的顺序是： （1）地址码送至地址寄存器中； （2）地址译码，选中相应的存储单元；（3）
存储单元的内容传送到数据寄存器中； （4）将数据寄存器中的数据传送到指定的其它
计算机部件中。
5.3 RAM的组织
❖ 半导体RAM芯片是在半导体技术和集成电路来自百度文库工艺支持下的产物
第五章 存储器和存储体系
介绍存储器的基本结构及其基本操作的实现、 存储器的层次结构及多级存储体系、缓冲技 术等问题。
5.1 存储器概述
1． 存储器的基本概念 存储器是计算机中必不可少的用于存放 程序和数据的设备。它是计算机的记忆 核心，是程序和数据的收发集散地。
2． 存储器的性能指标
存储容量 存取时间 可靠性 性能价格比等
（2）二级存储体系
二级存储体系是利用软硬件控制将主存和 辅存有机地组成一个整体构成的。 CPU只能直接访问主存，而不能直接访 问辅存，数据需要先从辅存调入主存才 能访问。 因此说二级存储体系主要解决了主存的 容量及价格问题。
（3）多级存储体系
为了提高主存的速度，采用多种性能不同、速 度不同、价格不同的存储设备按一定的层次 结构组成多级存储体系。
2
A4
译
A5
码
.
A6
..
器 A7
A8
X1023
A9
1023
单译码器结构示意图
X0 A0
A1
X X1
地 .
A2 址 .
.
A3 译
A4
码 X31
0,0
0,1
1,0
1,1
.
.
.
.
.
.
...
0,31
...
1,31
. . .
31,0 Y0
A5
31,1 Y1
... ... ...
31,31 Y31
Y 地 址译 码
A0～A11
4K×1 4K×1 4K×1
4K×1 位并联方式组成 4K×8bit 存储器
D0～D7
2.RAM的串联
❖ 为扩展存储器的存储单元数量
A0～A9 A10
1K×8 I/O
CS
1K×8 I/O
CS
译 码
地址串联方式组成 2K×8bit 存储器
D0～D7
5.4 ROM的工作原理及应用
1． ROM的工作原理 ROM即只读存储器，它在工作时只能读出不 能写入。断电时它也能保存信息。 与RAM相比，ROM需要地址译码、数据读出 等电路，但不需要数据写入、再生、刷新等 电路。
线
线
0
1
m×n 存储体阵列
... ...
n-1
位 线 n-1
5.2.3 存储器地址译码系统
地址译码器将地址寄存器中的地址转换为字线 上的控制信号，表示选中某一单元，并驱动 相应的读写电路，完成对存储单元的读写操 作。 地址译码分单译码方式和双译码方式两种。
A0
X0 0
A1
A2
X1
1
A3
地 X2
址
3． 存储器的分类
按存储介质可将存储器分为半导体存储器、 磁存储器和光存储器三种。 按存取方式可将存储器分为随机存取存 储器（RAM）、只读存储器（ROM）、 顺序存取存储器（SAM）、直接存取存 储器（DAM）。
5.2 主存储器的基本工作原理
主存储器由存储体、地址译码电路、驱动电路、 读写电路
CPU
Cache
主存储器 辅助存储器
辅助硬件
辅助 软硬件
多级存储体系示意图
（4）Cache的原理和作用
Cache的理论依据是程序访问的局部性。 所谓程序访问的局部性，是指在较短的 时间内，程序产生的地址及指令的地址 都局限于某一个较小的范围内，即对局 部范围的存储器地址频繁访问、对此范 围外的地址访问甚少的现象。 Cache介于主存和CPU之间，其速度比 主存快很多，容量比主存小很多。在二 者之间起到缓冲的作用。
等组成。
3.2.1 主存储器的基本组成
存储体
... 驱动器
... 译码器 ... 地址寄存器
主存储器的基本组成
读
数
写
据
电
寄
路
存
器
控制电路
读
写
3.2.2 存储体阵列
存储体一般由二维阵列组成。
字线0
0
1
字线1
0
1
.
.
.
.
.
.
... ... n-1
... ... n-1 . . .
字线m-1
0
1
位
位
2． ROM的分类
一般的ROM（即掩模式ROM）：制造完后 代码不能修改。 PROM（可编程ROM）：用户只能进行 一次编程。 EPROM：可多次擦写的可编程ROM，擦 除时一般使用紫外线照射，写入时使用高 压脉冲。 EEPROM：可用电擦除的可编程ROM。
5.5 外存储器的工作原理
1． 磁表面存储器的工作原理 磁盘存储器、磁带存储器是典型的磁表面存 储器。 磁表面存储器不需要刷新和再生，且能永久 储存信息。
2． 磁带存储器
❖ 现在使用较少 ❖ 类似卡式录音带
3． 磁盘存储器
磁盘与磁带相比的主要优点是直接存取。
总存储容量可由下述公式计算： 存储容量=盘面数×每面磁道数×每道扇区 数×每扇区容量（字节数） 0道
末道
扇区
硬盘的组成：
❖ 盘片 ❖ 读写磁头 ❖ 定位机构 ❖ 主轴系统 ❖ 印刷电路板 ❖ 硬盘控制器 ❖ 连接器插座
3.6 存储体系
3.6.1 存储体系的基本概念 （1）存储体系的形成 由于CPU速度的提高超过了存储器速度 的提高，以及价格因素的影响，在速度 和容量两个方面，主存都满足不了CPU 的需要。因此就出现了将不同容量、速 度的存储器如主存和辅存同其它相关部 件组织在一起构成计算机的存储体系， 以提高其综合性能。
5）存储体系的性能分析 存储体系的性能分析主要是进行平均性 能（访问速度，价格等）及命中率的计 算问题。
TA = H×TA1 +（1- H）×TA2 C =（S1×C1 +S2×C2）/（S1+S2） 如给出访问的信息量，在M1中为N1，在M2 中为N2，则： H=N1/（N1+N2） TA =（N1×TA1 +N2×TA2）/（N1+N2）
硬盘的技术参数：
❖ 硬盘容量 ❖ 平均存取时间 ❖ 记录密度 ❖ 数据传输率 ❖ 高速缓存 ❖ 磁道交叉因子
4． 光盘存储器
光盘存储器由光学、电气和机械部件组成，它 是利用光学原理存储信息并用光学读写头来 存取信息。 光盘是靠盘面上一些能够影响光线反射的表 面特征存储信息，一般的只读光盘（CD— ROM）是利用其表面的凹凸不平来表示0和1 的。