存储器和存储器子系统

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二、存储器的分类与性能（续）
MOS存储器：速度稍慢，集成度高，功耗小，价格便宜。 a、只读存储器 ROM：掩膜ROM，厂家制造时已编程，用户不可编程， 不易挥发。 PROM：用户可一次编程（OTP）。不可擦除。 EPROM：UV-EPROM，紫外线擦除可编程ROM。 E2PROM：电可擦除可编程ROM。 b、RAM存储器（随机存取存储器，又称随机读/写存储器， 易挥发） SRAM：静态存储器，掉电后，信息丢失----挥发。 DRAM：动态存储器，即使不掉电，信息也会丢失，需要 定时刷新。
（3）数据传送速率（频宽）BM 单位时间内能够传送的信息量。若系统的总线宽度为W， 则BM=W/TM（b/s） 例如：若W=32位，TM=100ns，则 BM =32bit /100×10-9s=320×10+6=320Mbit/s =40MB/s 若TM=40ns，则 BM=100MB/s（PCI的TM=30ns） 早期的PC机：总线为8位，TM=250ns BM=Baidu Nhomakorabeabit/250×10-9=4MB/s
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二、存储器的分类与性能（续）
2、外存储器 外存储器又称海存，容量大，价格低，不易挥发， 但存取速度慢。外存有：
磁表面存储器：磁鼓，磁盘（硬盘、软盘） 光存储器：CD-ROM, DVD-ROM, CD-R, WR-CD 半导体存储器：Flash存储器（闪存盘，闪存条， U盘。
若能使 CPU大部分时间访问高速缓存CACHE，速度最快； 仅在从缓存中读不到数据时才去读主存，速度略慢但容量更大； 当从主存中还读不到时才去成批量读虚存，速度很慢容量极大； 这就很好地同时解决了对速度、容量、成本三个方面的需求。
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存储系统的层次结构
为了解决存储器速度与价格之间的矛盾，出现了 存储器的层次结构。 程序的局部性原理: 在某一段时间内，CPU频繁访问某一局部的存储 器区域，而对此范围外的地址则较少访问的现象就是 程序的局部性原理。 • 时间局部性：最近访问过的代码是不久访问的代码 • 空间局部性：地址相近的代码可能会被一起访问 层次结构是基于程序的局部性原理的。对大量典 型程序运行情况的统计分析得出的结论是：CPU对某 些地址的访问在短时间间隔内出现集中分布的倾向。 这有利于对存储器实现层次结构。
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存储系统的层次结构（续）
Cache引入主要解决存取速度，外存引入主要解决 容量要求。 CPU内的寄存器、Cache、主存、外存都可以存储 信息，它们各有自己的特点和用途。它们的容量从小 到大，而存取速度是从快到慢，价格与功耗从高到低。
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一、存储器的主要技术指标
1、存储容量 指它可存储的信息的字节数或比特数，通常用存 储字数（单元数） 存储字长（每单元的比特数） 表示。 例如： 1Mb= 1M 1bit=128k 8bit=256k 4bit=1M位 1MB= 1M 8bit=1M字节
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一、存储器的主要技术指标（续）
（2）存取周期 TM 指在存储器连续读/写过程中一次完整的存取操作 所需的时间或者说是CPU连续两次访问存储器的最小 时间间隔。 （有些存储器在完成读/写操作后还有一些附加动作 时间或恢复时间，例如刷新或重写时。） TM略大于TA。
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一、存储器的主要技术指标（续）
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一、存储器的主要技术指标（续）
3、体积与功耗 （嵌入式系统或便携式微机中尤为重要） 4、可靠性 平均故障间隔时间（MTBF），即两次故障之间的 平均时间间隔。 EPROM重写次数在数千到10万次之间； ROM数据保存时限是20年到100多年。
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二、存储器的分类与性能
1、内存储器 也称主存储器，但有了Cache后，内存包括主存与 Cache。其速度快，价格贵，容量有限。它包括： （1）磁性存储器 磁泡存储器和磁芯存储器，信息不易丢失，但容量 小，体积大。 （2）半导体存储器 双极型存储器：速度快，功耗大，价格贵，容量 小。适宜作Cache、队列等；
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•存储体 存储器芯片容量＝芯片的存储单元的个数*每个存储单元包 含二进数的位数(即数据线条数)。 若：芯片地址线的条数为M、数据线条数为N 则一般情况下芯片容量为：2M*N位（bit）。 如：Intel 2l14芯片容量为lK*4位， 它有10条地址线和4条数据线，其容量为：4K位 (210*4)； Intel6264芯片容量为8K*8位， 它有13条地址线和8条数据线，其容量为：64K位 (213*8)。
• • • •
存储器技术指标 存储器分类与性能 内存的基本组成 存储系统的层次结构
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存储器的分类
•衡量存储器的三个指标：容量、速度和价格/位。
•计算机存储系统的层次结构一般如下图所示：
速度快 容量小 CPU 内部寄存器 内部Cache 外部Cache 主存储器 辅助存储器 图8.1 微机存储系统的层次结构
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速度慢 容量大
1993年大型计算机的存储器系统
CPU 缓存 主存 虚存 后援
存取速度 10ns 20~40ns 60~100ns 10~20ms 2~20M 存储容量 512B 128KB 512MB 60~228GB 512GB~2TB 存储成本 1800 (美分/KB) 72 5.6 0.23 0.01
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一、存储器的主要技术指标（续）
2、存取速度（可用多项指标比表示）
（1）存取时间（访问时间）TA 从存储器接收到读/写命令到信息被读出或写入完成 所需的时间（决定于存储介质的物理特性和寻址部件的 结构）。 例如： ROM存取时间通常为几百 ns； RAM存取时间通常为几十 ns 到一百多 ns； 双极性RAM存取时间通常为10~20 ns。
本章内容提要
本章主要介绍： • 存储器的分类、技术指标、组成及层次结构 • 静态存储器（SRAM） • 只读存储器 （ROM，EPROM， E2PROM， FLASH） • 动态存储器（DRAM) • 存储器的接口设计
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第一节 存储器概述
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本节基本知识
由于CPU的速度不断提高，处理的信息量不断增 大，要求存储器提高存取速度，改进存取方式（如突 发存取，并行存取等方式）。