第4章半导体存储器
微型计算机系统原理及应用 第4章 半导体存储器
17
4．3 半导体只读存储器（ROM）
4.3.1 掩膜式只读存储器ROM ROM制造厂家按用户提供的数据，在芯片制造时
写定。用户无法修改。
18
4.3.2 可编程的只读存储器PROM 只能写入一次。
19
4.3.3 可编程、可擦除的只读存储器EPROM
1. 紫外线擦除的EPROM 进行照射10～20min，擦除原存信息，成为全1状态。
8
2．静态RAM的结构 将多个存储单元按一定方式排列起来，就组成了一个静 态RAM存储器。
9
典型的SRAM 6116：2KB，A0~A10，D0~D7形成 128*16*8（每8列组成看作一个整体操作）的阵列
片选CS# 输出允许 OE#
读写控制 WE#
10
典型的SRAM芯片6264 (8KB)
29
存储器芯片的选用
RAM、ROM区别：
–ROM：ROM用来存放程序，为调试方便，多采用EPROM
–RAM：存储器容量不大，功耗较小时，可采用静态RAM；
系统较大，存储器容量很大，功能和价格成为主要矛盾， 要选择动态RAM，这时要考虑刷新问题。
组成存储器模块时，需要考虑的因素主要有：容
量、速度、负载等：
14
2. 双端口RAM举例
CY7C130/131/140/141 1K*8bit高速双端口SRAM A0~A9：地址线 I/O0~I/O7：数据线 CE#：片选 OE#：输出允许线 R/W#：读写控制 BUSY#： INT#：
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存储器的基本组成 半导体存储器的内部结构为例
译码电路： 重合译码方式 存储体：核心。一个 基本存储电路可存入 一个二进制数码
A12 A7 A6 A5 A4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 Vcc WE CS 2 A8 A9 A 11 OE A 10 CS 1 D7 D6 D5 D4 D3
半导体存储器
第7章半导体存储器内容提要半导体存储器是存储二值信息的大规模集成电路，本章主要介绍了（1）顺序存取存储器（SAM）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）的工作原理。
（2）各种存储器的存储单元。
（3）半导体存储器的主要技术指标和存储容量扩展方法。
（4）半导体存储器芯片的应用。
教学基本要求掌握：（1）SAM、RAM和ROM的功能和使用方法。
（2）存储器的技术指标。
（3）用ROM实现组合逻辑电路。
理解SAM、RAM和ROM的工作原理。
了解：（1）动态CMOS反相器。
（2）动态CMOS移存单元。
（3）MOS静态及动态存储单元。
重点与难点本章重点：（1）SAM、RAM和ROM的功能。
（2）半导体存储器使用方法（存储用量的扩展）。
（3）用ROM实现组合逻辑电路。
本章难点：动态CMOS反相器、动态CMOS移存单元及MOS静态、动态存储单元的工作原理。
7.1 半导体存储器及分类半导体存储器是存储二值信息的大规模集成电路，是现代数字系统的重要组成部分。
半导体存储器分类如下：按制造工艺分，有双极型和MOS型两类。
双极型存储器具有工作速度快、功耗大、价格较高的特点。
MOS型存储器具有集成度高、功耗小、工艺简单、价格低等特点。
按存取方式分，有顺序存取存储器（SAM）、随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）三类。
（1）顺序存取存储器（简称SAM）：对信息的存入（写）或取出（读）是按顺序进行的，即具有“先入先出”或“先入后出”的特点。
（2）随机存取存储器（简称RAM）：可在任何时刻随机地对任意一个单元直接存取信息。
根据所采用的存储单元工作原理的不同，又将随机存储器分为静态存储器SRAM和动态存储器DRAM。
DRAM存储单元结构非常简单，它所能达到的集成度远高于SRAM。
（3）只读存储器（简称ROM）：信息被事先固化到存储器内，可以长期保留，断电也不丢失。
它在正常运行时，只能读出信息，而不能写入。
只读存储器有固定ROM和可编程ROM两类。
计算机原理 第四章 存储系统 课堂笔记及练习题
计算机原理第四章存储系统课堂笔记及练习题主题：第四章存储系统学习时间：2016年10月24日--10月30日内容：一、学习要求这周我们将学习第四章存储系统的相关内容。
通过本章的学习要求了解主存储器的主要技术指标、理解存储器的层次结构及分类，加深对半导体随机读写器相关知识的理解。
二、主要内容（一）存储系统概述存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据，是计算机系统的重要组成部分之一。
存储器有主存储器和辅助存储器之分，主存储器（简称主存）处于全机中心地位，直接与CPU交换信息；辅助存储器（简称辅存）或称为外存储器（简称外存）通常用来存放主存的副本和当前不在运行的程序和数据，在程序执行过程中，每条指令所需的数据及取下一条指令的操作都不能直接访问辅助存储器，需要通过主存储器与CPU交换信息。
（二）主存储器的主要技术指标主存储器的主要性能指标为主存容量、存储器存取时间和存储周期时间。
计算机可寻址的最小信息单位是一个存储字，一个存储字所包括的二进制位数称为字长。
主存储器的另一个重要的性能指标是存储器的速度，一般用存储器存取时间和存储周期来表示。
存储器存取时间(memory access time)又称存储器访问时间，是指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间。
存储周期(memory cycle time)指连续启动两次独立的存储器操作(例如连续两次读操作)所需间隔的最小时间。
通常，存储周期略大于存取时间。
（三）存储器的层次结构对存储器的要求是“大容量、高速度、低成本”，但是在一个存储器中要求同时兼顾这三方面是困难的。
一般来讲，速度高的存储器，每位价格也高，因此容量不能太大。
主存-辅存层次，满足了存储器的大容量和低成本需求。
cache-主存层次，解决了速度与成本之间的矛盾。
现代大多数计算机同时采用主存-辅存和cache-主存这两种存储层次，构成cache-主存-辅存三级存储层次，如下图所示。
CPU能直接访问的存储器称为内存储器，包括cache和主存储器。
(完整word版)第四章存储器习题
第四章存储器一、填空题1. 计算机中的存储器是用来存放的,随机访问存储器的访问速度与无关.√2。
主存储器的性能指标主要是、存储周期和存储器带宽。
√3。
存储器中用来区分不同的存储单元，1GB= KB。
√4。
半导体存储器分为、、只读存储器(ROM)和相联存储器等。
√5. 地址译码分为方式和方式.√6。
双译码方式采用个地址译码器，分别产生和信号。
√7。
若RAM芯片内有1024个单元，用单译码方式，地址译码器将有条输出线；用双译码方式,地址译码器有条输出线。
√8. 静态存储单元是由晶体管构成的，保证记忆单元始终处于稳定状态，存储的信息不需要。
√9. 存储器芯片并联的目的是为了 ,串联的目的是为了。
10. 计算机的主存容量与有关，其容量为。
11。
要组成容量为4M×8位的存储器,需要片4M×1位的存储器芯片并联，或者需要片1M×8位的存储器芯片串联。
12. 内存储器容量为6K时，若首地址为00000H,那么末地址的十六进制表示是。
13 主存储器一般采用存储器件，它与外存比较存取速度、成本。
14 三级存储器系统是指这三级、、。
15 表示存储器容量时KB= ,MB= ;表示硬盘容量时,KB= ，MB= 。
16一个512KB的存储器，其地址线和数据线的总和是。
17 只读存储器ROM可分为、、和四种.18 SRAM是；DRAM是；ROM是；EPROM是。
19半导体SRAM靠存储信息，半导体DRAM则是靠存储信息。
20半导体动态RAM和静态RAM的主要区别是。
21MOS半导体存储器可分为、两种类型，其中需要刷新。
22 广泛使用的和都是半导体③存储器。
前者的速度比后者快，但不如后者高，它们的共同缺点是断电后保存信息.23 EPROM属于的可编程ROM，擦除时一般使用，写入时使用高压脉冲.24 单管动态MOS型半导体存储单元是由一个和一个构成的。
25 动态半导体存储器的刷新一般有、和三种方式。
第4章半导体存储器-4.2高速缓冲存储器Cache
3、存储器管理
虚拟存储器：虚拟存储器是由主存－辅存物理结构和负责信息块 划分以及主存－辅存之间信息调度的存储器管理部件(MMU)的 辅助硬件及操作系统的存储器管理软件所组成的存储系统。 管理方式：页式虚拟存储器、段式虚拟存储器、段页式虚拟 存储器 虚拟地址：能访问虚拟空间的指令地址码称为虚拟地址。 物理地址：实际的主存地址。
地址对准实际上是保证数据的对准。 未对准的数据要在CPU内部经过字节交换，使其在数据线 上对准存储体。 非对准的字要两个总线周期，对相邻的两个字进行两次操 作，在CPU内部经过字节交换，最终完成读写。
№ 13
2、替换策略
先进先出FIFO：选择最早装入快存的页作为被替换 的页； 最近最少使用策略LRU：选择CPU最近最少访问的页 作为被替换的页
AD0 L H L H
读写的字节 两个字节（AD15—AD0） 高字节（AD15—AD8） 低字节 （AD7—AD0） 不读写
如何连接，满足读写一个字节的需要，又能达到读一个字（低 № 10 位字节在偶地址）？
� � � �
1、存储器的奇偶分体 偶地址（从0开始）单元组成偶存储体， 奇地址单元组成奇存储体。 偶体、奇体共同组成16位存储器系统 。 16位读写是从偶体中选中1个单元、 再从地址加1的奇体中选中1个单元同时读写 。
虚地址
…
段式虚拟存储器的映像
3）段页式虚拟存储器
3、段页式虚拟存储器 虚地址
基号
段号
段表 0
页号
页表
页内地址 实地址
段基址表 0 L N-1
段表 段表 长度 基址 ‥ 1 L-1
M
装入 段长 位
页表 下址
实页 装入 号 位
访问 方式
半导体存储器的组成与基本结构
半导体存储器的组成与基本结构
半导体存储器的组成与基本结构
1 半导体存储器是由多种元件以及组件组成的，包括：
(1) 存储元件：用于空间上存储信息的元件，包括行选择元件、门电极、存取道和存储单元；
(2) 读写元件：与存储元件有关的元件，用于读取或写入存储元件中
的信息，包括数据信号电极和控制信号电极；
(3) 连接元件：用于彼此连接存储元件、读写元件和外部接口的元件，包括连接电路和接口；
(4) 功能组件：控制与调节半导体存储器工作的元件，包括电源、锁
存器和计时器；
(5) 封装元件：用于保护内部机构结构，提供与外界连接的元件，包
括封装、连接器和防火片；
2 半导体存储器的基本结构有：
(1) 存储元件：存储元件通常包括门电极、存取道和存储单元，采用
多位或多级结构空间上存储信息；
(2) 读写元件：读写元件与存储元件有关，利用电声的静电双向效应
实现存取动作，包括数据信号电极和控制信号电极；
(3) 连接元件：连接元件用于连接存储元件与读写元件，以及外部的
接口，包括连接电路和接口；
(4) 功能组件：功能组件用于控制与调节半导体存储器的工作，包括
电源、锁存器和计时器；
(5) 封装元件：封装元件用于提供与外界连接，保护内部机构结构，常见的封装元件有封装、连接器和防火片。
4.2半导体读写存储器-计算机系统原理-刘均-清华大学出版社
3）读出操作：字选线W上加高电位，T3和T4导通。若原来存储的是数据“1”，则A点是高电平， DS1线上也为高电平；B点是低电平，DS0上是低电平。DS1的高电平和DS0的低电平使读出电路产生 “读1”信号。若原来存储的是数据“0”，则DS1上为低电平，DS0上为高电平，使读出电路产生 “读0”信号。
在单译码方式下，地址译码器只有一个，其输出选中某个 地址对应的字节或字单元的多位位单元。当地址位数较多 时，单译码结构的输出线数目较多。
双译码方式下，地址译码器分为X和Y两个译码器，分别用 于产生一个有效的行选通信号和一个有效的列选通信号， 行选通线和列选通线都有效的存储单元被选中。这种方式 每个译码器都比较简单，可减少数据单元选通线的数量。
4.2.2半导体RAM芯片
◦ 3）驱动器：由于选通信号线要驱动存储阵列中的 大量单元，因此需要在译码器输出后加一个驱动 器，用驱动输出的信号去驱动连接在各条选通线 上的各存储单元。
◦ 4）I/O电路：I/O电路（输入输出电路）处于数据 总线和被选中的单元之间，用以控制被选中的单 元读出或写入，并具有放大数据信号的作用。数 据驱动电路对读写的数据进行读写放大，增加信 号的强度，然后输出到芯片外部。
◦ 3）读出操作：字选择线加高电平，使T管导通。数据线为中间电位，若原 有电容上存“1”，则Cs上的电荷通过T管向数据线泄放，形成读“1”信号； 若原有电容上存“0”，则无泄放电流。由于在读出操作的时候，Cs上原有 电荷泄放，破坏了原有信息，属于破坏性读出。因此，单管存储电路读出 操作之后必须根据读出的内容进行重写。设置Cd作为重写的充电电容。
第4章 存储系统
第4章存储逻辑
4.5.1 字长位数扩展
例：利用64K×8位ROM芯片，设计一个64K×16 位的ROM。 解：两个芯片的地址总线公用，控制总线也公 用，而数据线分成高８位和低８位。
4.5.1 字长位数扩展
例：SRAM字长位数扩展
1M×4位 1M×8位
4.5.2 字存储容量扩展
给定的芯片存储容量较小，不满足设计要求的总 存储容量，此时需要用多片给定芯片来扩展字 数。 方法：数据总线和低位地址总线公用，控制总线 中R/W公用，使能端EN不能公用，它由地址总线 的高位段译码来决定片选信号。 所需芯片数：设计要求存储容量除以已知芯片存 储容量。
3、ROM结构的点阵图表示法
最小项表达式 G3=∑(8,9,10,11,12,13,14,15) G2=∑(4,5,6,7,8,9,10,11) G1=∑(2,3,4,5,10,11,12,13) G0=∑(1,2,5,6,9,10,13,14)
4.3.2 可编程ROM
1、EPROM存储元 2、E2PROM存储元
4.4 FLASH存储器
FLASH存储器也译成闪速存储器，它是高密度非易 失性的读／写存储器。它既有RAM的优点，又有 ROM的优点。 闪速存储器中的存储元，由单个MOS晶体管组 成： 漏极S和源极D，控制栅和浮空栅。
4.4 FLASH存储器
FLASH存储器的基本操作
无电流，读出为0
4.2.2 地址译码方法
存储器按存储矩阵组织方式不同，可分为： 单译 码结构和双译码结构。 1、单译码结构 需要一个译码器。 每个存储元只有一条选择线（字线）。 单译码结构（也称字结构）：每次读／写时，选 中一个字的所有存储元。
4.2.2 地址译码方法
说明半导体存储器的发展过程
说明半导体存储器的发展过程
半导体存储器是指利用半导体材料制造的存储器，它的出现标志着计算机技术的重大进步。
半导体存储器的发展历程大致可以分为以下几个阶段：
第一阶段：早期存储器
早期的存储器采用的是磁鼓、磁带等机械存储器，这些存储器体积大、速度慢、功耗高、可靠性差，很难适应计算机技术的发展需求。
第二阶段：静态随机存储器(SRAM)
静态随机存储器(SRAM)是美国贝尔实验室于1965年发明的。
相对于机械存储器，SRAM具有存储速度快、功耗低、可靠性高等优点，成为当时最先进的存储器之一。
第三阶段：动态随机存储器(DRAM)
动态随机存储器(DRAM)是在SRAM的基础上发展起来的。
它采用了循环刷新技术，可以大幅度降低功耗，同时存储容量也比SRAM更大，成为当时最主流的存储器类型。
第四阶段：闪存存储器
闪存存储器是在1980年代初期出现的，它采用快闪技术，可以使存储器具有非易失性，同时还具有耐用性、速度快等特点。
闪存存储器已经成为现代计算机领域中最为普及的存储技术之一。
第五阶段：新型存储器
目前，新型存储器技术正在不断涌现。
例如，非易失性存储器(NVM)、相变存储器(PCM)、阻变存储器(RRAM)等多种新型存储器技术
的研究已经取得了许多进展，为未来计算机技术的发展提供了有力的支持。
总结：半导体存储器的发展过程经历了从机械存储器到SRAM、DRAM再到闪存存储器的演变，同时不断涌现着新型存储器技术，为计算机技术的发展提供了不断的支持。
计算机组成原理4第四章存储器PPT课件精选全文
4.2
11
4.2
请问： 主机存储容量为4GB，按字节寻址，其地址线 位数应为多少位？数据线位数多少位？ 按字寻址（16位为一个字）,则地址线和数据线 各是多少根呢？
12
数据在主存中的存放
设存储字长为64位（8个字节），即一个存 取周期最多能够从主存读或写64位数据。
读写的数据有4种不同长度:
字节 半字 单字 双字
34
3. 动态 RAM 和静态 RAM 的比较
主存
DRAM
SRAM
存储原理
电容
触发器
集成度
高
低
芯片引脚
少
多
功耗
小
大
价格
低
高
速度
慢
快
刷新
有
无
4.2
缓存
35
内容回顾: 半导体存储芯片的基本结构 4.2
…… ……
地
译
存
读
数
址
码
储
写
据
线
驱
矩
电
线
动
阵
路
片选线
读/写控制线
地址线（单向） 数据线（双向） 芯片容量
D0
…… D 7
22
(2) 重合法（1K*1位重合法存储器芯片）
0 A4
0,00
…
0,31
0 A3
X 地
X0
32×32
… …
0址
矩阵
A2
译
0码
31,0
…
31,31
A1
器 X 31
0 A0
Y0 Y 地址译码器 Y31 A 9 0A 8 0A 7 0A 6 0A 5 0
存储器系统(6116)
第4章存储器系统引入：电子计算机是20世纪人类最伟大的发明之一。
随着计算机的广泛应用，人类社会生活的各个方面都发生了巨大的变化。
特别是微型计算机技术和网络技术的高速发展，计算机逐渐走进了人们的家庭，正改变着人们的生活方式。
计算机逐渐成为人们生活和工作不可缺少的工具，掌握计算机的使用也成为人们必不可少的技能。
本章知识要点：1）存储器的分类和三层体系结构2）RAM、ROM芯片的结构、工作原理3）存储器的扩展方法4）高速缓冲存储器技术5）虚拟存储器技术6）存储保护4.1 存储器概述4.1.1 存储器的分类在计算机的组成结构中，有一个很重要的部分，就是存储器。
存储器是一种记忆部件，是用来存储程序和数据的，对于计算机来说，有了存储器，才有记忆功能，才能保证正常工作。
存储器的种类很多，常用的分类方法有以下几种。
一、按其用途分（1）内存储器内存储器又叫内存，是主存储器。
用来存储当前正在使用的或经常使用的程序和数据。
CPU可以对他直接访问，存取速度较快。
（2）外存储器外存储器又叫外存，是辅助存储器。
外存通常是磁性介质或光盘，像硬盘，软盘，磁带，CD等，能长期保存信息，并且不依赖于电来保存信息，但是由机械部件带动，速度与CPU相比就显得慢的多。
外存的特点是容量大，所存的信息既可以修改也可以保存。
存取速度较慢，要用专用的设备来管理。
计算机工作时，一般由内存ROM中的引导程序启动程序，再从外存中读取系统程序和应用程序，送到内存的RAM中，程序运行的中间结果放在RAM中,（内存不够是也可以放在外存中）程序的最终结果存入外部存储器。
二、按存储介质分（1）半导体存储器早期的半导体存储器，普遍采用典型的晶体管触发器和一些选择电路构成的存储单元。
现代半导体存储器多为用大规模集成电路工艺制成的一定容量的芯片，再由若干芯片组成大容量的存储器。
半导体存储器又分为双极型半导体存储器和MOS 型半导体存储器。
（2）磁表面存储器再金属或非金属基体的表面上，涂敷一层磁性材料作为记录介质，这层介质称为磁层。
计算机组成原理 第 4 章 存储器系统(修改版)
磁芯存储器
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10
3.5英寸软盘
2013-11-14
11
硬盘
2013-11-14
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(2)半导体存储器
• 半导体存储器是用半导体器件组成的存储器。 • 根据制造工艺不同，可分为双极型和MOS型。
2013-11-14
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U盘
2013-11-14
14
(3) 光存储器
• 利用光学原理制成的存储器，它是通过 能量高度集中的激光束照在基体表面引 起物理的或化学的变化，记忆二进制信 息。如光盘存储器。
2013-11-14
3
4.1.1
存储器分类
• 1．按与CPU的连接和功能分类
• (1) 主存储器 CPU能够直接访问的存储器。用于存 放当前运行的程序和数据。主存储器设在 主机内部，所以又称内存储器。简称内存 或主存。
2013-11-14
4
(2) 辅助存储器
• 为解决主存容量不足而设置的存储器， 用于存放当前不参加运行的程序和数据。 当需要运行程序和数据时，将它们成批 调入内存供CPU使用。CPU不能直接访问 辅助存储器。 • 辅助存储器属于外部设备，所以又称为 外存储器，简称外存或辅存。
写操作（存操作） 地址 （MAR） AB
MEM
CPU MEM MDR
MEM
CPU
CB 读命令 （Read）
MEM
存储单 元内容 （M）
DB
MEM
CB 写命令 MEM （Write） DB 存储单元 MDR M
2013-11-14
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CPU与主存之间的数据传送控制方式
• 同步控制方式：数据传送在固定的时间间隔内 完成，即在一个存取周期内完成。 • 异步控制方式：数据传送的时间不固定，存储 器在完成读/写操作后，需向CPU回送“存储器 功能完成”信号（MFC），表示一次数据传送完 成。 • 目前多数计算机采用同步方式控制CPU与主存之 间的数据传送。 • 由于异步控制方式允许不同速度的设备进行信 息交换，所以多用于CPU与外设的数据传送中。
半导体存储器分类
半导体存储器是计算机和电子设备中常用的内部存储器类型，根据不同的特性和用途，可以分为多种分类。
以下是常见的半导体存储器分类：1.RAM（随机存取存储器）：SRAM（静态随机存取存储器）：使用触发器构建，读写速度快，但需要较多的芯片面积和功耗。
DRAM（动态随机存取存储器）：基于电容的存储单元，需要定期刷新，但相对较高的存储密度使其成为主流内存选项。
2.ROM（只读存储器）：PROM（可编程只读存储器）：用户一次性编程，无法擦除或重新编程。
EPROM（可擦除可编程只读存储器）：需要特殊设备进行擦除，然后重新编程。
EEPROM（电可擦除可编程只读存储器）：可通过电子擦除和编程，较为灵活，但擦写次数有限。
Flash 存储器：类似于EEPROM，但支持块擦除，用于各种应用，包括闪存驱动器、存储卡和固态硬盘。
3.Cache 存储器：L1、L2、L3 Cache：位于处理器内部的高速缓存，用于加速数据访问。
缓存存储器层次结构：不同级别的缓存通过层次结构来平衡速度和容量。
4.寄存器文件：寄存器组：在CPU 内部的小型存储器单元，用于存储指令、数据和控制信号。
5.存储卡和存储棒：SD 卡、MicroSD 卡、USB 存储棒等：用于移动设备和计算机的便携式存储。
6.堆栈存储器：堆栈内存：用于存储函数调用、局部变量和返回地址等，通常遵循先进后出（LIFO）原则。
7.内存芯片：内存芯片：集成了多个存储单元，通常作为外部存储器使用。
这些存储器类型在不同的应用场景中具有不同的特点和用途。
随着技术的发展，各类存储器不断优化和演进，以满足日益复杂的计算和数据存储需求。
微机原理 第4章
可擦除可编程的ROM（EPROM）
特点：芯片的上方有一个石英玻璃的窗口，通过紫 外线照射，芯片电路中的浮空晶栅上的电荷会形成光 电流泄漏走，使电路恢复起始状态，从而将写入的信 号擦去。
顶部开有一个圆形的石英窗口，用于紫外线透过擦除 原有信息 一般使用专门的编程器（烧写器）编程 编程后，应该贴上不透光封条
扩充存储器的数据宽度
用8b*32K的 EPROM芯片 27C256进行字节 数扩充，组成8b *64K的EPROM子 系统
RAS
动态RAM的刷新：
为保持电容CS中的电 荷不丢失，必须对动 态RAM不断进行读出 和再写入 CD数据线上分布电容
TS门控管
DRAM控制器的原理图
DRAM控制器的功能： （1）时序功能 （2）地址处理功能 （3）仲裁功能 P136
4.1.4 随机存取存储器RAM 1.SRAM 速度快 不需要刷新 片容量低 功耗大 2.DRAM 片容量高 需要刷新
4.选择存储器件的考虑因素
① 易失性：电源断开之后，存储器的内容是否 丢失。 ② 只读性 ③ 存储容量：每个芯片中的存储单元的总数。 ④ 速度：用存储器访问时间来衡量。访问时间 是指存储器接收到稳定地抵制信号到完成操作 的时间。 ⑤ 功耗
5. 半导体存储器的特点与分类
半导体存储器的特点： 1. 速度快，储存时间为ns级 2. 集成化 3. 非破坏性读出 半导体存储器分类: A. 从器件组成角度： 1.双极性存储器TTL（Transistor- Transistor Logic）， 特点是速度快，功耗较低，集成度低。 2.单极性存储器是用MOS（Metal-Oxide-Semiconductor） 制成的存储器， 特点是集成度高，功耗低，价格便宜。
计算机组成原理第四章课后习题和答案-唐朔飞(完整版)
第4章存储器1. 解释概念：主存、辅存、Cache、RAM、SRAM、DRAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、CDROM、Flash Memory。
答：主存：主存储器，用于存放正在执行的程序和数据。
CPU可以直接进行随机读写，访问速度较高。
辅存：辅助存储器，用于存放当前暂不执行的程序和数据，以及一些需要永久保存的信息。
Cache：高速缓冲存储器，介于CPU和主存之间，用于解决CPU和主存之间速度不匹配问题。
RAM：半导体随机存取存储器，主要用作计算机中的主存。
SRAM：静态半导体随机存取存储器。
DRAM：动态半导体随机存取存储器。
ROM：掩膜式半导体只读存储器。
由芯片制造商在制造时写入容，以后只能读出而不能写入。
PROM：可编程只读存储器，由用户根据需要确定写入容，只能写入一次。
EPROM：紫外线擦写可编程只读存储器。
需要修改容时，现将其全部容擦除，然后再编程。
擦除依靠紫外线使浮动栅极上的电荷泄露而实现。
EEPROM：电擦写可编程只读存储器。
CDROM：只读型光盘。
Flash Memory：闪速存储器。
或称快擦型存储器。
2. 计算机中哪些部件可以用于存储信息？按速度、容量和价格/位排序说明。
答：计算机中寄存器、Cache、主存、硬盘可以用于存储信息。
按速度由高至低排序为：寄存器、Cache、主存、硬盘；按容量由小至大排序为：寄存器、Cache、主存、硬盘；按价格/位由高至低排序为：寄存器、Cache、主存、硬盘。
3. 存储器的层次结构主要体现在什么地方？为什么要分这些层次？计算机如何管理这些层次？答：存储器的层次结构主要体现在Cache-主存和主存-辅存这两个存储层次上。
Cache-主存层次在存储系统中主要对CPU访存起加速作用，即从整体运行的效果分析，CPU访存速度加快，接近于Cache的速度，而寻址空间和位价却接近于主存。
主存-辅存层次在存储系统中主要起扩容作用，即从程序员的角度看，他所使用的存储器其容量和位价接近于辅存，而速度接近于主存。
半导体存储器分类
半导体存储器一．存储器简介存储器（Memory）是现代信息技术中用于保存信息的记忆设备。
在数字系统中，只要能保存二进制数据的都可以是存储器；在集成电路中，一个没有实物形式的具有存储功能的电路也叫存储器，如RAM、FIFO等；在系统中，具有实物形式的存储设备也叫存储器，如内存条、TF卡等。
计算机中全部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。
存储器件是计算机系统的重要组成部分，现代计算机的内存储器多采用半导体存储器。
存储器（Memory）计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。
计算机中的全部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。
它根据控制器指定的位置存入和取出信息。
自世界上第一台计算机问世以来，计算机的存储器件也在不断的发展更新，从一开始的汞延迟线，磁带，磁鼓，磁芯，到现在的半导体存储器，磁盘，光盘，纳米存储等，无不体现着科学技术的快速发展。
存储器的主要功能是存储程序和各种数据，并能在计算机运行过程中高速、自动地完成程序或数据的存取。
存储器是具有“记忆”功能的设备，它采用具有两种稳定状态的物理器件来存储信息。
这些器件也称为记忆元件。
在计算机中采用只有两个数码“0”和“1”的二进制来表示数据。
记忆元件的两种稳定状态分别表示为“0”和“1”。
日常使用的十进制数必须转换成等值的二进制数才能存入存储器中。
计算机中处理的各种字符，例如英文字母、运算符号等，也要转换成二进制代码才能存储和操作。
储器的存储介质，存储元，它可存储一个二进制代码。
由若干个存储元组成一个存储单元，然后再由许多存储单元组成一个存储器。
一个存储器包含许多存储单元，每个存储单元可存放一个字节（按字节编址）。
每个存储单元的位置都有一个编号，即地址，一般用十六进制表示。
一个存储器中所有存储单元可存放数据的总和称为它的存储容量。
假设一个存储器的地址码由20位二进制数（即5位十六进制数）组成，则可表示2的20次方，即1M个存储单元地址。
计算机组成原理第四章课后习题和答案解析[完整版]
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第4章存储器1. 解释概念：主存、辅存、Cache、RAM、SRAM、DRAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、CDROM、Flash Memory。
答：主存：主存储器，用于存放正在执行的程序和数据。
CPU可以直接进行随机读写，访问速度较高。
辅存：辅助存储器，用于存放当前暂不执行的程序和数据，以及一些需要永久保存的信息。
Cache：高速缓冲存储器，介于CPU和主存之间，用于解决CPU和主存之间速度不匹配问题。
RAM：半导体随机存取存储器，主要用作计算机中的主存。
SRAM：静态半导体随机存取存储器。
DRAM：动态半导体随机存取存储器。
ROM：掩膜式半导体只读存储器。
由芯片制造商在制造时写入内容，以后只能读出而不能写入。
PROM：可编程只读存储器，由用户根据需要确定写入内容，只能写入一次。
EPROM：紫外线擦写可编程只读存储器。
需要修改内容时，现将其全部内容擦除，然后再编程。
擦除依靠紫外线使浮动栅极上的电荷泄露而实现。
EEPROM：电擦写可编程只读存储器。
CDROM：只读型光盘。
Flash Memory：闪速存储器。
或称快擦型存储器。
2. 计算机中哪些部件可以用于存储信息？按速度、容量和价格/位排序说明。
答：计算机中寄存器、Cache、主存、硬盘可以用于存储信息。
按速度由高至低排序为：寄存器、Cache、主存、硬盘；按容量由小至大排序为：寄存器、Cache、主存、硬盘；按价格/位由高至低排序为：寄存器、Cache、主存、硬盘。
3. 存储器的层次结构主要体现在什么地方？为什么要分这些层次？计算机如何管理这些层次？答：存储器的层次结构主要体现在Cache-主存和主存-辅存这两个存储层次上。
Cache-主存层次在存储系统中主要对CPU访存起加速作用，即从整体运行的效果分析，CPU访存速度加快，接近于Cache的速度，而寻址空间和位价却接近于主存。
主存-辅存层次在存储系统中主要起扩容作用，即从程序员的角度看，他所使用的存储器其容量和位价接近于辅存，而速度接近于主存。
第4章 主存储器习题
第4章主存储器一、选择题（每题3.5分）1．动态半导体存储器的特点是（）A．在工作中存储器内容会产生变化B．每次读出后，需要根据原存内容重新写入一遍C．每隔一定时间，需要根据原存内容重新写入一遍D．在工作中需要动态地改变访存地址【答案】C2.某SRAM芯片，存储容量为64K×16位，该芯片的地址线和数据线数目为______。
A 64，16B 16，64C 64，8D 16，16 。
【答案】D3.交叉存贮器实质上是一种______存贮器，它能_____执行______独立的读写操作。
A 模块式，并行，多个B 模块式串行，多个C 整体式，并行，一个D 整体式，串行，多个【答案】A4. EPROM是指______。
A. 读写存储器B. 只读存储器C. 可编程的只读存储器D. 光擦除可编程的只读存储器【答案】D5.存储器是计算机系统的记忆设备，主要用于______。
A.存放程序B.存放软件C.存放微程序D.存放程序和数据【答案】D6. 外存储器与内存储器相比，外存储器______。
A.速度快，容量大，成本高B.速度慢，容量大，成本低C.速度快，容量小，成本高D.速度慢，容量大，成本高【答案】B7. 一个256K×8的存储器，其地址线和数据线总和为______。
A.16B.18C.26D.20【答案】C8.某存储器芯片的存储容量为8K×12位，则它的地址线为____。
A.11B.12C.13D.14 【答案】C9. 某一SRAM芯片，其容量为512×8位，考虑电源端和接地端，该芯片引出线的最小数目应为______。
A.23B.25C.50D.19【答案】D10.存储器是计算机系统的记忆设备，它主要用来（）。
A.存放数据B.存放程序C.存放数据和程序D.存放微程序【答案】C11.内存若为16MB，则表示容量为（）KB。
A.16B.16384C.1024D.16000【答案】B12.下列说法正确的是（）。
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74LS30
WE
OE
CS
MEMR
A10~A0
6116A
DIR
E
D7~D0
74LS245 D7~D0
第4章 半导体存储器
74LS30为8输入与非门 6116: A0~A10(2K) 地址：1010 0000 0000 0000 0000 ~1010 0000 X111 1111 1111 A0000~A07FFH（地址重叠区： A0800~A0FFFH：原因A11未参加译码）。
2、典型EPROM芯片介绍
EPROM芯片2764
• 存储容量为8K×8 • 28个引脚：
– – – – – – 13根地址线A12～A0 8根数据线D7～D0 片选CE* 编程PGM* 读写OE* 编程电压VPP
功能
Vpp A12 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D0 D1 D2 GN D
示。电路中T1、T2为工作管，T3、T4为负载管，T5、T6为控制管。
第4章 半导体存储器
图4.5 六管静态RAM存储电路
第4章 半导体存储器 2、静态RAM的结构
6116的管脚与功能框图
第4章 半导体存储器
动画演示
• Intel 6116的读操作
• Intel 6116的写操作
相关知识
三态门与锁存器
第4章 半导体存储器
4.4.1 连接时应注意的问题
• 1、CPU总线的带负载能力 • 2、CPU时序与存储器存取速度之间的配合 • 3、存储器组织、地址分配
第4章 半导体存储器
4.4.2 典型CPU与存储器的连接
• 一、地址译码器74LS138
将CPU与存储器进行连 接时，首先要根据系统要 求，确定存储器芯片地址 范围，然后进行地址译码， 译码输出送给存储器的片 选信号CS。译码器通常采 用74LS138电路，该译码 器的引脚和译码逻辑图见 教材252页。
1．存储体
存储体是存储器中存储信息的部分，由大量的基本存储电路
组成。每个基本存储电路存放一位二进制信息，这些基本存储电
路有规则地组织起来(一般为矩阵结构)就构成了存储体(存储矩阵) 2．外围电路 外围电路主要包括地址译码电路和三态数据缓冲器、控制 逻辑。
第4章 半导体存储器 3．地址译码方式 芯片内部的地址译码主要有两种方式，即单译码方式和双
命令开始，直到将被选单元的内容读出为止所用的时间。显然，
存取时间越小，存取速度越快。
第4章 半导体存储器 4.1.4 半导体存储器芯片的基本结构
A 0 A 1 地 址 译 码 器 D 0 D 1
…
…
…
A n
…
D N
存储矩阵
三态 数据 缓冲 器
R/W
控制逻辑
CS
图4.2 半导体存储器组成框图
第4章 半导体存储器
第4章 半导体存储器 表4.1 掩膜式ROM的内容
元
位单 0 1 D3 D2 D1 D0
1 1
0 1
1 0
0 1
2
3
0
0
1
1
0
1
1
0
第4章 半导体存储器 4.3.2 可擦可编程的只读存储器
目前，根据擦除芯片内已有信息的方法不同，可擦除、可 再编程ROM可分为两种类型：紫外线擦除PROM(简称EPROM) 和电擦除PROM(简称EEPROM或E2PROM)。
第4章 半导体存储器
双极型 静态RAM MOS型 不可编程 掩膜ROM 只读存储器 ROM 可编程 ROM 可擦除、可再 编程ROM 动态RAM
随机读写 存储器RAM 半导体 存储器
紫外线擦除的 EPROM 电擦除的 E2PROM
图4.1 半导体存储器的分类
第4章 半导体存储器 4.1.3 半导体存储器的主要技术指标 1．存储容量 (1) 用字数位数表示，以位为单位。常用来表示存储芯片的 容量，如1K4位，表示该芯片有1K个单元(1K=1024)，每个存储 单元的长度为4位。 存储容量与地址、数据线个数有关： 芯片的存储容量＝2M×N＝存储单元数×存储单元的位数 M：芯片的地址线根数 N：芯片的数据线根数
第4章 半导体存储器
（2）72线SIMM内存条：32+4位（其中每8位配1位奇偶 校验位），多用于80486系统，内存条容量有4MB、8MB、 16MB、32MB等。
（3）168线DIMM（Dual In－line Memory Module，双 列直插存储器模块）内存条：64+8位（其中每8位配1位奇 偶校验位），主要用于Pentium以上机型（PC66、PC100、 PC133等），内存条容量有8MB、16MB、32MB、64MB、 128MB、256MB等。Pentium以上微机主要采用168线同 步动态随机存储器SDRAM模块。
有电荷。在保持状态下，行选择线为低电平，V管截止，使电
容C基本没有放电回路(当然还有一定的泄漏)，其上的电荷可暂 存数毫秒或者维持无电荷的“0”状态。
第4章 半导体存储器
行选择信号 V C 刷新 放大器 列选择信号 数据输入 / 输出线
图4.9 单管动态存储电路
第4章 半4章 半导体存储器
第4章 半导体存储器
4.3 只读存储器(ROM)
4.3.1 掩膜式只读存储器(MROM) 制作掩膜板工艺较复杂，生产周期长，因此生产第一片 MROM的费用很大，而复制同样的ROM就很便宜了，所以适 合于大批量生产，不适用于科学研究。MROM有双极型、MOS 型等几种电路形式。
A 0 A 1 A 2 A 3 A 4
X 31
三 态 双 向 缓 冲 器
…
I/O(1位)
Y Y …Y 0 1 31 Y向译码器 控制电路
A A A A A 5 6 7 8 9
WR RD CS
图4.4 双译码方式
第4章 半导体存储器
4.2 随机读写存储器(RAM)
4.2.1 静态RAM 1. 静态RAM的基本存储电路 静态RAM的基本存储电路通常由6个MOS管组成，如图4.5所 其中，由T1、T2、T3及T4管组成了双稳态触发器电路，T1和T2的 工作状态始终为一个导通，另一个截止。
微型计算机中存储器的作用
第4章 半导体存储器
4.1 概
4.1.1 存储器的分类
述
存储器是计算机用来存储信息的部件。按存取速度 和用途可把存储器分为两大类：内存储器和外存储器。
第4章 半导体存储器
4.1.2 半导体存储器（内存）的分类
从应用角度可将半导体存储器分为两大类：随机读 写存储器RAM(Random Access Memory)和只读存储器 ROM(Read Only Memory)。
第4章 半导体存储器 4.2.2 动态RAM 1．动态RAM存储电路 动态存储器和静态存储器不同，动态RAM的基本存储电路 利用电容存储电荷的原理来保存信息，由于电容上的电荷会逐渐
泄漏，因而对动态RAM必须定时进行刷新，使泄漏的电荷得到
补充。
第4章 半导体存储器
单管动态RAM基本存储电路只有一个电容和一个MOS管， 是最简单的存储元件结构，如图4.9所示。在这样一个基本存储 电路中，存放的信息到底是“1”还是“0”，取决于电容中有没
第4章 半导体存储器 (2)用字节数表示容量，以字节为单位，如128B，表示该芯片有 128个单元，每个存储单元的长度为8位。现代计算机存储容量很 大，常用KB、MB、GB和TB为单位表示存储容量的大小。其中， 1KB＝210B＝1024B；1MB＝220B＝1024KB；1GB＝230B＝ l024MB；1TB＝240B＝1024GB。显然，存储容量越大，所能存 储的信息越多，计算机系统的功能便越强。 2．存取时间 存取时间是指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的 时间。例如，读出时间是指从CPU向存储器发出有效地址和读
第4章 半导体存储器
EPROM
• 顶部开有一个圆形的石 英窗口，用于紫外线透 过擦除原有信息 • 一般使用专门的编程器 （烧写器）进行编程 • 编程后，应该贴上不透 光封条 • 出厂未编程前，每个基 本存储单元都是信息1 • 编程就是将某些单元写 入信息0
第4章 半导体存储器 表4.3 常用的EPROM芯片
动态RAM是利用电容C上充积的电荷来存储信息的。当电容 C有电荷时，为逻辑“1”，没有电荷时，为逻辑“0”。但由于任 何电容都存在漏电，因此，当电容C存有电荷时，过一段时间由 于电容的放电过程导致电荷流失，信息也就丢失。因此，需要周 期性地对电容进行充电，以补充泄漏的电荷，通常把这种补充电 荷的过程叫刷新或再生。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15
Vcc PGM* NC A8 A9 A11 OE* A10 CE* D7 D6 D5 D4 D3
第4章 半导体存储器
4.4 CPU与存储器的连接
• 这是本章的重点内容 • SRAM、EPROM与CPU的连接 • 译码方法同样适合I/O端口
译码方式。单译码方式适用于小容量的存储芯片，对于容量较
大的存储器芯片则应采用双译码方式。 1)单译码方式 单译码方式只用一个译码电路对所有地址信息进行译码， 译码输出的选择线直接选中对应的单元，如图4.3所示。
第4章 半导体存储器
选择线 A0 A1 A2 A3 地 址 译 码 器 存储体 0 1 2 3
第4章 半导体存储器
+5v
A19 A18 G1
G2 A
G2 B
Y7
74LS138 A17 A16 A15 C B A
MEMW
WE
OE
CS
MEMR
A14~A0
6116A