第4章存储器和高速缓存技术演示课件
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重点：半导体存储器
从应用角度可分为两大类：
随机存取存储器 （RAM）
静态RAM（SRAM）常用于Cache 动态RAM（DRAM）常用于内存条
半导体存储器 （Memory）
只读存储器 （ROM）
掩膜ROM
可编程ROM（PROM） 紫外线可擦除的PROM（EPROM） 电可擦除的PROM（EEPROM）
早期的内存使用磁芯。随着大规模集成电路的发展，半导 体存储器集成度大大提高，成本迅速下降，存取速度大大加 快，所以在微型计算机中，目前内存一般都使用半导体存储 器。
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4.1.2 微型计算机内存的行列结构 存储器的容量： （1）用可寻址存储器单元数×每单元二进制位数表示，
以位为单位。常用来表示存储芯片的容量，如1K×4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。
特点：具有一定容量、存取速度快，且掉电数据将丢失。 作用：计算机要执行的程序和要处理的数据等都必须事先调入内存后 方可被CPU读取并执行。
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外存：把通过接口电路与系统相连的存储器称为外存储 器，简称外存，如硬盘、软盘和光盘等。
特点：存储容量大而存取速度较慢，且掉电数据不丢失。 作用：外存用来存放当前暂不被CPU处理的程序或数据，以及一些需 要永久性保存的信息。 通常将外存归入计算机外部设备，外存中存放的信息必须调入内存后 才能被CPU使用。
（2）用字节数表示，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。
数据线
门控管 T7和T8送至芯片 C的引脚，
读控制线有效则输出至数据线。
读控制（高有效）
行线X 六 管 基 本 存 储 电 路
列线Y
12
2）外围电路
（1）地址译码器 ——对外部地址信号译码，用以选
择要访问的单元。
若要构成1K×1b个存储单元，需10 根地址线，1根数据线。
① 单地址译码（右上图1）： 译码器为10:1024， 译码输出线 210＝1024 根。 引线太多，制造困难。
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存储器单元是按照多行多列的矩阵形式来排列的。 例如，要组成1KB的内存，如不用矩阵形式，则需要1024 条译码线才能实现对这些单元的寻址，而如果用32×32的矩 阵来实现排列，则只需要32条行选择线和32条列选择线，即5 条行地址线和5条列地址线。 32行×32列矩阵和外部的连接图如下所示。
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4.1.3 选择存储器件的考虑因素 选择存储器时，应该考虑的因素： ① 易失性 易失性就是指电源断开之后，存储器的内容是否丢失，如
第4章 存储器和高速缓存技术
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本章重点 : ★ 存储器的类型 ★ 存储器的构造设计 ★ 存储器的地址分配
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4.1 存储器和存储器件
4.1.1 存储器的分类 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。 内存：把通过系统总线直接与CPU相连的存储器称为内存 储器，简称内存。
1、静态RAM（SRAM）
一、RAM原理
构成
存储体（R-S触发器构成的存储矩阵）
外围电路
译码电路、缓冲器 I/O控制电路
0
0
地 址
1
存储
1
数 据
n位 地址
译 码 2n-1
矩阵
m
缓 冲
器
器
CS 控制
逻辑 R/W
存储芯片内部构成示意图
m位 数据
10
? 地址译码器： 接收来自CPU的n位地址，经译码后产生2n个地址选择信号，
A6 A7
器 Y1023
A8
1023
A9
CE
OE
读写控制电路
WE
D(I/O)
A0 A1 A2 A3 A4
果某种存储器在断电之后，仍能保存其中的内容，则称为非 易失性存储器，否则，就叫易失性存储器。
非易失性存储器通常包括：外部存储器（软盘、硬盘、光盘、磁带） 以及只读存储器ROM。
易失性存储器通常包括：随机存取存储器RAM。
② 只读性 只读存储器ROM，即数据写入存储器后，只能读出不能重 写或改写。
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③ 存储容量 每个芯片中存储单元的总数即存储容量。存储容量和芯片 集成度有关，也和器件基本单元的工作原理和类型有关。 ④ 速度 存储器的速度是用存储器访问时间来衡量的。访问时间就是 指存储器接受到稳定的地址信号到完成操作的时间。例如，读 出时，存储器往数据总线上输出数据就是操作结束的标志。 ⑤ 功耗 功耗反映了存储器耗电的多少，同时也反映了其发热的程 度。
② 双地址译码（右下图2） ：
? 有X、Y两个译码器，每个有10/2个输 入，210/2 个输出，共输出210/2 ×210/2=210（1024）个状态，而输出线 只有2× 210/2 根。
? 两个5:32译码器组成行列形式选中单 元，大大减少引线。
A0 A1
Y0 Y1
0
A2百度文库
地
A3
址
1
A4
译
A5
码
快擦写存储器（Flash Memory）
? RAM具有易失性，可读，可写，常用于存放数据、中间结果等。
? ROM在程序执行时只能读不能写。常用于存放程序或不易变的数据。 ? 掩膜ROM不可改写。 ? 可编程PROM、EPROM、E2PROM及FLASH 在一定条件下可改写。
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4.1.4 随机存取存储器RAM
位2进制数。
（1）T1和T2组成一个双稳态触 发器，用于保存数据。 T3和T4
Q
Q
为负载管。
（2）如O1点为数据 Q，则O2点
为数据 Q。
（3） 行选择 线有效（高电平）
时， O1 、 O2处的数据信息通
过门控管 T5和T6送至T7和T8 。
（4） 列选择 线有效（高电平） 时， T7和T8处的数据信息通过 写控制（高有效）
实现对片内存储单元的选址。 ? 控制逻辑电路：
接收片选信号CS及来自CPU的读/写控制信号，形成芯片内 部控制信号，控制数据的读出和写入。 ? 数据缓冲器：
寄存来自CPU的写入数据或从存储体内读出的数据。 ? 存储体：
存储体是存储芯片的主体，由基本存储元按照一定的排列 规律构成。
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1)存储体
一个基本存储电路能存储 1
重点：半导体存储器
从应用角度可分为两大类：
随机存取存储器 （RAM）
静态RAM（SRAM）常用于Cache 动态RAM（DRAM）常用于内存条
半导体存储器 （Memory）
只读存储器 （ROM）
掩膜ROM
可编程ROM（PROM） 紫外线可擦除的PROM（EPROM） 电可擦除的PROM（EEPROM）
早期的内存使用磁芯。随着大规模集成电路的发展，半导 体存储器集成度大大提高，成本迅速下降，存取速度大大加 快，所以在微型计算机中，目前内存一般都使用半导体存储 器。
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4.1.2 微型计算机内存的行列结构 存储器的容量： （1）用可寻址存储器单元数×每单元二进制位数表示，
以位为单位。常用来表示存储芯片的容量，如1K×4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。
特点：具有一定容量、存取速度快，且掉电数据将丢失。 作用：计算机要执行的程序和要处理的数据等都必须事先调入内存后 方可被CPU读取并执行。
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外存：把通过接口电路与系统相连的存储器称为外存储 器，简称外存，如硬盘、软盘和光盘等。
特点：存储容量大而存取速度较慢，且掉电数据不丢失。 作用：外存用来存放当前暂不被CPU处理的程序或数据，以及一些需 要永久性保存的信息。 通常将外存归入计算机外部设备，外存中存放的信息必须调入内存后 才能被CPU使用。
（2）用字节数表示，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。
数据线
门控管 T7和T8送至芯片 C的引脚，
读控制线有效则输出至数据线。
读控制（高有效）
行线X 六 管 基 本 存 储 电 路
列线Y
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2）外围电路
（1）地址译码器 ——对外部地址信号译码，用以选
择要访问的单元。
若要构成1K×1b个存储单元，需10 根地址线，1根数据线。
① 单地址译码（右上图1）： 译码器为10:1024， 译码输出线 210＝1024 根。 引线太多，制造困难。
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存储器单元是按照多行多列的矩阵形式来排列的。 例如，要组成1KB的内存，如不用矩阵形式，则需要1024 条译码线才能实现对这些单元的寻址，而如果用32×32的矩 阵来实现排列，则只需要32条行选择线和32条列选择线，即5 条行地址线和5条列地址线。 32行×32列矩阵和外部的连接图如下所示。
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4.1.3 选择存储器件的考虑因素 选择存储器时，应该考虑的因素： ① 易失性 易失性就是指电源断开之后，存储器的内容是否丢失，如
第4章 存储器和高速缓存技术
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本章重点 : ★ 存储器的类型 ★ 存储器的构造设计 ★ 存储器的地址分配
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4.1 存储器和存储器件
4.1.1 存储器的分类 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。 内存：把通过系统总线直接与CPU相连的存储器称为内存 储器，简称内存。
1、静态RAM（SRAM）
一、RAM原理
构成
存储体（R-S触发器构成的存储矩阵）
外围电路
译码电路、缓冲器 I/O控制电路
0
0
地 址
1
存储
1
数 据
n位 地址
译 码 2n-1
矩阵
m
缓 冲
器
器
CS 控制
逻辑 R/W
存储芯片内部构成示意图
m位 数据
10
? 地址译码器： 接收来自CPU的n位地址，经译码后产生2n个地址选择信号，
A6 A7
器 Y1023
A8
1023
A9
CE
OE
读写控制电路
WE
D(I/O)
A0 A1 A2 A3 A4
果某种存储器在断电之后，仍能保存其中的内容，则称为非 易失性存储器，否则，就叫易失性存储器。
非易失性存储器通常包括：外部存储器（软盘、硬盘、光盘、磁带） 以及只读存储器ROM。
易失性存储器通常包括：随机存取存储器RAM。
② 只读性 只读存储器ROM，即数据写入存储器后，只能读出不能重 写或改写。
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③ 存储容量 每个芯片中存储单元的总数即存储容量。存储容量和芯片 集成度有关，也和器件基本单元的工作原理和类型有关。 ④ 速度 存储器的速度是用存储器访问时间来衡量的。访问时间就是 指存储器接受到稳定的地址信号到完成操作的时间。例如，读 出时，存储器往数据总线上输出数据就是操作结束的标志。 ⑤ 功耗 功耗反映了存储器耗电的多少，同时也反映了其发热的程 度。
② 双地址译码（右下图2） ：
? 有X、Y两个译码器，每个有10/2个输 入，210/2 个输出，共输出210/2 ×210/2=210（1024）个状态，而输出线 只有2× 210/2 根。
? 两个5:32译码器组成行列形式选中单 元，大大减少引线。
A0 A1
Y0 Y1
0
A2百度文库
地
A3
址
1
A4
译
A5
码
快擦写存储器（Flash Memory）
? RAM具有易失性，可读，可写，常用于存放数据、中间结果等。
? ROM在程序执行时只能读不能写。常用于存放程序或不易变的数据。 ? 掩膜ROM不可改写。 ? 可编程PROM、EPROM、E2PROM及FLASH 在一定条件下可改写。
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4.1.4 随机存取存储器RAM
位2进制数。
（1）T1和T2组成一个双稳态触 发器，用于保存数据。 T3和T4
Q
Q
为负载管。
（2）如O1点为数据 Q，则O2点
为数据 Q。
（3） 行选择 线有效（高电平）
时， O1 、 O2处的数据信息通
过门控管 T5和T6送至T7和T8 。
（4） 列选择 线有效（高电平） 时， T7和T8处的数据信息通过 写控制（高有效）
实现对片内存储单元的选址。 ? 控制逻辑电路：
接收片选信号CS及来自CPU的读/写控制信号，形成芯片内 部控制信号，控制数据的读出和写入。 ? 数据缓冲器：
寄存来自CPU的写入数据或从存储体内读出的数据。 ? 存储体：
存储体是存储芯片的主体，由基本存储元按照一定的排列 规律构成。
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1)存储体
一个基本存储电路能存储 1