计算机系统中各种存储器的对比研究

河南理工大学

计算机科学与技术学院课程设计报告

2012 — 2013学年第 1 学期

课程名称微机原理与接口技术设计题目计算机系统中各种存储器

的对比研究

学生姓名

学号

专业班级

指导教师

2012年9 月10 日

目录

1.各种存储器的分类

1.1 按存储介质分类

1.2 按存储方式分类

1.3 按应用可分类

2.各种存储器的特点

2.1 随机存取存储器（RAM）

（静态与动态的区分）

2.2 只读存储器（ROM）

2.2.1 EPROM

2.2.2 EEPROM

2.3 高速缓冲存储器（Cache)

2.4 硬盘

2.5 光盘

2.6 U盘

3.各种存储器与计算机的连接及其作用

4.参考文献

1 各种存储器的分类

1.1 按存储介质分类

（1）半导体存储器。存储元件由半导体器件组成的叫半导体存储器。其优点是体积小、功耗低、存取时间短。其缺点是当电源消失时，所存信息也随即丢失，是一种易失性存储器。

半导体存储器又可按其材料的不同，分为双极型（TTL）半导体存储器和MOS半导体存储器两种。前者具有高速的特点，而后者具有高集成度的特点，并且制造简单、成本低廉，功耗小、故MOS半导体存储器被广泛应用。

（2）磁表面存储器。磁表面存储器是在金属或塑料基体的表面上涂一层磁性材料作为记录介质，工作时磁层随载磁体高速运转，用磁头在磁层上进行读写操作，故称为磁表面存储器。

由于用具有矩形磁滞回线特性的材料作磁表面物质，它们按其剩磁状态的不同而区分“0”或“1”，而且剩磁状态不会轻易丢失，故这类存储器具有非易失性的特点。

（3）光盘存储器。光盘存储器是应用激光在记录介质(磁光材料)上进行读写的存储器，具有非易失性的特点。光盘记录密度高、耐用性好、可靠性高和可互换性强等。

1.2 按存取方式分类

按存取方式可把存储器分为随机存储器、只读存储器、顺序存储器和直接存取存储器四类。

（1）随机存储器RAM(Random Access Memory)。RAM是一种可读写存储器，其特点是存储器的任何一个存储单元的内容都可以随机存取，而且存取时间与存储单元的物理位置无关。计算机系统中的主存都采用这种随机存储器。由于存储信息原理的不同， RAM又分为静态RAM (以触发器原理寄存信息)和动态RAM(以电容充放电原理寄存信息)。

DDR RAM（Date-Rate RAM）也称作DDR SDRAM，这种改进型的RAM和SDRAM是基本一样的，不同之处在于它可以在一个时钟读写两次数据，这样就使得数据传输速度加倍了。这是目前电脑中用得最多的内存，而且它有着成本优势，事实上击败了Intel的另外一种内存标准－Rambus DRAM。在很多高端的显卡上，也配备了高速DDR RAM来提高带宽，这可以大幅度提高3D加速卡的像素渲染能力。

（2）只读存储器ROM(Read only Memory)。只读存储器是能对其存储的内容读出，而不能对其重新写入的存储器。这种存储器一旦存入了原始信息后，在程序执行过程中，只能将内部信息读出，而不能随意重新写入新的信息去改变原始信息。

只读存储器分为掩膜型只读存储器MROM（Masked ROM）、可编程只读存储器PROM(Programmable ROM)、可擦除可编程只读存储器EPROM(Erasable Programmable ROM)、用电可擦除可编程的只读存储器EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM)。以及近年来出现了的快擦型存储器Flash Memory，它具有EEPROM的特点，而速度比EEPROM快得多。

1.3 按应用可分类

存储器有三个主要特性：速率、容量和价格/位（简称位价）。一般说来，速度越高，价位就越高；容量越大，价位就越低；而且容量越大，速度必越低。可以用一个形象的存储器分层结构图，来反映上述的问题。

如下图所示:

实际上，存储器的层次结构主要体现在缓存—主存、主存—辅存这两个存储层次上，如下图所示。

2.各种存储器的特点

2.1 随机存取存储器（RAM）

RAM 又可分为SRAM（Static RAM/静态存储器）和DRAM（Dynamic RAM/动态存储器）。SRAM 是利用双稳态触发器来保存信息的，只要不掉电，信息是不会丢失的。DRAM是利用MOS（金属氧化物半导体）电容存储电荷来储存信息，因此必须通过不停的给电容充电来维持信息，所以DRAM 的成本、集成度、功耗等明显优于SRAM。 SRAM速度非常快，是目前读写最快的存储设备了，但是它也非常昂贵，所以只在要求很苛刻的地方使用，譬如CPU的一级缓冲，二级缓冲。DRAM 保留数据的时间很短，速度也比SRAM慢，不过它还是比任何的ROM都要快，但从价格上来说DRAM相比SRAM要便宜很多，计算机内存就是DRAM的。

而通常人们所说的SDRAM 是DRAM 的一种，它是同步动态存储器，利用一个单一的系统时钟同步所有的地址数据和控制信号。使用SDRAM不但能提高系统表现，还能简化设计、提供高速的数据传输。在嵌入式系统中经常使用。随机存取存储器按其存储信息的原理不同，可分为静态RAM和动态RAM两大类。

SRAM是Static Random Access Memory的缩写，中文含义为静态随机访问存储器，它是一种类型的半导体存储器。“SRAM是一种易失性存储器，它只有在电源保持连续供应的情况下才能够保持数据。“随机访问”是指存储器的内容可以以任何顺序访问，而不管前一次访问的是哪一个位置。

常见的动态RAM基本单元电路有三管式和单管式两种，它们的共同特点都是靠电容存储电荷的原理来寄存信息的。若电容上存有足够多的电荷表示存“1”，电容上无电荷表示存“0”。由于它与静态RAM相比，具有集成度更高、功耗更低等特点，因此目前被各类计算机广泛应用。

2.2 只读存储器（ROM）

2.2.1 EPROM

EPROM是一种可擦洗可编程的只读存储器。它可以由用户对其所存信息作任意次的改写。一旦用户需重新改变其状态时；可用紫外线照射、驱散浮动栅，再按需要对不同位置的MOS管重新置于正电压，又得出新状态的ROM。故称之为EPROM。EPROM芯片有多种型号，市场上常见的Intel公司的产品有：2716（2K×8b），2732（4K×8b），2764（8K×8b），27128（16K×8b），27256（32K×8b），27512（64K×8b）等。

2.2.2 EEPROM

2.3 高速缓冲存储器（Cache)

Cache 的英文原意是"储藏"，它一般使用SRAM制造，它与CPU之间交换数据的速度高于DRAM，所以被称作"高速缓冲存储器"，简称为"高速缓存"。由于CPU的信息处理速度常常超过其它部件的信息传递速度，所以使用一般的DRAM 来作为信息存储器常常使CPU处于等待状态，造成资源的浪费。Cache就是为了解决这个问题而诞生的。在操作系统启动以后，CPU就把DRAM中经常被调用的一些系统信息暂时储存在Cache里面，以后当CPU需要调用这些信息时，首先到