微机原理-存储器
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微机原理与接口技术
秦红磊 金天
北京航空航天大学电子信息工程学院
第五章 存储器（Memory）
第一节：计算机存储器系统 第二节：存储系统基本概念和性能指标 第三节：主要存储器介绍 第四节：存储器与CPU的连接
第一节：计算机存储器系统
第一节：计算机存储器系统
第一节：计算机存储器系统
第一节：计算机存储器系统
1） RAM也称读写存储器，对该存储器内部的任何一个存储单元，既可 以读出（取），也可以写入（存）；
这个计算方法是针对仅靠上升沿信号传输数据的SDRAM而言 的，对于上升沿和下降沿都传输数据的DDR来说计算方法有点变 化，应该在最后乘2。
PCI带宽=33MHz×32bit／8 = 133MB/s AGP 1X总线的带宽=66MHz×64bit／8 = 528MB/s
AGP 4X带宽=528MHz×4 = 2.1GB/s。
3.1.2 OTP-ROM
VCC 字选线
熔丝 位线
熔丝式 PROM 存储电路
第三节：存储系统的分类和原理
3.1.3 EPROM
S SiO2 浮栅
行线
VCC
位 线 输 出
P+ + + + P+ N衬底
浮栅管
D
位线 S
(a)
(b)
Erasable Programmable Read-Only Memory
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。
第三节：存储系统的分类和原理
3.1.4 EPROM
第三节：存储系统的分类和原理
3.1.5 E2PROM
电可擦除可编程的ROM（E2PROM）
Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory
第三节：存储系统的分类和原理
“水银延迟线存储器”最早最早的计算机的内存， 由研制ENIAC的工程师John W. Mauchly二战期间为军 用雷达开发的一种存储装置
第三节：存储系统的分类和原理
第三节：存储系统的分类和原理
3. 1 ROM
第三节：存储系统的分类和原理
3.1.1 掩模式ROM
第三节：存储系统的分类和原理
125摄氏度
重写50万次 保存50年
第三节：存储系统的分类和原理
1. 历史
在电子管计算机时期(1946～1959)，计算机主要用于科学计算。主存储 器是决定计算机技术面貌的主要因素。当时，主存储器有水银延迟线存储器、 阴极射线示波管静电存储器、磁鼓和磁心存储器等类型，通常按此对计算机 进行分类。
第三节：存储系统的分类和原理
1. 历史
“水银延迟线存储器”最早最早的计算机的内存， 由研制ENIAC的工程师John W. Mauchly二战期间为军 用雷达开发的一种存储装置
第三节：存储系统的分类和原理
1. 历史
1956年9月13日，IBM推出全球首款硬盘系统RAMAC 350，使用了50个24英寸盘片，总容量只有5MB
可 靠 性
度
Hale Waihona Puke Baidu
第二节：存储系统基本概念和性能指标
1. 存储器容量
第二节：存储系统基本概念和性能指标
2. 存取速度
指访问（读/写）一次存储器所需要的时间。 常用存储器的存取时间(Memory Access Time) 和存储周期表示。
第二节：存储系统基本概念和性能指标
存 储 器 容 量 与 速 度
第三节：存储系统的分类和原理
1. 历史
IBM 硬盘50年发展历史
第三节：存储系统的分类和原理
1. 历史
2004年，希捷首次采用垂直磁记录方式，记录密度突破100Gbpsi
第三节：存储系统的分类和原理
2. 基本原理
第三节：存储系统的分类和原理
2. 基本原理
第三节：存储系统的分类和原理
3. 存储器的分类
第二节：存储系统基本概念和性能指标
3. 存取带宽
表示单位时间内传输数据容量的大小，表示吞吐数据的 能力。存储器的带宽计算：
B=F×D/8
B表示带宽，F表示存储器时钟频率，D表示存储器数据总 线位数。
第二节：存储系统基本概念和性能指标
3. 存取带宽
例如：PC-100的SDRAM带宽计算如下： 100MHz×64bit/8=800MB/s
26
A11
A6
Y地址译码器
X 地址 译码 器
数据输入
DIN
输入
缓冲器
R/W读写输入
CS片选择
存储单元矩阵 n个 NXM
（4096XI）
写入 读出
输入 缓冲器
典型存储器的组成框图
数据输出
DOUT
第二节：存储系统基本概念和性能指标
衡量存储器的技术指标
存 储 器 容 量
存 取 速 度
功
存 储 带 宽
耗 和 集 成
应用特性： （1）对硬件电路没有特殊要求，编程简单。 （2）采用＋5V电源擦写的E2PROM，通常不需要设置单独的 擦除操作，可在写入过程中自动擦除。 （3）E2PROM器件大多是并行总线传输的
第三节：存储系统的分类和原理
3.1.6 E2PROM
第三节：存储系统的分类和原理
3.2. 随机存取存储器 RAM
第一节：计算机存储器系统
第一节：计算机存储器系统
第一节：计算机存储器系统
第一节：计算机存储器系统
第一节：计算机存储器系统
第一节：计算机存储器系统
全联映像方式
第一节：计算机存储器系统
直接映像方式
第二节：存储系统基本概念和性能指标
第二节：存储系统基本概念和性能指标
第二节：存储系统基本概念和性能指标
到了晶体管计算机时期(1959～1964)，主存储器均采用磁心存储器，磁 鼓和磁盘开始用作主要的辅助存储器。不仅科学计算用计算机继续发展，而 且中、小型计算机，特别是廉价的小型数据处理用计算机开始大量生产。
1964年，在集成电路计算机发展的同时，计算机也进入了产品系列化的 发展时期。半导体存储器逐步取代了磁心存储器的主存储器地位，磁盘成了 不可缺少的辅助存储器，并且开始普遍采用虚拟存储技术。随着各种半导体 只读存储器和可改写的只读存储器的迅速发展，以及微程序技术的发展和应 用，计算机系统中开始出现固件子系统。
第二节：存储系统基本概念和性能指标
4. 功耗和集成度
第二节：存储系统基本概念和性能指标
4. 功耗和集成度
新型FCRAM和DDR2 SDRAM的功耗比较
第二节：存储系统基本概念和性能指标
4. 功耗和集成度
第二节：存储系统基本概念和性能指标
5. 可靠性
85摄氏度
重写100万次 保存100年
秦红磊 金天
北京航空航天大学电子信息工程学院
第五章 存储器（Memory）
第一节：计算机存储器系统 第二节：存储系统基本概念和性能指标 第三节：主要存储器介绍 第四节：存储器与CPU的连接
第一节：计算机存储器系统
第一节：计算机存储器系统
第一节：计算机存储器系统
第一节：计算机存储器系统
1） RAM也称读写存储器，对该存储器内部的任何一个存储单元，既可 以读出（取），也可以写入（存）；
这个计算方法是针对仅靠上升沿信号传输数据的SDRAM而言 的，对于上升沿和下降沿都传输数据的DDR来说计算方法有点变 化，应该在最后乘2。
PCI带宽=33MHz×32bit／8 = 133MB/s AGP 1X总线的带宽=66MHz×64bit／8 = 528MB/s
AGP 4X带宽=528MHz×4 = 2.1GB/s。
3.1.2 OTP-ROM
VCC 字选线
熔丝 位线
熔丝式 PROM 存储电路
第三节：存储系统的分类和原理
3.1.3 EPROM
S SiO2 浮栅
行线
VCC
位 线 输 出
P+ + + + P+ N衬底
浮栅管
D
位线 S
(a)
(b)
Erasable Programmable Read-Only Memory
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。
第三节：存储系统的分类和原理
3.1.4 EPROM
第三节：存储系统的分类和原理
3.1.5 E2PROM
电可擦除可编程的ROM（E2PROM）
Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory
第三节：存储系统的分类和原理
“水银延迟线存储器”最早最早的计算机的内存， 由研制ENIAC的工程师John W. Mauchly二战期间为军 用雷达开发的一种存储装置
第三节：存储系统的分类和原理
第三节：存储系统的分类和原理
3. 1 ROM
第三节：存储系统的分类和原理
3.1.1 掩模式ROM
第三节：存储系统的分类和原理
125摄氏度
重写50万次 保存50年
第三节：存储系统的分类和原理
1. 历史
在电子管计算机时期(1946～1959)，计算机主要用于科学计算。主存储 器是决定计算机技术面貌的主要因素。当时，主存储器有水银延迟线存储器、 阴极射线示波管静电存储器、磁鼓和磁心存储器等类型，通常按此对计算机 进行分类。
第三节：存储系统的分类和原理
1. 历史
“水银延迟线存储器”最早最早的计算机的内存， 由研制ENIAC的工程师John W. Mauchly二战期间为军 用雷达开发的一种存储装置
第三节：存储系统的分类和原理
1. 历史
1956年9月13日，IBM推出全球首款硬盘系统RAMAC 350，使用了50个24英寸盘片，总容量只有5MB
可 靠 性
度
Hale Waihona Puke Baidu
第二节：存储系统基本概念和性能指标
1. 存储器容量
第二节：存储系统基本概念和性能指标
2. 存取速度
指访问（读/写）一次存储器所需要的时间。 常用存储器的存取时间(Memory Access Time) 和存储周期表示。
第二节：存储系统基本概念和性能指标
存 储 器 容 量 与 速 度
第三节：存储系统的分类和原理
1. 历史
IBM 硬盘50年发展历史
第三节：存储系统的分类和原理
1. 历史
2004年，希捷首次采用垂直磁记录方式，记录密度突破100Gbpsi
第三节：存储系统的分类和原理
2. 基本原理
第三节：存储系统的分类和原理
2. 基本原理
第三节：存储系统的分类和原理
3. 存储器的分类
第二节：存储系统基本概念和性能指标
3. 存取带宽
表示单位时间内传输数据容量的大小，表示吞吐数据的 能力。存储器的带宽计算：
B=F×D/8
B表示带宽，F表示存储器时钟频率，D表示存储器数据总 线位数。
第二节：存储系统基本概念和性能指标
3. 存取带宽
例如：PC-100的SDRAM带宽计算如下： 100MHz×64bit/8=800MB/s
26
A11
A6
Y地址译码器
X 地址 译码 器
数据输入
DIN
输入
缓冲器
R/W读写输入
CS片选择
存储单元矩阵 n个 NXM
（4096XI）
写入 读出
输入 缓冲器
典型存储器的组成框图
数据输出
DOUT
第二节：存储系统基本概念和性能指标
衡量存储器的技术指标
存 储 器 容 量
存 取 速 度
功
存 储 带 宽
耗 和 集 成
应用特性： （1）对硬件电路没有特殊要求，编程简单。 （2）采用＋5V电源擦写的E2PROM，通常不需要设置单独的 擦除操作，可在写入过程中自动擦除。 （3）E2PROM器件大多是并行总线传输的
第三节：存储系统的分类和原理
3.1.6 E2PROM
第三节：存储系统的分类和原理
3.2. 随机存取存储器 RAM
第一节：计算机存储器系统
第一节：计算机存储器系统
第一节：计算机存储器系统
第一节：计算机存储器系统
第一节：计算机存储器系统
第一节：计算机存储器系统
全联映像方式
第一节：计算机存储器系统
直接映像方式
第二节：存储系统基本概念和性能指标
第二节：存储系统基本概念和性能指标
第二节：存储系统基本概念和性能指标
到了晶体管计算机时期(1959～1964)，主存储器均采用磁心存储器，磁 鼓和磁盘开始用作主要的辅助存储器。不仅科学计算用计算机继续发展，而 且中、小型计算机，特别是廉价的小型数据处理用计算机开始大量生产。
1964年，在集成电路计算机发展的同时，计算机也进入了产品系列化的 发展时期。半导体存储器逐步取代了磁心存储器的主存储器地位，磁盘成了 不可缺少的辅助存储器，并且开始普遍采用虚拟存储技术。随着各种半导体 只读存储器和可改写的只读存储器的迅速发展，以及微程序技术的发展和应 用，计算机系统中开始出现固件子系统。
第二节：存储系统基本概念和性能指标
4. 功耗和集成度
第二节：存储系统基本概念和性能指标
4. 功耗和集成度
新型FCRAM和DDR2 SDRAM的功耗比较
第二节：存储系统基本概念和性能指标
4. 功耗和集成度
第二节：存储系统基本概念和性能指标
5. 可靠性
85摄氏度
重写100万次 保存100年