第六章存储器装置
2024年度第6章存储器ppt教案
请求段页式系统
结合了请求分页和请求分段两种系统的优点，既具有分页 系统的内存管理效率，又具有分段系统的灵活性和便于共 享的优点。
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虚拟存储器的性能分析
• 命中率：指访问内存时能够直接命中的概率，即所需页面已经在内存中的概率 。命中率越高，虚拟存储器的性能越好。
才能访问该单元。
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内存扩充技术
2024/3/24
覆盖技术
将程序分为多个段，常用的段常驻内存，不常用的段在需 要时调入内存。
交换技术
将内存中暂时不能运行的进程或暂时不用的程序和数据换 出到外存上，以腾出足够的内存空间，再把已具备运行条 件的进程或进程所需的程序和数据换入内存。
虚拟存储技术
利用大容量的外存来扩充内存，产生一个比实际内存空间 大得多的虚拟内存空间。
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存储器的层次结构
01
02
03
主存储器
也称为内存，用于暂时存 放CPU中的运算数据，与 硬盘等外部存储器交换的 数据。
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辅助存储器
也称为外存，是主存储器 的扩充，用于存放系统文 件和大型文件。
缓冲存储器
位于主存储器和CPU之间 ，用于缓解主存储器和 CPU之间速度不匹配的矛 盾。
包括硬盘、软盘等，具有存储容量大 、价格相对较低、数据可长期保存等 特点。
包括存储容量、数据传输速率、寻道 时间、旋转延迟时间等。
磁盘存储器的读写原理
通过磁头在磁盘表面读写数据，利用 磁性材料的磁化状态来记录二进制信 息。
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微机原理-第6章(2)
四.扩展存储器设计
Note:8086 CPU同8088 CPU一样，也有20条地址总线，其寻 8086 CPU同 CPU一样 也有20条地址总线， 一样， 20条地址总线 址能力达1MB。不同之处是8086 数据总线是16位的， 16位的 址能力达1MB。不同之处是8086 CPU 数据总线是16位的， 与8086 CPU对应的1MB存储空间可分为两个512kB(524 288 CPU对应的1MB存储空间可分为两个512kB(524 对应的 存储空间可分为两个512 B)的存储体。其中一个存储体由奇地址的存储单元(高字节) B)的存储体。其中一个存储体由奇地址的存储单元(高字节) 的存储体 奇地址的存储单元 组成，另一个存储体由偶地址的存储单元(低字节)组成。 组成，另一个存储体由偶地址的存储单元(低字节)组成。 偶地址的存储单元 前者称为奇地址的存储体，后者称为偶地址的存储体。 前者称为奇地址的存储体，后者称为偶地址的存储体。
≈
0
≈ ≈
0 0
0
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0
0
0
0
0 1…1
作片外寻址的高位不变地址线全部 参加了译码，这种译码方法称为全 参加了译码，这种译码方法称为全 地址译码方法 方法。 地址译码方法。
片外寻址
四.扩展存储器设计
A19 A18 A17 A16 A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9~A0 X 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0…0
4KB 00000H 00FFFH
≈
●
模块1 模块
第 6 章 主 存 储 器
(4) 控制信号的连接
对8086来说, 控制信号主要有 IO/M#，RD#，WR# 以及READY（或WAIT#）信号。要考虑这些信号如何与 存储器要求的控制信号相连，以实现所需的控制作用。
2. MOS RAM 用MOS器件构成的RAM，又可分为静态 （Static) RAM(SRAM)和动态Dynamic RAM(DRAM)两种。
静态RAM的特点
① 用由6管构成的触发器作为基本存储电路；
② 集成度高于双极型但低于动态RAM； ③ 不需要刷新，故可省去刷新电路； ④ 功耗比双极型的低，但比动态RAM高； ⑤ 易于用电池作为后备电源； ⑥ 存取速度较动态RAM快。
4KB ROM和1KB RAM连接图
存储器的读周期
存取时间是存储器的一个重要指标。存储器读 周期的典型波形和Intel 2114的参数示于图6-16 中。
要实现存储器读必须要CS#为低(有效)，WE#为 高(表示读)。
只要给出地址信号经过了一段时间tA后(若此时 输出三态门是打开的)，读的数据就会出现在外 部数据线上了。所以，这段时间称为读取时间。 对于2114-2最多只要200ns。
图6-6 单译码结构存储器
图6-7 双译码存储器电路
6.2.3 RAM与CPU的连接
RAM与CPU的连接，主要有以下三个 部分： (1) 地址线的连接； (2) 数据线的连接； (3) 控制线的连接。
RAM与CPU连接时要考虑的问题
(1) CPU总线的负载能力
在小型系统中，CPU是可以直接与存储器相 连的，而在较大的系统中，需要时就要加上缓冲 器，由缓冲器的输出再带负载。
微型计算机原理 第六章 存储器
3、存储器带宽 单位时间里存储器所存取的信息量，位/秒
4、功耗
半导体存储器的功耗包括“维持功耗”和“操作功耗”。 与计算机的电源容量和机箱内的散热有直接的联系 保证速度的情况下，减小功耗
5、可靠性 可靠性一般是指存储器（焊接、插件板的接触、存储器模块的复杂性）抗外界电磁场、温度等因变化干扰的能力。在出厂时经过全
28系列的E2PROM
① +5V供电，维持电流60mA，最大工作电流160mA ② 读出时间250ns ③ 28引脚 DIP封装 ④ 页写入与查询的做法： 当用户启动写入后，应以（3至20）微秒/B的速度，连续向有关地 址写入16个字节的数据，其中，页内字节由A3至A0确定，页地址 由A12至A4确定，整个芯片有512个页，页加载 如果芯片在规定的20微秒的窗口时间内，用户不再进行写入，则芯 片将会自动把页缓冲器内的数据转存到指定的存储单元，这个过程 称为页存储，在页存储期间芯片将不再接收外部数据。CPU可以通 过读出最后一个字节来查询写入是否完成，若读出数据的最高位与 写入前相反，说明写入还没完成，否则，写入已经完成。
3）R/W（Read/Write）读/写控制引线端。
4）WE写开放引线端，低电平有效时，数据总线上的数据被写入 被寻址的单元。 4、三态双向缓冲器 使组成半导体RAM的各个存储芯片很方便地与系统数据总线相
连接。
6.2.2 静态RAM
1、静态基本存储单元电路
基本单元电路多为静态存储器半导体双稳态触发器结构， NMOS\COMS\TTL\ECL等制造工艺而成。 NMOS工艺制作的静态RAM具有集成度高、功耗价格便宜等优点，
6.2.4
RAM存储容量的扩展方法
1、位扩展方式：16Kx1扩充为16Kx8
第六章 存储器系统 微机原理 第2版 课后答案
第六章存储器系统本章主要讨论内存储器系统，在介绍三类典型的半导体存储器芯片的结构原理与工作特性的基础上，着重讲述半导体存储器芯片与微处理器的接口技术。
6.1 重点与难点本章的学习重点是8088的存储器组织；存储芯片的片选方法（全译码、部分译码、线选）；存储器的扩展方法（位扩展、字节容量扩展）。
主要掌握的知识要点如下：6.1.1 半导体存储器的基本知识1.SRAM、DRAM、EPROM和ROM的区别RAM的特点是存储器中信息能读能写，且对存储器中任一存储单元进行读写操作所需时间基本上是一样的，RAM中信息在关机后立即消失。
根据是否采用刷新技术，又可分为静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）两种。
SRAM是利用半导体触发器的两个稳定状态表示“1”和“0”；DRAM是利用MOS管的栅极对其衬间的分布电容来保存信息，以存储电荷的多少，即电容端电压的高低来表示“1”和“0”；ROM的特点是用户在使用时只能读出其中信息，不能修改和写入新的信息；EPROM可由用户自行写入程序和数据，写入后的内容可由紫外线照射擦除，然后再重新写入新的内容，EPROM可多次擦除，多次写入。
一般工作条件下，EPROM 是只读的。
2.导体存储器芯片的主要性能指标（1）存储容量：存储容量是指存储器可以容纳的二进制信息量，以存储单元的总位数表示，通常也用存储器的地址寄存器的编址数与存储字位数的乘积来表示。
（2）存储速度：有关存储器的存储速度主要有两个时间参数：TA：访问时间（Access Time），从启动一次存储器操作，到完成该操作所经历的时间。
TMC：存储周期（Memory Cycle），启动两次独立的存储器操作之间所需的最小时间间隔。
（3）存储器的可靠性：用MTBF—平均故障间隔时间（Mean Time Between Failures）来衡量。
MTBF越长，可靠性越高。
（4）性能/价格比：是一个综合性指标，性能主要包括存储容量、存储速度和可靠性。
微机原理 第六章 存储器
DRAM
SRAM:速度快，集成度低，价高，常用作Cache DRAM:速度慢，集成度高，价低，常作内存 ROM:只读不写，信息不易丢失 根据信息写入的方式：
掩膜式ROM 可编程ROM（PROM) 紫外线可擦除PROM (EPROM) 电可擦除PROM (E2PROM) 闪速存储器 FLASH MEMORY
1.数据总线的连接：
芯片的数据端和系统数据总线间需要三态缓冲驱动器
2.地址总线的连接
低位选址，低地址部分与片内地址线连接 高位选片，高地址部分经过译码与片选端连接 *对于8086，BHE,A0分别用来选择奇、偶地址，故A0用于选 片
3.控制总线的连接 8086 最小模式： CPU的控制信号：RD 、WR 、M/IO 等经组合逻辑门电路后与芯片上的OE 、WE连接。
A0 CE
地 址 线 A0 ︰ ︰ A7 D0 ︰ ︰ ︰ D7 A0 CE 1
Байду номын сангаас
2
A0 CE
A0 CE 3 256 ×4 I/O A7 I/O
4
A0 CE A0 CE 5 256 ×4 I/O A7 I/O
6
A0 CE A0 CE 7 256 ×4 I/O A7 I/O
8
256 ×4 I/O A7 I/O
6
A0 CE A0 CE 7 256 ×4 I/O A7 I/O
8
256 ×4 I/O A7 I/O
数 据 线
例1：用下列RAM芯片构成128K ×8存储器模
块，需要多少块芯片？多少芯片组？多少根片内 地址选择线？多少根片组选择地址线（片选线）？ （1） 1K ×4 RAM 芯片 （2） 4K ×8 RAM 芯片 （3）16K ×4 RAM 芯片
存储器装置和存储器装置的操作方法与流程
存储器装置和存储器装置的操作方法与流程一、存储器装置的定义存储器装置是计算机中的一种重要设备，是数据存储的场所，能够对数据进行存储和读取。
它是计算机的重要组成部分，由记录数据的单元以及访问控制电路组成，用于长期保存和读取数据。
二、存储器装置的分类存储器装置按照存储介质可以分为半导体存储器和磁盘存储器两大类。
1. 半导体存储器半导体存储器包括随机访问存储器（Random-access Memory，RAM）和只读存储器（Read-Only Memory，ROM）两种。
随机访问存储器也被称为主存储器，常常直接接入计算机中央处理器（Central Processing Unit，CPU）。
2. 磁盘存储器磁盘存储器包括硬盘、软盘、光盘等，因为它们都是通过磁盘或光盘的旋转以及物理发生的方式来存储数据的，所以也叫作磁性存储设备。
三、存储器装置的操作方法与流程1. 存储器的写操作首先需要将要写入存储器的数据从计算机的其它单元传递到存储器记录数据的单元中，这个过程即为存储器的写操作。
具体实现时，CPU 的控制器首先根据指令将地址总线上的地址送到存储器中，存储器接收地址信号后开始工作，它会检查是存储器的读操作还是写操作，根据这个结果，存储器内部电路会根据控制信号将数据总线上的数据存入一个约定好的存储单元。
2. 存储器的读操作存储器的读操作也是通过 CPU 的控制器来实现的，首先需要将需要读取的单元地址通过地址总线传递给存储器，存储器会检查这个地址对应的存储单元中是否有数据，如果有数据，则存储器会将数据通过数据总线传递给 CPU，这个过程即为存储器的读操作。
3. 存储器的清除操作存储器的清除操作实质是将存储单元中的数据删去。
清除存储器的方法多种多样，例如可以通过启动计算机系统时进行全局清除，也可以通过给定地址进行部分清除，具体方法由每个计算机系统的设计者进行设计。
总之，存储器装置的操作方法和流程主要是通过地址总线和数据总线来实现。
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6.1 半导体存储器的性能特点和分类 6.2 随机存取存储器 6.3 只读存储器 6.4 半导体存储器接口技术 6.5 高速缓冲存储器 6.6 虚拟存储器
第六章存储器装置
第6章 存储器
基本常识
What’s the存储器?
➢ 用来存放程序和数据； ➢ 是计算机系统中的记忆设备。
硬盘
软盘
t
t1
TA
t2
含义 CPU发出读操作命令t1，到取出数据t2的时间之差。
存取时间 TA 分为
√ 存储器读出时间 TAR √ 存储器写入时间 TAW
第六章存储器装置
2.存取速度（采用两种参数描述）
（2）存取周期 Tm(cMemoCryyc)le
含义 指连续两次存储器操作之间的最小时间间隔。
图 示
存取时间TA 间隔时间 存取周期Tmc
6.1.3 半导体存储数据缓冲器
第六章存储器装置
用于暂时存放来自CPU的写入
数据或从存储体内读出的数据。
暂存地 址存储的器目之01的间是在为速存了度协上储调的C差P异U。和10
数 据
n位
译 码
地址 器
2n－1 矩 阵
缓 m冲
器
动态RAM必须定时刷新。
（2）只读存储器ROM • ROM是一种在工作过程中只能读不能写的非易失性存储器 • 掉电后所存信息不会丢失
第六章存储器装置
3. 按在计算机中的作用分类
主存储器
存储器
静态 RAM RAM
可与CPU直 动态 RAM
MROM
接交换数据 PROM
ROM EPROM
EEPROM
高速缓冲存储器（Cache）介于CPU与内存之间
（随机访问）
随机存取存储 器
（RAM）
只读存储器 （ROM）
静态RAM（SRAM） 动态RAM（DRAM） 非易失RAM（NVRAM） 掩膜式ROM 一次性可编程ROM（PROM） 紫外线擦除可编程ROM（EPROM） 电擦除可编程ROM（EEPROM） 闪烁存储器FLASH ROM（EEPROM）
存取时间TA
提示 存取周期Tmc略大于 存取时间TA
3 .存储器带宽
单位时间里存储器所存取的信息量。单位 位/秒 或 字节/秒
“带宽”是衡量数据传输速率的重要技术指标。
例： T M C 1 0 0 n s 8 位 数 据 , 其 带 宽 为 1 1 0 0 n s 8 8 0 M b s
第六章存储器装置
6.1.2 半导体存储器的主要性能指标
1．存储容量 2．存取速度 3．功耗 4．可靠性 5．性能/价格比
第六章存储器装置
1. 存储容量：存储二进制信息的数量 存储容量＝存储单元数目×存储字长＝存储位数
2种表示形式： 存储容量＝存储位数/8＝存储字节数
指令中地址码的位数决定了主存储器的 可直接寻址的最大空间。
存取时间与
（2）物理地址有关
（串行访问）
顺序存取存储器 磁带 直接存取存储器 磁盘
第六章存储器装置
说明
（1）随机存取存储器RAM • 信息可以随时写入或读出 • 关闭电源后所存信息将全部丢失 • 静态RAM采用双稳电路存储信息，而动态RAM是以电容上的电荷存
储信息。 • 静态RAM速度更快，而动态RAM的集成度更高、功耗和价格更低，
（2）金属氧化物半导体型（MOS型） • 用 来 制 作 多 种 半 导 体 存 储 器 件 ， 如 静 态 RAM、 动 态 RAM、
EPROM、E2PROM、Flash Memory等。 • 集成度高、功耗低、价格便宜 • 速度较双极型器件慢
第六章存储器装置
2.按存取方式分类
存取时间与
（1）物理地址无关
例如，32位超级微型机提供32位物理地 址，支持对4G字节的物理主存空间的访问。
常用的计量存储空间的单位还有K,M,T。 K为210，M为220，G为230)。
第六章存储器装置
2.存取速度（采用两种参数描述）
（1）存取时间 TA(AcceTsism)e
指从CPU给出有效地址启动一次存取（读/写）操作到该操作完成所需的时间。
所有存储元 共用此电路
图 6-3 静态R第A六M章的存储基器本装存置 储电路
2．SRAM的读写过程
（1）读出过程
① 地址码A11~A0加到SRAM芯片的地址 输入端，经X与Y地址译码器译码，产生 行选通、列选通信号，选中某一单元。
4.功耗： 每个存储元（一个二进制存储位所对应的存储电路）消耗功率的大小。 微瓦/位
5.可靠性 对电磁场及温度变化等的抗干扰能力。用平均故障间隔时间来衡量。 MTBF（Mean Time Between Failures）
……
小结
✓ 存取时间
小节： 反映主存速度的指标
✓ 存储周期
✓ 存储器带宽
第六章存储器装置
R/W
图6-2 存储芯片组成示意图
第六章存储器装置
6.2 随机存取存储器
6.2.1 静态RAM
1．SRAM的基本存储电路
X地址选择 VCC
T5
T3 T4
T6
A
B
T1 T2
T7
I/O
Y地址选择
T8
I/O
T3、T4是负载管，T1、T2为 工作管， T5、T6、 T7、T8是 控制管。
该电路有两种稳定状态：T1截 止，T2导通为状态“1”；T2截止， T1导通为状态“0”。
光盘
磁带
磁鼓
内存条 U盘 MP3
MP4
计算机存第储六体章存系储器的装层置 次结构
移动硬盘
6.1 半导体存储器的性能特点和分类
6.1.1半导体存储器的分类 1．按制造工艺分类
（1）双极（Bipolar）型 • 由TTL（Transistor-Transistor Logic）晶体管逻辑电路构成。 • 存储器工作速度快，与CPU处在同一量级 • 集成度低、功耗大、价格偏高
m位 数据
经接译收码来后自产CP生U2的n存存读个接部N储储位/地收控写芯单地址片制控片元址选选信制的组，择信号信主成号，号体，及控，，每来制形它 个自数成由存C据芯P若储的片U干单读的内个元
CS
信控 逻号，制 辑实现的对选片址又称内。由存可存若储存储干元放单出个）一元和基组位写本成二入存，进。储每制电个信路存息（储。或元
后援存储器 辅助存储器
磁盘 磁带
光盘
第六章存储器装置
半导体存储器
随机存取存储器 （RAM）
只读存储器 （ROM）
静态RAM（SRAM）
动态RAM（DRAM） 掩膜式ROM 可编程ROM（PROM） 可擦除PROM（EPROM） 电可擦除PROM（E2PROM）
图6-1 半导体存储器的分类
第六章存储器装置