第3章半导体存储器

2. 只读存储器的组成
ROM的组成与RAM相似，一般也是由地址译码电路、存储矩阵、读
出电路和控制电路等部分组成。 3．只读存储器的分类
(1)掩模式只读存储器（Mask ROM）
掩膜式只读存储器ROM由生产厂家采用二次光刻掩膜技术写入信息， 一次性制造，永久保存，只能读出不能改写。 (2)可编程只读存储器（PROM） 可编程只读存储器只允许写入一次，所以也被称为“一次可编程只 读存储器”。 （3） 紫外线擦除的ROM（EPROM）
为了进一步提高存取速度，一般微机系统中均设置有一级高速缓 存（L1 Cache）和二级高速缓存（L2 Cache）。
3.4.2 Cache的基本操作
Cache和其它存储器一样，有读和写两种基本操作。 1．读操作
2．写操作(1)通写（Write-Through）法。即每次写入Cache时，同
时也写入主存，使主存与Cache相关单元的内容始终保持一致。 (2)改进通写（Improve Write-Through）法。如果对Cache写入 的后面紧接着进行的是读操作，那么在主存写入完成前即让CPU 开始下一个操作， (3)回写（Write-Back）法。Cache行数据只 要在它存在期间发生过对它的写操作，那么在该行被覆盖前必须 将其内容写回到对应主存位置中。
2．按存储介质分类
根据存储器使用的存储介质的不同，存储器分为半导体存储器、磁 表面存储器和光存储器等。
3．按信息存取方式分类
根据存储器存取信息的不同方式，存储器可分为随机存储器 （RAM）、只读存储器（ROM）、顺序存取存储器（SAM）和
直接存取存储器（DAM）。
3.1.2主存储器的性能指标
存储器的主要性能指标有。 1．容量。DDR SDRAM内存容量大多为64MB，128MB，
是0～220，使用十六进制表示即00000H～FFFFFH。
8086系统中，将1M字节的存储空间分成两个512K字节的存储 体，一个存储体的地址均为偶数，称为偶地址存储体，另一个存
储体的地址均为奇数，称为奇地址存储体。
对于任何一个存储体，只需要19位地址码（A19～A1）就够了，最 低位A0则用来区分当前访问的是哪一个存储体。
3.5.3 存储器的工作方式和层次
1. 存储器的工作方式 计算机中的物理存储器，是一个字节类型的线形数组。每一个 字节占用一个惟一的地址，称为该字的物理地址。 80386以后的微处理器均支持3种工作方式，即实地址方式、虚 地址保护方式和V86方式。
2.存储器的层次
一般存储系统由三类存储器构成两个层次，一个是主存-辅存层 次，另一个是高速缓存-主存层次。 （1）主存-辅存层次 这个层次主要解决存储系统的容量问题。 （2）高速缓存-主存层次 这个层次主要解决存储器速度问题。
第3章 半导体存储器
存储器是计算机系统的重要组成部件，用于存储 程序和数据信息．存储器的容量和速度直接影响计算 机系统的性能。
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3.1 存储器概述 3.2 半导体存储器 3.3 PC系列机的存储器 3.4 高速缓存系统简介 3.5 虚拟存储系统简介
3.1 半导体存储器
3.1.1存储器的类型 1．按用途分类 计算机中的存储器按其用途可分为两大类：内部存储器（简称内存、 主存）和外部存储器（简称外存、辅存）。
（3）字位扩展
在构成一个实际的存储器时，往往需要同时进行位扩展和字 扩展才能满足要求。
2.CPU与存储器的连接 采用线选法，即使用CPU地址总线中某些高位线作为存储器芯 片的片选信号。 采用译码法，即剩余高位地址线经过译码后作为各芯片的片 选信号，译码法又有全译码和部分译码两种，
3.3.3 内存储器的分体结构 在计算机中要求内存系统能够实现单字节数据操作，也能实 现多字节数据操作，为此，在PC系列微机中使用分体结构来组织 内存系统。 （1）8086微机的内存分体 8086 CPU有20条地址线，可直接寻址1MB的内存地址空 间。为了实现对内存的一次访存操作，既可以处理一个16位字， 也可以只处理一个字节。8086 CPU在组织1MB的存储器时，其 空间实际上被分成两个512K的存储体，分别叫做“偶地址存储体”
3.2.1随机读写存储器RAM 1. 静态RAM 基本存储电路
2.静态RAM的读/写过程 (1) 读出过程 (2) 写入操作
4．动态随机存取存储器DRAM 动态RAM 芯片是以MOS 管栅极电容充电状态来存 储信息的。其基本单元电路以单管较为常用。
3.2.2只读存储器ROM 1. 只读存储器存储信息的原理 图是ROM的基本存储电路，它可以看成是一个单向 导通的选择开关电路，当行选择信号（字线）为高电 平时，如果电子开关S是断开的，位线D上将输出信息 “1”；
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 3.5 虚拟存储系统简介
采用虚拟存储器技术，可以解决计算机存储系统对 存储容量、单位成本和存取速度的要求，取得了三者 之间的最佳平衡。 3.5.1虚拟存储器基本原理 “虚拟”有两层含义：一是在物理上是不存在的， 二是用户看不见切换过程。操作系统根据程序执行的 要求和内存的实际使用情况，随机地对每一个程序进 行换入/换出。这样，就给用户提供了一个比真实的内 存空间大得多的地址空间。 虚拟存储器的含义是指程序编程使用的逻辑存储 空间，其大小由微处理器内部结构确定，如80486的最 大虚拟存储空间为64TB（246B）。
3.5.2虚拟存储器地址映像
实现虚拟存储器的关键是自动而快速地实现虚拟地址向内存物 理地址的变换，通常把这种地址变换叫做程序定位或地址映像。 （1）页式映像
（2）段式映像
段式虚拟存储系统中，每个任务和进程对应一个段表，段表由 若干段表项组成，每个段表项对应一个逻辑段，内含地址映像信 息等内容。
（3）段页式映像
和“奇地址存储体”。
（2）80386、80486的内存分体 80386、80486 CPU数据总线为32位，为了实现8位、16位、32位数 据的一次访问操作，其内存系统分为4个存储体，每个存储体容 量为1GB，分别接至32位数据总线的8位数据线，系统地址总线
的A31～A2分别与4个存储分体直接相连。
（3）Pentium系列微机的内存分体 Pentium系列CPU内存分体结构和80386、80486内存分体结构 类似。 Pentium系列CPU的数据总线是64位，内存分为8个存储体， 由地址总 线的A2 、A1 和A0 译码产生BE7 ～BE0 共8路控制信号控制8个存储分体 的工作。
3.4.1 Cache工作原理
256MB、512MB和1024MB容量。
2．速度。内存速度一般用存取一次数据的时间 。 3．内存的奇偶校验。 4．内存的电压。 5．内存的数据宽度和带宽。数据宽度指内存同时传 输数据的位数， 6.CAS。CAS 是等待时间。意思是CAS信号需要经过
多少个时钟周期之后才能读写数据。
3.2半导体存储器
可擦除可编程只读存储器具有可擦除功能，擦除后可再写入。 （4）电可擦除的EEPROM （5）快擦写存储器（Flash Memory）
3.3 PC系列机的存储器
3.3.1 8086 系统存储器结构
8086 CPU具有20根地址线，因此可寻址的存储器空间为1M （220）字节。此存储空间按字节编址，也就是说每一个字节单元 具有一个惟一的20位的物理地址，整个存储器空间的地址范围就
3.3.2 CPU与存储器的连接
1.存储器的扩展
在设计存储器时，首先需确定存储器的总容量，即字数×位 数 在计算机中往往允许两种编址方法：按字节编址、按字编址。 （1）位扩展 如果存储器芯片的位数小于存储器所要求的位数，就需要进 行位扩展。 （2）字扩展（存储容量扩展） 单片存储器芯片的容量总是有限的，需要用若干芯片组成容 更大的存储器，称为字扩展，即存储容量的扩展，