计算机组成原理-第4章存储器系统

除上述指标外，影响存储器性能的还有功耗、 可靠性等因素。
4.2 存储器子系统组成和接口
4.2.1 半导体存储器的种类
◆ 主存储器主要由半导体存储器实现 ◆ 半导体存储器（按存储方式分） （1）随机存取存储器 （Random Access Memory，RAM） （2）只读存储器 （Read-Only Memory，ROM） 它们各自有许多不同的类型。
(3) 光存储器：可靠性高，保存时间长。
2. 按存储方式分类 存储方式：访问存储单元的方法。
两个名词术语：
◆ 存储位元：记录（存储）一位二进制信息的存储
介质区域或存储元器件。 ◆ 存储单元：存储一个机器字或一个字节，且具有 唯一地址的存储场所。 (1) 随机访问存储器RAM
存储器的任意单元都可随机访问。 ◆ 访问时间与存储单元的位置无关
◆ 存取时间：又称访问时间，是指从启动一次存储
器操作到完成该操作所经历的时间。 ◆ 存储周期: 指连续启动两次独立的存储体操作所 需的最小时间间隔。它包括存储器的存取时间和 自身恢复时间。
(3) 带宽（存储器数据传输率、频宽）:存储器单位时间 所存取的二进制信息的位数。 带宽＝存储器总线宽度/存取周期 (4) 价格（每位价格）
全“1”熔断丝型、全“0”肖特基二极管型
双极熔丝型PROM存储矩阵
(3) EPROM是可擦除PROM 能编程，内容可以擦除，即可以重复编程。 编程类似电容器充电，紫外线照射可重置其内 容。
叠栅注入MOS管（Stacked-gate Injection MOS，SIMOS）
(4) EEPROM，或E2PROM，电可擦除PROM 和EPROM相似，但用电擦除和重编程，不用 紫外线。可修改个别单元，重编程只要几秒钟。 (5) flash E2PROM Intel公司 80年代后期 一种高密度、非易失性的可读/写存储器 可用电擦除数据块，而不是单个的存储单 元。兼备了EEPROM和RAM的优点。
4.1.1 存储器的种类
1. 按存储介质分类 存储介质特点：①两种稳定状态；②方便检测； ③容易相互转换。 (1) 半导体存储器：速度快，用作内存。 ◆ 记忆原理：触发器、电容（静态、动态） ◆ 双极型晶体管（ECL、TTL、I2L） ◆ 场效应管型MOS （PMOS、NMOS、CMOS）
(2) 磁表面存储器：容量大，用作外存。
(4) 直接存取存储器 信息的组织同顺序存取存储器。对信息 的存储分两步：先随机查找数据区域，找到 后再顺序存储。 例：磁盘
盘片 扇区 扇间空隙
磁道
3. 按存储器信息的可保存性分 (1) 断电后是否丢失数据 ◆ 易失性存储器 特点：断电后，信息就丢失。如SRAM ◆ 非易失性存储器(永久性存储器) 特点：断电后，信息不丢失。如磁盘 (2) 读出后是否保持数据 ◆ 破坏性存储器 特点：读出时，原存信息被破坏，需重写。 如：DRAM ◆ 非破坏性存储器 特点：读出时，原存信息不被破坏。 如：SRAM
4.2.1.1 ROM芯片 1. 按可编程方式和频度的不同，ROM芯片有几种不同 的类型： (1) 掩膜式ROM（或简单地称为ROM） 在芯片制作时就将数据编程进去了。一 旦安装完毕，数据就不再更改。
双极型固定掩模型ROM
(2) PROM(可编程ROM)
可由用户使用标准的PROM编程器编程。
具有保险丝一样的内部连接，只能编程一次。 存储位元的基本结构有两种：
2. 不管哪一种ROM，它们的外部配置几乎一样。 把存储体及其外围电路（包括地址译码与驱动 电路、读写放大电路及时序控制电路等)）集成在一块 硅片上，称为存储器芯片。
地 址 线
译 码 驱 动
存 储 体
读 写 电 路
数 据 线
片选线 (使能端)
……
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读/写控制线
存储器芯片的基本结构
……
ROM芯片：2n ×m位 则它有：n个地址输入An-1～A0 m个数据输出Dm-1～D0 芯片使能输入端（CE） 输出允许端（OE） 除掩膜式ROM，其它所有的ROM都有一个编程 控制输入端（VPP），用来控制向芯片输入数据。
(2) 只读存储器ROM 正常工作时只读，能随机读出，不能随机写入。 ◆ MROM：只读 ◆ PROM：一次写 ◆ 可多次改写ROM：EPROM、E2PROM (3) 顺序存取存储器
◆ 信息以文件形式组织，一个文件包含若干个块，
一个块包含若干字节； ◆ 存储时以数据块为单位存储，数据的存储时间 与数据物理位置关系极大； ◆ 速度慢，容量大，成本低； ◆ 磁带、电荷耦合器件CCD、VCD
MDR：数据寄存器
写操作（存操作） AB 地址 （MAR） MEM
CPU
MEM
MDR MEM
CB 写命令 MEM （Write） DB 存储单元 MDR M
◆ 从系统的角度看计算机怎样执行这些操作
图4.2 存储器读写数据的操作时序
4.1.3 存储器的主要技术指标
(1) 存储容量：存储器所能存储的二进制信息总量。 (2) 速度: 主存的一项重要技术指标。
MDR
CPU
MAR
写 地址总线
主 存
2.主存储器的基本组成
地 址 总 线
地址 寄存器 MAR
地 地 址 址 译 … 驱 … 动 码 电 器 路
存储体
读 写 电 路
数据 寄存器 MDR
数 据 总 线
存储控制电路
读信号 写信号
3. 主存的基本操作 MAR：地址寄存器
读操作（取操作） AB 地址 （MAR） CB 读命令 （Read） MEM 存储单 元内容 （ M） DB MEM CPU
第 四 章
存 储 器 系 统
4.1 存储器概述 4.2 存储器子系统组成和接口 4.3 I/O子系统组成和接口 4.4 辅助存储器 4.5 相对简单计算机
4.6 实例：一台基于8085的计算机
同济大学 软件学院
4.1
◆ 存储器
存储器概述
计算机的存储部件，用于存放程序和数据。
◆ 计算机发展的重要问题之一，就是如何设计容量 大、速度快、价格低的存储器。 ◆ 本章讨论:存储器的基本结构与读写原理
4. 按在计算机系统中的作用分类
(1) 高速缓冲存储器：位于主存和CPU之间
(2) 主存储器 (3) 辅助存储器：不能由CPU的指令直接访问， 必须通过专门的程序或专门的通道把所需 的信息与主存进行成批交换，调入主存后 才能使用。
4.1.2 主存储器的基本操作
1.主存与CPU之间的连接
数据总线 读