第8章 计算机PPT讲稿.ppt
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1、第1页,共37页,编辑于2022年,星期一 了解存储器的分类及各类存储器的特点和应用了解存储器的分类及各类存储器的特点和应用场合,了解存储器的主要性能指标对存储器性能场合,了解存储器的主要性能指标对存储器性能的影响;掌握半导体存储器的逻辑功能和使用方的影响;掌握半导体存储器的逻辑功能和使用方法,理解半导体存储器的电路结构和工作原理;法,理解半导体存储器的电路结构和工作原理;熟悉可编程逻辑器件的类型、工作原理熟悉可编程逻辑器件的类型、工作原理及编程方式。及编程方式。学习目的与要求第2页,共37页,编辑于2022年,星期一8.1 存储器基本知识存储器基本知识 存储器是计算机硬件系统的重要组成部分,
2、有了存储器,计算机才具有“记忆”功能,才能把程序及数据的代码保存起来,才能使计算机系统脱离人的干预,而自动完成信息处理的功能。存储器容量是存储器系统的首要性能指标,因为存储容量越大,则系统能够保存的信息量就越多,相应计算机系统的功能就越强;存储器的存取速度直接决定了整个微机系统的运行速度,因此,存取速度也是存储器系统的重要的性能指标;存储器的成本也是存储器系统的重要性能指标。显然,计算机对存储器的要求是容量大、速度快、成本低。目前在计算机系统中,通常采用多级存储器体系结构,即使用主存储器、高速缓冲存储器和外存储器。1.存储器概述存储器概述第3页,共37页,编辑于2022年,星期一2.存储器的分
3、类存储器的分类 存储器按构成的器件和存储介质主要可分为:磁芯存储器、半导体存储器、光电存储器、磁膜、磁泡和其它磁表面存储器以及光盘存储器等。按存取方式分类又可分为随机存取存储器、只读存储器两种形式。随机存储器RAM又称读写存储器,是能够通过指令随机地、个别地对其中各个单元进行读/写操作的一类存储器。只读存储器ROM在计算机系统的在线运行过程中,是只能对其进行读操作,而不能进行写操作的一类存储器。ROM通常用来存放固定不变的程序、汉字字型库、字符及图形符号等。第4页,共37页,编辑于2022年,星期一2.存储器的分类存储器的分类 计算机系统中,CPU可以直接对其中的单元进行读/写操作,因此被称作
4、系统的主存或者内存内存。内存一般由半导体存储器构成,通常装在计算机主板上,存取速度快,但容量有限;辅存存储器位于系统主机的外部,广泛采用的是磁介质,CPU对其进行的存/取操作时,必须通过内存才能进行,因此称作外存外存。由于CPU不能直接对外存访问,因此外存的信息必须调入内存后才能被CPU访问并进行处理。外存是为了弥补内存容量的不足而配置的,外存所储信息既可修改也可长期保存,但存取速度较慢;缓冲存储器简称缓存缓存,位于主存与CPU之间,其存取速度非常快,但存储容量更小,一般用来暂时解决存取速度与存储容量之间的矛盾,缓存提高了整个系统的运行速度。第5页,共37页,编辑于2022年,星期一(1)内存
5、储器 内存储器的物理实质是一组或多组具备数据输入、输出和数据存储功能的集成电路。按存储信息的功能内存储器可分为只读存储器ROM、可改写的只读存储器EPROM和随机存储器RAM。内存通常是指随机存储器RAM,它的存储单元根据具体需要可以读出,也可以写入或改写。RAM帮助中央处理器CPU工作,从键盘或鼠标之类的来源读取指令,帮助CPU把资料写到一样可读可写的辅助内存中,以便日后仍可取用。RAM的大小直接影响计算机的速度,RAM越大,表明机器所能容纳的资料越多,CPU读取的速度越快。目前使用的RAM多为MOS型半导体电路,一般分为静态和动态两种。第6页,共37页,编辑于2022年,星期一(2)外存储
6、器 外存储器一般用来存放需要永久保存的或是暂时不用的程序和数据信息。外存储器不直接与CPU交换信息。当需要时可以调入内存和CPU交换信息。目前计算机中广泛采用了价格较低、存储容量大、可靠性高的磁介质作为外存储器。外存储器设备种类很多,微型计算机常用的外存储器是磁盘存储器、光盘存储器和优盘存储器等。磁盘存储器分有软盘和硬盘,现在软盘已经用得很少,而硬盘是计算机中使用最广泛的外存储器之一。硬盘对信息的读、写,其速度远远高于软盘,其容量远远大于软盘,具有存储容量大、存取速度快等突出特点。硬盘中的每个盘片被划分成若干个磁道和扇区,各个盘片中的同一个磁道称为一个柱面。一块硬盘可以被划分成几个逻辑盘,并分
7、别用盘符C、D、E、进行表示。第7页,共37页,编辑于2022年,星期一 光盘直径为12cm,中心有一个定位孔。光盘分为三层,最上面一层是保护层,一般涂漆并注明光盘的有关说明信息;中间一层是反射金属薄膜层;底层是聚碳酸酯透明层。记录信息时,使用激光在金属薄膜层上打出一系列的凹坑和凸起,将它们按螺旋形排列在光盘的表面上,称为光道。目前广泛应用的主要是只读型光盘CD-ROM。读取光盘上的信息是利用激光头发射的激光束对光道上的凹坑和凸起进行扫描,并使用光学探测器接收反射信号。当激光束扫描至凹坑的边缘时,表示二进制数字“1”;当激光束扫描至凹坑内和凸起时,均表示二进制数字“0”。光盘的主要优点是结构原
8、理简单、存储信息容量大,十分方便于大量生产,且价格低廉。第8页,共37页,编辑于2022年,星期一 优盘采用了Flash Memory存储技术,它通过二氧化硅形状的变化来记忆数据。由于二氧化硅稳定性大大强于磁存储介质,使得优盘存储数据的可靠性大大提高。同时二氧化硅还可以通过增加微小的电压来改变形状,从而达到反复擦写的目的。优盘又称为快闪存储器,其工作原理和磁盘、光盘完全不同。如果使用的Flash Memory材质品质优良,一个优盘甚至能够达到擦写百万次的寿命。从优盘的外部来看,轻便小巧,便于携带;从内部来说,由于无机械装置,其结构坚固、抗震性极强。优盘还有一个最突出的特点,就是它不需要驱动器。
9、使用优盘只需用一个USB接口,就可以十分方便地做到文件共享与交流,即插即用,热插拔也没问题。作为新一代的存储设备,优盘具有很好地发展前景。第9页,共37页,编辑于2022年,星期一3.存储器的主要技术指标存储器的主要技术指标 存储器中可容纳的二进制信息量称为它的存储容量。二进制数的最基本单位是“位位”,是存储器存储信息的最小单位,8位二进制数称为一个“字节字节”,存储容量的大小通常都是用字节来表示的。由于存储器容量一般都很大,因此字节的常用单位还有KB、MB和GB。其中1KB=1024字节,1MB=1024KB,1GB=1024MB。存储器容量越大,存储的信息量也越大,计算机运行的速度也就越快
10、。内存的最大容量是由系统地址总线决定的,内存的大小反映了实际装机容量。例如一个Pentium4计算机,其地址总线为36位,决定了内存允许的最大容量为236=64GB。计算机技术发展很快,目前内存的实际装机容量通常只有256MB或512MB,剩余容量可为今后的发展留有余地。(1)存储容量第10页,共37页,编辑于2022年,星期一 计算机内存的存取速度取决于内存的具体结构及工作机制。存取速度通常用存储器的存取时间或存取周期来描述。所谓存取时间,就是指启动一次存储器从操作到完成操作所需要的时间;存取周期是指两次存储器访问所需的最小时间间隔。存取速度是存储器的一项重要参数。一般情况下,存取速度越快,
11、计算机运行的速度才能越快。(2)存取速度 半导体存储器属于大规模集成电路,集成度高,体积小,因此散热不容易。在保证速度的前提下,应尽量减小功耗。由于MOS型存储器的功耗小于相同容量的双极型存储器,所以MOS型存储器的应用比较广泛。(3)功耗第11页,共37页,编辑于2022年,星期一 存储器对电磁场、温度变化等因素造成干扰的抵抗能力称其可靠性,也叫电磁兼容性。半导体存储器采用大规模集成电路工艺制造,内部连线少,体积小,易于采取保护措施。与相同容量的其他类型存储器相比,半导体存储器抗干扰能力较强,兼容性较好。(4)可靠性 存储器芯片的集成度越高,构成相同容量的存储器芯片数就越少。MOS型存储器的
12、集成度高于双极型存储器,动态存储器的集成度高于静态存储器。因此,微型计算机的主存储器大多采用动态存储器。除上述指标外,还有性能价格比、输入、输出电平及成本价格等指标。(5)集成度第12页,共37页,编辑于2022年,星期一 目前使用的半导体存目前使用的半导体存储器,主要类型是什么储器,主要类型是什么?按其存储信息的功能?按其存储信息的功能又可分为哪两大类。又可分为哪两大类。存储器内存的最存储器内存的最大容量是由什么来大容量是由什么来决定的?决定的?多看多练多做多看多练多做何谓计算机的存储容何谓计算机的存储容量?存储容量的大小量?存储容量的大小通常用什么来表示?通常用什么来表示?检验学习结果检验
13、学习结果 多级结构的存储器是多级结构的存储器是由哪三级存储器组成的由哪三级存储器组成的?每一级存储器使用什?每一级存储器使用什么类型的存储介质?么类型的存储介质?第13页,共37页,编辑于2022年,星期一 计算机的内存储器由ROM和RAM两部分组成。其中只能读不能写的存储器,称为只读存储器ROM;即能读又能写的存储器,叫做可读写存储器RAM。由于历史上的原因,可读写存储器也被人们称为随机存取存储器。通常ROM中的程序和数据是事先存入的,在工作过程中不能改变,这种事先存入的信息不会因下电而丢失,因此ROM常用来存放计算机监控程序、基本输入输出程序等系统程序和数据。RAM中的信息则下电就会消失,
14、所以主要用来存放应用程度和数据。对存储器的读写或取出都是随机的,通常要按顺序随机存取。按顺序随机存取有两种方式:先进先出;后进先出。8.2 随机存取存储器随机存取存储器RAM第14页,共37页,编辑于2022年,星期一存储矩阵存储矩阵读写控制器行行地址译码器列列地址译码器2 2n nRAMRAM电路结构框图 m mn位地址码 1.RAM的功能与结构输出控制m位数据片选控制读/写控制地址译码器:地址译码器:RAM中的每个寄存器都有一个编号,称为地址。每次读/写信息时,只能和某一个指定地址的寄存器之间进行取出或是存入,此过程称为访问存储器。访问地址的是机器识别的二进制数,送给地址译码器译码后,由相
15、应输出线给出信号,控制被选中的寄存器与存储器的I/O端子,使其进行读/写操作。第15页,共37页,编辑于2022年,星期一存储矩阵存储矩阵读写控制器行行地址译码器列列地址译码器2 2n nRAMRAM电路结构框图 m mn位地址码输出控制m位数据片选控制读/写控制读写控制器:读写控制器:读/写控制线可对RAM的读出和写入进行控制。如R/W0 0时,执行写写操作,R/W1 1时,执行读读操作;由地址输入端输入的n 位地址码经地址译码器译码后选中一组(信息长度m 位)存储单元,m位的二进制代码经I/O 接口被写入或被读出。第16页,共37页,编辑于2022年,星期一存储矩阵存储矩阵读写控制器行行地
16、址译码器列列地址译码器2 2n nRAMRAM电路结构框图 m mn位地址码输出控制m位数据片选控制读/写控制I I/O O控制器:控制器:为了节省器件引脚的数目,数据的输入和输出共用相同的I/O引脚。读出时它们是输出端,写入时它们又是输入端,即一线二用,由读/写控制线控制。I/O端子数决定于一个地址中寄存器的位数。通常RAM中寄存器有五种输入信号和一种输出信号:地址输入信号、读/写控制输入信号、OE输出控制信号、CS片选控制输入信号、数据输入信号和数据输出信号。第17页,共37页,编辑于2022年,星期一存储矩阵存储矩阵读写控制器行行地址译码器列列地址译码器2 2n nRAMRAM电路结构框
17、图 m mn位地址码输出控制m位数据片选控制读/写控制片选控制:片选控制:由于集成度的限制,通常要把许多片RAM组装在一起构成一台计算机的存储器。当CPU访问存储器时,存储器中只允许一片RAM中的一个地址与CPU交换信息,其它片RAM不能与CPU发生联系,所谓片选片选就是实现这种控制。通常一片RAM有1根或几根片选线,当某一片的片选线为有效电平时,则该片被选中,地址译码器的输出信号控制该片某个地址与CPU接通;片选线为无效电平时,与CPU之间呈断开状态。例如片选信号CS“1”时,RAM禁止读写,处于保持状态,I/O口的三态门处于高阻抗状态;CS“0”时,RAM可在读/写控制输入R/W的作用下作
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