存储器及其组成设计 优秀PPT.ppt
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1、存储器及其组成设计 第1页,本讲稿共44页在现代计算机中在现代计算机中,存储器处于全机中心地位存储器处于全机中心地位3.1概述概述存储器存储器运算器运算器控制器控制器输入输入输出输出第2页,本讲稿共44页复习:存储器各个概念之间的关系复习:存储器各个概念之间的关系单元地址单元地址00000001.XXXX存储单元存储单元存储元存储元存储体存储体第3页,本讲稿共44页1.1.存储容量存储容量(MemoryCapacity)H存存储储器器由由若若干干“存存储储单单元元”组组成成,每每一一单单元元存存放放一一个个“字字节节”的的信息信息1 1字节(字节(Byte)Byte)即为即为8 8位二进制数位
2、二进制数 2 2字节即为字节即为1 1个个“字字”(word)(word)4 4字节即为字节即为1 1个个“双字双字”(Dword)(Dword)H1K1K容量为容量为10241024个单元个单元 1M=1024K=1024*10241M=1024K=1024*1024单元单元 1G=1024M1G=1024M 1T=1024G 1T=1024G 10000101一一.计算机系统存储器的主要性能指标计算机系统存储器的主要性能指标第4页,本讲稿共44页2.存取时间存取时间(MemoryAccessTime)3存储周期存储周期(MemoryCycleTime)4可靠性可靠性(Reliability
3、)5功耗与集成度功耗与集成度(PowerLossandIntegrationLevel)6性能价格比性能价格比(CostPerformance)7存取宽度存取宽度(AccessWidth)第5页,本讲稿共44页二二.存储器分类存储器分类:1.按存储介质分按存储介质分 半导体存储器半导体存储器:用半导体器件组成的存储器。:用半导体器件组成的存储器。磁表面存储器:磁表面存储器:用磁性材料做成的存储器。用磁性材料做成的存储器。2.按存储方式分按存储方式分 随机存储器随机存储器:任何存储单元的内容都能被随机存取,且存取:任何存储单元的内容都能被随机存取,且存取 时间和存储单元的物理位置无关。时间和存储
4、单元的物理位置无关。顺序存储器:顺序存储器:只能按某种顺序来存取,存取时间和存储单元只能按某种顺序来存取,存取时间和存储单元 的物理位置有关。的物理位置有关。第6页,本讲稿共44页3.按存储器的读写功能分按存储器的读写功能分 只读存储器只读存储器(ROM):存储的内容是固定不变的,只能读出而:存储的内容是固定不变的,只能读出而 不能写入的半导体存储器。不能写入的半导体存储器。随机读写存储器随机读写存储器(RAM):既能读出又能写入的半导体存储器。:既能读出又能写入的半导体存储器。4.按信息的可保存性分按信息的可保存性分 非永久记忆的存储器非永久记忆的存储器:断电后信息即消失的存储器。:断电后信
5、息即消失的存储器。永久记忆性存储器:永久记忆性存储器:断电后仍能保存信息的存储器。断电后仍能保存信息的存储器。5.按在计算机系统中的作用分按在计算机系统中的作用分 根据存储器在计算机系统中所起的作用,可分为根据存储器在计算机系统中所起的作用,可分为:主存储器主存储器、辅助存储器辅助存储器、高速缓冲存储器高速缓冲存储器、控制存储器控制存储器等。等。第7页,本讲稿共44页 半半导导体体存存储储器器 只读只读 存储器存储器 ROM 随机读写随机读写存储器存储器RAM 掩膜掩膜ROM 可编程可编程ROM(PROM )可擦除可擦除ROM(EPPROM )电擦除电擦除ROM(E2PROM )静态静态RAM
6、(SRAM )动态动态RAM(DRAM )半导体存储器半导体存储器第8页,本讲稿共44页H内内存存条条:由由于于动动态态RAMRAM集集成成度度高高,价价格格较较便便宜宜,在在微微机机系系统统中中使使用用的的动动态态RAMRAM组组装装在在一一个个条条状状的的印印刷刷板板上上。系系统统配配有有动动态态RAMRAM刷新控制电路,不断对所存信息进行刷新控制电路,不断对所存信息进行“再生再生”。1.RAM 1.RAM:随机存储器随机存储器,是是“内存内存”的重要组成部分,的重要组成部分,CPUCPU执行指执行指令可对其进行令可对其进行“读读”、“写写”操作。操作。H静态静态RAMRAM:集成度低,信
7、息稳定,读写速度快。:集成度低,信息稳定,读写速度快。H动态动态RAMRAM:集成度高,容量大,缺点是信息存储不稳定,只能:集成度高,容量大,缺点是信息存储不稳定,只能保持几个毫秒,为此要不断进行保持几个毫秒,为此要不断进行“信息再生信息再生”,即进行,即进行 “刷刷新新”操作。操作。第9页,本讲稿共44页2.ROM:只读存储器,只读存储器,所存信息只能读出所存信息只能读出,不能写入。不能写入。缺点缺点不能重写不能重写只能一次性只能一次性改写改写只读存储器只读存储器 掩模式掩模式 (ROM)一次编程一次编程(PROM)多次编程多次编程(EPROM)(EEPRPM)定义定义数据在芯片制造过程数据
8、在芯片制造过程中就确定中就确定 用户可自行改变产品用户可自行改变产品中某些存储元中某些存储元 可以用紫外光照可以用紫外光照 射射或电擦除原来的数据,或电擦除原来的数据,然后再重新写入新的数然后再重新写入新的数据据优点优点 可靠性和集成度可靠性和集成度高,价格便宜高,价格便宜 可以根据用户需要可以根据用户需要编程编程 可以多次改写可以多次改写ROM中的内容中的内容闪速存储器闪速存储器Flash memory第10页,本讲稿共44页4.高速缓冲存储器高速缓冲存储器Cache:Cache位于位于CPU与主存储器之间,由高速静态与主存储器之间,由高速静态RAM组成。容量组成。容量较小,为提高整机的运行
9、速度而设置较小,为提高整机的运行速度而设置,应用程序不能访问应用程序不能访问Cache,CPU内部也有内部也有Cache。3.ROM/EPROM3.ROM/EPROM在微机系统中的应用在微机系统中的应用:H 存放存放“基本输入基本输入/输出系统程序输出系统程序”(简称简称BIOS)BIOS)。H BIOSBIOS是是计计算算机机最最底底层层的的系系统统管管理理程程序序,操操作作系系统统和和用用户户程程序序均可调用。均可调用。第11页,本讲稿共44页5.5.闪速存储器闪速存储器什么是闪速存储器?什么是闪速存储器?Flash Memory 闪速存储器是一种高密度、非易失性的读闪速存储器是一种高密度
10、、非易失性的读/写半导体存储器,它写半导体存储器,它突破了传统的存储器体系,改善了现有存储器的特性。突破了传统的存储器体系,改善了现有存储器的特性。特点:特点:(1)固有的非易失性固有的非易失性(2)廉价的高密度廉价的高密度(3)可直接执行可直接执行(4)固态性能固态性能第12页,本讲稿共44页 闪速存储器的工作原理闪速存储器的工作原理电擦除和重新编程能力电擦除和重新编程能力 闪速存储器是在闪速存储器是在EPROM功能基础上增加了电路的电擦功能基础上增加了电路的电擦除和重新编程能力。除和重新编程能力。28F256A引入一个指令寄存器来实引入一个指令寄存器来实现这种功能。其作用是:现这种功能。其
11、作用是:(1)保证保证TTL电平的控制信号输入;电平的控制信号输入;(2)在擦除和编程过程中稳定供电;在擦除和编程过程中稳定供电;(3)最大限度的与最大限度的与EPROM兼容。兼容。第13页,本讲稿共44页 采用并行操作方式采用并行操作方式 -双端口存储器双端口存储器(1)芯片技术芯片技术研究开发高性能芯片技术,如:研究开发高性能芯片技术,如:DRAMFPMDEDOEDRAMCDRAMSDRAMRambusDRAM。6.6.高速存储器高速存储器 采用并行主存储器采用并行主存储器,提高提高读出并行性读出并行性 -多模块交叉存储器多模块交叉存储器 主存储器采用更高速的技术来缩短存储器的读出时间主存
12、储器采用更高速的技术来缩短存储器的读出时间-相联存储器相联存储器(2)结构技术结构技术由于由于CPU和主存储器在速度上不匹配,限制了高速计算。和主存储器在速度上不匹配,限制了高速计算。为了使为了使CPU不至因为等待存储器读写操作的完成而无事可做,可以采取不至因为等待存储器读写操作的完成而无事可做,可以采取一些加速一些加速CPU和存储器之间有效传输的特殊措施。和存储器之间有效传输的特殊措施。第14页,本讲稿共44页1.1.存储体存储体存储体存储体 一个基本存储电路只能存储一个二进制位。一个基本存储电路只能存储一个二进制位。将基本的存储电路有规则地组织起来,就是存储体。将基本的存储电路有规则地组织
13、起来,就是存储体。存储体又有不同的组织形式存储体又有不同的组织形式:将各个字的将各个字的同一位同一位组织在一个芯片中,如:组织在一个芯片中,如:8118 16K*18118 16K*1(DRAMDRAM)将各个字的将各个字的 4 4位位 组织在一个芯片中,组织在一个芯片中,如:如:2114 1K*4 2114 1K*4(SRAMSRAM)将各个字的将各个字的 8 8位位 组织在一个芯片中,组织在一个芯片中,如:如:6116 2K*8 6116 2K*8(SRAMSRAM)。)。2.2.2.2.外围电路外围电路外围电路外围电路 为了区别不同的存储单元,就给他们各起一个号为了区别不同的存储单元,就
14、给他们各起一个号给于不同的地给于不同的地址,以地址号来选择不同的存储单元。址,以地址号来选择不同的存储单元。于是电路中要有于是电路中要有地址译码器地址译码器、I/O电路电路、片选控制端片选控制端CS、输出缓冲输出缓冲器器等等外围电路外围电路外围电路外围电路三三.存储器(芯片)结构与存储原理存储器(芯片)结构与存储原理第15页,本讲稿共44页故:故:故:故:存储器(芯片)存储器(芯片)存储器(芯片)存储器(芯片)=存储体存储体存储体存储体+外围电路外围电路外围电路外围电路第16页,本讲稿共44页3.存储原理存储原理小小园园点:点:存储空间,每一个都有一个唯一的地址线同它相连(存储空间,每一个都有
15、一个唯一的地址线同它相连(bit)地址译码器:地址译码器:接收到地址总线送来的地址数据之后,它会根据这个数据定位接收到地址总线送来的地址数据之后,它会根据这个数据定位CPU想要调用的数想要调用的数据所在的位置,然后数据总线就会把其中的数据传送到据所在的位置,然后数据总线就会把其中的数据传送到CPU第17页,本讲稿共44页4.地址译码地址译码单译码方式单译码方式适用于小容量存储器中,只有一个译码器。适用于小容量存储器中,只有一个译码器。第18页,本讲稿共44页双译码方式双译码方式地址译码器分成两个,可地址译码器分成两个,可减少减少选择线的数目。选择线的数目。例:例:1024*1的存储器的存储器第
16、19页,本讲稿共44页5.驱动器驱动器双译码结构中,在译码器输出后加驱动器,驱动挂在各条双译码结构中,在译码器输出后加驱动器,驱动挂在各条X方向选择线上的方向选择线上的所有存储元电路。所有存储元电路。6.I/O电路电路处于数据总线和被选用的单元之间,处于数据总线和被选用的单元之间,控制被选中的单元读出或写入,放大信息。控制被选中的单元读出或写入,放大信息。第20页,本讲稿共44页7.片选片选 在地址选择时,首先要选片在地址选择时,首先要选片,只有当片选信号有效时,此片所连的地址线才只有当片选信号有效时,此片所连的地址线才有效。有效。第21页,本讲稿共44页8.输出驱动电路输出驱动电路 为了扩展
17、存储器的容量,常需要将几个芯片的数据线并联使用;另外存储器的读出数据为了扩展存储器的容量,常需要将几个芯片的数据线并联使用;另外存储器的读出数据或写入数据都放在双向的数据总线上。这就用到三态输出缓冲器。或写入数据都放在双向的数据总线上。这就用到三态输出缓冲器。第22页,本讲稿共44页8.一个实际的静态一个实际的静态RAM的例子的例子Intel2114存储器芯片存储器芯片1024*4的存储器的存储器4096个基本存储单元,排成个基本存储单元,排成64*64的矩阵,需的矩阵,需10根地址线寻址。根地址线寻址。X译码器输出译码器输出64根选择线,分别选择根选择线,分别选择1-64行,行,Y译码器输出
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