微型计算机存储器系统结构

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1、第5章微型计算机存储器系统结构本章学习要点●存储器的分类及存储器系统的层次结构●随机存取存储器RAM和只读存储器ROM的基本结构●存储器扩展接口●辅助存储器及新型存储器技术5—1本章知识重点5-1—1存储器的概念和基本结构1．存储器的概念存储器是计算机中用来存储信息的部件，是微型计算机系统不可缺少的组成部分，是计算机中各种信息的存储和交流中心。2．存储器的分类存储器按照其制造材料、读写功能、信息的保存情况及其在微型计算机系统中的作用来区分，可以有以下4种分类方法：(1)按照存储介质分类采用半导体材料——半导体存储器。采用磁性材料——磁表面存储器。采用光学材料——光表面存储器。(

2、2)按照读写功能分类存储内容固定不变，只能读出不能写入——只读存储器ROM。存储内容可以改变，既可以读出又能够写入——随机存取存储器RAM(又称为读写存储器)。(3)按照信息的可保存性分类断电后信息即消失——非永久性记忆的存储器。断电后仍能保存信息——永久性记忆的存储器。(4)按照在微型计算机系统中的作用分类存放当前正在运行的程序和数据——主存储器。存储CPU当前操作暂时用不到的程序或数据——辅助存储器。暂存CPU正在使用的指令和数据——高速缓冲存储器(Cache)。3．存储器的基本性能指标(1)存储容量：存储器可以存储的二进制信息总量称为存储容量。存储容量=存储器单元数×每单

3、元二进制位数。应该注意：通常8位二进制数称为一个字节，用B(Byte)表示，存储容量可以字节(B)为单位来表示，对于大容量存储器还可以用千字节(KB)、兆字节(MB)、吉字节(GB)、太字节(TB)等表示。其换算关系为：1KB=2100B=1024BIMB=210B=1024KB1GB=230B=1024MB1TB=240B=1024GB(2)存取时间：指启动次存储器操作到完成该操作所用的时问。(3)存取周期：指连续两次独立的存储器操作之间的最小时间间隔。注意：存取时间和存取周期都是衡量存取速度的性能指标。(4)价格：常用每位的价格来衡量。一般来说，主存储器的价格较高，辅助存储

4、器的价格则低得多。存储器总价格正比于存储容量，反比于存取速度。一般来说，速度较快的存储器，其价格也较高，容量也不可能太大。因此，容量、速度、价格3个指标之间是相互制约的。所以，用户在设计和选用存储器时还要综合考虑这些因素，要根据实际需要全面衡量，尽可能满足主要要求并兼顾其他，尽量提高性能价格比。4．存储系统的层次结构所谓存储系统的层次结构，就是把各种不同存储容量、存取速度和价格的存储器按层次结构组成多层存储器，并通过管理软件和辅助硬件有机组合成统一的整体，使所存放的程序和数据按层次分布在各种存储器中。目前，在计算机系统中通常采用三级层次结构来构成存储系统，主要由高速缓冲存储器C

5、ache、主存储器和辅助存储器组成，如图5-1所示。在图5-1所示的存储系统多级层次结构中，由上向下分三级，其容量逐渐增大，速度逐级降低，成本则逐次减少。整个结构又可以看成两个层次：它们分别是主存一辅存层次和cache一主存层次。这个层次系统中的每一种存储器都不再是孤立的存储器，而是一个有机的整体。它们在辅助硬件和计算机操作系统的管理下，可把主存一辅存层次作为一个存储整体，形成的可寻址存储空间比主存储器空间大得多。由于辅存容量大，价格低，使得存储系统的整体平均价格降低。由于Cache的存取速度可以和CPU的工作速度相媲美，故cache一主存层次可以缩小主存和cPu之间的速度差距

6、，从整体上提高存储器系统的存取速度。尽管Cache成本高，但由于容量较小，故不会使存储系统的整体价格增加很多。综上所述，一个较大的存储系统是由各种不同类型的存储设备构成，是一个具有多级层次结构的存储系统。该系统既有与CPU相近的速度，又有极大的容量，而成本又是较低的。其中高速缓存解决了存储系统的速度问题，辅助存储器则解决了存储系统的容量问题。采用多级层次结构的存储器系统可以有效的解决存储器的速度、容量和价格之间的矛盾。图5-1存储系统的多级层次结构5-1-2IRAM与ROM1．随机存取存储器RAM现代微型计算机的主存储器已普遍采用半导体存储器。其特点是容量大、存取速度快、体积小

7、、功耗低、集成度高、价格便宜。半导体存储器可分为两大类：随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。所谓随机存取是指通过指令可以随机地对每个存储单元进行访问，其访问时间都是相同的，与存储单元的地址无关。通常随机存取存储器中每个存储单元的内容，可根据程序要求随时读／写，所以实际上称它为读写存储器更确切，但习惯上都把它叫做随机存取存储器。随机存取存储器根据存储原理又可分为静态RAM和动态RAM。(1)静态RAM(sRAM)静态RAM的基本存储电路如图5-2所示。图5-2静态RAM的基本存储电