存储系统及半导体存储器

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1、第6章存储系统及半导体存储器6.1存储系统与半导体存储器分类6.2存储器层次结构与译码电路6.3随机存储器（RAM）6.4只读存储器（ROM）6.5CPU与存储器的连接6.6高速缓存Cache及其工作原理6.1存储系统与半导体存储器的分类6.1.1存储系统计算机的存储器外存储器作用：用于存放当前运行的程序和数据，是主机一部分。特点：通常用半导体存储器作为内存储器。内存速度较高，CPU可直接读写。作用：用于存放暂时不用的程序和数据。特点：容量大、速度较低、CPU不能直接读写。内存储器存储系统通过软、硬件结合，形成了内存-外存的存储

2、层次，即存储系统。6.1存储系统与半导体存储器的分类6.1.1存储系统速度方面，内存比CPU大约慢一个数量级，存在速度匹配的瓶颈。在CPU和内存中间增加一层高速Cache，又构成了高速缓存（Cache）-内存层次。要求Cache速度与CPU速度匹配或接近。完全由硬件来实现高速缓存-内存的地址映像技术。高速缓存（Cache）-内存层次解决提高存储速度问题内存-外存存储层次解决了大容量和低成本的矛盾。6.1存储系统与半导体存储器的分类内存一般用来存放当前活跃的程序和数据。目前主要采用半导体存储器，使用随机存取方式外存用于存放当前不活

3、跃的程序和数据。一般采用软盘、硬磁盘、光盘、优盘cache用在CPU与内存之间，在交换信息时起缓冲作用。CacheCPU内存储器外存储器2个层次三级体系：6.1.2半导体存储器的分类及特点1.半导体存储器的分类按器件原理分：有双极型、MOS型存储器；分类新近推出闪速存储器（Flash），既具有RAM易读、写、体积小、集成度高、速度快等优点，又有ROM断电后信息不丢失等优点。按存取方式分：有随机存取（RAM）和只读存储器（ROM）；按存储原理分：有静态（SRAM）和动态（DRAM）6.1.2半导体存储器的分类及特点图6.1半导体存

4、储器的分类6.1.2半导体存储器的分类及特点2.半导体存储器的性能指标性能指标:功耗、可靠性、容量、价格、集成度、存取速度从功能和接口电路角度，最重要是芯片的存取容量和速度。（1）存储容量存储容量是指存储器存放二进制信息的总位数即：存储容量=存储单元数×单元的位数。芯片的容量通常采用比特（Bit）作为单位。如N×8、N×4、N×1这样的形式来表示芯片的容量(集成方式)。计算机中一般以字节B（Byte）为单位，如256KB、512KB等。大容量的存储器用MB、GB、TB为单位。6.1.2半导体存储器的分类及特点2.半导体存储器的性

5、能指标（2）存取时间是反映存储器工作速度的一个重要指标，是指从CPU给出有效的存储器地址启动一次存储器读/写操作，到该操作完成所经历的时间。读操作：存取时间就是读出时间，即从地址有效到数据输出有效之间的时间，通常在101～102ns之间。写操作：而对一次写操作，存取时间就是写入时间。（一般大于读）（3）存取周期指连续启动两次独立的存储器读/写操作所需的最小间隔时间注意!!存在内部操作的恢复时间，读/写周期=读出/写入时间+恢复时间。读周期时间写周期时间6.1.2半导体存储器的分类及特点2.半导体存储器的性能指标（4）可靠性指存储

6、器对环境温度与电磁场等变化的抗干扰能力。大规模集成电路结构的平均无故障时间一般都在几千小时以上。（5）集成度对于半导体存储器来说，集成度是一个重要的衡量指标。集成度是指在平方毫米芯片上集成基本电路的数量。其它技术指标还有功耗、性价比等指标，其中功耗含维持功耗和操作功耗。6.1.2半导体存储器的分类及特点3.半导体存储器的特点（1）RAM的分类及特点按器件原理分：双极型和MOS型①双极型RAM主要TTL型、ECL型。②MOS型RAM。静态SRAM动态DRAM特点是集成度介于双极型RAM与动态RAM之间，不需要刷新，易用电池备用电源

7、，功耗也在双极型和动态RAM之间。特点是存取速度高，但集成度低、功耗大、成本高。目前主要用于速度要求高的微型机中。信息会自然丢失，须（2ms）定时刷新。集成度最高，比静态RAM功耗低，价格便宜。6.1.2半导体存储器的分类及特点3.半导体存储器的特点（1）RAM的分类及特点按器件原理分：双极型和MOS型①双极型RAM②MOS型RAM。分静态SRAM、动态DRAM③集成随机存储器IRAMIRAM是将动态存储器的刷新逻辑电路和DRAM集成在一起，具有DRAM的高集成度，不需要外部刷新电路和使用方便等IRAM特点6.1.2半导体存储器

8、的分类及特点3.半导体存储器的特点（2）ROM的分类及特点①掩膜只读存储器MROM掩膜只读存储器MROM是芯片厂家用用光刻工艺掩膜对存储器进行编程，一旦制造完毕，其内容就不可更改。6.1.2半导体存储器的分类及特点3.半导体存储器的特点（2）ROM的分类及特点①