微机原理与接口技术第5章存储系统.ppt

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1、第五章存储系统10/5/202115.1概述5.2半导体存储器5.3半导体存储器与CPU的连接方法5.4外存储器简介5.5新型存储器技术10/5/202125.1概述存储系统：计算机中存放程序和数据的各种存储设备、控制部件及管理信息调度的设备(硬件)和算法(软件)所组成的系统。其中，存储器是存储系统中最核心的设备。存储器：具有记忆功能的部件，由大量的记忆单元(基本存储电路)组成，而记忆单元是用一种具有两种稳定状态的物理器件来表示二进制数的0和1，一个记忆单元能存储二进制数的1位。10/5/202131、按构成存储器的介质分类半导体存储器、磁表面存储器、光表面存储器2、按存储器的存取方

2、式分类随机存储器、顺序存储器、直接存取存储器3、按信息的可保存性分类非永久性记忆存储器：断电后信息即消失(如RAM)永久性记忆存储器：断电后仍能保存信息(如ROM、硬盘)4、按在计算机系统中位置分类寄存器、缓冲存储器(Cache)、主存储器(内存)、辅助存储器(外存)5.1.1存储器的分类10/5/20214内存用来存放CPU当前要运行的程序和数据，CPU可直接用指令对内存进行读/写；外存用来存放CPU当前暂时不用的程序和数据，CPU不能直接用指令对外存进行读/写。在CPU和内存中间设置高速缓存(Cache)是解决存取速度的重要方法，它构成了高速缓存与内存间的一个存储层次。从CPU的

3、角度看，它解决了速度与成本之间的矛盾。10/5/202151、存储容量存储容量是指存储器可以容纳的二进制信息的总位数（1）存储容量=存储器单元数×每单元二进制位数(或寄存器位数)（2）换算关系：1KB=210B=1024B1MB=220B=1024KB1GB=230B=1024MB1TB=240B=1024GB5.1.2存储器的主要技术指标微机系统存储器的性能指标很多，如存储容量、存取速度、存储器的可靠性、功耗、价格、性能价格比及电源种类等，但从功能和接口电路的角度来看，最重要的性能指标是存储容量、存取速度、可靠性和性价比。1EB=1024PB1PB=1024TB10/5/2021

4、62、存取速度（1）存取时间：从CPU发出有效的存储器地址到读出或写入数据完毕所经历的时间。时间越小，存储速度越快。如DRAM：100ns～200ns，SRAM：20ns～40ns。（2）存取周期：连续启动两次独立的存储器读／写操作所需的最小时间间隔。一般情况下，存取周期略大于存取时间。3、存储器的可靠性用平均故障间隔时间MTBF（MeanTimeBetweenFailures）来衡量。MTBF越长，可靠性越高。10/5/202174、性价比性能主要包括存储器容量、存储周期和可靠性三项内容。性价比是衡量存储器经济性能好坏的综合指标，对于不同的存储器有不同的要求：对外存，要求容量大，对

5、缓存，要求速度非常快，容量不一定大。5、其他指标其他技术指标还有功耗、体积、重量、价格等。10/5/202181、存储系统的体系结构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。5.1.3存储系统的体系结构10/5/2021910/5/202110CPU寄存器组辅助存储器主存储器Cache速度快慢容量小大价格高低10/5/2021115.2半导体存储器半导体存储器由能够表示二进制数“0”和“1”的、具有记忆功能的半导体器件组成。能存放1位二进制数的半导体器件称为一个存储元

6、，若干存储元构成一个存储单元。10/5/2021125.2.1半导体存储器的分类半导体存储器双极型(常用作高速缓存)金属氧化物半导体型(常用作内存)由于半导体存储器具有存取速度快、集成度高、体积小、功耗低、应用方便等优点，它已被广泛地采用组成微型计算机的内存储器。1.按制造工艺分类10/5/202113RAM静态存储器（SRAM）动态存储器（DRAM）半导体存储器随机存取存储器（RAM）只读存储器（ROM）2.按存取方式分类10/5/202114ROM掩膜ROMPROM：可编程ROMEPROM：可擦除可编程ROME2PROM：电可擦除可编程ROM10/5/202115随机存取存储器（

7、RAM）RAM也称读/写存储器RAM，即CPU在运行过程中能随时进行数据的读出和写入。RAM中存放的信息在关闭电源时会全部丢失，所以，RAM是易失性存储器，只能用来存放暂时性的输入/输出数据、中间运算结果和用户程序，也常用它来与外存交换信息或用作堆栈。通常人们所说的微机内存容量就是指RAM存储器的容量。按照RAM存储器存储信息电路原理的不同，RAM可分为静态RAM和动态RAM。10/5/202116静态RAM(SRAM)其特点是：基本存储电路一般由MOS晶