第7章 存储器系统

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1、167第7章存储器系统第7章存储器系统存储器是组成计算机的五大部件之一，是计算机的记忆设备。在物理结构上，存储系统常分为三级：高速缓冲Cache、主存、外存。为了满足存储器的大容量和低成本需求，就形成了内存-外存存储层次。从整体看存储系统的速度接近于内存的速度，其容量接近于外存的容量，而每位平均价格接近于廉价的慢速的外存平均价格。在速度方面，计算机的内存和CPU大约有一个数量级的差距，这显然限制了CPU的性能。为了解决速度与成本的矛盾，在CPU和内存中间设置Cache是解决存取速度的重要方法。这就构成了高速缓存-内存层次。上述两种存储层次在现代微机

2、中同时都采用，满足了现代微型计算机对存储系统的速度快、容量大且价格低廉的要求。在CPU和内存中目前的计算机中，一般用半导体存储器作为主存储器（简称主存或内存），存放当前正在执行的程序和数据，而用磁盘、磁带、光盘作为外存储器或辅助存储器（简称外存或辅存），存放当前不在运行的大量程序和数据。在本章中主要介绍用作内存的半导体存储器。7-1存储器分类及性能半导体存储器的分类方法有很多种，如图7-1所示。按器件原理来分，有双极型存储器和MOS型存储器；按存取方式来分，有随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）；按存储原理来分，有静态存储器（SRAM）和

3、动态存储器（DRAM）；按信息传送方式来分，有并行（按字长的所有位同时存取）存储器和串行（按位存取）存储器。近年来由Intel公司推出一种被称为闪速存储器（flashmemory）的新型半导体存储器，其特点是既具有RAM易读易写、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，是一种很有前途的半导体存储器。图7-1半导体存储器的分类7-1-1存储器分类1.RAM随机存取存储器（RandomAccessMemory）CPU根据RAM的地址可对存储器中数据进行读取，也可方便和快速地写入数据，通过使用电信号完成读写操作。同时，RAM必须

4、有直流电源供电，一旦电源中断，数据就会丢失。因此，RAM只能用于暂存数据。按照集成电路内部结构的不同。RAM又分为两种：（1）SRAM静态RAM（StaticRAM）一般用6个MOS管构成的触发器组成1位作为基本存储单元。因此集成度相对来说较低，功耗也较大。静态RAM速度非常快，只要电源存在静态RAM中的内容就不会消失。在一般情况下，高速缓冲存储器（Cachememory）用它组成。（2）DRAM动态RAM（DynamicRAM）167第7章存储器系统动态RAM是采用单管作为基本存储单元，以电容器中有无电荷分别代表二进制的1或0。由于电容存在自然放

5、电的趋势，因此动态RAM需要周期地充电、刷新来保持数据存储。动态RAM的结构简单，因此它的集成度高，成本较低，另外耗电也少，但它需要支持刷新的电路。DRAM运行速度较慢，SRAM比DRAM要快2~5倍，一般，PC机的标准存储器都采用DRAM组成。2.ROM只读存储器（ReadOnlyMemory）ROM存储器是将程序及数据固化在芯片中，数据只能读出，不能写入；电源关掉，数据也不会丢失，它通常用来存放固定不变的程序（如操作系统的程序或用户固化的程序）、汉字字型库、字符及图形符号库等。由于它和读写存储器分享主存储器的同一个地址空间，故仍属于主存储器的一

6、部分。ROM按集成电路内部结构的不同，可分为下面三种：（1）PROM可编程ROM（ProgrammableROM）一次性写入的存储器，写入后，只能读出其内容，而ROM中的内容不能再进行修改。PROM写过程是带电操作，由供应商或用户在芯片出厂后写入一次，写入或“编程”过程需要特殊的设备。PROM提供了灵活性和方便性，ROM在大批量生产时仍具有吸引力。（2）EPROM可擦除、可编程ROM（ErasablePROM）EPROM允许用户多次写入信息，写入操作由专用的写入设备完成。写入之前应先擦除原来写入的信息。它的擦除信息的方式是通过紫外光照射15分钟左右

7、，使得存储单元都初始化成相同的状态，以便重新写入新数据。EPROM比PROM更贵，但它有可多次改写的优点。（3）EEPROM电可擦除可编程ROM（ElectricallyErasablePROM）EEPROM是一种在任何时候可写入，而无需擦除原先内容，且只需修改一个或几个字节地址的写一次读多次存储器。它的擦除信息的方式为电擦除，即用特定的电信号对其进行擦除，可在线操作，因此使用很方便。EEPROM的写操作比读操作要长得多，每字节需要几百ms的时间。它把不易丢失数据和修改灵活的优点组合，修改时只需要使用普通的控制、地址和数据总线。EEPROM比EPR

8、OM贵，结构不够紧凑以及每芯片上位数较少。3.闪速存储器（FlashMemory）它是在20世纪80年代中期推出的一种半导