【正文】 本章教學重點和難點： ◆ 存儲器 的分類方法 、存儲器系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)。 ◆ 存儲器讀寫、 RAM和 ROM的基本結(jié)構(gòu)、存儲器尋址方及存儲器與微處理器的連接技術(shù)。 ◆ 存儲器管理、閃速存儲器、高速緩沖存儲器等新型存儲器技術(shù)。 ◆ 硬盤、光盤及其驅(qū)動器等外存。 第 3章 存儲器技術(shù) 存儲器概述 微機系統(tǒng)必須配備一定容量的存儲器，存儲器主要用于存放微機系統(tǒng)工作時所必需的程序和數(shù)據(jù)。 內(nèi)存： 主要用于暫存當前正在（將要）執(zhí)行的程序 ,由半導(dǎo)體存儲器材料構(gòu)成，能夠通過總線與 CPU直接訪問。 外存： 只存放相對來說不經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)和程序，外存中的數(shù)據(jù)須先調(diào)入內(nèi)存，才與 CPU直接交換數(shù)據(jù)。 外存和內(nèi)存的比較 ： 1） CPU直接在內(nèi)存中存取處理的程序和數(shù)據(jù)。 2）外存中的信息須批量調(diào)入內(nèi)存后 ,方可被 CPU調(diào)用。 3）內(nèi)存容量小、存取速度快、易失性 4）外存容量大、存取速度慢、非易失性 CPU的位置關(guān)系分為： （ 1） 外存 ：常用的硬盤、 U盤、光盤、磁帶等設(shè)備以及它們的驅(qū)動器一般稱為外存儲器，也稱 外部設(shè)備 。 （ 2） 內(nèi)存 ：用于 暫存當前 正在（將要）執(zhí)行的程序。也稱為主存，一般插在主板上， CPU能夠通過 總線 直接訪問，存取速度快但容量較小。 512MB， 2GB。 容量由 CPU的 AB限制 80GB、 160GB （ 3） Cache，用來存放當前最可能頻繁使用的程序和數(shù)據(jù)，在信息交換的過程中起緩沖作用，容量小于內(nèi)存。 CPU Cache RAM 外存 內(nèi)存 ： （ 1）隨機存取存儲器 RAM（ Random Access Memory） 可隨機地從任意位置進行信息的存取，所用的存取時間都相同，與存儲單元的地址無關(guān)，如半導(dǎo)體、磁芯隨機存儲器。 從給出命令時磁鼓所在的單元開始 （ 2）順序存取存儲器 SAM（ Sequential Access Memory）只能 以某種預(yù)先確定的 順序來讀寫 存儲單元，存取時間與存儲單元的物理位置有關(guān)。如，磁帶存儲器。 （ 3）半順序存取存儲器（磁盤存儲器）。 ： （ 1） 半導(dǎo)體存儲器： 內(nèi)存 （ 2）磁存儲器 ： （ 3）光存儲器 ： 1按存取信息的功能分為： ◆ RAM：主要構(gòu)成內(nèi)存，RAM又可分為 SRAM和 DRAM?！? ROM：主要用于存放BIOS程序。 2按材料和制造工藝分為： ◆雙極型：存取速度最快，和 CPU的工作速度基本相匹配。但功耗大，容量小，價格高。 ◆ MOS型：存取速度較慢，功耗小、容量大、價格低。 在非磁性金屬或塑料的表面涂一層磁性材料，如磁盤、磁帶、磁卡。 用激光技術(shù)控制訪問的存儲器，利用光學原理來讀寫信息的，如CDROM、可讀寫的光盤等。 存儲器的主要性能指標 通常用該內(nèi)存儲器所能尋址的單元個數(shù)及每個單元能夠存取的二進制數(shù)的位數(shù)來表示， 即：存儲容量 =基本單元個數(shù) 位數(shù)（ b） =M N=1K 8位 ◆ 內(nèi)存最大容量：由 AB決定。 ◆ 內(nèi)存的實際容量：小于最大容量 0000到 FFFF的單元個數(shù)為64KB 8bit 物理存儲器 存儲器地址空間 AB DB 存取時間 TA：內(nèi)存儲器從接收到存儲單元的地址開始，到它存入和取出數(shù)據(jù)為止所需的時間。 通常指存取時間的上限值（最大值），稱為最大存取時間。 存取周期 TAC：兩次存儲器訪問所需的最小時間間隔。 3. 功耗 ， 半導(dǎo)體存儲器的功耗指 “ 維持功耗 ” 和“ 操作功耗 ” 。 4. 可靠性，對電磁場及溫度變換的抗干擾能力， 一般用平均無故障時間 MTBF（ Main Time Between Failures）表示， MTBF越長，可靠性越高。 5. 性 /價比 待機功耗 工作功耗 存儲系統(tǒng)的 多層次結(jié)構(gòu) 在計算機系統(tǒng)中常采用 三級 結(jié)構(gòu)來構(gòu)成存儲系統(tǒng)，由高速緩沖存儲器 Cache，主存和輔存組成，如圖。 微型機系統(tǒng)的存儲器 CPU內(nèi)部的寄存器組 高速緩沖存儲器 主存儲器 (DRAM、 SRAM、 ROM) 輔存儲器 磁盤 (軟磁盤 、 硬磁盤 ) 磁帶 、 光盤 一級 Cache 二級 Cache 以 Cache主存和主存 輔存的 兩級層次 結(jié)構(gòu)。 讀寫存儲器 半導(dǎo)體存儲器按存取信息的功能分為： ◆ RAM：存儲的信息可根據(jù)需要隨時讀 /寫，關(guān)機后信息丟失，主要用于存放各種輸入 /出數(shù)據(jù)、中間運算結(jié)果及正在運行程序的數(shù)據(jù)，可與外存交換信息。 RAM按采用器件可分為： 雙極型和 MOS型。 按存儲原理分為： SRAM和 DRAM 內(nèi)存一般指 RAM ◆ ROM：存儲的信息只能讀出不能修改或?qū)懭胄碌男畔ⅲP(guān)機后信息不丟失，主要用于存放 BIOS程序。 ROM按信息的設(shè)置方式可分為： 掩模式 ROM、 PROM、EPROM、 EEPROM和 Flash Memory。 SRAM:Static RAM 芯片中一個 基本存儲電路 能 存儲 1位 二進制數(shù)， 基本存儲電路一般由 RS 觸發(fā)器 構(gòu)成，其兩個穩(wěn)態(tài)分別表示存儲內(nèi)容為“ 0” 或為“ 1” 。 存儲 1個字節(jié)需要8個基本存儲電路 SRAM的 基本存儲電路 由 6個 MOS管 組成的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路，如圖。 寫 1時， I/O為 1， 即 A=1， B=0， T1截止 ,T2導(dǎo)通 讀出時，選擇線 /行選中為高， A、B點的原來值被分別送到 I/O和 I/O*。 A=1， T1截止 B=0， T2導(dǎo)通 寫 0時， I/O為 0， 即 A=0， B=1， T1導(dǎo)通 ,T2截止 2. SRAM的結(jié)構(gòu) 利用 基本存儲電路 排成陣列，再加上地址譯碼電路和讀 /寫控制電路就可以構(gòu)成隨機存取存儲器。 一個容量為 M N的存儲器則包含 M N個基本存儲電路。 如，存儲器容量為 1KB=1024B=1K 8位 =32行 32列。 AB的 n次冪 I/O位數(shù) 2的 10次冪 B 5+5 2的 5次冪 行譯碼 列譯碼 00 01 10 11 00 01 10 11 0000 典型芯片 Intel6116容量： 2K 8位。 SRAM，速度快，集成度低，功耗大，成本高，適用于小容量存儲，如 Cache。 DRAM，速度慢，集成度高，功耗小，成本低，如內(nèi)存條。 AB： 0~10 I/O： 0~7 總結(jié)： 存儲器 ◆ 1 存儲器與 CPU的位置關(guān)系將存儲器分為： ◆ 2 存儲器在計算機中的存取方式分類： ◆ 3 存儲器按存儲介質(zhì)方式分類： ◆ 4 半導(dǎo)體存儲器按存取信息的功能分為： RAM（ SRAM和 DRAM）、 ROM（ PROM、 EPROM、 EEPROM和 FlashM）。 ◆ 5 半導(dǎo)體存儲器按材料分為： 雙極型、 MOS型（ ROM、 DRAM及 SRAM）。 ◆ 6 存儲器 按照和 CPU的位置關(guān)系分為三級： ◆ 7 內(nèi)存儲器的性能指標： ◆ 8 SRAM： M N，存儲 1位的基本存儲電路由雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。 DRAM： 基本存儲電路用 MOS管柵和源極之間的電容 C來存 慢 /容量大 /功耗小，集成度高，價格低，如內(nèi)存 快 /容量小 /功耗大，成本高，適用于小容量存儲，如 Cache。 RAM， SAM和半順序 外存，內(nèi)存和 Cache 半導(dǎo)體，磁性和光存儲器 動態(tài)讀寫存儲器 DRAM(Dynamic RAM) 1. 基本存儲電路 DRAM存儲信息的基本電路采用 單管電路、三管電路和四管電路 。 圖 35 單管動態(tài)基本存儲電路 刷新 放大器 列選擇信號 數(shù)據(jù)輸入 / 輸出線 行選擇信號 T C 讀時：某行線為 1， T導(dǎo)通， C上的值通過列線的刷新放大器轉(zhuǎn)換為 0或 1重寫到 C上，列線選中某列讀取信息。 寫時：行線為 1， T導(dǎo)通， C上的值送到刷新放大器上后又對 C進行寫，刷新時，列選擇信號總為 0。 不讀 /寫時：行選擇信號線為 0，T截止， C與外電路斷開，不充放電，故保持原狀態(tài)。 2. DRAM的刷新 DRAM的 基本存儲電路原理是利用 MOS管柵極和源極之間的 電容 C來存儲 存儲電荷 信息。電容的 有、無表示存儲的 0或 1。 由于任何電容都存在漏電現(xiàn)象， 故每次數(shù)據(jù)讀出后，要重新恢復(fù) C上的電荷量。即使無讀操作，電荷泄漏也會造成信息丟失。 為了保持 DRAM電容 C中信息 (電荷 )，需周期性地（ 一般每隔 2ms）就必須對動態(tài) RAM進行讀出和再寫入操作，使原來處于邏輯電平“ 1” 的電容上所釋放的電荷又得到補充，而原來處于電平“ 0” 的電容仍保持“ 0” ， 這個過程叫 DRAM的刷新 。 刷新周期通常為 2ms~8ms。 CCD 刷新 存儲器專門的刷新電路操作，主要有： （ 1） 刷新地址 通常由 刷新地址計數(shù)器 產(chǎn)生，而不是由地址總線提供。 （ 2）由于 DRAM的基本存儲電路可 按行 同時刷新，所以刷新只需要行地址，不需要列地址。 （ 3）刷新操作時，數(shù)據(jù)線是呈高阻狀態(tài)，片內(nèi)數(shù)據(jù)線與外部數(shù)據(jù)線完全隔離。 3 典型 DMAR芯片 Intel 2164A (1)內(nèi)部結(jié)構(gòu)： 容量是 64K 1位 行、列地址分時送入 。 利用內(nèi)部多路開關(guān)， 行地址選通信號 RAS/； 列地址選通信號 CAS/ AB： 0~15 I/O： 1 (2) 讀 /寫控制 當 WE/低電平有效 時寫入 被選中單元； 當 WE/高電平 無效時表示讀 。 64KB需 8片 8+8, 先行后列 8 位 地址 鎖存器 128 128 存儲矩陣 行時鐘 緩沖器 RAS WE CAS A 1 128 讀出放大器 1 / 2 （ 1 / 128 列譯碼器 ） 128 讀出放大器 128 128 存儲矩陣 128 128 存儲矩陣 128 讀出放大器 1 / 2 （ 1 / 128 列譯碼器 ） 128 讀出放大器 128 128 存儲矩陣 1 / 128 行 譯碼器 1 / 128 行 譯碼器 1 / 4 I / O 門 輸出 緩沖器