【正文】 ? 存儲器概述 ? 半導體存儲器 ? 存儲器與 CPU的連接 ? 存儲器的工作原理 本章內(nèi)容 ? 了解存儲器的工作原理和外部特性 ? 掌握微機中存儲系統(tǒng)的結構 ? 學會利用現(xiàn)有的存儲器芯片構成所需內(nèi)存系統(tǒng)。 學習目的 存儲器概述 存儲器 是計算機系統(tǒng)中具有 記憶功能的部件 ， 它是由大量的 記憶單元 (或稱基本的存儲電路 )組成的 , 用來存放用二進制數(shù)表示的程序和數(shù)據(jù) 。 記憶單元 是一種能表示二進制 “ 0 ”和“ 1”的狀態(tài)并具有記憶功能的 物理器件 ， 如電容 、 雙穩(wěn)態(tài)電路等 。 一個記憶單元能夠存儲二進制的一位 。 由若干記憶單元組成一個存儲單元 、 一個存儲單元能存儲一個 字 ， 字有 4位 、 8位 、 16位等 ， 稱之為字長 ， 字長為 8時 ， 稱一個 字節(jié) 。 人們希望存儲器能同時滿足速度快、容量大、價格低的要求 . 實際上 ,基于局部性原理 ,存儲系統(tǒng)是快慢搭配，具有層次結構，如圖 。(參見教材 ) 速度快 容量小 速度慢 容量大 寄存器 內(nèi)部 Cache 外部 Cache 主存儲器 輔助存儲器 大容量輔助存儲器 圖 微機存儲系統(tǒng)的層次結構 CPU 存儲器操作： ? 讀操作，非破壞性。 ? 寫操作，破壞性。 存儲器的職能： ? 信息交換中心。 ? 數(shù)據(jù)倉庫。 一、存儲器分類 （ 多種其它分類，參見教材 ） 1. 內(nèi)存儲器 (內(nèi)存或主存 ) 功能 ：存儲當前運行所需的程序和數(shù)據(jù)。 特點 ： CPU可以直接訪問并與其交換信 息 ， 容量小 ， 存取速度快 。 2. 外存儲器 ( 外存 ) 功能 ：存儲當前不參加運行的程序和數(shù)據(jù)。 特點 ： CPU不能直接訪問 ， 配備專門設備才能進行交換信息 ， 容量大 ，存取速度慢 。 目前 ， 存儲器使用的存儲介質(zhì)有半導體器件 ， 磁性材料 ， 光盤等 。 一般把半導體存儲器芯片作為內(nèi)存 。 由于半導體存儲器具有存取速度快 、 集成度高 、 體積小 、功耗低 、 應用方便等優(yōu)點 ， 在此我們只討論 半導體存儲器 。 半 導 體 存 儲 器 靜態(tài)隨機 SRAM 動態(tài)隨機 DRAM 一次性編程 PROM 可擦除 EPROM 紫外光擦除 UREPROM 電擦除 EEPROM 讀寫存儲器 RAM 只讀存儲器 ROM 雙極型 MOS 掩膜 ROM 可編程 ROM 圖 半導體存儲器分類 二、半導體存儲器的組成 半導體存儲器由地址寄存器，譯碼電路、存儲體、讀 /寫控制電路、數(shù)據(jù)寄存器、控制邏輯等部分組成。 AB 地 址 寄 存 器 MAR 地 址 譯 碼 器 存 儲 體 M 讀 寫 驅(qū) 動 器 數(shù) 據(jù) 寄 存 器 MDR DB … … 控制邏輯 啟動 片選 讀 /寫 圖 存儲器的基本組成 1. 存儲體 基本存儲電路是組成存儲器的基礎和核心，它用于存放一位二進制信息 “ 0”或 “ 1”。若干 記憶單元 （或稱基本存儲電路）組成一個 存儲單元 ，一個存儲單元一般存儲一個字節(jié)，即存放 8位二進制信息，存儲體是存儲單元的集合體。 2. 譯碼驅(qū)動電路 該電路實際上包含譯碼器和驅(qū)動器兩部分。譯碼器的功能是實現(xiàn)多選 1，即對于某一個輸入的地址碼， N個輸出線上有唯一一個高電平（或低電平）與之對應。 常用的地址譯碼有兩種方式 : 單譯碼 和 雙譯碼方式。 (1) 單譯碼方式 單譯碼方式是一個 “ N中取 1”的譯碼器，如圖。譯碼器輸出驅(qū)動 N根字線 中的一根，每根字線由 M位信號 組成。若某根字線被選中，則對應此線上的 M位信號便同時被讀出或?qū)懭耄?jīng)輸出緩沖放大器輸出或輸入一個 M位的字。 Ap1 Ap2 A1 A0 N 取 1 譯 碼 器 基本存儲電路 p個輸入 M 位 位 線 D0 D1 DM－ 1 N根字線 N=2p 個地址 W0 W1 … … … … 選中的字線輸出 M位 Wn1 輸 出 緩 沖 放 大 器 圖 單譯碼尋址示意圖 (2) 雙譯碼方式 雙譯碼方式采用的是 兩級譯碼 電路。當字選擇 線的根數(shù) N很大時， N=2p中的 p必然也大，這時可將 p分成兩部分 ，如： N=2p=2q+r=2q 2r=X Y，這樣便將對 N的譯碼分別由 X譯碼和 Y譯碼兩部分完成。 A0 A1 A2 A3 A4 X0 X31 ... W0,0 W31,0 W0,31 W31,31 Y0 Y31 基本存儲電路 R/W控制 Y(列 )地址譯碼及 I/O控制 數(shù)據(jù)輸入 數(shù)據(jù)輸出 A5 A6 A7 A8 A9 … X (行 ) 地 址 譯 碼 器 圖 雙譯碼結構示意圖 單譯碼方式 主要用于容量小的存儲器， 雙譯碼方式 可大大減少譯碼輸出選擇線的數(shù)目，適用于大容量的存儲器。 以 p=10為例 ， 采用 單譯碼 ， 譯碼輸出需要 1024根選擇線 。 采用 雙譯碼 ， 排成 32 32的矩陣 ， 輸出狀態(tài)仍為 1024 個 ， 但譯碼輸出選擇線卻只需要32+32=64根 。 存儲器容量越大 ， 此優(yōu)點越突出 。 3. 地址寄存器 用于存放 CPU訪問存儲單元的地址，經(jīng)譯碼驅(qū)動后指向相應的存儲單元。 4. 讀 /寫電路 包括讀出放大器、寫入電路和讀 /寫控制電路，用以完成對被選中單元中各位的讀出或?qū)懭氩僮鳌? 5. 數(shù)據(jù)寄存器 用于暫時存放從存儲單元讀出的數(shù)據(jù)，或從CPU或 I/O端口送出的要寫入存儲器的數(shù)據(jù)。 6. 控制邏輯 接收來自 CPU的啟動、片選、讀 /寫及清除命令，經(jīng)控制電路綜合和處理后，產(chǎn)生 一組時序 信號來控制存儲器的讀 /寫操作。 三、半導體存儲器芯片的主要技術指標 1. 存儲容量（存放二進制信息的總位數(shù)） 存儲容量 =存儲單元個數(shù) 每個存儲單元的位數(shù) 常用單位： MB、 GB、 TB 其中： 1kB=210B 1M=210kB=220B 1GB=210MB=230B 1TB=210GB=240B 2. 存取時間 存取時間 又稱存儲器訪問時間 。 指啟動一次存儲器操作到完成該操作所需的時間 tA。 3. 存取周期 存取周期 是連續(xù)啟動兩次獨立的存儲器操作所需的最小的時間間隔 TC. 一般 TC≥tA 。 4. 可靠性 可靠性指存儲器對電磁場及溫度等變化的抗干擾能力 。 5. 其他指標 體積 、 重量 、 功耗 (包括維持功耗和操作功耗 )。 隨機存取存儲器 RAM 一、靜態(tài)隨機存儲器 SRAM 圖 6個 MOS管組成的 雙穩(wěn)態(tài)電路 。 圖 六管靜態(tài) RAM基本存儲電路 Y地址譯碼 Vcc V7 I / O V8 I / O V3 V4 V5 V2 V6 A V1 B Di Di X地址譯碼 圖中 V1V2是工作管 ， 兩個NMOS管 ,構成雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器.