【正文】 磁芯存儲(chǔ)器 50年代初，美蘇兩國(guó)冷戰(zhàn)日趨加劇，美國(guó)政府希望把計(jì)算機(jī)優(yōu)勢(shì)用于軍事目的，計(jì)劃建立一個(gè)能使國(guó)家邊境免遭空襲的半自動(dòng)地面防御系統(tǒng)（ SAGE）。磁鼓被用來作為電子計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)與指令的存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器歷史（ 1） 1958年，美國(guó)的 IBM公司制成了第一臺(tái)全部使用晶體管的計(jì)算機(jī) RCA501型。外存有： ? 磁表面存儲(chǔ)器：磁鼓，磁盤（硬盤、軟盤） ? 光存儲(chǔ)器： CDROM, DVDROM, CDR, WRCD ? 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器： Flash存儲(chǔ)器（閃存盤，閃存條， U盤。其速度快，價(jià)格貴，容量有限。 CPU可以對(duì)內(nèi)存進(jìn)行直接都操作和寫操作 外存可以保存大量的程序和數(shù)據(jù)。 程序存儲(chǔ)功能由存儲(chǔ)器來承擔(dān)。 存儲(chǔ)器字：由若干個(gè)存儲(chǔ)單元組成，可一次性存取。 存儲(chǔ)體：多個(gè)存儲(chǔ)單元按一定規(guī)則組成一個(gè)整體。 地址：每個(gè)存儲(chǔ)單元的編號(hào)。數(shù)字邏輯 Digital Logic 主講 陳付龍 f=ab … 安徽師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系 第 8章 存儲(chǔ)邏輯 ? 概述 ? ROM ? RAM 概述 由于 CPU的速度不斷提高，處理的信息量不斷增大，要求存儲(chǔ)器提高存取速度，改進(jìn)存取方式（如突發(fā)存取，并行存取等方式）。 一、存儲(chǔ)器的兩大功能： 存儲(chǔ)（寫入 Write） 取出（讀出 Read） 二、三項(xiàng)基本要求： 大容量 高速度 低成本 ? 存儲(chǔ)器的歷史和分類 ? 存儲(chǔ)器技術(shù)指標(biāo) ? 存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 基本概念 一、 概念 基本存儲(chǔ)單元：存儲(chǔ)一位（ bit）二進(jìn)制代碼的存儲(chǔ)元件稱為基本存儲(chǔ)單元（或存儲(chǔ)元） 存儲(chǔ)單元：主存中最小可編址的單位，是ＣＰＵ對(duì)主存可訪問操作的最小單位。 編址單位：可尋址的最小單位。 存儲(chǔ)器分辯率：指存儲(chǔ)器能被區(qū)分、識(shí)別與操作的精細(xì)程度。 二、存儲(chǔ)器的特性： 存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)中信息存儲(chǔ)的核心。 內(nèi)存是 CPU與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的窗口， CPU所執(zhí)行的程序和所涉及的數(shù)據(jù)都由內(nèi)存直接提供。 基本概念 存儲(chǔ)器的歷史和分類 （ 1） 磁存儲(chǔ)器： 磁表面存儲(chǔ)器： 磁帶 軟磁盤 硬磁盤 磁芯存儲(chǔ)器 (1948年）：直徑不到 1毫米磁芯里可穿進(jìn)一根極細(xì)的導(dǎo)線，只要有代表“ 1”或“ 0”的訊號(hào)電流流經(jīng)導(dǎo)線，就能使磁芯按兩種不同方向磁化，信息便以磁場(chǎng)形式被儲(chǔ)存 （ 2） 電子介質(zhì)：半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 MOS管 LeffLtox基板SiO2FOX (fieldoxide) 用于分離 CMOS器件 （ 3） 紙介質(zhì)存儲(chǔ)器：紙帶 （ 4） 光介質(zhì)：激光存儲(chǔ)器 ?按存取方式分類 隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM (Random Access Memory) 只讀存儲(chǔ)器 ROM（ ReadOnly Memory） 串行訪問存儲(chǔ)器 (Serial Access Storage) ?按在計(jì)算機(jī)中的作用分類 主存儲(chǔ)器 (內(nèi)存 ) 也稱主存儲(chǔ)器，但有了 Cache后，內(nèi)存包括主存與 Cache。 輔助存儲(chǔ)器 (外存 ) 又稱海存，容量大，價(jià)格低，不易揮發(fā)，但存取速度慢。 高速緩沖存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器比較 分類 存儲(chǔ)信息 區(qū)別 分類 讀寫方式 區(qū)別 工作特點(diǎn) 內(nèi)存 計(jì)算機(jī)工作中正在運(yùn)行的程序、數(shù)據(jù) 工作速度快、單位容量?jī)r(jià)格高 可讀寫存儲(chǔ)器 RAM 隨時(shí)讀寫 存放用戶輸入信息 斷電后信息全部丟失 只讀存儲(chǔ)器ROM 只能讀不能寫 存放開機(jī)系統(tǒng)程序 斷電后信息不會(huì)丟失 外存 計(jì)算機(jī)工作暫時(shí)不處理的程序、數(shù)據(jù) 工作速度慢、單位容量?jī)r(jià)格低 軟盤 FLOPPY DISK 隨時(shí)讀可控制寫 速度 慢 、容量 小， 攜帶方便 斷電后信息不會(huì)丟失 硬盤 HARD DISK 隨時(shí)讀寫 速度 快 、容量大，不易攜帶 斷電后信息不會(huì)丟失 只讀光盤 CD－ ROM 只能讀不能寫 速度 快 、容量 大， 攜帶方便 斷電后信息不會(huì)丟失 U盤 隨時(shí)讀可控制寫 速度 快 、容量 較大， 攜帶方便 斷電后信息不會(huì)丟失 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 ?雙極性半導(dǎo)體 RAM ?動(dòng)態(tài)金屬氧化物（ MOS)RAM 讀寫存儲(chǔ)器 ?掩膜式 ROM ?可編程 ROM(PROM,Programmable ROM) ?可擦除的 PROM（ EPROM， Erasable Programmable ROM） ?電可擦除的 PROM（ E2PROM， Electrically Erasable Programmable ROM） 這是在第一代電子計(jì)算機(jī)中使用的 磁鼓 。由于第二代計(jì)算機(jī)采用晶體管邏輯元件，及快速 磁芯 存儲(chǔ)器，計(jì)算速度從每秒幾千次提高到幾十萬(wàn)次，主存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)量，從幾千提高到 10萬(wàn)以上。 SAGE是以最早的由人工操作的實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它能接收各偵察站雷達(dá)傳來的信息，識(shí)別來襲飛行物，由操作者指揮地面防御武器瞄準(zhǔn)敵對(duì)飛行器。弗雷斯特（ ）博士和艾佛雷特（ B. Everett）領(lǐng)導(dǎo)下，正在研制一臺(tái)高速計(jì)算機(jī)，為海軍提供飛機(jī)座艙飛行模擬。美國(guó)空軍向麻省理工學(xué)院求援， 許以每年 100萬(wàn)美元的巨額研制經(jīng)費(fèi)，讓旋風(fēng)電腦充當(dāng) SAGE的主要部件。弗雷斯特是位 富于創(chuàng)造的思想家，他還首創(chuàng)了用打字機(jī)鍵盤與電腦 “ 對(duì)話 ” 方式，為此，麻省理工學(xué)院的工程師們戲稱 “ 旋風(fēng) ” 是一臺(tái) “ 昂貴的打字機(jī) ” 。弗雷斯特最大的貢獻(xiàn)，是率先為“ 旋風(fēng) ” 電腦配置了磁芯存儲(chǔ)器陣列。 1948年，哈佛大學(xué)剛畢業(yè)的華裔王安博士，接受 MarkⅠ 發(fā)明者艾肯下達(dá)的研究課題，在不到一個(gè)月的時(shí)間里，發(fā)明了一種新型的存儲(chǔ)裝置 —— 磁芯存儲(chǔ)器。 1949年 10月，王安為磁芯申請(qǐng)了專利，他后來在磁芯存儲(chǔ)器領(lǐng)域的發(fā)明專利共有 34項(xiàng)。 王安發(fā)明的磁芯存儲(chǔ)器 是一種單線式的裝置，杰 英國(guó)劍橋大學(xué)威爾克斯教授那時(shí)正在麻省理工學(xué)院訪問，他激動(dòng)地說： “ 幾乎一夜之間就使得存儲(chǔ)器變得穩(wěn)定而可靠。 旋風(fēng)機(jī)與磁芯存儲(chǔ)器 1964年 4月 IBM360系統(tǒng)問世。 1967年，美國(guó)無(wú)線電有限公司制成了領(lǐng)航用的機(jī)載計(jì)算機(jī) LIMAC，其邏輯部件采用雙極性大規(guī)模集成電路，緩沖存儲(chǔ)器用 MOS大規(guī)模集成電路。軍用機(jī)載大規(guī)模集成電路試驗(yàn)的成功，為過渡到民用大規(guī)模集成電路通用機(jī)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。 存儲(chǔ)器歷史（ 3） 存儲(chǔ)器歷史（ 4） 超大規(guī)模集成電路的存儲(chǔ)器 金士頓高端 DDR433 金士頓 DDR400512MB 雙倍速率 SDRAM（ Dual Date Rate SDRSM， DDR SDRAM）：又簡(jiǎn)稱 DDR，由于它在時(shí)鐘觸發(fā)沿的上、下沿都能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，所以即使在 133MHz的總線頻率下的帶寬也能達(dá)到。換句話說， DDR2內(nèi)存每個(gè)時(shí)鐘能夠以 4倍外部總線的速度讀 /寫數(shù)據(jù)，并且能夠以內(nèi)部控制總線 4倍的速度運(yùn)行。 例如： 1Mb=1M ? 1bit=128k ? 8bit=256k ? 4bit=1M位 1MB=1M ? 8bit=1M字節(jié) 存取速度 （ 1）存取時(shí)間（訪問時(shí)間） TA 從存儲(chǔ)器接收到讀 /寫命令到信息被讀出或?qū)懭胪瓿伤璧臅r(shí)間（決定于存儲(chǔ)介質(zhì)的物理特性和尋址部件的結(jié)構(gòu)）。 （有些存儲(chǔ)器在完成讀 /寫操作后還有一些附加動(dòng)作 時(shí)間或恢復(fù)時(shí)間，例如刷新或重寫時(shí)。 存取速度 （ 3）數(shù)據(jù)傳送速率（頻寬） BM 單位時(shí)間內(nèi)能夠傳送的信息量。 EPROM重寫次數(shù)在數(shù)千到 10萬(wàn)次之間； ROM數(shù)據(jù)保存時(shí)限是 20年到 100多年。 （ 2） 存儲(chǔ)體系：把各種不同存儲(chǔ)容量、不同存取速度、不同價(jià)格的存儲(chǔ)器，組成層次結(jié)構(gòu)，并通過管理軟件和輔助硬件將不同性能的存儲(chǔ)器組合成有機(jī)的整體，稱為計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)層次或存儲(chǔ)體系。 在某一段時(shí)間內(nèi)， CPU頻繁訪問某一局部的存儲(chǔ) 器區(qū)域，而對(duì)此范圍外的地址則較少訪問的現(xiàn)象就是 程序的局部性原理。對(duì)大量典 型程序運(yùn)行情況的統(tǒng)計(jì)分析得出的結(jié)論是： CPU對(duì)某 些地址的訪問在短時(shí)間間隔內(nèi)出現(xiàn)集中分布的傾向。 提高存儲(chǔ)器性能的方法 （ 1） 速度： （ A） 一種是在主存和 CPU之間增加一個(gè)高速緩沖存儲(chǔ)器； （ B）一種是將主存劃分成若干個(gè)模塊，采用多模塊存儲(chǔ)器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)模塊的并行存取，從而達(dá)到提高速度的目的。 一個(gè)金字塔結(jié)構(gòu)的多層存儲(chǔ)體系 充分體現(xiàn)出容量和速度關(guān)系 多層存儲(chǔ)結(jié)構(gòu) 寄存器 Cache 主存 硬盤 光盤 /磁帶 速度漸快 價(jià)格漸貴 容量漸小 地 址 寄 存 器 地 址 譯 碼 與 驅(qū) 動(dòng) 電 路 存儲(chǔ) 陣列 2k n 位 讀 寫 電 路 數(shù) 據(jù) 寄 存 器 時(shí)序控制電路 CPU k 位 n 位 地 址 總 線 數(shù) 據(jù) 總 線 R/W MFC 主存儲(chǔ)器基本組成 ① 貯存信息的存儲(chǔ)體。這包括：地址寄存器（ＭＡＲ）和地址譯碼器。 ④寫入信息所需的能源，即寫入線路、寫驅(qū)動(dòng)器等。 ⑥存儲(chǔ)器控制部件。 Cache—主存層次 ： 解決 CPU與主存的速度上的差距 Cache引入主要解決存取速度，外存引入主要解決容量要求。它們的容量從小到大，而存取速度是從快到慢，價(jià)格與功耗從高到低。 主存 —輔存層次 ： 解決存儲(chǔ)的大容量要求和低成本之間的矛盾 。（存取周期為 : Tc,Tm 。 只讀存儲(chǔ)器 (ROM) 一 ． ROM的分類 按照數(shù)據(jù)寫入方式特點(diǎn)不同 ， ROM可分為以下幾種： ROM: 廠家把數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)器中 ， 用戶無(wú)法進(jìn)行任何修改 。其內(nèi)容可通過紫外線照射而被擦除 ， 可多次編程 ， 每次擦除需 20分鐘 。 ROM（ E2PROM） :也是采用浮柵技術(shù)生產(chǎn)的可