第五章 存储系统.docVIP

第五章 存储系统 一、存储器的分类 1、按存储介质分类 半导体存储器（SemiConductor Memory，SCM） 体积小、功耗低、速度快 磁表面存储器（Magnetic Surface Memory，MSF） 非易失、价格低廉 光介质存储器（Ferro electric Memory，FeM） 记录密度大 2、按访问周期是否均等分类 随机访问存储器（Random Access Memory，RAM） 访问时间与存储位置无关 顺序访问存储器（Serial Access Storage，SAS） 访问时间与存储所在位置有关 3、按访问类型分类 可读/写存储器（亦称为RAM） 只读存储器（Read Only Memory，ROM） 4、按在计算机系统中的作用分类 主存（亦称为内存） 通常在计算机系统中的内部 辅存（亦称为外存） 通常在计算机系统中的外部，有时可以看作外部设备 高速缓冲存储器（Cache） * 计算机存储系统的层次结构 * 局部性原理 （1）时间局部性：现在正在访问的信息可能马上还会被访问到 （2）空间局部性：现在正在访问的信息，与之相邻的信息可能马上也会被访问到 二、半导体存储器 1、基本结构 地址线位数由地址空间决定，如空间大小1K（即210），则地址线10位 数据线位数由存储单元决定，如存储单元字长为8，则数据线8位 * 译码驱动方式 （1）线性译码，亦称单译码，即只有一个译码器 特点：控制简单、速度快、但地址空间较小 （2）多重译码，即包含多个译码器，只有当全部译码器选中才工作 特点：控制复杂、地址空间大 2、随机访问存储器RAM （1）静态RAM（Static RAM，SRAM） 特点：存储一位二进制数需要6个三极管（触发器工作原理） 速度快、控制简单、容量小 （2）动态RAM（Dynamic RAM，DRAM） 特点：存储一位二进制数仅需要1个三极管（靠三极管的极间电容存储数据） 速度略慢、控制复杂、需要刷新和重写操作、容量大 3、动态RAM的刷新 * 原因：利用极间电容存储数据，电容会自放电 * 周期：2ms，超过2ms不重新写入，原数据不可读 * 方式：按行（或列）完成，即一次刷新完一行（或一列） （1）集中式刷新 集中一段时间逐行刷新完整个存储阵列（由于刷新时无法进行读写操作，此段时间亦称为死时间） 特点：实现简单（定时电路按时触发）、存在死时间 （2）分散式刷新 扩展每个存储周期，读写操作后自动刷新一行（因此新的存储周期是原来的2倍） 特点：对外无死时间、速度变慢、刷新操作过于频繁 静态RAM与动态RAM的比较 （1）动态RAM的优点（相对静态RAM来说） 集成度高、容量大、地址可以分批写入、芯片引脚变少、功耗低、价格低 （2）动态RAM的缺点（相对静态RAM来说） 需要刷新操作、需要重写等辅助电路、速度慢 应用范围：一般来说，主存广泛使用动态RAM，高速缓存采用静态RAM 4、只读存储器ROM （1）掩膜ROM（Masked ROM，MROM） 生产厂家在生产芯片时，利用掩膜工艺，把需要的数据直接存入芯片内。芯片生产后，内部数据无法更改，典型意义的ROM （2）可编程ROM（Programmed ROM，PROM） 内部由厂家设置熔丝，需要时可用特殊的写入电压把相应的熔丝熔断（该操作称为编程写入），熔丝熔断后无法再次设置，因此只可写一次 （3）可擦除PROM（Erasable PROM，EPROM） 内部的电子三极管栅极具有浮动栅，不设置浮动栅，正常的导通操作；设置浮动栅则阻碍导通。根据需要设置相应的浮动栅（由特定的写入电压完成），即写入相应的数据，如不需要用紫外线照射，电子获得能量后浮动栅去除，所以可以多次写入擦除 （4）电可擦除PROM（Electrically EPROM，EEPROM或E2PROM） 擦除操作不需要紫外线，直接用特定的电流完成，操作更简单 * 闪存（Flash Memory）可以理解为一种快速的EEPROM，即闪速存储器 三、主存储器 * 由DRAM芯片（通常为多片）构成，主要考虑速度、容量和价格的平衡 1、容量的扩展 （1）扩位连接：扩展数据 例：用芯片2114（1K×4）组成1K×8的存储器 分析，2114有10根地址、4根数据，要组成的存储器需10根地址、8根数据，则从数量上看需要2片2114，共同构成8位数据，工作时一起操作。连接图见下图： （2）扩字连接：扩展地址 例：用芯片2114（1K×4）组成2K×4的存储器 分析，2114有10根地址、4根数据，要组成的存储器需11根地址、4根数据，则从数量上看需要2片211