计算机存储系统(课件)课件.ppt

第四章 存 储 系 统 计算机的存储系统 计算机的存储系统一般由高速缓存、内存、和外存三级构成. 存储器的分类 按存储器与CPU的连接：缓存、内存、和外存。 按存储介质：半导体存储器、磁存储器、 光存储器。 按存取方式：随机存储器、顺序存储器。 按信息的可保存性：随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM） 存储器的主要性能指标 存储容量 速度 价格 其他：如可靠性、访问方式、信息存储的永久性等。 内存、外存 内存——存放当前运行的程序和数据。 特点：快，容量小，随机存取，CPU可直接访问。 通常由半导体存储器构成:RAM、ROM 外存——存放非当前使用的程序和数据。 特点：慢，容量大，顺序存取/块存取。需调入内存后CPU才能访问。 通常由磁、光存储器构成，也可以由半导体存储器构成 磁盘、磁带、CD-ROM、DVD-ROM、固态盘 半导体存储器的分类 半 导 体 存 储 器 的 分 类 随机存取存储器 静态RAM(static random access memory) 动态RAM (dynamic random access memory) 只读存储器 掩膜式ROM(read only memory) 可编程ROM(PROM,Programmable ROM) 可擦除的PROM（EPROM，Erasable Programmable ROM） 电可擦除的PROM（E2PROM，Electrically Erasable Programmable ROM） 随 机 存 取 存 储 器 静态RAM（SRAM)基本的存储电路 静态存储器SRAM 特点： 用双稳态触发器存储信息。 速度快（5ns），不需刷新，外围电路比较简单，但集成度低（存储容量小，约1Mbit/片），功耗大。 在PC机中，SRAM被广泛地用作高速缓冲存储器Cache。 对容量为M*N的SRAM芯片，其地址线数=㏒2M；数据线数=N。反之，若SRAM芯片的地址线数为K，则可以推断其单元数为2K个。 SRAM芯片2114 存储容量为1024×4 18个引脚： 10根地址线A9～A0 4根数据线I/O4～I/O1 片选CS* 读写WE* 5.1.2 半导体存储器芯片的结构 ① 存储体 存储器芯片的主要部分，用来存储信息 ② 地址译码电路 根据输入的地址编码来选中芯片内某个特定的存储单元 ③ 片选和读写控制逻辑 选中存储芯片，控制读写操作 ① 存储体 每个存储单元具有一个唯一的地址，可存储1位（位片结构）或多位（字片结构）二进制数据 存储容量与地址、数据线个数有关： 芯片的存储容量＝2M×N ＝存储单元数×存储单元的位数 M：芯片的地址线根数 N：芯片的数据线根数 ② 地址译码电路 单译码结构 双译码结构 双译码可简化芯片设计 主要采用的译码结构 ③ 片选和读写控制逻辑 片选端CS*或CE* 有效时，可以对该芯片进行读写操作 输出OE* 控制读操作。有效时，芯片内数据输出 该控制端对应系统的读控制线 写WE* 控制写操作。有效时，数据进入芯片中 该控制端对应系统的写控制线 SRAM 2114的功能 SRAM 2114的读周期 TA读取时间 从读取命令发出到数据稳定出现的时间 给出地址到数据出现在外部总线上 TRC读取周期 两次读取存储器所允许的最小时间间隔 有效地址维持的时间 SRAM 2114的写周期 TW写入时间 从写入命令发出到数据进入存储单元的时间 写信号有效时间 TWC写入周期 两次写入存储器所允许的最小时间间隔 有效地址维持的时间 SRAM芯片6264 存储容量为8K×8 28个引脚： 13根地址线A12～A0 8根数据线D7～D0 片选CS1*、CS2 读写WE*、OE* SRAM 6264的功能 随 机 存 取 存 储 器 动态RAM（DRAM) 单管动态存储电路 DRAM特点： DRAM是靠MOS电路中的栅极电容来存储信息的，由于电容上的电荷会逐渐泄漏，需要定时充电以维持存储内容不丢失（称为动态刷新），所以动态RAM需要设置刷新电路，相应外围电路就较为复杂。 刷新定时间隔一般为几微秒～几毫秒 DRAM的特点是集成度高（存储容量大，可达1Gbit/片以上），功耗低，但速度慢（10ns左右），需要刷新。 DRAM在微机中应用非常广泛，如微机中的内存条（主存）、显卡上的显示存储器几乎都是用DRAM制造的。 常见DRAM的种类： SDRAM（Synchronous DRAM）——它在1个CPU时钟周期内可完成数据的访问和刷新，即可与CPU的时钟同步工作。SDRAM的工作频率目前最大可达150MHz，存取时间约为5