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计 算 机 组 成 技 术 李 东 计算机科学与技术学院 lidong@pact518.hit.edu.cn 第 4 章 存储器和存储系统 4.1 分层的存储器系统 4.2 几种半导体存储器 4.3 利用存储器芯片构造存储系统 4.4 提高访问存储器速度的方法 4.5 外部存储器 常见的存储器 按存取方式分类 只读存储器（Read Only Memory, ROM） 掩膜ROM、PROM、EPROM、 EEPROM、FLASH memory 随机存取存储器 ( Random Access Memory , RAM) SRAM、DRAM 串行访问存储器( Sequential Access Memory) 磁带存储器、磁盘、光盘 按存储介质分类 半导体存储器 体积小、功耗低、存取速度快，但容量较小、价格贵，如：ROM、RAM。 磁表面存储器 容量大、价格低，但访问速度慢 光盘存储器 容量更大、价格更低，读速度快， 但写数据不方便 4.1 分层的存储系统 4.1.1 存储系统的分层结构 4.1.2 存储系统中的主存 主存储器是可由CPU直接寻址访问的存储器 构成主存储器的通常是半导体存储芯片，如：ROM和RAM ROM用于存放那些不再需要改变的核心系统程序 RAM用于存放从辅存中调入的系统程序和用户程序 主存的技术指标 存储容量 主存中能存放二进制代码的总数 存储容量 = 存储单元数 * 字长 存储速度 存取时间：又叫存储器的访问时间，是指启动一次存储器操作（读或写）到完成该操作所需要的全部时间 存取周期：存储器进行连续两次独立的存储器操作所需要的最小时间间隔 MOS的存取周期100ns，TTL的存取周期10ns 存储器的带宽 每秒从存储器中进出信息的最大数量。单位为：字节/秒或字/秒 例如：存取周期为500ns，则1秒钟内能进行1/（ 500 *10-9 ）= 200万次操作，假设每个存储周期能够访问16位的二进制数，则它的带宽为： 200万/秒 * 2 * 8 bit = 200万 * 2 字节/秒 = 4M 字节/秒= 4 MB/秒 4.2 几种半导体存储器 1. 地 址 线 编号方式：A0，A1，……，An 存储器芯片引脚的数目决定的存储器的容量 一个存储器芯片引脚的数目为10 则地址范围为00 0000 0000 – 11 1111 1111 0 0 0 H – 3 F F H 存储容量为 210 =1024个存储单元=1K个存储单元 假设CPU有16位的地址总线，那么它可以访问的存储空间范围为 0000H – FFFFH，即 216 = 64KB 8086/8088地址总线为20位，可以访问的存储空间的范围为：00000H – FFFFFH，即 220 = 1MB 80286地址总线为24位，可访问的存储空间为16MB 80386，80486和Pentium地址总线为32位，可访问的存储空间为4GB Pentium Pro 和 Pentium II 的地址总线为36位，可访问的存储空间为64GB 2. 数 据 线 表示方式：D0，D1，…………，Dm 存储器存储单元的大小通常为字节(Byte, B) *也可能是字（16位）、4位或1位来进行表示 1K*8 表示有1K个存储单元，每个存储单元存储8bit数据 16K * 1 表示有16K个存储单元，每个存储单元存储1bit的数据 3. 片选择线 （简称：片选线） （Chip Selected, CS） （Chip Enable, CE） 存储器芯片上的允许存储器芯片工作的控制线 表示方式：片选（CS），片允许（CE）， 或简写为 S 4. 读 写 控 制 线 存储器芯片上传输读、写控制信号，ROM只有读信号，RAM上有一到两个读写控制信号 表示方式 ROM 允许输出信号 OE 或简称 G RAM 写信号 WE 或简称 W 读信号 OE 或简称 G 4.2.1 只读存储器ROM 掩膜ROM 内容固定，只可读 Programmable ROM (PROM) 空白，等待写入，但只能写入一次 Erasable PROM (EPROM)