第4章 存储器和高速缓存技术.ppt

第四章 存储器和高速缓存技术 4.1 存储器和存储器件 4.2 微型机系统中存储器的体系结构 4.3 高档微机系统中的高速缓存技术 存储器是计算机中的重要组成部分，其基本作用是存储数据和程序，由于计算机是以存储程序的方式实现“自动操作”的，因此存储器不仅具有记忆功能，而且是计算机高速自动运行的基础。 4.1 存储器和存储器件 1 存储器的分类 根据用途和特点存储器分为两大类： ①内部存储器（内存或主存） ②外部存储器（外存） 内部存储器的几点说明： ①工作速度快，可由CPU直接存取。 ②内存空间的大小受到地址总线位数的 限制。 ③内存由ROM和RAM两部分组成，RAM的容量要大得多，一般内存主要指RAM。 ④内存被用来存放系统软件、系统参数及当前运行的应用软件和数据。（例操作系统中的基本输入输出部分BIOS，是无时无刻不用的，它必须常驻内存。 外部存储器的几点说明： ①工作速度慢，必须配置专门的驱动设备才能完成访问功能。 ②外存的容量不受限制，故又称海量存储器。 2 微型计算机内存的行列结构 内存中包含大量的存储单元，为便于访问，每一个单元都有一个地址。对内存进行读写操作时，都要给出地址来选择单元。 如何根据地址信息来选择单元？这就是下面要介绍的地址译码的方式： 地址译码方式有两种： ①单译码方式 ②双译码方式 在单译码方式的存储器中只用一个译码电路，将所有的地址信号转换成行选通信号。在一行内的各存储单元构成一个数据字的存储位置，这种行选通线又称字选通线。 上图是一种单译码结构的存储器（16字4位的存储器） 16个字，故地址译码器输入线四根，字选择线24＝16根 如果为了实现对1KB（1024B）内存的寻址，单译码方式的译码器要产生1024条行选通线。该方式适合于容量小的存储器芯片。 在双译码方式中，采用两个地址译码器，输入的地址信号分为两部分送到两个译码中，分别产生行选通信号和列选通信号，行选通信号和列选通信号都有效的存储单元被选中。 上图采用双译码结构的1024×1的电路，1024个字排成32×32矩阵。那么只要32条行选通线和32条列选通线。 随着芯片集成度的提高,现在，存储器的矩阵架构基本在芯片内部完成，使用时只需连接地址线即可。 3 选择存储器件的考虑因素 ①易失性 易失性是指电源断开以后，存储器的内容是否丢失。外部存储器一般是非易失性的，ROM也是非易失性的，RAM为易失性。 ②只读性 如果某个存储器中写入数据后，只能读出，不能用通常的办法重写或改写，这种存储器叫只读存储器。 ③存储容量 每个芯片中的存储单的总数即存储容量。现在厂商为用户提供存储器件时，都是将多片内存装在一块电路板上组成内存条。内存条的容量相当可观。 ④速度 存储速度是用存储器的访问时间来衡量的。访问时间就是存储器接收到稳定的地址信号到完成操作的时间。 ⑤功耗 功耗和速度成正比。 4 随机存取存储器RAM ①静态RAM即SRAM（static RAM) ②动态RAM即DRAM（dynamic RAM) (1)SRAM ①基于双稳态触发器的工作原理，包含的晶体管数目较多，容量相对较小。 ②速度快，功耗大，不需刷新。 ③常用在存储容量较小的系统。 （2）DRAM ①利用是电容存储电荷的原理来保存信息的，包含的晶体管数目少，容量高。 ②速度慢，功耗小，需刷新（DRAM控制器来实现，例intel 8203/8207/8209等）。 ③在存储容量比较大时，DRAM价格低廉的优点很显著，所以，在微机系统中，都配置大容量的DRAM。 5 只读存储器ROM 在计算机系统中，ROM模块常用来存放系统启动程序和参数表，也用来存放常驻内存的监控程序或操作系统的常驻内存部分。 根据其中信息的设置方法，ROM分为： ①掩膜型ROM； ②可编程只读存储器PROM； ③可擦除可编程只读存储器EPROM； ④可用电擦除的可编程只读存储器E2PROM； ⑤闪烁存储器。 ①掩膜型ROM 掩膜型ROM中的信息是厂家根据用户给定的程序或数据对芯片掩膜进行二次光刻而决定的。 掩膜型ROM又可分为MOS型和双极型，MOS型功耗小，速度慢，微型机系统中的ROM主要是这种类型。 ②可编程ROM 可编程ROM便于用户按照自己的需要写入信息。PROM一量进行了编程，就不能再进行修改了。 ③可擦除、可编程ROM 掩膜型ROM和PROM中的内容一量写入，就无法改变，这不便于对此修改。EPROM是一种可以多次进行