第4章存储系统案例.ppt

第四章 存储系统 4.1 概述 4.2 半导体随即读写存储器 4.3 半导体只读存储器 4.4 存储器的组成与控制 4.5 提高主存储器性能的措施* 4.6 习题与答案 4.1 概述 存储器的基本概念 存储器是计算机的一种具有记忆功能的部件,用以存放程序和数据,它由一些能表示二进制数0和1的存储介质组成(常用的有半导体器件和磁性材料)。位(bit)是存储器中存储信息的最小单位,称为存储位或存储元，8位二进制数为一个字节(Byte)，字(Word)是由一个或若干个字节组成，若干个存储元组成一个存储单元,许多存储单元的集合形成一个存储体。存储单元的编号称为地址 4.1.1内存的性能指标 1.存储容量：二进制信息的总位数 常用单位为: 千(K)、 兆（M)、吉（G）、太（T） 2.存储速度： 存取时间(TA)：从存储器接到读(或写)申请命令到从存储器读出(或写入)信息所需的时间,也称为存储器访问时间(memory access time)， TA 越小，速度越快。 存取周期(memory cycle time):连续两次访问存储器所需间隔的最小时间，用TM表示. 3.存储器带宽：单位时间内存储器所存取的数据传输速率,单位为位/秒。 4.1.2 存储器的层次结构 存储器的要求：“大容量、高速度、低成本” 单一种类的存储器无法同时满足价格、容量和速度三方面的要求，所以一个计算机系统的存储器由多种类型不同的存储器组成，构成不同的存储层次。典型的三级存储储体系结构分为“高速缓存---主存---外存”三个层次。如下图示 1.高速缓存(Cache)：为解决CPU与主存之间的速度匹配,其中存放最近要使用的程序与数据,作为主存中当前活跃信息的副本。 2.主存储器(内存)：CPU可以直接编程访问的存储器，存放计算机运行期间的大量程序的数据。由半导体存储器组成。 3.外存储器(辅助存储器)：CPU不能直接访问,存放暂时不用的程序和数据。速度慢、容量大、价格低，有磁盘存储器、磁带存储器、光盘存储器等。 4.1.3存储器的分类 构成存储器的存储介质，目前主要采用半导体器件和磁性材料。一个双稳态半导体电路或一个CMOS晶体管或磁性材料的存储元，均可以存储一位二进制代码。这个二进制代码位是存储器中最小的存储单位，称为一个存储位或存储元。由若干个存储元组成一个存储单元，然后再由许多存储单元组成一个存储器。 根据存储材料的性能及使用方法不同，存储器有各种不同的分类方法。 (1)按存储介质分：作为存储介质的基本要求，必须有两个明显区别的物理状态，分别用来表示二进制的代码0和1。另一方面，存储器的存取速度又取决于这种物理状态的改变速度。目前使用的存储介质主要是半导体器件和磁性材料。用半导体器件组成的存储器称为半导体存储器。用磁性材料做成的存储器称为磁表面存储器，如磁盘存储器和磁带存储器。 (2)按存取方式分：如果存储器中任何存储单元的内容都能被随机存取，且存取时间和存储单元的物理位置无关，这种存储器称为随机存储器。半导体存储器是随机存储器。如果存储器只能按某种顺序来存取，也就是说存取时间和存储单元的物理位置有关，这种存储器称为顺序存储器。如磁带存储器就是顺序存储器，它的存取周期较长。磁盘存储器是半顺序存储器。 (3)按存储器的读写功能分： 有些半导体存储器存储的内容是固定不变的，即只能读出而不能写入，因此这种半导体存储器称为只读存储器(ROM)。既能读出又能写人的半导体存储器，称为随机读写存储器(RAM)。 (4)按信息的可保存性分: 断电后信息即消失的存储器，称为非永久记忆的存储器。断电后仍能保存信息的存储器，称为永久性记忆的存储器。磁性材料做成的存储器是永久性存储器，半导体读写存储器RAM和非永久性存储器。 (5)按计算机系统中作用分: 根据存储器在计算机系统中的作用，可以分为主存储器、辅助存储器、高速缓存存储器、控制存储器等。 4.2 半导体随机读写存储器 半导体读写存储器是一种非永久性存储器，常用来作为计算机系统的主存储器。根据所使用的器件，可以分为MOS存储器和双极型存储器。 4.2.1 MOS存储器的存储元电路 1．六管静态MOS存储元(SRAM) (1)存储元的读写原理 存储元是存储器中的最小存储单位。它的基本作用是存储一位二进制信息。作为存储元的材料或电路，须具备以下基本功能： ①具有两种稳定状态； ②两种稳定状态经外部信号控制可以相互转换； ③ 经控制，能读出其中的信息； ④无外部原因，其中的信息能长期保存。 静态MOS存储元T1、T2、T3、T4组成的双稳态触发器能够长期保持信息的状态不变，原因是电源通过T3、T4不断供给T1或T2电流。它的特点是当供电电源切断时，原存的