Lecture5存储体系 PPT.ppt

第三章 内存储器与存储系统 主要内容： 存储器概述 随机读写存储器RAM与只读存储器ROM 存储器与微处理器的连接 高速缓冲存储器Cache 虚拟存储器 3.1 存储器概述 存储器是用以存储一系列二进制数码的器件，从而使得计算机具有记忆信息的功能，实现程序和数据信息的存储，并使其能够自动高速地进行各种运算。存储器系统是微机系统中重要的子系统。 对存储器的要求：容量大、速度快、成本低。 为兼顾三个要求，目前计算机系统中采用多级存储器体系结构。即结合存储速度快的高速缓冲存储器Cache、主存储器和大容量的外存储器，共同组成计算机的存储器系统。 Cache-主存-外存的三级存储层次如下： 高速缓冲存储器Cache：位于主存与CPU之间，用于高速存取正在执行的程序和数据，以提高计算机的处理速度。 特点：存取速度的和CPU的相匹配，但存储容量小和位成本较高。 主存储器：用于存放计算机运行期间的程序和数据；能和Cache交换数据和指令。 特点：其性能在很大程度上影响了整个计算机系统的性能。 外存储器：用于存放当前暂不参与运行的程序和数据及一些需要永久性保存的信息。又称辅存或后援存储器，如：磁带、磁盘（硬软盘）、光盘等。 特点：存取速度较低、容量大、位成本较低。 内存储器——CPU能直接访问的存储器，包括Cache和主存。 外存储器——CPU不能直接访问的存储器，其中信息必须调入内存后才能被CPU处理。 各级存储器承担的职能各不相同。如下图所示。 3.1.1存储器的分类 1. 按用途和工作方式分类 2. 按存储器载体分类 可分为磁介质存储器、半导体存储器和光存储器等。 ① 磁介质存储器，如磁盘、磁带等，一般用作外存储器。 特点：速度比较慢。 ② 半导体存储器，广泛用于大、中、小及微机中作内存。 特点：容量大、速度快、体积小和功耗低，并且成本价格相对低。 ③ 光存储器，其速度快，但需要的硬件相对复杂，故主要用作外存储器。 3. 按存取方式分类 可分为随机读写存储器RAM、只读存储器ROM等。 （1）随机读写存储器RAM RAM(Read Only Memory)中，可分为双极型RAM和MOS RAM两大类。 双极型RAM特点：存取速度快、集成度低、功耗大、成本高等。 MOS RAM 用MOS器件构成的RAM，又可分为静态RAM（用SRAM表示）和动态RAM（用DRAM表示）两种。 静态RAM的特点： a. 用由6管构成的触发器作为为基本存储电路； b. 集成度高于双极型RAM但低于动态RAM； c. 不需要刷新,故可省去刷新电路； d. 功耗比双极型的低,但比动态RAM高； e. 存储速度较动态RAM快。 动态RAM的特点： a. 基本存储电路用单管线路组成； b. 集成度高； c. 比静态RAM的功耗低； d. 价格比静态RAM便宜； e. 因动态存储器靠电容来存储信息，由于电容总是存在有泄漏电流，故要求有刷新电路的支持。 （2）只读存储器 根据制造工艺和信息的设置方法，ROM可分为以下几种： 3.1.2 存储器的主要技术指标 存储器是的技术性能指标有： 存储容量 通常以允许存放的字数*位数或用字节数来表示存储器的容量。如某存储器的容量为32M*16，表示该存储器有32M个字节，每个字长为16位，存储容量越大，能存储的信息就越多。 存取周期 存取周期又称为读写周期或访问周期。通常指连续存入或取出两个数据所间隔的最小时间。存取周期是衡量存储器工作速度的一个指标。 存取时间 指数据写入或读出存储器所需的时间。一般以纳秒为单位。取数时间的长短主要与存储器载体的性质有关。 存储器带宽 单位时间按里存储器所存取的信息量，以位/秒或字节/秒为单位。它是衡量数据传输速率的重要指标。 可靠性 通常以平均无故障工作时间来衡量存储器的可靠性。 性能价格比 常以“性能价格比”来衡量存储器经济性能的好坏。 3.2 随机读写存储器RAM与只读存储器ROM 静态存储器（SRAM） 动态存储器（DRAM） 存储体的组织方式 常见RAM芯片简介 只读存储器ROM 3.2.1静态存储器（SRAM） 六管静态存储器电路如下图所示。其中T1、T2为控制管，T3、T4为负载管，T5、T6为控制管。根据T1、T2的状态，便可确定该存储单元是存放“0”还是“1”。 在写操作时：地址译码器通过字选中基本存储器电路被选中， T5和T6导通，写入信息由I/O线和线进入。 在读数时：由地址译码器选中基本存储器选中，T5和T6导通，T1的状态被送到I/O线上，而T2的状态被送到线上，于是就读出取了原来存储