微机原理期末复习第五章.docVIP

第五章 存储器及存储器子系统 第一节 存储器概述 1.存储器的主要技术指标 1.1存储容量 指它可存储的信息的字节数或比特数，通常用存储字数（单元数）( 存储字长（每单元的比特数）表示。 例如： 1Mb=1M ( 1bit=128k ( 8bit=256k ( 4bit=1M位 1MB=1M ( 8bit=1M字节 1.2存取速度（可用多项指标比表示） （1）存取时间（访问时间）TA 从存储器接收到读/写命令到信息被读出或写入完成所需的时间（决定于存储介质的物理特性和寻址部件的结构）。 例如： ROM存取时间通常为几百 ns； RAM存取时间通常为几十 ns 到一百多 ns； 双极性RAM存取时间通常为10~20 ns。 （2）存取周期 TM 指在存储器连续读/写过程中一次完整的存取操作所需的时间或者说是CPU连续两次访问存储器的最小时间间隔。 （有些存储器在完成读/写操作后还有一些附加动作时间或恢复时间，例如刷新或重写时。） TM略大于TA。 （3）数据传送速率（频宽）BM 单位时间内能够传送的信息量。若系统的总线宽度为W，则BM=W/TM（b/s） 例如：若W=32位，TM=100ns，则 BM=32bit /100×10-9s=320×10+6=320Mbit/s=40MB/s 若TM=40ns，则BM=100MB/s（PCI的TM=30ns） 早期的PC机：总线为8位，TM=250ns BM=8bit/250×10-9=4MB/s 1.3体积与功耗 （嵌入式系统或便携式微机中尤为重要） 1.4可靠性 平均故障间隔时间（MTBF），即两次故障之间的平均时间间隔。 EPROM重写次数在数千到10万次之间； ROM数据保存时限是20年到100多年。 2.存储器的分类与性能 2.1内存储器 也称主存储器，但有了Cache后，内存包括主存与Cache。其速度快，价格贵，容量有限。它包括： （1）磁性存储器 磁泡存储器和磁芯存储器，信息不易丢失，但容量小，体积大。 （2）半导体存储器 ①双极性存储器：速度快，功耗大，价格贵，容量小。适宜作Cache、队列等； ②MOS存储器：速度稍慢，集成度高，功耗小，价格便宜。 a、只读存储器 ROM：掩膜ROM，厂家制造时已编程，用户不可编程，不易挥发。 PROM：用户可一次编程（OTP）。不可擦除。 EPROM：UV-EPROM，紫外线擦除可编程ROM。 E2PROM：电可擦除可编程ROM。 b、RAM存储器（随机存取存储器，又称随机读/写存储器，易挥发） SRAM：静态存储器，掉电后，信息丢失——挥发。 DRAM：动态存储器，即使不掉电，信息也会丢失，需要定时刷新。 2.2外存储器 外存储器又称海存，容量大，价格低，不易挥发，但存取速度慢。外存有： ①磁表面存储器：磁鼓，磁盘（硬盘、软盘） ②光存储器：CD-ROM, DVD-ROM, CD-R, WR-CD ③半导体存储器：Flash存储器（闪存盘，闪存条，U盘）。 3.内存的基本组成 各种内存的内部结构各异，但从宏观上看，通常都有以下几个部分：存储体，地址译码，读/写电路。 1、存储体 存储二进制信息的矩阵，由多个基本存储单元组成，每个存储单元可有0与1两种状态，即存储1bit信息。 2、地址译码部件 地址线通过译码器选中相应的存储单元中的所有基本单元。地址线条数n=log2N（N为存储单元数）。 即：N=2n ，若n=16，N=2n=65536 3、读/写电路 读/写电路由读出放大器、写入电路和读/写控制电路构成，通过数据线与CPU内的 数据寄存器相连。 内存的基本组成框图如下图： 4.存储系统的层次结构 为了解决存储器速度与价格之间的矛盾，出现了存储器的层次结构。 1、程序的局部性原理 在某一段时间内，CPU频繁访问某一局部的存储器区域，而对此范围外的地址则较少访问的现象就是程序的局部性原理。 层次结构是基于程序的局部性原理的。对大量典型程序运行情况的统计分析得出的结论是：CPU对某些地址的访问在短时间间隔内出现集中分布的倾向。这有利于对存储器实现层