《微型计算机原理与接口技术》第4章 半导体存储器及其接口

第4章 半导体存储器及其接口 本章主要教学内容 半导体存储器的分类和性能、存储器系 统的层次结构 >随机存取存储器RAM和只读存储器 ROM的特性、功能和原理 >存储器与CPU的连接方法 高速缓冲存储器和虚拟存储器技术

1 本章主要教学内容 ➢半导体存储器的分类和性能、存储器系 统的层次结构 ➢随机存取存储器RAM 和只读存储器 ROM的特性、功能和原理 ➢存储器与CPU的连接方法 ➢高速缓冲存储器和虚拟存储器技术 第4章 半导体存储器及其接口

第4章 半导体存储器及其接口 41存储器概述 存储器是计算机中用来存储信息的记忆部件, 在运行程序时,CPU自动连续地从存储器中取出指令 并执行指令规定的操作,计算机每完成一条指令, 至少要执行一次访问存储器的操作,并把处理结果 存储在存储器中。因此,存储器是微机系统不可缺 的组成部分,是计算机中各种信息的存储和交流 中

2 第4章 半导体存储器及其接口 4.1 存储器概述 存储器是计算机中用来存储信息的记忆部件， 在运行程序时，CPU自动连续地从存储器中取出指令 并执行指令规定的操作，计算机每完成一条指令， 至少要执行一次访问存储器的操作，并把处理结果 存储在存储器中。因此，存储器是微机系统不可缺 少的组成部分，是计算机中各种信息的存储和交流 中心

第4章 半导体存储器及其接口 41.1存储器的分类 按存储介质分类 (1)用半导体器件做成的存储器称为半导体存储器,按制 造工艺可把半导体存储器分为双极型、CMOS型、HMOS型等类 别 (2)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等 (3)用光学材料做成的存储器称为光表面存储器,如光 盘存储器

3 第4章 半导体存储器及其接口 4.1.1 存储器的分类 1. 按存储介质分类 （1）用半导体器件做成的存储器称为半导体存储器，按制 造工艺可把半导体存储器分为双极型、CMOS型、HMOS型等类 别。 （2）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等。 （3）用光学材料做成的存储器称为光表面存储器，如光 盘存储器

第4章 半导体存储器及其接口 2.按存储器的存取方式分类 (1)只读存储器ROM:ROM中所存储的内容是固定不变的, 即只能读出不能写入。ROM一般用来存放微机的系统管理程 序、监控程序等。 (2)随机存取存储器RAM:RAM中的任意一个存储单元都可 被随机读写,且存取时间与存储单元的物理位置无关,读写 速度较快。RAM主要用来存放输入、输出数据及中间结果并 与外存储器交换信息

4 第4章 半导体存储器及其接口 2. 按存储器的存取方式分类 （1）只读存储器ROM：ROM中所存储的内容是固定不变的， 即只能读出不能写入。ROM一般用来存放微机的系统管理程 序、监控程序等。 （2）随机存取存储器RAM：RAM中的任意一个存储单元都可 被随机读写，且存取时间与存储单元的物理位置无关，读写 速度较快。RAM主要用来存放输入、输出数据及中间结果并 与外存储器交换信息

第4章 半导体存储器及其接口 (3)顺序存取存储器(SAM):SAM只能按照某种次序存 取,即存取时间与存储单元的物理位置有关。由于按顺序读 写的特点以及工作速度较慢,常用作外存存储器,例如磁带 就是一种典型的顺序存储器 (4)直接存取存储器(DAM):DAM在存取数据时不必 对存储介质做完整的顺序搜索而可以直接存取。例如磁盘和 光盘都是典型的直接存取存储器,磁盘的逻辑扇区在每个磁 道内顺序排列,邻近磁道紧接排列,读取磁盘中某扇区的内 容时先要寻道定位,然后在磁道内顺序找到相应扇区

5 第4章 半导体存储器及其接口 （3）顺序存取存储器（SAM）：SAM只能按照某种次序存 取，即存取时间与存储单元的物理位置有关。由于按顺序读 写的特点以及工作速度较慢，常用作外存存储器，例如磁带 就是一种典型的顺序存储器。 （4）直接存取存储器（DAM）：DAM在存取数据时不必 对存储介质做完整的顺序搜索而可以直接存取。例如磁盘和 光盘都是典型的直接存取存储器，磁盘的逻辑扇区在每个磁 道内顺序排列，邻近磁道紧接排列，读取磁盘中某扇区的内 容时先要寻道定位，然后在磁道内顺序找到相应扇区

第4章 半导体存储器及其接口 3.按信息的可保存性分类 根据存储器信息的可保存性可将存储器分为易失性存储 器和非易失性存储器 断电后信息将消失的存储器为易 失性存储器,如半导体介质的RAM。断电后仍保持信息的存 储器为非易失性存储器,如半导体介质的ROM、磁盘、光盘 存储器等

6 第4章 半导体存储器及其接口 3. 按信息的可保存性分类 根据存储器信息的可保存性可将存储器分为易失性存储 器和非易失性存储器。 断电后信息将消失的存储器为易 失性存储器，如半导体介质的RAM。断电后仍保持信息的存 储器为非易失性存储器，如半导体介质的ROM、磁盘、光盘 存储器等

第4章 半导体存储器及其接口 4.按在微机系统中的作用分类 (1)主存储器:用来存放当前正在运行的程序和数据,位 于主机内部。CPU通过指令可以直接访问主存储器。现代微 机大多采用半导体存储器。 (2)辅助存储器:用来存储CPU当前操作暂时用不到的程序 或数据,位于主机外部,CPU不能直接用指令对外存储器进 行读写操作。辅助存储器主要有磁带、磁盘和光盘等。 (3)高速缓冲存储器 Cache:是计算机系统中的一个高速 小容量的存储器,位于CPU和内存之间。高速缓存主要由高 速静态RAM组成

7 第4章 半导体存储器及其接口 4. 按在微机系统中的作用分类 （1）主存储器：用来存放当前正在运行的程序和数据，位 于主机内部。CPU通过指令可以直接访问主存储器。现代微 机大多采用半导体存储器。 （2）辅助存储器：用来存储CPU当前操作暂时用不到的程序 或数据，位于主机外部，CPU不能直接用指令对外存储器进 行读写操作。辅助存储器主要有磁带、磁盘和光盘等。 （3）高速缓冲存储器Cache：是计算机系统中的一个高速 小容量的存储器，位于CPU和内存之间。高速缓存主要由高 速静态RAM组成

第4章 半导体存储器及其接口 按制造工艺分类 半导体存储器可根据制造工艺的不同,分为双极型 (如TIL)、MOS型等类存储器。双极型存储器集成度低, 功耗大,价格高但速度快;MOS型存储器集成度髙,功耗低, 速度较慢但价格低。MOS型存储器还可进一步分为NMOS (N沟道MOS)、HMOS(高密度MOS)、CMOS(互补型 MOS)等不同工艺产品。其中,CMOS电路具有功耗低、速 度快的特点,在计算机中应用较

8 第4章 半导体存储器及其接口 5. 按制造工艺分类 半导体存储器可根据制造工艺的不同，分为双极型 （如TTL）、MOS型等类存储器。双极型存储器集成度低， 功耗大，价格高但速度快；MOS型存储器集成度高，功耗低， 速度较慢但价格低。MOS型存储器还可进一步分为NMOS （N沟道MOS）、HMOS（高密度MOS）、CMOS（互补型 MOS）等不同工艺产品。其中，CMOS电路具有功耗低、速 度快的特点，在计算机中应用较广

第4章 半导体存储器及其接口 41.2存储器的体系结构 存储体系的组成 计算机对存储器的基本要求是容量大、速度快和成本低, 尽量少出错,平均无故障间隔时间要长。但是要想在一个存 储器中同时兼顾这些指标是很困难的,为了解决存储器的容 量、速度和价格之间的矛盾,人们除了不断研制新的存储器 件和改进存储性能外,还从存储系统体系上研究合理的结构 模式。如果把多种类型的存储器有机地组成存储体系,可以 如图4-1所示

9 第4章 半导体存储器及其接口 4.1.2 存储器的体系结构 1. 存储体系的组成 计算机对存储器的基本要求是容量大、速度快和成本低， 尽量少出错，平均无故障间隔时间要长。但是要想在一个存 储器中同时兼顾这些指标是很困难的，为了解决存储器的容 量、速度和价格之间的矛盾，人们除了不断研制新的存储器 件和改进存储性能外，还从存储系统体系上研究合理的结构 模式。如果把多种类型的存储器有机地组成存储体系，可以 如图4-1所示

图4-1存储体系的组成 调用保存 CPU 容量速度价格方向方向 0级存储器工作寄存器 直接 易失 1级存储器内存 2级存储器外存 大 慢 低 接 非易失 CPU M M

10 CPU 工作寄存器 内存 外存 0级存储器 1级存储器 2级存储器 容量 大 速度 慢 价格 低 调用 方向 间 接 直 接 保存 方向 非 易 失 易 失 CPU M0 M1 M2 图4-1存储体系的组成