华中科技大学电子与信息工程系：《微型计算机原理及应用》第五章 半导体存储器

第五章半导体存储器 存储器是计算机的一个重要组成部分,用来 保存程序和数据的硬件装置.→记忆功能部件

第五章 半导体存储器 存储器是计算机的一个重要组成部分,用来 保存程序和数据的硬件装置.→记忆功能部件

§5.1概述 存储器的分类 从不同的角度出发,存储器有不同的分类方式: 1.按照工作时与CPU联系可分:主存(内存),辅存(外存) 主存→直接和CPU交换信息,且按存储单元读/写数据, 速度快 辅存→不能直接和CPU交换信息,作主存的外援,存 放暂时不执行的程序和数据,它只是在需要时与主存 进行批量数据交换,容量大,速度慢

§5.1 概述 一、存储器的分类 从不同的角度出发,存储器有不同的分类方式： 1.按照工作时与CPU联系可分:主存(内存),辅存(外存). 主存→直接和CPU交换信息,且按存储单元读/写数据, 速度快. 辅存→不能直接和CPU交换信息，作主存的外援,存 放暂时不执行的程序和数据,它只是在需要时与主存 进行批量数据交换,容量大,速度慢

2.按存储元件材料可分:半导体存储器(常作主 存),磁存储器(磁带,磁盘),光存储器(光盘) 3.按存储器(半导体存储器)读写工作方式可 分可分:

2.按存储元件材料可分:半导体存储器(常作主 存),磁存储器(磁带,磁盘),光存储器(光盘). 3.按存储器(半导体存储器)读写工作方式可 分可分:

双极型RAM→存储速度高,集成度较低,功耗大, 成本较高,∴主要用在高速微机中 RAM 静态SRAM→>集成度较高;不需刷新 MOS RAM 速度快,价格贵 动态DRAM→需刷新;集成度高 速度较低,价格便宜 掩摸ROM→由厂家固定线路(数据),不能改写; 可编程PROM→用户进行编程,但只能一次; ROM可擦除的 EPROM→可用紫外线擦去后,再编程, 可多次改写 电擦除可编程EER0M→能在线修改

双极型RAM→存储速度高,集成度较低,功耗大， 成本较高，∴主要用在高速微机中. 静态SRAM→集成度较高;不需刷新; 速度快,价格贵. 动态DRAM→需刷新;集成度高; 速度较低,价格便宜. 掩摸ROM→由厂家固定线路(数据),不能 改写； 可编程PROM→用户进行编程,但只能一次； 可擦除的EPROM→可用紫外线擦去后,再编程， 可多次改写； 电擦除可编程EEPROM→能在线修改。 MOS RAM RAM ROM

二、存储器的性能指标 主要的性能有:存储容量,存取速度,可靠性,性 能价格比。 存储容量→用其存储的二进制信息量描述。表示为: 字数*字长,由于微机中均以字节编址,常表示为→ 字节数大8。 如:16KB→16K*8,如:486主存8MB→8M*8。 存取速度→启动一次存储操作到完成该操作所经历的 时间。 ·对存储器的要求是容量大,速度快,可靠性高,成本低, 由于制造工艺限制,很难在同一存储器中都达到要求, 三者不可兼得,为此采用分级存储系统

二﹑存储器的性能指标 主要的性能有：存储容量，存取速度，可靠性，性 能价格比。 · 存储容量→用其存储的二进制信息量描述。表示为： 字数*字长，由于微机中均以字节编址，常表示为→ 字节数＊8。 如：16KB→16K*8， 如：486主存8MB→8M*8。 • 存取速度→启动一次存储操作到完成该操作所经历的 时间。 • 对存储器的要求是容量大，速度快，可靠性高，成本低， 由于制造工艺限制，很难在同一存储器中都达到要求， 三者不可兼得，为此采用分级存储系统

存储器的分级结构 在386、486以上微机中采用三级存储器结构(286 以下只有二级:内存,外存):高速缓冲存储器 ( CACHE),主存,辅存。CPU可直接访问高速缓 存和主存,而不能直接访问辅存。 高速缓存CACE→又称快存,高速小容量存储块, 容量一般为32KB~256KB,用SRAM构成(目前微机 主存由DRAM构成),速度快,容量小,用来临时 存放指令和数据(最常用)。 主存→用来存放运行期间的大量程序和数据。 般插入等待状态。 辅存→一般由磁表面存储器构成,用来存放系统 程序。大型文件,数据库等

三﹑存储器的分级结构 • 在386﹑486以上微机中采用三级存储器结构(286 以下只有二级:内存，外存）：高速缓冲存储器 （CACHE），主存，辅存。CPU可直接访问高速缓 存和主存，而不能直接访问辅存。 • 高速缓存CACHE→又称快存，高速小容量存储块， 容量一般为32KB～256KB，用SRAM构成(目前微机 主存由DRAM构成），速度快，容量小，用来临时 存放指令和数据（最常用）。 • 主存→用来存放运行期间的大量程序和数据。一 般插入等待状态。 • 辅存→一般由磁表面存储器构成，用来存放系统 程序。大型文件，数据库等

三种存储器构成三级存储器管理,各级 职能和要求不同。快存追求速度,以和 CPU速度匹配;辅存追求容量大;主存介 于两者之间,对容量,速度都有一定要 求

• 三种存储器构成三级存储器管理，各级 职能和要求不同。快存追求速度，以和 CPU速度匹配；辅存追求容量大；主存介 于两者之间，对容量，速度都有一定要 求

四、虚拟存储器和物理存储器(286以后就有虚拟存储器 的概念) 由于成本和工艺的原因,主存的容量始终受到限制, 而程序越来越大。从而产生矛盾,为此从286以后,采 用了虚拟存储器的技术。以解决内存容量的不足 如386或486微机: 物理存储器→CPU可以访问的存储器,是232字节(32 位地址线)。 虚拟存储器→程序占用存储空间,可达246字节。(虚拟 地址构成:16位段地址(14位有效)+32位偏移地址)

四﹑虚拟存储器和物理存储器（286以后就有虚拟存储器 的概念） • 由于成本和工艺的原因，主存的容量始终受到限制， 而程序越来越大。从而产生矛盾，为此从286以后，采 用了虚拟存储器的技术。以解决内存容量的不足。 • 如 386或486微机： 物理存储器→CPU可以访问的存储器，是2 32字节（32 位地址线）。 虚拟存储器→程序占用存储空间，可达2 46字节。(虚拟 地址构成：16位段地址（14位有效）＋32位偏移地址）

实存储器 虚存储器 由32位RAM 磁盘 地址 ROM 设备 232=4G 246=64T

实存储器 虚存储器 由32位 RAM 磁盘 地址 ROM 设备 2 32＝4G 246＝64T

虚拟存储器实际上是由磁盘等外存储器的支持来 实现的,即由操作系统把磁盘存储器当主存来使 用,以扩大内存。 访问虚拟存储器的地址称为虚拟地址。 虚拟存储伴随磁盘与存储器之间来回交换数据, 从而降低速度。因此虚拟存储对多个用户系统是 有效的,但对要求适时处理的实时系统就不太适 用 实际上286以上微机有两种运行方式→实地址方式和虚 地址保护方式;复位自动进入实地址方式,相当于一个 快速的8086

•虚拟存储器实际上是由磁盘等外存储器的支持来 实现的，即由操作系统把磁盘存储器当主存来使 用，以扩大内存。 • 访问虚拟存储器的地址称为虚拟地址。 • 虚拟存储伴随磁盘与存储器之间来回交换数据， 从而降低速度。因此虚拟存储对多个用户系统是 有效的，但对要求适时处理的实时系统就不太适 用。 • 实际上286以上微机有两种运行方式→实地址方式和虚 地址保护方式；复位自动进入实地址方式，相当于一个 快速的8086