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  • 半导体存储器

    2015-04-21 16:59:37
    半导体存储器(semi-conductor memory)是一种以半导体电路作为存储媒体的存储器,内存储器就是称为存储器芯片的半导体集成电路组成。 按功能分类 按其功能可分为:随机存取存储器(简称RAM)和只读存储器(只读ROM...

    半导体存储器(semi-conductor memory)是一种以半导体电路作为存储媒体的存储器,内存储器就是由称为存储器芯片的半导体集成电路组成。

    按功能分类

    按其功能可分为:随机存取存储器(简称RAM)和只读存储器(只读ROM)

    RAM包括DRAM(动态随机存取存储器)和SRAM(静态随机存取存储器),当关机或断电时,其中的信息都会随之丢失。 DRAM主要用于主存(内存的主体部分),SRAM主要用于高速缓存存储器

    ROM 主要用于BIOS存储器。

    按其制造工艺

    可分为:双极晶体管存储器MOS晶体管存储器。

    按其存储原理

    可分为:静态和动态两种。

    优点是:体积小、存储速度快、存储密度高、与逻辑电路接口容易。

    主要用作高速缓冲存储器、主存储器、只读存储器、堆栈存储器等。

    技术指标:

    主要有:

    1. 存储容量存储单元个数M×每单元位数N

    2. 存取时间:从启动读(写)操作到操作完成的时间

    3. 存取周期:两次独立的存储器操作所需间隔的最小时间

    4. 平均故障间隔时间MTBF(可靠性)

    5. 功耗:动态功耗、静态功耗

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  • 1.7.关于存储器内存和外存

    千次阅读 2017-08-01 20:37:24
    存储器一般包括:内存和外存。 内存:RAM、ROM等。 外存:磁盘、光盘、固态存储器等等。...内存由半导体存储器组成,它具有运行速度快,体积小的特点。半导体存储器有RAM和ROM两种类型。 RAM(Random Access Memory)

    存储器一般包括:内存和外存。

    内存:RAM、ROM等。

    外存:磁盘、光盘、固态存储器等等。


    按照工作原理来分:

    RAM:包括SRAM、DRAM(SDRAM/DDR SDRAM/DDR ii/RDRAM等)、MRAM等。

    ROM:  包括PROM、EPROM、EEPROM、FLASH ROM等。


    内存:

    与CPU经过总线连接的存储器是内存。程序被执行时,其指令代码和运行数据主要存放在内存中,因此也称其为主存储器,简称主存。

    内存由半导体存储器组成,它具有运行速度快,体积小的特点。半导体存储器有RAM和ROM两种类型。


    RAM(Random Access Memory)

    RAM表示的是读写存储器,可以对其中的任一存储单元进行读或写操作,即它的特点是随机性。计算机关闭电源后其内的信息将不再保存,即它的另一特点是易失性,再次开机信息需要重新装入,它通常用来存放操作系统各种正在运行的软件、输入和输出数据、中间结果及与外存交换信息等。我们常说的内存主要是指RAM。


    SRAM&DRAM

    根据RAM保存数据的方式可分为静态RAM(Static RAM)和动态RAM(Dynamic RAM)两种类型。

    SRAM的存储原理基于一个具有维持信号不变的电路。SRAM的速度快,但是在相同体积中SRAM的容量要比其他类型的内存小。SRAM的速度快但是很昂贵,一般用小容量的SRAM作为更高速CPU和较低速DRAM之间的缓存(cache)。

    DRAM的存储原理类似于一个电容,要保持数据,必须定时给电容充电,即不断的“刷新”。


    ROM(Road-only Memory)

    只读存储器,即ROM中的数据只能被读出,而不能被写入,其中的信息是在使用前通过专用设备“固化”(写入)的。


    ROM和RAM的不同之处在于ROM存储的数据不会因断电而丢失。所以ROM用于在计算机中存放那些即使关机也不能丢失的程序代码和数据。


    外存:

    引起内存不能再关机或断电状态下保存数据,所以为了数据保存不受关机或断电影响,就需要使用其他类型的存储器。这类存储器主要包括磁盘或硬盘等,它们用电缆与主板相连接,通常叫作外存。这里先不详细介绍,以后需要再查资料作详细记录。

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  • 文章目录chapter 4 主存储器4.2.1 回顾一下chapter 1中有关主存储器的相关知识4.2.2 概述 ...存储体许多存储单元组成,每个存储单元又包含若干个存储元件(或存储基元,存储元),每个存储元件能寄存一位二...

    chapter 4 存储器

    4.2主存储器

    4.2.0 回顾一下chapter 1中有关主存储器的相关知识

    主存储器:
    在这里插入图片描述
    主存储器(简称主存或者内存)包括存储体M、各种逻辑部件及控制电路等

    存储体由许多存储单元组成,每个存储单元又包含若干个存储元件(或存储基元,存储元),每个存储元件能寄存一位二进制代码“0”或1”。咱们说的“位”。

    一个存储单元可存储一串二进制代码,称这串二进制代码为一个存储字,这串二进制代码的位数称为存储字长。存储字长可以是8位,16位,32位等。 赋予每个存储单元一个编号 ,称为存储单元的地址号

    一个存储字(一个存储单元的二进制代码)可以代表很多意思,不仅仅是16个二进制数本身,具体代表什么,按照输出的格式。如存储字为0011011001111101 既可表示为由十六进制字符组成的367DH,又可代表16位的二进制数,此值对应十进制数为13949,还可代表两个ASCII 码:“{"和“6”一个存储字还可代表一条指令.

    主存的工作方式就是按存储单元的地址号来实现对存储字各位的存(写人)、取(读出)
    这种存取方式称为按地址存取方式,即按地址访问存储器(简称访存)

    为了能实现按地址访问的方式,主存中还必须配置两个寄存器MAR和MDR

    MAR(Memory Address Register) 是存储器地址寄存器,用来存放欲访问的 存储单元的地址,其位数对应存储单元的个数 (如 MAR为10位,则有2^10=1024个存储单元,记为1 K)

    MDR(Memory Data Reg-ister)是存储器数据寄存器。用来存放从存储体某单元取出的代码或者准备在某存储单元存入的代码,其位数与存储字长相等。(一个储存单元的储存字长)

    在这里插入图片描述

    4.2.1 概述

    主存储器(简称主存)的基本结构已在第1章介绍过,如上图所示。实际上,根据MAR中的地址访向某个存储单元时,还需经过地址译码、驱动等电路,オ能找到所需访问的单元。读出时,需经过读出放大器,才能将被选中单元的存储字送到MDR。写入时,MDR中的数据也必须经过写入电路才能真正写入到被选中的单元中。可见,主存的实际结构如图4.4所示。

    在这里插入图片描述现代计算机的主存都由半导体集成电路构成,图中的驱动器、译码器和读写电路均制作在存储芯片中,而MAR和MDR制作在CPU芯片。存储片和CPU芯片可通过总线连接,如图4.5所示。
    在这里插入图片描述
    当要从存储器读出某一信息字时,首先由CPU将该字的地址送到MAR,经地址总线送至主存,然后发出读命令。主存接到读命令后,得知需将该地址单元的内容读出,便完成读操作,将该单元的内容读至数据总线上,至于该信号由MDR送至什么地方,这已不是主存的任务,而是由CPU决定的。若要向主存存入ー个信息字时,首先CPU将该字所在主存单元的地址经MAR送到地址总线,并将信息字送入MDR,然后向主存发出写命令,主存接到写命令后,便将数据线上的信息写入到对应地址线指出的主存单元中

    1.主存中存储单元地址的分配
    主存各存储单元的空间位置是由单元地址号来表示的,而地址总线是用来指出存储单元地址号的,根据该地址可读出或写入一个存储字。不同的机器存储字长也不同,为了满足字符处理的需要,常用8位二进制数表示一个字节。因此存储字长都取8的倍数。通常计算机系统既可按照字寻址,也可按字节寻址
    例如IBM370机的字长为32位,它可按照字节寻址,即它的每一个存储字包含4个可独立寻址的字节,其地址分配如图4.6(a)所示。字地址是用该字高位字节的地址来表示,故其字地址是4的整数倍,正好用地址码的末两位来区分同一字的4个字节的位置。但对PDP-11机而言,其字长为16位,字地址是2的整数倍,它用低位字节的地址来表示字地址,如图4.6(b)所示。
    在这里插入图片描述??由图4.6(a)所示,对24位地址线的主存而言,按字节寻址的范围是16M,按字寻址的范围为4M。由图4.6(b)所示,对24位地址线而言,按字节寻址的范围仍为16M,但按字寻址的范围为8M。

    2.主要的技术指标
    主存的主要技术指标是指存储容量和存储速度
    (1)存储容量
    存储容量是指主存能存放二进制代码的总位数,即
    存储容量=存储单元个数x存储字长
    它的容量也可用字节总数来表示,即
    存储容量=存储单元个数x存储字长/8
    目前的计算机存储容量大多以字节数来表示,例如,某机主存的存储容量为256MB,则按字节寻址的地址线位数应对应28位。


    计算参考第一章节:
    在这里插入图片描述


    (2)存储速度
    存储速度是由存取时间和存取周期来表示的。
    存取时间又称为存储器的访问时间( Memory Access Time),是指启动一次存器操作(读或写)到完成该操作所需的全部时间存取时回分读出时和写人时间两种。读出时间是从存储器接收到有效地址开始,到产生有效输出所的全部时间。写人时间是从存储器接收到有效地址开始,到数据写人被选中单元为止所需的全部时间
    存取周期( Memory Cycle Time)是指存储器进行连续两次独立的存储器操作(如连续两次读操作)所需的最小间隔时间,通常存取周期大于存取时间。现代MOS型存器的存取周期可达100ns;双极型TT.存储器的存取周期接近于10ns

    (3)存储器带宽
    与存取周期密切相关的指标为存储器带宽,它表示单位时间内存储器存取的信息量,单位可用字/秒或字节/秒或位/秒表示。如存取周期为500ns,每个存取周期可访问16位,则它的带宽为32M位/秒。带宽是衡量数据传输率的重要技术指标。
    存储器的带宽决定了以存储器为中心的机器获得信息的传输速度,它是改善机器瓶颈的一个关键因素。为了提高存儲器的带宽,可以采用以下措施:
    ①缩短存取周期。
    ②增加存储字长,使每个存取周期可读/写更多的二进制位数
    ③増加存储体(详见4.2.7节)

    4.2.2 半导体存储芯片简介

    1.半导体存储芯片的基本结构
    半导体存储芯片采用超大规模集成电路制造工艺,在一个芯片内集成具有记忆功能的存储矩阵、译码驱动电路和读/写电路等,如图4.7所示。
    在这里插入图片描述
    译码驱动能把地址总线送来的地址信号翻译成对应存储单元的选择信号,该信号在读/写电路的配合下完成对被选中单元的读/写操作。
    读/写电路包括读出放大器和写入电路,用来完成读/写操作。
    存储芯片通过地址总线、数場总线和控制总线与外部连接。

    地址线是单向输入的,其位数与芯片容量有关
    数据线是双向的(有的芯片可用成对出现的数据线分别作为输入或输出),其位数与芯片可读出或写入的数据位数有关。数据线的位数与芯片容量有关
    地址线和数据线的位数共同反映存储芯片的容量。例如,地址线为10根,数线为4根,则片容量为2^10x4=4K位;又如地址线为14根,数据线为1根,则其容量为16K位。
    控制线主要有读/写控制线与片选线两种。不同存储芯片的读/写控制线和片选线可以不同。有的芯片的读/写控制线共用1根(如214),有的分用两根(如6264);有的芯片的片选线用1根(如2114),有的用2根(如6264)。读/写控制线决定芯片进行读/写操作,片选线用来选择存储芯片。由于半导体存储器是由许多芯片组成的,为此需用片选信号来确定哪个芯片被选中。例如,一个64Kx8位的存储器可由32片16Kx1位的存储芯片组成,如图4.8所示。但每次读出一个存储字时,只需选中8片。
    在这里插入图片描述2.半导体存储芯片的译码驱动方式:
    半导体存储芯片的译码驱动方式有两种:线选法和重合法,如图4.9和图4.10所示。
    图4.9是一个16x1字节(8位)线选法存储芯片的结构示意图。它的特点是用一根字选择线(字线),直接选中一个存储单元的各位(如一个字节)。这种方式结构较简单,但只适于容量不大的存储芯片。如当地址线A3A2A1A0为1111时,则第15根字线被选中,对应图4.9中的最后一行8位代码便可直接读出或写入。但是对应于地址线多的设备来说,比如有20根地址线,那么意味着有2^20的输出线连接对应多的储存单元,这样对于芯片来说,集成度需要非常高,这样对芯片制作来说困难是很大的,就是即使做出来了,也需要很昂贵的成本。
    在这里插入图片描述所以咱们推出了下面一种方法:
    重合法

    图4.10是一个1Kx1位重合法结构示意图。 显然,只要用64根选择线(X、Y两个方向各32根),便可选择32×32矩阵中的任一位。例如,当地址线为全0时,译码输出X和Y。有效矩阵中第0行、第0列共同选中的那位即被选中。由于被选单元是由X、Y两个方向的地址决定
    的,故称为重合法
    。重合法大大降低了集成化,这样使制造高水平存储器成为了可能。
    在这里插入图片描述

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  • (2)微型计算机以微处理器为核心,配上大规模集成电路制成的存储器、输入输出接口电路及系统总线所组成的计算机,简称微型计算机。(3)微型计算机系统以微型计算机为中心,配以相应的外围设备、电源和辅助电路,以及...

    微型计算机的硬件组成

    1、微处理器、微型计算机和微型计算机系统的概念

    (1)微处理器微型

    计算机的核心部分是指由一片或几片大规模集成电路组成的,具有运算器和控制器功能的中央处理器(CPU)。

    (2)微型计算机

    以微处理器为核心,配上由大规模集成电路制成的存储器、输入输出接口电路及系统总线所组成的计算机,简称微型计算机。

    (3)微型计算机系统

    以微型计算机为中心,配以相应的外围设备、电源和辅助电路,以及指挥微型计算机工作的系统软件,就构成了微型计算机系统。

    2.CPU、内存、接口和总线的概念

    微型计算机包含了多种系列、档次、型号的计算机。如IBM PC等。这些计算机的共同特点是体积小,适合放在办公桌上使用,而且每个时刻只能一人使用,因此又称为个人计算机。

    图l-3是IBM PC系列机的典型结构.

    图1-3 PC机的典型结构

    (1)主板

        主板是固定在主机箱箱l体上的一块电路板,主板上装有大量的有源电子元件。其中主要组件有:CMOS、基本输入输出系统(basic input and output system,BIOS)、高速缓冲存储器(cache)、内存插槽、CPU插槽、键盘接口、软盘驱动器接口、硬盘驱动器接口、总线扩展插槽(提供.ISA、PCI等扩展槽)、串行接口(COM1、(COM2)、并行接口(打印机接口LPT1。因此,主板是计算机各种部件相互连接的纽带和桥梁。

    (2)中央处理器

    中央处理器(CPU)是计算机的核心,计算机的运转是在它的指挥控制下实现的,所有的算术和逻辑运算都是由它完成的,因此,CPU是决定计算机速度、处理能力、档次的关键部件。

    (3)内存储器

    存储器分为内存储器和外存储器,通常简称为内存和外存。内存是计算机的主要工作存储器,一般计算机在工作时,所执行的指令及处理的数据,均从内存取出。内存的速度快,但容量有限,主要用来存放计算机正在使用的程序和数据。外存具有存储容量大、存取速度比内存低的特点,所以它用于存放备用的程序和数据等。外存中存放的程序或数据必须调入内存后,才能被计算机执行和处理。常用的外存有磁盘机、磁带机、光盘机等。

    计算机中的信息用二进制表示。计算机的存储器由千千万万个小单元组成,每个单元存放一位二进制数(0或1)。存储单位使用下列术语:

    · 位(bit)是二进制数的最小单位,通常用“b”表示。

    · 字节(byte)以8位二进制数组成1个字节,通常用“B”表示。

    · 字(word)由若干个字节组成。它也是表示有储容量的一个单位,通常我们把计算机一次所能处理的数据的最大位数称为该机器的字长,显然字长越长,一次所处理的信息越多,计算精度越高。因此,“字长”是计算机功能的一个重要标志。

    · 存储容量计算机内外存储器的容量是用字节(B)来计算和表示的,除B外,还常用KB、MB、GB作为存储容量的单位。其换算关系如下:

    B(字节)        lB=8b

    KB(干字节)     1KB=1024KB

    MB(兆字节)     lMB=1024KB

    GB(吉字节)     1GB=1024MB

    ①内存

    内存是计算机用于直接存取程序和数据的地方,因此计算机在执行程序前必须将这些程序装入内存中。从存储器取出信息称为读出;将信息存入存储器称为写入。存储器读出信息后,原内容保持不变;向存储器写入信息,则原内容被新内容所代替。由于内存是由半导体器件构成的,没有机械装置,所以内存的速度远远高于外存。内存又分如下两种:

    · 只读存储器ROM(read only memory)

    只能读而不能写入信息,它一般用来存储固定的系统软件和字库等内容,只能被调用,而不能被重写或修改,也不会因断电而消失。

    · 随机存取存储器RAM(random access memory)

    可以进行任意的读或写操作,它主要用来存放操作系统、各种应用软件、输入数据、输出数据、中间计算结果以及与外存交换的信息等。由于RAM用半导体器件组成,一旦断电,信息就会丢失,所以不能永久保留。

    内存容量是反映计算机性能的一个很重要的指标,目前常用64MB、128MB、256MlB等,可高达4GB。

    ②外存

    外部存储器包括软盘、硬盘、光盘和磁带等。外存的信息存储量大,但由于存在机械运动问题,所以存取速度要比内存慢得多。由于外存具有很大的存储容量,因此它可以存放大量信息。它不但存有机器开机后立即要调入的操作系统,而且还存有用户的应用软件、数据等。

    由于外存大都由非电子线路来实现(例磁介质、光介质)所以外存上的信息从原理上讲可以长期保留。外存中存放的程序或数据必须调入内存后,才能被执行和处理。

    · 软盘

    目前常用的软盘有:3寸盘(3.5英寸),低密度720KB,高密度1.44MB。超高密度软盘,从200MB到800MB,由于需要专门的软驱,而且盘片价格较高,因而使用不多。

    软盘通过磁盘驱动器(简称软驱)来读写信息。目前微机多使用3.5英寸,1.44MB软盘。

    · 硬盘

    硬盘的存储容量很大,它是使用温彻斯特技术制成的驱动器,将硅钢盘片连同读写头等一起封装在真空密闭的盒子内,故无空气阻力、灰尘影响。其数据存储密度大、速度决。使用时应防止振动,所以计算机通电工作时,不能搬动,也不能摇晃和撞击。新的硬盘工作前需要格式化,但使用中的硬盘不能随便格式化,否则将丢失全部数据。随着计算机的飞速发展,硬盘也由低存储容量10MB发展到40GB,或更大。

    · 光盘

    光盘的读写原理与磁介质存储器完全不同,它是根据激光原理设计的一套光学读写设备。自20世纪80年代初从音响领域进入计算机领域后,在技术和应用上日趋成熟。目前,大部分.PC机已配置了CD—ROM(只读光盘)驱动器。CD.ROM的标准容量为680MB,双速驱动器的速度为30KB/s。     VCD(video CD)是用来存放采用MPEG标准编码的全动态图像及其相应声音的数据光盘,它可以在一张普通的光盘上记录70分钟的全屏幕活动音、视频数据及相关的处理程序。它体积小,价格便宜,且有很好的音频、视频质量和很好的兼容性,在普通的CD—ROM驱动器上就能播放,所以为广大家用电脑爱好者所欢迎。

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内存由半导体存储器组成