《存储器自动化适用》PPT课件.ppt

微计算机原理 第五章主存储器 四川化工职业技术学院 主要内容 存储器分类随机存储器只读存储器习题 练习 存储器是信息存放的载体 是计算机系统的重要组成部分 有了它 计算机才能有记忆功能 才能把要计算和处理的数据以及程序存入计算机 使计算机能脱离人的直接干预 自动地工作 1 按构成存储器的器件和存储介质分类半导体存储器磁盘和磁带等磁表面存储器光电存储器 5 1 1存储器分类一 存储器几种分类方式 主存储器 内存 辅助存储器 外存 高速缓冲存储器 2 按在计算机中的作用分类 附 多层存储结构概念核心是解决容量 速度 价格间的矛盾 建立起多层存储结构 高速缓存主存外存 高速缓存 主存层次 解决CPU与主存的速度上的差距 主存 辅存层次 解决存储的大容量要求和低成本之间的矛盾 1 读写存储器RWM2 只读存储器ROM 二 半导体存储器的分类 1 按读写功能分类分类 按数据存取方式分类 按存储原理分类 1 直接存取存储器DAM2 顺序存取存储器SAM3 随机存储存储器RAM 1 双极性TTL器件存储器2 单极性MOS器件存储器 按数据传输方式分类 1 并行存储器2 串行存储器 1 随机存取存储器RAMRAM主要用来存放各种现场的输入 输出数据 中间计算结果 与外存交换的信息和作堆栈用 它的存储单元的内容按需要既可以读出 也可以写入或改写 2 只读存储器ROMROM的信息在使用时是不能改变的 也即只能读出 不能写入故一般用来存放固定的程序 如微型机的管理 监控程序 汇编程序等 以及存放各种常数 函数表等 二 半导体存储器的分类 2 按存储原理分类 存储容量存取周期功耗可靠性集成度其他 5 1 2半导体存储器的性能指标 5 1 3半导体存储器的特点 1 一 RAM的特点在RAM中 又可以分为双极型 Bipolar 和MOSRAM两大类 1 双极型RAM的特点 1 存取速度高 2 以晶体管的触发器 F F Flip Flop 作为基本存储电路 故管子较多 3 集成度较低 与MOS相比 4 功耗大 5 成本高 所以 双极型RAM主要用在速度要求较高的微型机中或作为cache 2 MOSRAM用MOS器件构成的RAM 又可分为静态 Static RAM 有时用SRAM表示 和动态 Dynamic RAM 有时用DRAM表示 两种 5 1 3半导体存储器的特点 2 二 ROM的特点1 掩模型ROM2 可编程型PROM ProgrammableROM 3 光擦除型EPROM ErasablePROM 4 电擦除型EEPROM ElectricallyErasableProgrammableRead OnlyMemory RAM 静态RAM SRAM 动态RAM DRAM ROM 掩膜型ROM可编程ROM PROM 可擦除可编程ROM EPROM 电可擦除可编程ROM E2PROM 5 1 4半导体存储器体系 5 2随机存取存储器 1 5 2 1静态存储器SRAM 6管构成的触发器作为基本存储电路 集成度高于双极型 但低于动态RAM 不需要刷新 故可省去刷新电路 功耗比双极型的低 但比动态RAM高 易于用电池作为后备电源 RAM的一个重大问题是当电源去掉后 RAM中的信息就会丢失 为了解决这个问题 就要求当交流电源掉电时 能自动地转换到一个用电池供电的低压后备电源 以保持RAM中的信息 存取速度较动态RAM快 5 2 2动态存储器DRAM 基本存储电路用单管线路组成 靠电容存储电荷 集成度高 比静态RAM的功耗更低 价格比静态便宜 因动态存储器靠电容来存储信息 由于总是存在着泄漏电流 故需要定时刷新 典型的是要求每隔1ms刷新一遍 5 2随机存取存储器 2 5 3 1固定掩模编程ROM由半导体厂按照某种固定线路制造的 制造好以后就只能读不能改变 所谓只读 从字面上理解就是只可以从里面读 不能写进去 它类似于我们的书本 发到我们手回之后 我们只能读里面的内容 不可以随意更改书本上的内容 5 3只读存储器 1 5 3 2可编程PROM ProgrammableROM 为了便于用户根据自己的需要来写ROM 就发展了一种PROM 可由用户对它进行编程 但这种ROM用户只能写一次 这就象我们的练习本 买来的时候是空白的 可以写东西上去 可一旦写上去 就擦不掉了 所以它只能用写一次 要是写错了 就报销了 5 3只读存储器 2 5 3 3可擦除可编程EPROM为了适应科研工作的需要 希望ROM能根据需要写 也希望能把已写上去的内容擦去 然后再写 能改写多次 EPROM就是这样的一种存储器 EPROM的写入速度较慢 而且需要一些额外条件 故使用时仍作为只读存储器来用 它里面的内容写上去之后 如果觉得不满意 可以用一种特殊的方法去掉后重写 这就是用紫外线照射 紫外线就象 消字灵 可以把字去掉 然后再重写 当然消的次数多了 也就不灵光了 所以这种芯片可以擦除的次数也是有限的 大约几百次 5 3只读存储器 3 5 3 4电擦除可编程EEPROMEEPROM是可由用户更改的只读存储器 ROM 可通过高于普通电压的作用来擦除和重编程 重写 不像EPROM芯片 EEPROM不需从计算机中取出即可修改 EEPROM断电后存在其中的数据不会丢失 另外 EEPROM可以清除存储数据和再编程 5 3只读存储器 4 5 4新型存储器 5 4 1快擦写FLASH存储器FLASH存储器是新型的可电擦除的非易失性只读存储器 属于EEPROM器件 与其它的ROM器件相比 其存储容量大 体积小 功耗低 特别是其具有在系统可编程擦写而不需要编程器擦写的特点 使它迅速成为存储程序代码和重要数据的非易失性存储器 5 4 2多端口读写存储器双口RAM和FIFO是常用的两种多端口的存储器 允许多CPU同时访问存储器 大大提高了通信效率 而且对CPU没有过多的要求 特别适合异种CPU之间异步高速系统中 5 4 3内存条 一 内存条的几种封装形式封装 就是指把硅片上的电路管脚 用导线接引到外部接头处 以便与其它器件连接 封装形式是指安装半导体集成电路芯片用的外壳 衡量一个芯片封装技术先进与否的重要指标是芯片面积与封装面积之比 这个比值越接近1越好 封装时主要考虑的因素 1 芯片面积与封装面积之比为提高封装效率 尽量接近1 1 2 引脚要尽量短以减少延迟 引脚间的距离尽量远 以保证互不干扰 提高性能 3 基于散热的要求 封装越薄越好 1 SIP SingleIn linePackage单列直插封装 SIP只从单边引出针脚 直接插入PCB板中 其封装和DIP大同小异 其吸引人之处在于只占据很少的电路板面积 然而在某些体系中 封闭式的电路板限制了SIP封装的高度和应用 加上没有足够的引脚 性能不能令人满意 很快退出了市场 2 DIP DualIn linePackage双列直插式封装 DIP这种封装的外形呈长方形 针脚从长边引出 由于针脚数量少 一般为8 64针 且抗干扰能力极弱 加上体积比较 庞大 所以DIP封装如昙花一现 内存条的几种封装形式 3 SIMM 单列直插存储模块 体积小 重量轻 插在主板的专用插槽上 插槽上有防呆设计 能够避免插反 而且插槽两端有金属卡子将它卡住 这便是现今内存的雏形 其优点在于使用了标准引脚设计 几乎可以兼容所有的PC机 4 DIMM 双列直插存储模块 和SIMM相似 只是体积稍大 不同处在于SIMM的部分引脚前后连接在一起 而DIMM的每个引脚都是分开的 所以在电气性能上有较大改观 而且这样可以不用把模块做得很大就可以容纳更多的针脚 从而容易得到更大容量的RAM 内存条的几种封装形式 1 FPMDRAM这是一种在486时期被普遍应用的内存 72线 5V电压 带宽32bit 基本速度60ns以上 它的读取周期是从DRAM阵列中某一行的触发开始 然后移至内存地址所指位置 即包含所需要的数据 第一条信息必须被证实有效后存至系统 才能为下一个周期作好准备 这样就引入了 等待状态 因为CPU必须傻傻的等待内存完成一个周期 2 EDODRAMEDODRAM ExtendedDataOutputRAM 扩展数据输出内存 是Micron公司的专利技术 有72线和168线之分 5V电压 带宽32bit 基本速度40ns以上 传统的DRAM和FPMDRAM在存取每一bit数据时必须输出行地址和列地址并使其稳定一段时间后 然后才能读写有效的数据 而下一个bit的地址必须等待这次读写操作完成才能输出 EDODRAM不必等待资料的读写操作是否完成 只要规定的有效时间一到就可以准备输出下一个地址 由此缩短了存取时间 效率比FPMDRAM高20 30 二 内存芯片类型 内存芯片类型 3 SDRAMSDRAM 即SynchronousDRAM 同步动态随机存储器 它的工作速度是与系统总线速度同步的 也就是与系统时钟同步 这样就避免了不必要的等待周期 减少数据存储时间 同步还使存储控制器知道在哪一个时钟脉冲期由数据请求使用 因此数据可在脉冲上升期便开始传输 SDRAM采用3 3伏工作电压 168Pin的DIMM接口 带宽为64位 SDRAM不仅应用在内存上 在显存上也较为常见 4 DDRSDRAMSDRAM在一个时钟周期内只传输一次数据 它是在时钟的上升期进行数据传输 而DDR内存则是一个时钟周期内传输两次次数据 它能够在时钟的上升期和下降期各传输一次数据 因此称为双倍速率同步动态随机存储器 DDR内存可以在与SDRAM相同的总线频率下达到更高的数据传输率 习题 练习 1 在研制某一应用系统的过程中 存储监控程序的存储器应选用 A RAMB PROMC EPROMD ROM 解析 作为一个系统的监控程序 它是管理该系统的系统程序 在工作过程中一般不会改变 即工作在只读方式 因此要选用只读存储器来存放 但是在系统的研制过程中 对系统的结构和功能经常要进行修改 相应的监控程序也要改变 为此应选用能够多次重写的只读存储器 PROM ProgrammableRed OnlyMemory 即 可编程只读存储器 这样的产品只允许写入一次 所以也被称为 一次可编程只读存储器 PROM在出厂时 存储的内容全为1 用户可以根据需要将其中的某些单元写入数据0 部分的PROM在出厂时数据全为0 则用户可以将其中的部分单元写入1 以实现对其 编程 的目的 EPROM ErasableProgrammableRead OnlyMemory 指的是 可擦写可编程只读存储器 即 它的特点是具有可擦除功能 擦除后即可进行再编程EPROM可以使用紫外线照射 使其内容消失 然后再写入新的内容 因此选 C 2 下列对DRAM和SRAM部分特点的描述中 正确的是 A 制造成本都很低B 集成度都很高C 功耗都较大D 以上答案全错3 下面关于DRAM和SRAM存储器芯片的叙述中 错误的是 SRAM比DRAM存储电路简单 SRAM比DRAM成本高 SRAM比DRAM速度快 SRAM需要刷新 DRAM不需要刷新 解析 动态随机存储器 DRAM 具有电路简单 集成度高 功耗低 制造成本低等特点 但存取速度较慢 静态随机存储器 SRAM 具有工作速度快 使用方便 不需要刷新电路 可多次读出等特点 但集成度较低 功耗较大 制造成本高 2题的答案为 D 3题的答案为 4 下面叙述中错误的是 A FlashROM在低电压下 存储信息可写不可读B EPROM常用于各种软件的开发过程C ROM信息已固化 用户不能进行任何修改D PROM存储信息在使用前有专门设备写入 解析 EEPROM与FLASHROM都统称为程序存储器 EEPROM ElectricallyErasableProgrammableRead OnlyMemory 即 电可擦除可编程只读存储器 它的最大优点是可直接用电信号擦除和写入 FLASHROM即 闪存 它在程序运行的正常电压 低电压 下 只能读不能写 在需要时 加入一个较高的电压就可以写入或擦除 因此答案为 A 5 下面关于PC机内存ROM和RAM的叙述中 错误的是 A ROM和RAM都是半导体存储器B PC机关机后 存储在PC机CMOSRAM中的内容一般不会丢失C RAM芯片掉电后 存放在芯片中的内容会丢失D FlashROM芯片中的内容经一次写入后再也无法更改 解析 ROM是只读存储器 掉电后可以保存数据 主要包括以下几种 1 CMOS是主板上的一块可读写的RAM芯片 里面装的是关于系统配置的具体参数 其内容可通过设置程序进行读写 CMOSRAM芯片由系统通过一块后备电池供电 因此无论是在关机状态中 还是遇到系统掉电情况 CMOSRAM中的信息都不会丢失 2 EPROM需要紫外线擦除 然后使用专用设备写入 3 EEPROM和FlashROM都可以在加较高电压的情况下进行改写 因此答案为 D 6 下面关于ROM的叙述中 错误的是 A 目前PC机上的ROMBIOS的存储器载体是ROM类芯片B FlashROM芯片中的内容在一定条件下是可以改写的C EPROM芯片中的内容一经写入便无法更改D EPROM FlashROM芯片掉电后 存放在芯片中的内容不会丢失 解析 BIOS是BasicInput OutputSystem 基本输入 输出系统 的简称 主要是指固化在计算机主板上ROM芯片中的一组程序 所以 A 是对的 FlashROM 闪存 其实就是一种可快速读写的EEPROM 在某种低电压下 它的内容可读不可写 这是它类似于ROM 但在另外一种高电压下 其内部信息不但可以读取 还可以更改和删除 这时它又类似于RAM 所以 B 是对的 只读存储器EPROM和FlashROM芯片掉电后 存放在芯片中的内容不会丢失 所以 D 是对的 EPROM可以由紫外线擦除 然后再使用专用设备写入数据 因此 C 是错误的 7 目前流行的PC机主板上的ROMBIOS的存储载体是 A PROMB EPROMC FlashROMD DRAM 解析 FlashROM是一种新型的非易失性存储器 其中的内容既不像RAM一样需要电源支持才能保存 但又像RAM一样具有可写性 它的速度快 存储量大 而且不易丢失数据 易于修改 因此广泛用于主板的ROMBIOS以及其他ROM 因此答案选 C 8 下面是与ROMBIOS中的CMOSSETUP程序相关的叙述 其中错误的是 A PC开机后 就像必须执行ROMBIOS中的加电自检与系统自举装入程序一样 也必须执行CMOSSETOP程序 B CMOSRAM因掉电 病毒 放电等原因造成其内容丢失或破坏时 需执行CMOSSETUP程序 C 用户希望更改或设置系统口令时 需执行CMOSSETUP程序 D 在系统自举装入程序执行前 若按下某一热键 如Del键 则可以启动CMOSSETUP程序 解析 PC开机后 在没有进入操作系统之前 当我们按下Del键时 可以执行CMOSSETUP程序 并不是必须执行的 所以 A 是错误的 D 是正确的 CMOSRAM因掉电 病毒 放电等原因造成其内容丢失或破坏时 需执行CMOSSETUP程序 它可以让用户浏览并修改系统基本参数 如引导设备的搜索顺序 口令检查方式等 所以 B C 是正确的 9 下面四种PC机使用的DRAM内存条中 速度最快的是 A 存储器总线时钟频率为100MHz的SDRAM内存条B 存储器总线时钟频率为133MHz的SDRAM内存条C 存储器总线时钟频率为100MHz的DDRSDRAM内存条D 存储器总线时钟频率为133MHz的DDRSDRAM内存条 解析 SDRAM在一个存储器总线时钟周期中只能传送一次数据 DDRSDRAM在一个存储器总线时钟的上升和下降沿各能传送一次数据 因此DDRSDRAM的传输速度是相同时钟频率下SDRAM的两倍 因此答案为 D 10 为提高PC机主存储器的存取速度 出现了多种类型的DRAM内存条 若按存取速度从低到高排列 正确的顺序是 A EDODRAM SDRAM RDRAMB EDODRAM RDRAM SDRAMC SDRAM EDODRAM RDRAMD RDRAM EDODRAM SDRAM 解析 DRAM也就是我们常说的内存条 近几年来 内存条经历了从EDODRAM到目前流行的SDRAM和刚刚推出的RDRAM的发展历程 EDODRAM是扩展数据输出存储器 ExtendedDataOutputDRAM 的简称 由于CPU访问某一内存单元后 很可能接着访问与其相邻的内存单元 SDRAM是同步式DRAM SynchronousDRAM 的简称 EDODRAM的特点就是在每次访问后 在把数据发送给CPU的同时去访问下一个页面 这样就取消了页面切换所需的额外时钟周期 加速了对邻近地址单元的访问 其存取时间约为50 70ns EDODRAM广泛应用于586微机中的主流配置 SDRAM同以前的DRAM有很大的区别 它在一个CPU时钟周期内即可完成数据的访问和刷新 即可与CPU的时钟同步工作 极大地提高了存储器的存取速度 SDRAM采用了双存储体结构 当一个存储体被CPU存取时 另一个存储体就做好了准备 两个存储体自动切换 SDRAM的工作频率目前最大可达133MHz 存取时间约为6 10ns 是当前PII PIII微机中流行的标准内存类型配置 RDRAM RambusDRAM 是由Rambus公司所开发的高速DRAM RDRAM有两种 一种是base concurrentRDRAM 另一种是directRDRAM RDRAM的特点就是速度快 这也是它成为下一代内存的原因 其中基于base的RDRAM的频宽高达600MHz 而基于direct的RDRAM更是高达800MHz 也就是说 RDRAM的频宽大于SDRAM的数倍 另外基于base的RDRAM的数据通道宽是8bit 基于direct的RDRAM的数据通道宽是16bit 基于base的RDRAM最大数据传输速率为 16bit 8 600MHz 600MB s基于direct的RDRAM最大数据传输速率为 16bit 8 800MHz 1 6GB s 作业 P2385 25 3 半导体存储器基本原理 一个存储器就象一个个的小抽屉 一个小抽屉里有八个小格子 每个小格子就是用来存放 电荷 的 电荷通过与它相连的电线传进来或释放掉存储器中的每个小抽屉就是一个放数据的地方 我们称之为一个 单元 要放进一个数据12 也就是00001100 我们只要把第二号和第三号小格子里存满电荷 而其它小格子里的电荷给放掉就行了 4 3 2 1 0 7 6 5 4 3 2 1 0 7 6 5 磁性介质存储器原理 磁性介质存储器的工作原理是利用特定的磁粒子的极性来记录数据 磁头在读取数据时 将磁粒子的不同极性转换成不同的电脉冲信号 再利用数据转换器将这些原始信号变成电脑可以使用的数据 写的操作正好与此相反 硬盘工作演示 光电存储器原理 光盘是用极薄的铝质或金质音膜加上聚氯乙烯塑料保护层制作而成的 光盘与软盘和硬盘一样 光盘也能以二进制数据 由 0 和 1 组成的数据模式 的形式存储文件和音乐信息 要在光盘上存储数据 首先必须借助电脑将数据转换成二进制 然后用激光将数据模式灼刻在扁平的 具有反射能力的盘片上 激光在盘片上刻出的小坑代表 1 空白处代表 0 在从光盘上读取数据的时候 定向光束 激光 在光盘的表面上迅速移动 从光盘上读取数据的电脑或激光唱机 观察激光经过的每一个点 以确定它是否反射激光 如果它不反射激光 那里有一个小坑 那么电脑就知道它代表一个 1 如果激光被反射回来 电脑就知道这个点是一个 0 然后 这些成千上万 或者数以百万计的 l 和 0 又被电脑或激光唱机恢复成音乐 文件或程序 一 存储器容量 在微型计算机中 存储器以字节为单元 每个单元包含8位二进制数 也就是一个字节 存储器的容量指的是存储器所能容纳的最大字节数 由于存储容量一般都很大 因此常以KB MB或GB为单位 目前高档微型计算机的内存容量一般为32MB 4GB 存储器容量越大 存储的信息量也就越大 计算机运行的速度也就越快 存储一位二进制信息的单元称为一个基本单元 存储细胞 对于32MB的存储器 其内部有32M 8个基本单元 存储器芯片多为 8结构 称为字