第五章 存贮器

1、1第五章第五章 存储器存储器作业作业 P204 3、9、14、16、192第五章第五章 存储器存储器 存贮器概述存贮器概述 各类存贮器存贮信息原理、存取方法各类存贮器存贮信息原理、存取方法 静态、动态存贮器的结构、特点静态、动态存贮器的结构、特点 （重点重点） 存贮器的组织及与存贮器的组织及与CPUCPU的连接（的连接（重点重点） 提高存贮器性能的技术（提高存贮器性能的技术（重点重点） 存贮器的系统层次结构存贮器的系统层次结构 （重点重点）3第五章第五章 存储器存储器5.1 5.1 概述概述一、基本概念一、基本概念 信息存贮的基本单位，叫做一个信息存贮的基本单位，叫做一个二进制位二进制位（bi

2、tbit）。一位的）。一位的值可以为值可以为0 0，也可以为，也可以为1 1，因此，可用具有两个稳态的元件，因此，可用具有两个稳态的元件来表示，如，触发器，存贮一位二进制数的器件称作一个来表示，如，触发器，存贮一位二进制数的器件称作一个记忆单元记忆单元。8 8个二进制位称作一个个二进制位称作一个字节字节（ByteByte）, ,一个二进一个二进制数含有多个二进制位制数含有多个二进制位. .当一个二进制数作为一个整体进行当一个二进制数作为一个整体进行操作时操作时, ,就称作一个就称作一个字字, ,一个字中的二进制位数叫一个字中的二进制位数叫字长字长, ,一个一个记忆单元存贮一位二进制，多位二进制

3、可用多个记忆单元记忆单元存贮一位二进制，多位二进制可用多个记忆单元存贮，这多个记忆单元就组成了一个存贮，这多个记忆单元就组成了一个存贮单元存贮单元，一个存贮，一个存贮单元可以存放一个字，多个存贮单元组成了一个单元可以存放一个字，多个存贮单元组成了一个存贮体存贮体存贮器的核心。存贮器的核心。 4第五章第五章 存储器存储器 存贮体中，为区分不同的存贮单元，对每一单元给一个存贮体中，为区分不同的存贮单元，对每一单元给一个编号，这个编号叫编号，这个编号叫地址地址，地址与存贮单元一一对应。一，地址与存贮单元一一对应。一个存贮单元可以放一个字个存贮单元可以放一个字按字编址按字编址，也可以放若干个，也可以放

4、若干个字节字节按字节编址按字节编址，存贮体同周围的逻辑线路一起组成，存贮体同周围的逻辑线路一起组成存贮器存贮器。 5第五章第五章 存储器存储器二、存贮器的主要技术指标二、存贮器的主要技术指标 1. 1. 存贮容量存贮容量 指主存所能容纳的二进制信息指主存所能容纳的二进制信息的的总量总量。 字节编址字节编址：以字节数来表示容量；以字节数来表示容量； 字编址字编址：以以字数字数字长字长来表示容量。来表示容量。如如：某计算机的容量为某计算机的容量为64K16，表示它有，表示它有64K个字，每个个字，每个字的字长为字的字长为16位位；若用字节数表示，则可记为若用字节数表示，则可记为128K字节字节（1

5、28KB）。）。6第五章第五章 存储器存储器2.2.存取速度（存取周期、存取时间）存取速度（存取周期、存取时间）存取时间存取时间TaTa： （访问时间、读（访问时间、读/ /写时间）写时间） 指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间。指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间。存取周期存取周期TmTm： （读写周期、访内周期）（读写周期、访内周期） 存贮器从接受读存贮器从接受读/ /写命令信号始，将信息读出或写入后，写命令信号始，将信息读出或写入后，到接到下一个读到接到下一个读/ /写命令为止所需的时间。写命令为止所需的时间。 一般情况下，一般情况下，TmTm TaTa，为什么？为什

6、么？ 因为对任何一种存储器，在读写操作之后，总要有一段因为对任何一种存储器，在读写操作之后，总要有一段恢复内部状态的复原时间。对于恢复内部状态的复原时间。对于破坏性读出的破坏性读出的存储器，存储器，存取周期往往比存取时间要大得多，甚至可以达到存取周期往往比存取时间要大得多，甚至可以达到TmTm2Ta2Ta，这是因为存储器中的信息，这是因为存储器中的信息读出后需要马上进行重写读出后需要马上进行重写（再生）。（再生）。 7第五章第五章 存储器存储器 磁芯：磁芯： s，0.510s 早期存储器：早期存储器： 半导体：半导体：ns，586内存速度：内存速度：6070ns MOS：100300ns 双极

7、：双极：10200ns Q：现在？：现在？ CPU：速度？速度？ 8第五章第五章 存储器存储器例如：例如：SAMSUNG K4H280838B-TCB0 第第1 1位位芯片功能芯片功能k k，代表是内存芯片。，代表是内存芯片。 第第2 2位位芯片类型芯片类型4 4，代表，代表DRAM。 第第3 3位位芯片的更进一步的类型说明，芯片的更进一步的类型说明， SSDRAM、HDDR、GSGRAM。 第第4 4、5 5位位容量和刷新速率，容量相同的内存采用不容量和刷新速率，容量相同的内存采用不同的刷新速率，也会使用不同的编号。同的刷新速率，也会使用不同的编号。 6464、6262、6363、6565、

8、6666、6767、6a6a代表代表64MBit的容量；的容量； 2828、2727、2a2a代表代表128128MBit的容量；的容量； 5656、5555、5757、5a5a代表代表256256MBit的容量；的容量； 5151代表代表512512MBit的容量。的容量。9第五章第五章 存储器存储器例如：例如：SAMSUNG K4H280838B-TCB0 第第6 6、7 7位位数据线引脚个数数据线引脚个数 0808代表代表8 8位数据；位数据； 1616代表代表1616位数据；位数据； 3232代表代表3232位数据；位数据； 6464代表代表6464位数据。位数据。 第第1111位位连

9、线连线“-”-”。 第第1414、1515位位芯片的速率芯片的速率 60606ns6ns；70707ns7ns； 7b7b7.5ns(cl=3)7.5ns(cl=3)；7c7c为为7.5ns(cl=2)7.5ns(cl=2)； 80808ns8ns；101010ns(6610ns(66MHZ) )。Q Q：现代内存标识含义？：现代内存标识含义？10第五章第五章 存储器存储器 CPU：速度？速度？ Q：主频：主频2G的的CPU的速度？的速度？11第五章第五章 存储器存储器3. 可靠性可靠性 以平均无故障时间以平均无故障时间(两次故障之间的平均间隔两次故障之间的平均间隔)来衡量来衡量 4. 性能性

10、能/价格比价格比 5. 功耗功耗是一个不容忽视的问题，它反映了存贮器件耗电的多少，是一个不容忽视的问题，它反映了存贮器件耗电的多少，同时也反映了器件的发热程序。（因温度高会限制集成度同时也反映了器件的发热程序。（因温度高会限制集成度的提高）功耗小，也有利于存贮器的稳定工作。的提高）功耗小，也有利于存贮器的稳定工作。 12第五章第五章 存储器存储器三、发展与分类三、发展与分类 、发展、发展 ENIACENIAC的存贮器的存贮器: :用电子管触发器组成的用电子管触发器组成的2020位移位寄存器，位移位寄存器，随后的十几年，存贮技术发展很活跃，相继出现了汞延迟随后的十几年，存贮技术发展很活跃，相继出

11、现了汞延迟线，阴极射线管做成的存贮器，最多存线，阴极射线管做成的存贮器，最多存32323232位信息，后位信息，后改成磁鼓，平均存取时间改成磁鼓，平均存取时间15.6ms15.6ms，总容量，总容量6553665536位位最早最早的磁鼓存贮器。的磁鼓存贮器。 19531953年，美国麻省理工学院研制出年，美国麻省理工学院研制出第一台磁芯存贮器第一台磁芯存贮器。 磁芯存贮器以它的容量大，速度快，可靠性高，成本低等磁芯存贮器以它的容量大，速度快，可靠性高，成本低等优势，在当时一直占主导地位。优势，在当时一直占主导地位。13第五章第五章 存储器存储器60年代后期，集成电路技术出现后，半导体存贮器问世

12、。年代后期，集成电路技术出现后，半导体存贮器问世。1971年年IBM370/145机首次使用机首次使用半导体存贮器半导体存贮器作主存。作主存。目前，目前，半导体存贮器已是存贮技术的主流，从单片机到巨半导体存贮器已是存贮技术的主流，从单片机到巨型机，都无一例外地采用半导体存贮器。型机，都无一例外地采用半导体存贮器。存贮器存贮器今后的今后的发展方向：发展方向：光光存贮器。存贮器。光盘：只读的，可擦洗的，性能不好。光盘已普及应用。光盘：只读的，可擦洗的，性能不好。光盘已普及应用。14第五章第五章 存储器存储器、分类、分类 功能功能 寄存器：速度快，可与寄存器：速度快，可与CPUCPU匹配，长度为机器

13、字长，位于匹配，长度为机器字长，位于CPUCPU内。内。 主存：在主机内，可直接与主存：在主机内，可直接与CPUCPU交换信息，速度较快。交换信息，速度较快。 辅存：在主机外，不能与辅存：在主机外，不能与CPUCPU交换信息，速度较慢。交换信息，速度较慢。 高速缓存：在高速缓存：在CPUCPU和内存间容量小，速度与和内存间容量小，速度与CPUCPU匹配。匹配。读写方式读写方式 RAM：随机存取存储器：随机存取存储器 ROM：只读存储器：只读存储器15第五章第五章 存储器存储器读写顺序读写顺序 SAM(sequential)：顺序存取，存取时间与存贮单元的物理：顺序存取，存取时间与存贮单元的物理

14、 位置有关，如磁带。位置有关，如磁带。 RAM：随机存取，存取时间与存贮单元的物理位置无关。：随机存取，存取时间与存贮单元的物理位置无关。 DAM(Director)：直接存取，介于上述二者之间，如磁盘。：直接存取，介于上述二者之间，如磁盘。存贮介质存贮介质 磁芯：永久存贮磁芯：永久存贮(非非易失性易失性)、速低，但不常用。、速低，但不常用。 半导体：易失性、速度高，集成度高、常用。半导体：易失性、速度高，集成度高、常用。寻址方式寻址方式 地址寻址：地址寻址： 内容寻址：联想存贮器，以关键字来找所需信息。内容寻址：联想存贮器，以关键字来找所需信息。16第五章第五章 存储器存储器5.2 5.2

15、半导体存贮器半导体存贮器 一、分类一、分类ROM半导体半导体存贮器存贮器RAMMOS型型工作状态工作状态静态静态MOS（SRAM）(static)动态动态MOS(DRAM)(dynamic)结构结构PMOSNMOS双极型双极型ECL型型TTL型型双极型：双极型：速度快，一般用作大型机的高速缓存，近年也用作巨型速度快，一般用作大型机的高速缓存，近年也用作巨型 机的主存，最快机的主存，最快ECLECL。MOSMOS型：型：集成度高，功耗小，成本低，工艺简单，速度不及集成度高，功耗小，成本低，工艺简单，速度不及ECLECL， 微机中广泛使用。微机中广泛使用。17第五章第五章 存储器存储器ROMROM

16、 二极管掩膜二极管掩膜固定掩膜型固定掩膜型MROMMROMMOSMOS管掩膜管掩膜双极型管掩膜双极型管掩膜一次可编程型一次可编程型PROMPROM可改写型可改写型EPROMEPROM（紫外线）（紫外线）EEPROMEEPROM（电）（电）18第五章第五章 存储器存储器二、基本结构二、基本结构 19第五章第五章 存储器存储器1.1.存贮体：一般呈矩阵式，以便于译码存贮体：一般呈矩阵式，以便于译码2.2.数据线（双向）、地址线（单向）数据线（双向）、地址线（单向）3.3.地址译码器：地址译码器：把二进制表示的地址信息转换成相应的电信号把二进制表示的地址信息转换成相应的电信号 单译码单译码( (线选

17、法线选法) )：一个译码器，一次就能选中一个存贮单元一个译码器，一次就能选中一个存贮单元 双译码（重合法）：双译码（重合法）：二个译码器，由二个译码器，由X X、Y Y双向决定被选单元双向决定被选单元 采用双译码结构，不能节省地址线的数目，但可以节省地址采用双译码结构，不能节省地址线的数目，但可以节省地址选择线的数目，现一般都采用这种结构。选择线的数目，现一般都采用这种结构。4.4.读读/ /写电路写电路 控制选中的存贮单元的读控制选中的存贮单元的读/ /写写5.5.控制电路控制电路 片选线片选线CSCS：一个存贮器由多片芯片组成，读一个存贮器由多片芯片组成，读/ /写前先选片写前先选片 读读

18、/ /写控制线写控制线WEWE：片选好后，对片中的某个地址进行读：片选好后，对片中的某个地址进行读/ /写写 20第五章第五章 存储器存储器5.2.15.2.1半导体随机存贮器半导体随机存贮器RAMRAM 一一. .基本单元电路基本单元电路1.1.六管静态六管静态MOSMOS的基本单元电路的基本单元电路. . 工作原理工作原理 约定：约定：VCC=1 高电平，高电平， VCC=0 低电平低电平T1导通，导通，T2截止，截止， “1”态态T1截止，截止，T2导通，导通， “0”态态 21第五章第五章 存储器存储器此电路可工作在三个状态此电路可工作在三个状态 ：保持态保持态 V字字=0，使，使T3

19、T4都截止，使触发器都截止，使触发器与位线隔离，从而使触发器的原与位线隔离，从而使触发器的原存状态保持不变。存状态保持不变。写入态写入态 V字字=1 ，使，使T3T4都导通都导通写写0：VD=1, 0，VA1, VB0 T1截止，截止，T2导通导通写写1：VD=0, 1，VA0, VB1 T1导通，导通，T2截止截止wDDDVDV22第五章第五章 存储器存储器读出态读出态 V字字=1 ，使，使T3T4都导通都导通读读0：因原存因原存0， T1截止，截止，T2导通，导通，使使VA=1 VB=0，读出，读出“0”读读1：因原存因原存1， T1导通，导通，T2截止，截止，使使VA=0 VB=1，读出

20、，读出“1” 在读出过程中，触发器状态在读出过程中，触发器状态未被破坏未被破坏非破坏性读出非破坏性读出wDD23第五章第五章 存储器存储器 特点特点 集成度较低，每片几集成度较低，每片几K K位。位。Intel2114Intel2114，1k1k4 4位位/ /片片 功耗大功耗大 易失性，用电池做备用电源易失性，用电池做备用电源( (断电信息即丢失断电信息即丢失) ) 非破坏性读出非破坏性读出 读写速度快，生产成本高，多用于容量较小的高速缓冲读写速度快，生产成本高，多用于容量较小的高速缓冲存储器存储器 24第五章第五章 存储器存储器2.单管动态记忆单元电路单管动态记忆单元电路静态：静态：功耗大

21、，集成度低。功耗大，集成度低。动态：动态：克服静态的缺点，使克服静态的缺点，使MOS器件的优点得以发挥。器件的优点得以发挥。 静何以为静，动何以为动？静何以为静，动何以为动？25第五章第五章 存储器存储器2.2.单管动态记忆单元电路单管动态记忆单元电路 由单个由单个MOSMOS管来存储一位二进制信息。信息存储管来存储一位二进制信息。信息存储在在MOSMOS管的源极的寄生电容管的源极的寄生电容C C中。中。工作原理工作原理：V V字字=1=1时，时，T T1 1导通导通）写入态）写入态写写1 1：位线加高电平，对电容位线加高电平，对电容C C充电充电写写0 0：位线为低电平，位线为低电平，C C

22、上的电荷经位线泄放完上的电荷经位线泄放完）读出态）读出态读读1 1：原存，：原存，C C上有电荷，位线上得到高电平上有电荷，位线上得到高电平读读0 0：原存，原存，C C上无电荷，位线上得到低电平上无电荷，位线上得到低电平读操作完成后，读操作完成后，C C上的电荷被放光，需重写上的电荷被放光，需重写4116： 16K126第五章第五章 存储器存储器刷新（刷新（Refresh） 在利用电容上的电荷来存贮信息的在利用电容上的电荷来存贮信息的动态动态半导体存贮器中，半导体存贮器中，由于漏电使电容上的由于漏电使电容上的电荷衰减电荷衰减，需要，需要定时定时（2ms）重新存贮重新存贮，这个过程叫这个过程叫

23、刷新刷新。 27第五章第五章 存储器存储器注意：注意： 刷新不是按字处理，而是刷新不是按字处理，而是每次刷新一行每次刷新一行，向动态存储器的存，向动态存储器的存储单元提供地址，是储单元提供地址，是先送行地址再送列地址先送行地址再送列地址。 在动态存储器的位线上读出信号很小，必须接在动态存储器的位线上读出信号很小，必须接读出放大器读出放大器，通常用触发器线路实现。通常用触发器线路实现。 28第五章第五章 存储器存储器静态存储器静态存储器SRAM与动态存储器与动态存储器DRAM的的主要性能主要性能比较：比较： 主要性能主要性能 SRAM DRAM存储信息存储信息 刷新刷新 送行列地址送行列地址 运

24、行速度运行速度 集成度集成度 发热量发热量 存储成本存储成本 29第五章第五章 存储器存储器静态存储器静态存储器SRAM与动态存储器与动态存储器DRAM的的主要性能主要性能比较：比较： 主要性能主要性能 SRAM DRAM存储信息存储信息 触发器触发器 电容电容 刷新刷新 不要不要 需要需要 送行列地址送行列地址 同时送同时送 分两次送分两次送运行速度运行速度 快快 慢慢集成度集成度 低低 高高发热量发热量 大大 小小存储成本存储成本 高高 低低30第五章第五章 存储器存储器静态存储器（静态存储器（SRAM）：）：读写速度快，生产成本高，多用于容读写速度快，生产成本高，多用于容量较小的高速缓冲

25、存储器。量较小的高速缓冲存储器。动态存储器（动态存储器（DRAM）：）：读写速度较慢，集成度高，生产成读写速度较慢，集成度高，生产成本低，多用于容量较大的主存储器。本低，多用于容量较大的主存储器。31第五章第五章 存储器存储器二、动态二、动态MOSMOS存贮器的刷新存贮器的刷新刷新的时间间隔刷新的时间间隔决定于电荷的漏泄速度。决定于电荷的漏泄速度。 Q=CU CQ=CU C电容容量电容容量 U U两端电压两端电压 泄漏电流泄漏电流：I = Q t =C U t 泄漏时间：泄漏时间： t = C U I 一般器件的刷新周期为一般器件的刷新周期为2ms2ms，即要在，即要在2ms2ms内对每个存贮

26、单元内对每个存贮单元的信息刷新一次。的信息刷新一次。 2. 2. 几点要求几点要求 两次刷新时间间隔不能超过允许时间两次刷新时间间隔不能超过允许时间2ms2ms。 刷新优先于访存，但不能打断访存周期。刷新优先于访存，但不能打断访存周期。 在刷新期间内，不准访存。在刷新期间内，不准访存。 32第五章第五章 存储器存储器3. 3. 刷新方式刷新方式 集中式集中式在允许的最大刷新时间间隔在允许的最大刷新时间间隔2ms2ms内，内，集中集中安排刷新时间安排刷新时间如：如：存贮单元存贮单元10241024个，排成个，排成32323232阵，存取周期阵，存取周期500ns500ns刷新按行进行刷新按行进行

27、, ,每刷新一行每刷新一行, ,用一个存取周期用一个存取周期500ns500ns共刷新共刷新3232行行3232个存取周期。个存取周期。2ms/500ns=40002ms/500ns=4000个周期个周期特点：特点：存取周期不受刷新影响，速度快存取周期不受刷新影响，速度快 存在存在“死区死区”，刷新时间内不能读，刷新时间内不能读/ /写写 4000323968个，个，RW32个，刷新个，刷新33第五章第五章 存储器存储器 分散式分散式 把系统的存取周期分成两部分：一部分读把系统的存取周期分成两部分：一部分读/ /写，一部分刷新，写，一部分刷新，每次读出信息后，立即对它刷新。每次读出信息后，立即

28、对它刷新。 上例：上例：存取周期存取周期500ns,500ns,刷新一行刷新一行500ns500ns，系统周期：，系统周期：1 1 s特点：特点：刷新时间间隔短（刷新时间间隔短（32 32 s ），）， 无无“死区死区” 系统存取周期长，降低了整机的运算速度，不适于高速缓系统存取周期长，降低了整机的运算速度，不适于高速缓冲存贮器。冲存贮器。34第五章第五章 存储器存储器异步式异步式 以上两种方式的结合，在以上两种方式的结合，在2ms2ms的时间内，把存贮单元分散地的时间内，把存贮单元分散地刷新一遍。刷新一遍。 上例：上例： 32323232阵，阵，2ms/32=62.5 2ms/32=62.5

29、 s( (每行刷新的平均间隔每行刷新的平均间隔) )特点：特点：折中，使用较多折中，使用较多 另外，另外，异步刷新方式还可以采取异步刷新方式还可以采取不定期刷新方式不定期刷新方式，可以在，可以在主机主机不访存不访存的时间内刷新，这种方式的时间内刷新，这种方式取消了机器的死区取消了机器的死区，但刷，但刷新新控制线路极其复杂控制线路极其复杂。 35第五章第五章 存储器存储器注意：注意：1 1）刷新对刷新对CPUCPU是是透明透明的，原来存在的事物或属性，从某个角度的，原来存在的事物或属性，从某个角度看好象不存在了。看好象不存在了。2 2）刷新）刷新按行进行按行进行，不需列地址。不需列地址。3 3）

30、刷新与读出刷新与读出操作既相似又不同。操作既相似又不同。 读出时，要对读出时，要对C1C1或或C2C2充电，刷新时也要对其充电，但刷新充电，刷新时也要对其充电，但刷新时仅补充电荷，无需信息输出。时仅补充电荷，无需信息输出。4 4） 刷新和重写（再生）是两个完全不同的概念刷新和重写（再生）是两个完全不同的概念，切不可加以，切不可加以混淆。混淆。重写是随机的重写是随机的，某个存储单元只有在破坏性读出之后，某个存储单元只有在破坏性读出之后才需要重写。而才需要重写。而刷新是定时的刷新是定时的，即使许多记忆单元长期未被，即使许多记忆单元长期未被访问，若不及时补充电荷的话，信息也会丢失。重写一般是访问，若

31、不及时补充电荷的话，信息也会丢失。重写一般是按存储单元进行的，而刷新通常以存储体矩阵中的一行为单按存储单元进行的，而刷新通常以存储体矩阵中的一行为单位进行的。位进行的。 36第五章第五章 存储器存储器三、三、RAM芯片分析芯片分析 RAM芯片芯片 地址线，数据线，片选线，读写控制线，电源，地线地址线，数据线，片选线，读写控制线，电源，地线 2. 地址译码方式地址译码方式 单译码、双译码单译码、双译码37第五章第五章 存储器存储器5.2.2 半导体只读存贮器半导体只读存贮器ROM（Read Only Memory）ROMROM 二极管掩膜二极管掩膜固定掩膜型固定掩膜型MROMMROMMOSMOS

32、管掩膜管掩膜双极型管掩膜双极型管掩膜一次可编程型一次可编程型PROMPROM可改写型可改写型EPROMEPROM（紫外线）（紫外线）EEPROMEEPROM（电）（电）38第五章第五章 存储器存储器ROM存储器存储器 ROM，即只读存储器。它的特点是只能读不能写，即它存，即只读存储器。它的特点是只能读不能写，即它存储的内容不会被改写，并且关机后也不会丢失。储的内容不会被改写，并且关机后也不会丢失。1、 ROM 掩膜只读存储器（掩膜只读存储器（Masked ROM，MROM） 2、PROM PROM（Programmable ROM）即可编程即可编程ROM。它允许用户根。它允许用户根据自己的需要

33、，利用专门的写据自己的需要，利用专门的写ROM设备写入内容，但只允许写设备写入内容，但只允许写一次，使用起来仍然不方便。一次，使用起来仍然不方便。39第五章第五章 存储器存储器3、 EPROM EPROM（Erasable Programmable ROM）即可擦除可编程即可擦除可编程ROM。它允许用户根据自己的需要，利用专门的。它允许用户根据自己的需要，利用专门的EPROM写入器写入器改写其内容，可以多次改写，更新程序比较方便。因此在早期改写其内容，可以多次改写，更新程序比较方便。因此在早期的的PC机中都使用机中都使用EPROM作为作为BIOS程序的存储器。程序的存储器。 EPROM可以用可

34、以用紫外线照射紫外线照射擦除存储数据，用擦除存储数据，用EPROM编程器编程器进行程序编写和输入。进行程序编写和输入。40第五章第五章 存储器存储器4、 EEPROM EEPROM或或E2PROM（Electrical EPROM）即）即电可擦除电可擦除可编程可编程ROM。目前的主板都使用。目前的主板都使用EEPROM保存保存BIOS。EEPROM存储器也存储器也叫做叫做闪速存储器闪速存储器（Flash ROM），简称为），简称为闪存闪存BIOS。 闪存的特点是：闪存的特点是：程序改写、升级方便，只需在机器运行的程序改写、升级方便，只需在机器运行的正常情况下使用专门的应用程序，将来自厂家或网站

35、上的最新正常情况下使用专门的应用程序，将来自厂家或网站上的最新版本的版本的BIOS写入闪存即可。写入闪存即可。41第五章第五章 存储器存储器闪存的不足：闪存的不足： 闪存闪存BIOS的致命弱点很容易被的致命弱点很容易被CIH类的病毒改写破坏，类的病毒改写破坏，致使致使主板瘫痪主板瘫痪。为此，在主板上采取了。为此，在主板上采取了硬件跳线禁止写硬件跳线禁止写闪存闪存BIOS、软件软件COMS设置禁止写设置禁止写闪存闪存BIOS和和双双BIOS闪存芯片等闪存芯片等保护性措施。保护性措施。 CIH： 1998年的年的4月月26日，世界上首例破坏计算机硬件的计算机病日，世界上首例破坏计算机硬件的计算机病

36、毒毒CIH出现，病毒制造者出现，病毒制造者陈盈豪陈盈豪 。42第五章第五章 存储器存储器5.2.3 内存内存 内存分类内存分类 ROM：ROM、PROM、EPROM、Flash ROM RAMDRAM：内存条内存条SRAM：Cache43第五章第五章 存储器存储器RAM一般分为一般分为两大类型两大类型： SRAM(静态随机存储器静态随机存储器)：读取速度相当快但造价高昴，主读取速度相当快但造价高昴，主要用作计算机中的高速缓存存储器要用作计算机中的高速缓存存储器(Cache)。 DRAM(动态随机存储器动态随机存储器)：DRAM虽然读取速度较慢，但它虽然读取速度较慢，但它的造价低廉，集成度高，宜

37、于作为系统所需的大容量的造价低廉，集成度高，宜于作为系统所需的大容量“主主存存”。DRAM主要制造成计算机中的主要制造成计算机中的内存条内存条。44第五章第五章 存储器存储器1、DRAM （内存条）（内存条） DRAM（Dynamic RAM）即动态即动态RAM，因为它的集成度高、，因为它的集成度高、价格便宜且可读可写，因此价格便宜且可读可写，因此系统内存系统内存的主要容量空间是由的主要容量空间是由DRAM构成的。构成的。 DRAM存储器需要存储器需要刷新刷新，因此，因此，DRAM芯片的存取速度低，芯片的存取速度低，一般比一般比CPU低许多。低许多。45 DRAM内存分类内存分类 FPM FP

38、M（Fast Page Mode）DRAM即快速页方式。即快速页方式。FPM的的芯片速度可达芯片速度可达70ns，常用于，常用于486和和586主板。主板。 EDO EDO（Extended Data Output）DRAM即可扩展数据输出即可扩展数据输出方式。方式。EDO的芯片速度可达的芯片速度可达60ns，常用于，常用于586和早期和早期Pentium 主板。主板。第五章第五章 存储器存储器46 SDRAM SDRAM（Synchronous DRAM）即同步即同步DRAM，所谓，所谓“同步同步”是指这种是指这种存储器能与系统总线时钟同步工作存储器能与系统总线时钟同步工作。SDRAM存储器

39、按存储器按前端系统总线（前端系统总线（FSB）的时钟分为的时钟分为66MHz、100MHz和和133MHz等多种，分别标记为等多种，分别标记为PC100和和PC133。SDRAM芯片的读写速度可达芯片的读写速度可达10ns，甚至，甚至7ns，用于，用于Pentium 以上的主板。以上的主板。第五章第五章 存储器存储器47 RDRAM RDRAM（Rambus DRAM）是一种高性能的新型）是一种高性能的新型SDRAM存存储器。它通过一个新型的高速储器。它通过一个新型的高速RamBus总线传输数据，可以支总线传输数据，可以支持持300MHz总线时钟，又由于是在总线时钟，又由于是在时钟信号的上升和

40、下降时钟信号的上升和下降沿均沿均工作，实际上相当于工作在工作，实际上相当于工作在600MHz上。最新的上。最新的奔腾四主板以奔腾四主板以双通道的双通道的4个个RIMM插槽支持插槽支持RDRAM内存。内存。 DDR1/2/3 DDR（Double Data Rate）即双数据率）即双数据率DRAM，它也是一种，它也是一种新型的高速新型的高速SDRAM存储器。它在时钟脉冲的上升和下降沿都存储器。它在时钟脉冲的上升和下降沿都进行操作，理论上也是目前进行操作，理论上也是目前SDRAM速度的两倍。速度的两倍。 第五章第五章 存储器存储器48 双通道内存技术是一种内存控制和管理技术，在理论上能双通道内存技

41、术是一种内存控制和管理技术，在理论上能够使两条同等规格内存所提供的带宽增长一倍。够使两条同等规格内存所提供的带宽增长一倍。 对于采用对于采用i865和和i875芯片组的主板来说，目前该类型主板芯片组的主板来说，目前该类型主板大都具有大都具有4个个DIMM（Double In line Memory Module，双列直双列直插存储器模块插存储器模块）插槽，每两根一组，每一组代表一个内存通道，）插槽，每两根一组，每一组代表一个内存通道，只有当两组通道上都同时安装了内存时，才能使内存工作在双只有当两组通道上都同时安装了内存时，才能使内存工作在双通道模式下。通道模式下。 安装内存必须安装内存必须对称

42、对称（A通道第通道第1个插槽搭配个插槽搭配B通道第通道第1个插个插槽，或槽，或A通道第通道第2个插槽搭配个插槽搭配B通道第通道第2个插槽）。个插槽）。 双通道内存技术双通道内存技术49双通道内存安装双通道内存安装 必须必须对称对称（A通道第通道第1个插槽搭配个插槽搭配B通道第通道第1个插槽，或个插槽，或A通道第通道第2个插槽搭配个插槽搭配B通道第通道第2个插槽）。个插槽）。 DIMM1，2，3，4-1,3 2,4 如：如：i865和和i875主板，同色的组成双通道主板，同色的组成双通道-同色槽内同色槽内 有的厂家，有的厂家， A通道通道-一种颜色一种颜色 B通道通道-另一种颜色另一种颜色双通道

43、内存技术双通道内存技术50DDR1/2/3双通道内存技术双通道内存技术51DDR1/2/3工作频率：工作频率：主要有主要有100M， 133M，167M，200MHz 等等-没变没变数据传输位宽：数据传输位宽：DDR1/2/3-2/4/8（Prefetch）DDR2：数据传输位：数据传输位4bit，同时间传递数据是，同时间传递数据是DDR的两倍，因的两倍，因此也用此也用等效频率等效频率命名，分别为命名，分别为DDR2 400 533 667 800 DDR3：工作频率不变，数据传输位宽变为：工作频率不变，数据传输位宽变为8bit，为，为DDR2两倍，两倍，因此也在同样工作频率下达到更高带宽，因

44、此用等效方式命名因此也在同样工作频率下达到更高带宽，因此用等效方式命名DDR3 800 1066 1333 1600 。DDR1/2/3：内存工作频率没有区别，只是由于传输数据位宽倍内存工作频率没有区别，只是由于传输数据位宽倍增，导致带宽的增加。增，导致带宽的增加。 双通道内存技术双通道内存技术52内存的核心频率、时钟频率和数据传输频率内存的核心频率、时钟频率和数据传输频率核心频率：核心频率：内存的内存的工作频率，工作频率，100M， 133M，167M，200MHz时钟频率：时钟频率：到了到了DDR2和和DDR3才有时钟频率的概念，就是将才有时钟频率的概念，就是将核心频率通过倍频技术得到的一

45、个频率。核心频率通过倍频技术得到的一个频率。 DDR的核心频率和时钟频率相同的核心频率和时钟频率相同 DDR2将核心频率倍频将核心频率倍频2倍，时钟频率是核心频率的倍，时钟频率是核心频率的2倍倍 DDR3时钟频率是核心频率的时钟频率是核心频率的4倍倍数据传输频率数据传输频率（等效频率）：等效频率）： DDR2 400 533 667 800 DDR3 800 1066 1333 1600双通道内存技术双通道内存技术53外频外频（CPUCPU主板）主板）FSBFSB （CPUCPU内存）内存）内存频率内存频率 双通道内存技术双通道内存技术CPU内内 存存主主 板板FSB外外频频外外频频54 P4

46、：133MHZ外频外频（内存主板）（内存主板） 533MHZ FSB （CPU内存）内存） 266MHZ内存频率内存频率（DDR266）。 内存拖了内存拖了CPU的后腿的后腿双通道内存双通道内存 。 两条内存使用两条通道一起工作，一起提供数据，等于两条内存使用两条通道一起工作，一起提供数据，等于速度又增加一倍，两条速度又增加一倍，两条DDR266就有就有2662=533的速度，刚好的速度，刚好是是P4 CPU的前端总线速度，没有拖后腿的问题。的前端总线速度，没有拖后腿的问题。 QDR（四倍数据传输率）（四倍数据传输率） 双通道内存技术双通道内存技术55 内存条内存条 由由印刷电路板（印刷电路板

47、（PCB）和内存芯片）和内存芯片构成，采用存储器芯片构成，采用存储器芯片的多少由的多少由内存条的容量和芯片的数据位数内存条的容量和芯片的数据位数决定。决定。 比如：比如：1MB的内存条，可由的内存条，可由2个个1M4bit 的存储芯片组成。的存储芯片组成。 内存条通过金手指与主板连接内存条通过金手指与主板连接 内存条正反两面都带有金手指。金手指上的导电触片也习内存条正反两面都带有金手指。金手指上的导电触片也习惯称为惯称为引脚数或线数引脚数或线数（Pin），金手指线数必须同内存插槽的），金手指线数必须同内存插槽的插孔数一致，插孔数一致，内存插槽内存插槽的规格与金手指上的线数有关。的规格与金手指上

48、的线数有关。 第五章第五章 存储器存储器56 内存条的接口类型内存条的接口类型 SIMM（Single In line Memory Module）单列直插存储器模块单列直插存储器模块 30线、线、72线线 DIMM（Double In line Memory Module）双列直插存储器模块双列直插存储器模块 168线、线、184线、线、 240线。线。早期的早期的EDO和和SDRAM内存，使用过内存，使用过SIMM和和DIMM两种插槽，但从两种插槽，但从SDRAM开始，就以开始，就以DIMM插槽为主，插槽为主，而到了而到了DDR和和DDR2时代，时代，SIMM插槽已经很少见了。插槽已经很少

49、见了。 RIMMRIMM是是Rambus公司生产的公司生产的RDRAM内存所采用的接口类型，内存所采用的接口类型，RIMM内存与内存与DIMM的外型尺寸差不多，金手指同样也是双面的。的外型尺寸差不多，金手指同样也是双面的。 第五章第五章 存储器存储器57 PC机常见内存条机常见内存条72线线SIMM内存：内存：在后期在后期486和早期的和早期的586主板上比较常用主板上比较常用 168线线DIMM内存：内存： 金手指每面金手指每面84线，两面共线，两面共168线线 特征是两个突棱，将内存插槽分为三段，特征是两个突棱，将内存插槽分为三段，SDRAM内存采内存采用，用，16M、32M、64M、12

50、8M184线线DIMM内存：内存： 特征是一个突棱，将内存插槽分为两段，特征是一个突棱，将内存插槽分为两段， DDR内存采用，内存采用，128M、256M、512M、1024M240线线DIMM内存：内存：DDR2内存采用，金手指每面有内存采用，金手指每面有120Pin。 2G第五章第五章 存储器存储器58 DDR2（Double Data Rate 2）：）： 与与DDR内存技术一样，内存技术一样，采用了在时钟的上升采用了在时钟的上升/下降延同时进行数据传输的基本方式，下降延同时进行数据传输的基本方式，但但DDR2内存却拥有内存却拥有两倍于两倍于DDR内存预读取能力（即：内存预读取能力（即：

51、4bit数数据读预取）。即据读预取）。即DDR2内存每个时钟能够以内存每个时钟能够以4倍外部总线的速度倍外部总线的速度读读/写数据，并且能够以内部控制总线写数据，并且能够以内部控制总线4倍的速度运行。倍的速度运行。 第五章第五章 存储器存储器右图：三星推出右图：三星推出的的2GB DDR2内内存条（存条（240Pin）59第五章第五章 存储器存储器60第五章第五章 存储器存储器612、SRAM （Static RAM） SRAM是由静态是由静态MOS管构成，它的体积大、集成度比管构成，它的体积大、集成度比DRAM低、容量小（单片为低、容量小（单片为512Kbits到到512KB）和价格高。）和

52、价格高。 SRAM的速度远高于的速度远高于DRAM，目前可达几个，目前可达几个ns，因此它被，因此它被用来构成主板的系统用来构成主板的系统高速缓冲存储器，高速缓冲存储器，以解决以解决低速主存与高速低速主存与高速CPU不匹配的瓶颈不匹配的瓶颈问题。问题。 在在CMOS Setup中设置系统中设置系统Cache586主板，一般都装有主板，一般都装有512 KB的的SRAM存储器芯片构成的存储器芯片构成的Cache 高速缓存技术也用于图形加速卡、硬盘、光驱、扫描仪和高速缓存技术也用于图形加速卡、硬盘、光驱、扫描仪和数码相机等高速设备。数码相机等高速设备。 第五章第五章 存储器存储器62第五章第五章

53、存储器存储器5.3 5.3 存储器的组织及其与存储器的组织及其与CPUCPU的连接的连接时序匹配：读写关系已确定，时序定时序匹配：读写关系已确定，时序定线路正确线路正确存贮器组织存贮器组织字长扩展字长扩展字数扩展字数扩展地址线地址线数据线数据线片选信号线片选信号线读写控制线读写控制线与与CPUCPU连接连接存储器存储器 CPU地址线地址线地址线地址线数据线数据线数据线数据线MREQCSWRWE63第五章第五章 存储器存储器例例1 1：用用1K1K4 4的的21142114组成组成1K1K8 8的存储器，并与的存储器，并与CPUCPU连接连接, ,并写并写出每片芯片的地址范围。出每片芯片的地址范

54、围。分析：分析：地址范围：地址范围：0，1片：片： 00000000001111111111 0000H03FFH A09WRCPUD03D470(1K4)1 (1K4)D03D47A09WEMREQCS64第五章第五章 存储器存储器例例2 2：用用1K1K4 4的的21142114组成组成8K8K8 8的存储器，并与的存储器，并与CPUCPU连接，并写连接，并写出每片芯片的地址范围。出每片芯片的地址范围。 A09WRCPUD03D47A1012D03D47A09WE10MREQCS01514CS7000000111111。地址范围：地址范围：8K8K，1313位位 0,1片：片：000 00

55、00000000000 1111111111 0000H03FFH 2,3片：片：001 0000000000001 1111111111 0400H07FFH4,5片：片： 010 0000000000010 1111111111 0800H0BFFH6,7片：片： 011 0000000000011 1111111111 0C00H0FFFH A09WRCPUD03D47A1012D03D47A09WE10MREQCS01514CS7000000111111。66第五章第五章 存储器存储器5.4 5.4 提高存贮器性能的技术提高存贮器性能的技术一、双端口存储器一、双端口存储器 二、主存多体

56、交叉存取方式二、主存多体交叉存取方式三、高速缓冲存贮器三、高速缓冲存贮器CacheCache四、虚拟存贮器（四、虚拟存贮器（Virtual MemoryVirtual Memory）67第五章第五章 存储器存储器5.5 5.5 提高存贮器性能的技术提高存贮器性能的技术一、双端口存储器一、双端口存储器 68第五章第五章 存储器存储器二、二、主存多体交叉存取方式主存多体交叉存取方式 思想：思想：将一个大容量的将一个大容量的主存分成多个容量相同的主存分成多个容量相同的个体，每个个体相互独立，个体，每个个体相互独立，交叉编址，每个个体有自交叉编址，每个个体有自己的地址寄存器，数据寄己的地址寄存器，数据

57、寄存器，读写电路等，这样存器，读写电路等，这样每个个体都可与每个个体都可与CPUCPU交换交换信息。信息。这样，这样，CPUCPU可在一个存取可在一个存取周期内分时访问每个个体周期内分时访问每个个体“相关相关” ”问题问题 69第五章第五章 存储器存储器三、高速三、高速缓冲存贮器缓冲存贮器CacheCache. .问题的提出问题的提出 目的：提高内存速度，解决内存与目的：提高内存速度，解决内存与CPUCPU速度不匹配的问题。速度不匹配的问题。CPU内内存存Cache70第五章第五章 存储器存储器2.Cache2.Cache的理论基础的理论基础-程序的局部性程序的局部性原理原理 时间上的局部性时

58、间上的局部性 如果某一地址空间的程序被访问，则近期它可能还会被如果某一地址空间的程序被访问，则近期它可能还会被再次访问。再次访问。如：循环结构的程序如：循环结构的程序 空间上的局部性空间上的局部性 如果某一地址空间的程序被访问，则它附近的程序有可如果某一地址空间的程序被访问，则它附近的程序有可能被访问，能被访问，如：顺序结构程序如：顺序结构程序 71第五章第五章 存储器存储器3.3.工作原理工作原理 容量容量 太大：太大：从内存与从内存与CacheCache交换的信息量大，影响交换的信息量大，影响CPUCPU效率且效率且硬件线路复杂硬件线路复杂, ,太小：太小：命中率低命中率低 命中率：命中率

59、：CPUCPU在在CacheCache中取到的有效信息的次数与访问中取到的有效信息的次数与访问CacheCache的总次数的比率。的总次数的比率。 N NC C+N+Nm m为为CPUCPU访存总次数访存总次数 N NC C、N Nm m为在为在CacheCache、主存中命中的次数、主存中命中的次数NmNcNch72第五章第五章 存储器存储器Cache/主存系统的平均访问时间主存系统的平均访问时间Ta ： Tc命中时的命中时的Cache访问时间访问时间 Tm 未命中时的主存访问时间未命中时的主存访问时间 1-h未命中率未命中率 访问效率访问效率 e： r=Tm/Tc 主存慢于主存慢于Cach

60、e的倍率的倍率 h)Tm-(1TchTah)r-(1h1h)Tm-(1hTcTcTaTce73第五章第五章 存储器存储器例：例：0909年真题单选题年真题单选题212121. 21. 假设某计算机的存储系统由假设某计算机的存储系统由CacheCache和主存组成，和主存组成，某程序执行过程中访存某程序执行过程中访存10001000次，其中访问次，其中访问CacheCache缺缺失（未命中）失（未命中）5050次，则次，则CacheCache的命中率是：的命中率是：A.5% B.9.5% C.50% D.95%A.5% B.9.5% C.50% D.95%答案：答案： D D74第五章第五章 存