【精品】微型计算机系统原理及应用第6章主存储器道

【精品】微型计算机系统原理及应用第6章主存储器道 第 6 章主 存 储 器 本章讲述:6.1 半导体存储器的分类6.2 读写存储器(RAM)6.3 现代RAM6.4 只读存储器(ROM) 存储器是信息存放的载体，是计算机系统的重要组成部分。有了存储器计算机才有记忆功能，才能把要计算和处理的数据以及程序存入计算机，使计算机能够脱离人的直接干预，自动地工作。 显然，存储器的容量越大，存放的信息就越多，计算机系统的功能也就越强。在计算机中，大量的操作是CPU与存储器交换信息。但是，存储器的工作速度相对于CPU总是要低1至2个数量级。因此，存储器的工作速度又是影响计算机系统数据处理速度的主要因素。 计算机系统对存储器的 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 是容量要大、存取速度要快，但容量大、速度快与成本低是矛盾的，容量大、速度快必然使成本增加。为了使容量、速度与成本适当折衷，现代计算机系统都是采用多级存储体系结构: 主存储器内存储器、辅助外存储器以及网络存储器，如图6-1所示。 越靠近CPU的存储器速度越快存取时间短而容量也越小。为了使主存储器的速度能与CPU的速度匹配，目前在CPU与主存储器之间还有一层称为高速缓冲存储器Cache。 Cache容量较小，目前一般为几百千字节 相当。 主存储器(内存条)容量较大，目前一般为128MBKB，其工作速度几乎与CPU 或256MB，工作速度比Cache慢。但目前所用的SDRAM、DDR SDRAM和RDRAM性能已有了极大的提高。 外存储器容量大，目前一般为几十吉字节GB，但工作速度慢。 这种多级存储器体系结构，较好地解决了存储容量要大，速度要快而成本又比较合理的矛盾。 前两种存储器也称为内存储器，目前主要采用的是半导体存储器。随着大规模集成电路技术的发展，半导体存储器的集成度大大提高，体积急剧减小，成本迅速降低。 外部存储器，目前主要是磁介质存储器，其容量迅速提高，现在的主流是几十GB的硬盘;其速度提高很快，成本也急剧下降，使磁介质存储器成为微型计算机的主流外存储器。另外，移动硬盘、只读光盘、可擦除的光盘也迅速发展。 6.1 半导体存储器的分类 半导体存储器从使用功能上划分，可分为两类:读写存储器RAMRandom Access Memory又称为随机存取存储器;只读存储器ROMRead OnlyMemory。RAM主要用来存放各种现场的输入输出数据、中间计算结果、与外存交换的信息以及作为堆栈使用。它的存储单元的内容按照需要既可以读出，也可以写入或改写。而ROM的信息在使用时是不能改变的，也就是不可写入的，它只能读出，故一般用来存放固定的程序，如微型计算机的管理、监控程序，汇编程序等，以及存放各种常数、函数表等。 半导体存储器的分类，可用图6-2来表示。 6.1.1 RAM的种类 在RAM中，又可以分为双极型Bipolar和 MOS RAM两大类。1. 双极型RAM的特点 存取速度高; 集成度较低与MOS相比; 功 耗大; 成本高。 所以，双极型RAM主要用在速度要求较高的 微型计算机中或作为Cache。2. MOS RAM 用MOS器件构成的RAM，又可分为静态 (StaticRAM用SRAM表示和动态 DynamicRAM用DRAM表示两种。1 静态RAM的特点 ? 用由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。2 动态RAM的特点 ? 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 存在有泄漏电流，故要求刷新再生。典型的是要求每隔1ms刷新一遍。 6.1.2 ROM的种类1. 掩模ROM 早期的ROM由半导体厂商按照某种固定线路制造的， 制造好以后就只能读不能改变。这种ROM适用于批量生 产的产品中，成本较低，但不适用于研究工作。2. 可编程序的只读存储器PROMProgrammable ROM 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，目前已不常用。3. 可擦去的可编程只读存?鱁PROMErasable PROM 为了适应科研工作的需要，希望ROM能根据需要写， 也希望能把已经写上去的内容擦去，然后再写，且能改 写多次，于是就生产了这种EPROM。 只读存储器电路比RAM电路简单，故集成度更高，成本更低。而且有一重大优点就是当电源去掉以后，它的信息是不丢失的。所以，在计算机中尽可能地把一些管理、监控程序Monitor ，操作系统的基本输入输出程序BIOS，汇编程序，以及各种典型的程序如调试、诊断程序等放在ROM中。 随着应用的发展，ROM也在不断发展，目前常用的还有电可擦除的可编程ROM以及新一代可擦除ROM如闪 RAM) 6.2.1 基本存储电路 基本存储电路是组成烁存储器等。 6.2 读写存储器( 存储器的基础和核 心，它用来存储一位二进制信息: “0”或 “1”。在MOS存储器中，基本存储电路分 为静态存储电路和动态存储电路两大类。1. 六管静态存储电路 静态存储电路是由两个增强型的NMOS 反相器交叉耦合而成的触发器，如图6-3a 所示。 其中T1、T2为控制管，T3、T4为负载管。这个电路具有两个不同的稳定状态: A“1”高电平，它使T2开启，于是B“0”低电平而B“0”又保证了T1截止。若T1截止则 所以，这种状态是稳定的。同样，T1导电，T2截止的状态也是互相保证而稳定的。因此，可以用这两种不同状态分别表示“1”或“0”。 当把触发器作为存储电路时，就要能控制是否被选中。这样，就形成了图6-3b所示的六管基本存储电路。 当X的译码输出线为高电平时，则T5、T6管导通，A、B端就与位线D0和D0相连;当这个电路被选中时，相应的Y译码输出也是高电平，故T7、T8管它们是一列公用的也是导通的，于是D0和D0这是存储器内部的位线就与输入输出电路I/O及I/O这是指存储器外部的数据线相通。 当写入时，写入信号自I/O和I/O线输入，如要写“1”则I/O线为“1”，而I/O线为“0”。它们通过T7、T8管以及T5、T6管分别与A端和B端相连，使A“1”，B“0”，就强迫T2管导通，T1管截止，相当于把输入电荷存储于T1和T2管的栅极。当输入信号以及地址选择信号消失后，T5、T6、T7、T8都截止，由于存储单元有电源和两负载管，可以不断地向栅极补充电荷，所以靠两个反相器的交叉控制，只要不掉电就能保持写入的信号“1”，而不用再生刷新。若要写入“0”，则I/O线为“0”，而I/O线为“1”，使T1导通，而T2截止，同样写入的“0”信号也可以保持住，一直到写入新的信号为止。 在读出时，只要某一电路被选中，相应的T5、T6导通，A点和B点与位线D0和D0相通，且T7、T8也导通，故存储电路的信号被送至I/O与I/O线上。读出时可以把I/O与I/O线接到一个差动放大器，由其电流方向即可判定存储单元的信息是“1”还是“0”;也可以只有一个输出端接到外部，以其有无电流通过而判定所存储的信息。这种存储电路，它的读出是非破坏性的，即信息在读出后仍保留在存储电路内。