第5章半导体存储器第5章半导体存储器 了解存储器工作原理 掌握静态和动态RAM芯片的结构、工作原理及其典型产品 掌握ROM芯片的结构、工作原理及其典型产品 了解EPROM,EEPROM的工作原理 掌握半导体存储器与CPU的连接方法 掌握存储器的扩展技术本章要点5.1概述存储器是具有存储功能的部件,是计算机的重要组成部分，有了它，计算机就具有存储功能，实现程序和数据等信息的存储和调用,保证计算机自动高速连续的运行,执行各种运算。存储器的种类很多，按其用途可分为主存储器和辅助存储器。计算机运行过程中，CPU的大部分工作时间都是用来对存...
第5章半导体存储器 了解存储器工作原理 掌握静态和动态RAM芯片的结构、工作原理及其典型产品 掌握ROM芯片的结构、工作原理及其典型产品 了解EPROM,EEPROM的工作原理 掌握半导体存储器与CPU的连接方法 掌握存储器的扩展技术本章要点5.1概述存储器是具有存储功能的部件,是计算机的重要组成部分，有了它，计算机就具有存储功能，实现程序和数据等信息的存储和调用,保证计算机自动高速连续的运行,执行各种运算。存储器的种类很多，按其用途可分为主存储器和辅助存储器。计算机运行过程中，CPU的大部分工作时间都是用来对存储器进行读/写操作，随着CPU运行速度的不断提高和计算机应用范围的不断扩大,人们希望存储器具有速度快,容量大,价格低等特点，但实际上很难同时满足这些要求，因此在设计计算机的存储系统时，尽量在高速度，大容量和低成本之间平衡。5.1.1半导体存储器的技术指标1.存储容量存储容量是指存储器所能存储二进制数码信息的数量，即所含存储位信息的总数,常用“存储单元个数×每个存储单元的位数”来表示，它反映存储空间的大小。例如对于一个存储字长为8位的存储器芯片，它的地址寄存器为11位，则存储总位数为2K×8位，用字节表示为2KB。通常存储器的容量越大，计算机的运行速度越快。2.存取时间存取时间是指存储器从接收来自于CPU的读或写命令到完成所接受到的命令操作所需要的时间，包括读出时间和写入时间,它是反映存储器工作速度快慢的一个重要指标。读出时间是指从CPU向存储器发出有效地址和读操作命令开始，到被选择存储单元的内容读出到数据缓冲寄存器所需要的时间；写入时间是指从CPU向存储器发出有效地址和写操作命令开始，到信息写入到被选中存储单元所需要的时间。内存的存储时间常用纳秒(ns)计数，存储时间一般为几十纳秒到几百纳秒。通常存储时间越短，计算机运行速度越快。3.存取周期存取周期是指连续启动两次独立的存储器读或写操作所需要的最小间隔时间。存储器在读出数据之后还要用一段延迟时间来完成内部操作，这一时间又称为恢复时间，读出时间加上恢复时间才是读周期，故存取周期必定大于存取时间，存取时间和存取周期是两个不同的概念。4.可靠性 可靠性指存储器对环境温度与电磁场等外在工作条件的抗干扰能力，用平均无故障时间来衡量。平均无故障时间越长，可靠性越高。一般微型计算机内存都具有较高的可靠性，平均无故障时间可以达到几千小时以上。5.功耗功耗是指每个存储单元消耗功率的大小。使用功耗低的存储器芯片构成存储器系统，不但可以减少对电源容量的要求，还可以提高存储器系统的可靠性。6.性能/价格比性能/价格比是衡量存储器经济性能好坏的综合指标。性能主要包括存储容量、存储速度和可靠性等；价格包括存储单元本身和外围电路的价格。对不同用途的存储器有不同的性能/价格比要求，例如，对高速缓冲存储器主要要求存储速度快；对辅助存储器主要要求存储容量大，价格便宜。7.其他指标存储器的体积大小、工作温度范围等也是人们所关注的性能指标。5.1.2存储器的分类1.按照其位于主机内还是主机外，计算机存储器可分为内部存储器和外部存储器两大类。2.按照使用存储介质不同，计算机存储器可分为半导体存储器、磁表面存储器(如磁盘存储器与磁带存储器)、光介质存储器等。半导体存储器一般分类方法：1.按存储器的制造工艺分类，半导体存储器可以分为双极型半导体存储器和金属-氧化物-半导体存储器两类。2.按信息存取方式分类，半导体存储器可以分为随机存取存储器（RAM，RandomAccessMemory）和只读存储器(ROM,ReadOnlyMemory）两大类。随机存取存储器（RAM）是指那些CPU既可以从中读取数据，也可以将数据写入其中的存储器，又被称为读/写存储器。当计算机系统掉电时，存储于其中的信息就会全部丢失。成本低、功耗少、速度快。根据RAM存储器存储信息的工作原理，可将RAM可分为静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）两大类。只读存储器(ROM)是指那些CPU只能从中读取数据，而不能将数据重新写入其中的存储器，当计算机系统掉电后，存储于其中的信息保留不变。 另外：Flash是近年来得到迅速发展的一种新型快速擦除和重新编程写入的非易矢性存储器，擦除和重新写入方便，存储容量大，有取代其他类型ROM的趋势。5.1.3存储器系统结构在计算机发展早期，CPU运行速度慢，寻址范围较小，一种存储器与它配合使用已经足够，随着计算机技术的发展，CPU运行速度提高和寻址范围的扩大，对存储器的速度和容量的要求越来越高。通常速度越快的存储器，它们的容量相对较小，价格也越高，于是出现了将两种或两种以上的速度、容量和价格各不相同的存储器芯片用硬件、软件或软硬件相结合的方法连接起来构成存储器系统，满足CPU运行的需要。程序的大部分指令都是按顺序连续存放在存储器系统中，程序在运行时，CPU将集中访问与当前被执行指令存放地址相邻的存储空间，也就是说与当前被执行的指令越近的指令，被CPU访问的概率越高；CPU在处理数据时，虽然CPU可以对存储器系统中任意一地址空间进行访问，但统计也表明，对存储器系统的访问也相对集中在与当前被处理数据相邻的一段地址范围内，这些现象又称为程序的局部性原理。根据CPU运行的这一特点，一个由多种运行速度存储器芯片组成的存储器系统已成为现代计算机系统的典型存储结构，使用价格便宜，存储容量大而运行速度相对较慢的存取器芯片存储指令和数据，使用运行速度快而存储容量相对较小存储器芯片存放那些CPU运行时需要用到的指令和数据，使得CPU只针对那些运行速度快、存储容量相对较小的存储器芯片进行操作。这样整个计算机系统的运行速度接近速度快的存储器，存储容量接近容量大的存储器。通常依据存储器芯片运行速度的快慢将计算机存储器系统分为四级：内部寄存器组、高速缓冲存储器、内存储器、外存储器。1.内部寄存器组内部寄存器组是一种制作在CPU内部的存储器,CPU在对寄存器进行读写时速度都很快,一般在一个时钟周期内即可完成,但由于受芯片面积和集成度等因素的限制、寄存器的数量非常有限,所以它们一般用于存放当前正要执行的程序、待使用的数据和运算的中间结果。2.高速缓冲存储器高速缓冲存储器与CPU一样都是由半导体材料制成，它的运行速度与CPU相匹配，目前容量可达几百KB，通常用来存放CPU用得最频繁的程序和数据。设置高速缓冲存储器是提高CPU运行效率的主要方法。3.内存储器由于CPU在运行时，首先是对高速缓冲存储器进行寻址，只有当所访问的指令和数据不在高速缓冲存储器中时才访问运行速度相对较慢的内存储器，并将所访问的内容和存储单元的地址以块为单位从内存储器复制到高速缓冲存储器中。目前，内存储器的容量一般都在一百兆字节以上，主要用来存储CPU运行的程序和数据。4.外存储器外存储器是指相对于内存储器而言，具有大得多的容量，而运行速度也慢得多的一类存储器，如磁带、软盘、硬盘、光盘等。
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