存储器是计算机的一个重要组成部分,是计算机存放程序和数据的部件,是表征计算机具有记忆能力的部件。对存储器的要求是:存储容量大,存储速度快,体积小,成本低。存储容量越大,记忆的信息越多,计算机功能越强。计算机中的操作大量是与存储器交换信息,由于存储器的工作速度与CPU的速度相比,总是低1~2个数量级,所以存储器的工作速度是影响计算机速度的主要原因。计算机的存储器就是在争取扩大容量,提高速度,缩小体积,降低成本过程中发展起来的,为了解决这些矛盾,对存储元件和存储器结构不断地进行研究和改进,从磁芯存储器发展到半导体存储器。在结构上,将存储器分为内存和外存,甚至在内存中又设置了高速缓冲存储器,直接于CPU交换信息,而把大量的数据放在外存储器,把将要用到的程序和数据放到内存储器和高速缓存器,旧可提高整个计算机的速度。
70年代之前主要采用磁芯存储器,自70年代初以来,半导体存储器发展迅速,大概每2到3年,每片的存储容量旧增加4倍,而功耗和成本并没有提高,现在1Mx1位的存储器片已商品化,并研制出10Mx1位的存储器片,存储器存储速度也从几百纳秒将到几十纳秒。当前微型计算机几乎全部采用半导体存储器。
第一节 概述
本节概述:
本节内容:
一、外存
二、内存
三、缓存
§5.1.1 外存
1. 软盘(Floppy Disk) 盘片与驱动器分离。软盘驱动器(Floppy Disk Drive)FDD.
2. 硬盘 (Fixed Disk/Hard Disk) 盘片与驱动器一体,HDD。
3. 光盘(Optical Disc) 盘片与驱动器分离。
4. 磁带 顺序访问,用于数据库备份。
第二节 半导体存储器的分类
本节概述:
按存储信息功能分:
RAM:又称读写存储器,其存储单元的内容既可以读出,也可以写入。
ROM:一般情况下,其存储单元的内容只能读出,不能写入。向其存储单 元写入内容需要附加条件(加特殊时序和幅值的信号)。
本节内容:
一、 RAM的种类
二、 ROM的种类
三、 存储器芯片
§5.2.1 RAM的种类
按制造工艺分:
按工作方式分:
SRAM:以MOS触发器作为基本存储电路,触发器的两个状态表示信息1和0。只要电源不掉电,其存储的信息不会被丢失。
DRAM:以一个晶体管及一个电容器存储信息,当电容器上带电荷时,表示信息1,不带电荷时,表示信息0.即使电源不掉电,电容器上所带电荷会逐步放电,使信息消失。为了保证其信息不消失,每隔一定时间,需要向电容器充电,这一过程称为"刷新",又附加的刷新电路完成。
准静态RAM:基本存储单元是DRAM,但内部自带刷新电路,可以自刷新。从外部看起来是静态RAM。
§5.2.2 ROM的种类
掩膜ROM:半导体厂按需要存放的信息制造ROM,制造好后其信息不可 再改变。适用于批量生产固定数据和程序的存储器。
PROM:出厂时未写入任何信息,用户可以按自己的需要,使用专门设备(称 "编程器", 编程器产生写入所需的特殊时序和幅值信号)编程写入信息。但只能写入一次,一旦写入就不能再变(重新写入)。适合OEM(原始设备制造)。
EPROM:出厂时未写入任何信息,用户可以按自己的需要使用"编程器" 写入信息,也可以使用紫外线照射,将其中的信息擦除,再用"编 程器"写入新的信息。
EEPROM(E2PROM):与EPROM类似,出厂时未写入任何信息,可以反 复使用。用编程器写入,用编程器擦除。
§5.2.3 存储器芯片
1、存储器芯片的规格
在微机中,内存用半导体存储器件构成。半导体存储器件的一个基本存储电路对应一个二进制数位。
1Kb×1: 输入/输出一位二进制,共有1024×1=1024个基本存储电路。
4Kb×1: 输入/输出一位二进制,共有4096×1=4096个基本存储电路。
1Kb×4: 输入/输出四位二进制,共有1024×4=4096个基本存储电路。
16Mb×1:输入/输出一位二进制,共有16×1024×1024×1=16777216个基本存储电路。
注意:计算机内存以KB或MB为单位,B=Byte(大写字母B)。 内存芯片的规格中的Kb、Mb,b=bit(小写字母b)。
2、 1K×1内存芯片的外部引脚及内部结构
1K×1内存芯片输出/输出一位二进制数据,有一根数据线(D)。内部有1024×1=1024个基本存储电路,存放1024位二进制数,需要10根地址线(210=1024)A9~A0,另有读写控制线R/W,片选信号线CE。
读操作:当片选信号线R/W有效,CE=1,地址线A9~A0输入选择某基本存储电路,则该芯片在数据线D上输出该基本存储电路的数据。
写操作:当片选信号线R/W有效,CE=0,地址线A9~A0输入选择某基本存储电路,CPU在数据线D上输出数据,则该芯片把数据线D上的数据存入该基本存储电路。
当片选信号线CE无效,该芯片数据线D处于高阻状态,既不输出数据,也不输入数据。
该芯片内部的1024个基本存储电路按32×32矩阵方式排列,称为"存储矩阵"。5个地址信号A4~A0经"行选择"译码产生32个"行选择线"(25=32)选择存储矩阵的某行,5个地址信号A9~A5经"列选择"译码产生32个"列选择线"选择存储矩阵的某列。
3、 用1K×1芯片构成1K内存
CPU访问内存的最小单位是字节(八位二进制数)。用8片1K×1芯片可构成1KB内存,每片输出一位数据,8片的地址线A9~A0、片选信号线、读写控制线分别联在一起,CPU同时访问这8个芯片的同一个基本存储电路,则可读写1字节。
4、 用1K×1芯片构成4K内存
可用上述1K内存作为一组,用四组构成4K。 4K内存需12根地址线(212=4096),A9~A0用于选择一组中的一字节,A11~A10经译码选择组。 四组的数据线联在一起,只有译码选中的组才输入/输出数据。
在该图中,每组内存由8个1K×1芯片构成,地址线A9~A0选择一组内8个芯片的同一位,因此,A9~A0称为"位线"。
一组内存输出一字节的所有8位数据,地址线A11~A10选组(字节),因此,A11~A10称为"字线"。
这里,"组"又称为"体(BANK)"。