微型计算机系统原理（第五版）周明德 周明德微机原理及应用06.ppt

第 6 章主 存 储 器 计算机系统对存储器的要求是容量要大、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(KB)，其工作速度几乎与CPU相当。 主存储器（内存条）容量较大，目前一般为128MB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。 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RAM(Random Access Memory)又称为随机存取存储器, 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。 只读存储器ROM(Read Only Memory),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。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（Static)RAM(用SRAM表示)和动态(Dynamic)RAM(用DRAM表示)两种。 (1) 静态RAM的特点 ① 用由6管构成的触发器作为基本存储电路； ② 集成度高于双极型但低于动态RAM； ③ 不需要刷新，故可省去刷新电路； ④ 功耗比双极型的低，但比动态RAM高； ⑤ 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)。 ⑥ 存取速度较动态RAM快。 (2) 动态RAM的特点 ① 基本存储电路用单管线路组成(靠电容存储电荷)； ② 集成度高； ③ 比静态RAM的功耗更低； ④ 价格比静态便宜； ⑤ 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 掩模ROM 2. 可编程序的只读存储器PROM 可擦去的可编程只读存储器EPROM 电擦去的可编程只读存储器EEPROM 5. 新一代可编程只读存储器FLASH存储器 6.2 读写存储器（RAM）6.2.1 基本存储电路 基本存储电路用来存储一位二进制信息： “0”或“1”。 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6-3(a)所示。 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6-3(b)所示的六管基本存储电路。 存储元的选中过程： 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。 存储元的写入过程： 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)。