第3章 存儲器技術(shù)

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1、本章教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：本章教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：存儲器存儲器的分類方法的分類方法、存儲器系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)。、存儲器系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)。存儲器讀寫、存儲器讀寫、RAMRAM和和ROMROM的基本結(jié)構(gòu)、存儲器的基本結(jié)構(gòu)、存儲器尋址方及存儲器與微處理器的連接技術(shù)。尋址方及存儲器與微處理器的連接技術(shù)。存儲器管理、閃速存儲器、高速緩沖存儲器存儲器管理、閃速存儲器、高速緩沖存儲器等新型存儲器技術(shù)。等新型存儲器技術(shù)。硬盤、光盤及其驅(qū)動器等外存。硬盤、光盤及其驅(qū)動器等外存。第第3章章 存儲器技術(shù)存儲器技術(shù)3 3.1 .1 存儲器概述存儲器概述 微機(jī)系微機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)必必須須配配備備一定容量的存一定容量的存儲儲器，存器，存儲儲器主

2、要用器主要用于存放微機(jī)系于存放微機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)工作工作時時所必需的程序和數(shù)據(jù)所必需的程序和數(shù)據(jù)。內(nèi)存：內(nèi)存：主要用于主要用于暫暫存當(dāng)前正在（將要）存當(dāng)前正在（將要）執(zhí)執(zhí)行的程序行的程序,由半由半導(dǎo)導(dǎo)體存體存儲儲器材料構(gòu)成，能器材料構(gòu)成，能夠夠通通過總線過總線與與CPUCPU直接直接訪問訪問。外存：外存：只存放相只存放相對對來來說說不不經(jīng)經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)和程序，外常使用的數(shù)據(jù)和程序，外存中的數(shù)據(jù)存中的數(shù)據(jù)須須先先調(diào)調(diào)入內(nèi)存，才與入內(nèi)存，才與CPUCPU直接交直接交換換數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)。外存和內(nèi)存的比較外存和內(nèi)存的比較：1 1）CPUCPU直接在內(nèi)存中存取處理的程序和數(shù)據(jù)。直接在內(nèi)存中存取處理的程序和數(shù)據(jù)。2

3、2）外存中的信息須批量調(diào)入內(nèi)存后）外存中的信息須批量調(diào)入內(nèi)存后,方可被方可被CPUCPU調(diào)用。調(diào)用。3 3）內(nèi)存容量小、存取速度快、易失性）內(nèi)存容量小、存取速度快、易失性4 4）外存容量大、存取速度慢、非易失性）外存容量大、存取速度慢、非易失性1.1.按存按存儲儲器與器與CPUCPU的位置關(guān)系分的位置關(guān)系分為為：（1）外存外存：常用的硬：常用的硬盤盤、U U盤盤、光、光盤盤、磁、磁帶帶等等設(shè)備設(shè)備以以及它及它們們的的驅(qū)動驅(qū)動器一般稱器一般稱為為外存外存儲儲器，也稱器，也稱外部外部設(shè)備設(shè)備。（2）內(nèi)存內(nèi)存：用于：用于暫暫存當(dāng)前存當(dāng)前正在（將要）正在（將要）執(zhí)執(zhí)行的程序。行的程序。也稱也稱為為主存

4、，一般插在主板上，主存，一般插在主板上，CPUCPU能能夠夠通通過過總線總線直接直接訪問訪問，存取速度快但容量，存取速度快但容量較較小。小。512MB，2GB。容量由容量由CPU的的AB限制限制80GB、160GB（3）Cache，用來存放當(dāng)前最可能頻繁使用的程序，用來存放當(dāng)前最可能頻繁使用的程序和數(shù)據(jù)，在信息交換的過程中起緩沖作用，容量小和數(shù)據(jù)，在信息交換的過程中起緩沖作用，容量小于內(nèi)存。于內(nèi)存。CPUCacheRAM外存外存內(nèi)存內(nèi)存2.2.按存儲器在計(jì)算機(jī)中的存取方式分類：按存儲器在計(jì)算機(jī)中的存取方式分類：（1 1）隨機(jī)存取存儲器）隨機(jī)存取存儲器RAMRAM（Random Access M

5、emoryRandom Access Memory）可隨機(jī)地從任意位置進(jìn)行信息的存取，所用的存取時可隨機(jī)地從任意位置進(jìn)行信息的存取，所用的存取時間都相同，與存儲單元的地址無關(guān)，如半導(dǎo)體、磁芯間都相同，與存儲單元的地址無關(guān)，如半導(dǎo)體、磁芯隨機(jī)存儲器。隨機(jī)存儲器。從給出命令時磁鼓從給出命令時磁鼓所在的單元開始所在的單元開始（2）順序存取存儲器）順序存取存儲器SAMSAM（Sequential Access Sequential Access MemoryMemory）只能）只能以某種預(yù)先確定的以某種預(yù)先確定的順序來讀寫順序來讀寫存儲單元，存儲單元，存取時間與存儲單元的物理位置有關(guān)。如，磁帶存儲存取

6、時間與存儲單元的物理位置有關(guān)。如，磁帶存儲器。器。（3）半順序存取存儲器（磁盤存儲器）。）半順序存取存儲器（磁盤存儲器）。3.3.按存儲介質(zhì)方式分類：按存儲介質(zhì)方式分類：（1）半導(dǎo)體存儲器半導(dǎo)體存儲器：內(nèi)存內(nèi)存（2）磁存儲器）磁存儲器：（3）光存儲器）光存儲器：1 1按存取信息的功能分按存取信息的功能分為為：RAMRAM：主要構(gòu)成內(nèi)存，：主要構(gòu)成內(nèi)存，RAMRAM又可分又可分為為SRAMSRAM和和DRAMDRAM。ROMROM：主要用于：主要用于存放存放BIOSBIOS程序。程序。2 2按材料和制造工按材料和制造工藝藝分分為為：雙極型：存取速度最快，雙極型：存取速度最快，和和CPUCPU的工

7、作速度基本相匹配。的工作速度基本相匹配。但功耗大，容量小，價(jià)格高。但功耗大，容量小，價(jià)格高。MOS MOS型：存取速度型：存取速度較較慢，慢，功耗小、容量大、價(jià)格低。功耗小、容量大、價(jià)格低。在非磁性金屬或塑料的表面涂在非磁性金屬或塑料的表面涂一一層層磁性材料，如磁磁性材料，如磁盤盤、磁、磁帶帶、磁卡。磁卡。用激光技用激光技術(shù)術(shù)控制控制訪問訪問的存的存儲儲器，利器，利用光學(xué)原理來用光學(xué)原理來讀讀寫信息的，如寫信息的，如CD-CD-ROMROM、可、可讀讀寫的光寫的光盤盤等。等。3.1.2 3.1.2 存儲器的主要性能指標(biāo)存儲器的主要性能指標(biāo)1.1.存儲容量存儲容量 通常用該內(nèi)存儲器所能尋址的單元

8、個數(shù)及每個單元通常用該內(nèi)存儲器所能尋址的單元個數(shù)及每個單元能夠存取的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)來表示，能夠存取的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)來表示，即：存儲容量即：存儲容量=基本單元個數(shù)基本單元個數(shù)位數(shù)（位數(shù)（b b）=M=MN=1KN=1K8 8位位 內(nèi)存最大容量：由內(nèi)存最大容量：由ABAB決定。決定。內(nèi)存的實(shí)際容量：小于最大容量內(nèi)存的實(shí)際容量：小于最大容量0000到到FFFF的單元個數(shù)為的單元個數(shù)為64KB8bit物理存儲器物理存儲器存儲器地址空間存儲器地址空間ABDB2.2.速度速度 存取時間存取時間TA：內(nèi)存儲器從接收到存儲單元的地址開：內(nèi)存儲器從接收到存儲單元的地址開始，到它存入和取出數(shù)據(jù)為止所需的時間。始，

9、到它存入和取出數(shù)據(jù)為止所需的時間。通常指存取時間的上限值（最大值），稱為最大存取通常指存取時間的上限值（最大值），稱為最大存取時間。時間。存取周期存取周期TAC：兩次存儲器訪問所需的最小時間間隔。：兩次存儲器訪問所需的最小時間間隔。3.3.功耗功耗，半導(dǎo)體存儲器的功耗指半導(dǎo)體存儲器的功耗指“維持功耗維持功耗”和和“操作功耗操作功耗”。4.4.可靠性，對電磁場及溫度變換的抗干擾能力，可靠性，對電磁場及溫度變換的抗干擾能力，一般用平均無故障時間一般用平均無故障時間MTBFMTBF（Main Time Between Main Time Between FailuresFailures）表示，）表示

10、，MTBFMTBF越長，可靠性越高。越長，可靠性越高。5.5.性性/價(jià)比價(jià)比待機(jī)功耗待機(jī)功耗工作功耗工作功耗3.1.3 存儲系統(tǒng)的存儲系統(tǒng)的多層次結(jié)構(gòu)多層次結(jié)構(gòu) 在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中常采用在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中常采用三級三級結(jié)構(gòu)來構(gòu)成存儲系統(tǒng)，由結(jié)構(gòu)來構(gòu)成存儲系統(tǒng)，由高速緩沖存儲器高速緩沖存儲器Cache，主存和輔存組成，如圖，主存和輔存組成，如圖。微型機(jī)系統(tǒng)的存儲器微型機(jī)系統(tǒng)的存儲器CPU內(nèi)部的寄存器組內(nèi)部的寄存器組高速緩沖存儲器高速緩沖存儲器主存儲器主存儲器(DRAM、SRAM、ROM)輔存儲器輔存儲器磁盤磁盤(軟磁盤、硬磁盤軟磁盤、硬磁盤)磁帶、光盤磁帶、光盤一級一級Cache二級二級Cache以以C

11、ache-主存和主存主存和主存-輔存的輔存的兩級層次兩級層次結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。3.2 3.2 讀寫存儲器讀寫存儲器半半導(dǎo)導(dǎo)體存體存儲儲器器按存取信息的功能分按存取信息的功能分為為：RAMRAM：存：存儲儲的信息可根據(jù)需要隨的信息可根據(jù)需要隨時讀時讀/寫，關(guān)機(jī)后寫，關(guān)機(jī)后信息信息丟丟失，主要用于存放各種失，主要用于存放各種輸輸入入/出數(shù)據(jù)、中出數(shù)據(jù)、中間間運(yùn)算運(yùn)算結(jié)結(jié)果及正在運(yùn)行程序的數(shù)據(jù)，可與外存交果及正在運(yùn)行程序的數(shù)據(jù)，可與外存交換換信息。信息。RAMRAM按采用器件可分按采用器件可分為為：雙極型和雙極型和MOSMOS型。型。按存儲原理分為：按存儲原理分為：SRAMSRAM和和DRAMDRAM 內(nèi)

12、存一般指內(nèi)存一般指RAM ROMROM：存：存儲儲的信息只能的信息只能讀讀出不能修改或?qū)懭胄碌男懦霾荒苄薷幕驅(qū)懭胄碌男畔?，關(guān)機(jī)后信息不息，關(guān)機(jī)后信息不丟丟失，主要用于存放失，主要用于存放BIOSBIOS程序。程序。ROMROM按信息的設(shè)置方式按信息的設(shè)置方式可分為：可分為：掩模式掩模式ROMROM、PROMPROM、EPROMEPROM、EEPROMEEPROM和和Flash Flash M Memoryemory。3.2.1 3.2.1 SRAM:StaticSRAM:Static RAM RAM 1.1.基本存儲電路基本存儲電路 芯片中一個芯片中一個基本存儲電路基本存儲電路能能存儲存儲1

13、1位位二進(jìn)制數(shù)，二進(jìn)制數(shù)，基本存儲電路一般由基本存儲電路一般由R-S R-S 觸發(fā)器觸發(fā)器構(gòu)成，其兩個穩(wěn)態(tài)構(gòu)成，其兩個穩(wěn)態(tài)分別表示存儲內(nèi)容為分別表示存儲內(nèi)容為“0 0”或?yàn)榛驗(yàn)椤? 1”。存儲存儲1個字節(jié)需要個字節(jié)需要8個基本存儲電路個基本存儲電路1.1.靜態(tài)讀寫存儲器靜態(tài)讀寫存儲器SRAM的的基本存儲電路基本存儲電路由由6 6個個MOSMOS管管組成的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路，如圖。組成的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路，如圖。寫寫1時，時，I/O為為1，即即A=1，B=0，T1截止截止,T2導(dǎo)通導(dǎo)通讀出時，選讀出時，選擇線擇線/行選行選中為高，中為高，A、B點(diǎn)的原來點(diǎn)的原來值被分別送值被分別送到到I/O和和I/O

14、*。A=1，T1截止截止B=0，T2導(dǎo)通導(dǎo)通寫寫0時，時，I/O為為0，即即A=0，B=1，T1導(dǎo)通導(dǎo)通,T2截止截止2.SRAM2.SRAM的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 利用利用基本存儲電路基本存儲電路排成陣列，再加上地址譯碼排成陣列，再加上地址譯碼電路和讀電路和讀/寫控制電路就可以構(gòu)成隨機(jī)存取存儲器寫控制電路就可以構(gòu)成隨機(jī)存取存儲器。一個容量為一個容量為MN的存儲器則包含的存儲器則包含MN個基本存儲電路。個基本存儲電路。如，存儲器容量為如，存儲器容量為1KB=1024B=1K8位位=32行行32列。列。AB的的n次冪次冪I/O位數(shù)位數(shù)2的的10次冪次冪B5+5 2的的5次冪次冪行行譯譯碼碼列譯碼列譯碼00

15、01101100 01 10 110000典型芯片典型芯片Intel6116Intel6116容量：容量：2K82K8位。位。SRAMSRAM，速度快，集成度低，功耗大，成本高，適用于小，速度快，集成度低，功耗大，成本高，適用于小容量存儲，如容量存儲，如CacheCache。DRAMDRAM，速度慢，集成度高，功耗小，成本低，如內(nèi)存條。，速度慢，集成度高，功耗小，成本低，如內(nèi)存條。AB：010I/O：07總結(jié)：總結(jié)：存儲器存儲器 1 1 存儲器與存儲器與CPUCPU的位置關(guān)系將存儲器分為：的位置關(guān)系將存儲器分為：2 2 存儲器在計(jì)算機(jī)中的存取方式分類：存儲器在計(jì)算機(jī)中的存取方式分類：3 3 存

16、儲器按存儲介質(zhì)方式分類：存儲器按存儲介質(zhì)方式分類：4 4 半導(dǎo)體存儲器按存取信息的功能分為：半導(dǎo)體存儲器按存取信息的功能分為：RAM RAM（SRAMSRAM和和DRAMDRAM）、）、ROMROM（PROMPROM、EPROMEPROM、EEPROMEEPROM和和FlashMFlashM）。）。5 5 半導(dǎo)體存儲器按材料分為：半導(dǎo)體存儲器按材料分為：雙極型、雙極型、MOSMOS型（型（ROMROM、DRAMDRAM及及SRAMSRAM）。）。6 6 存儲器存儲器按照和按照和CPUCPU的位置關(guān)系分為三級：的位置關(guān)系分為三級：7 7 內(nèi)存儲器的性能指標(biāo)：內(nèi)存儲器的性能指標(biāo)：8 8 SRAMS

17、RAM：M MN N，存儲，存儲1 1位的基本存儲電路由雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。位的基本存儲電路由雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。DRAMDRAM：基本存儲電路用基本存儲電路用MOSMOS管柵和源極之間的電容管柵和源極之間的電容C C來存來存慢慢/容量大容量大/功耗小，集成度高，功耗小，集成度高，價(jià)格低，如內(nèi)存價(jià)格低，如內(nèi)存快快/容量小容量小/功耗大，成本高，適用功耗大，成本高，適用于小容量存儲，如于小容量存儲，如CacheCache。RAMRAM，SAMSAM和半順序和半順序外存，內(nèi)存和外存，內(nèi)存和CacheCache半導(dǎo)體，磁性和半導(dǎo)體，磁性和光存儲器光存儲器3.2.2 3.2.2 動態(tài)讀寫存儲器動態(tài)讀寫存儲器DRA

18、MDRAM(Dynamic(Dynamic RAMRAM)1.1.基本存儲電路基本存儲電路DRAMDRAM存儲信息的基本電路采用存儲信息的基本電路采用單管電路、三管電路和四單管電路、三管電路和四管電路管電路。圖圖3-5 3-5 單管動態(tài)基本存儲電路單管動態(tài)基本存儲電路刷新放大器列選擇信號列選擇信號數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入/輸出線輸出線行選擇信號行選擇信號TC讀時：某行線為讀時：某行線為1 1，T T導(dǎo)導(dǎo)通，通，C C上的值通過列線上的值通過列線的刷新放大器轉(zhuǎn)換為的刷新放大器轉(zhuǎn)換為0 0或或1 1重寫到重寫到C C上，列線選上，列線選中某列讀取信息。中某列讀取信息。寫時：行線為寫時：行線為1 1，T T

19、導(dǎo)通，導(dǎo)通，C C上的值送到刷新放大上的值送到刷新放大器上后又對器上后又對C C進(jìn)行寫，進(jìn)行寫，刷新時，列選擇信號總刷新時，列選擇信號總為為0 0。不讀不讀/寫時：行選擇信號線為寫時：行選擇信號線為0 0，T T截止，截止，C C與外電路斷開，不與外電路斷開，不充放電，故保持原狀態(tài)。充放電，故保持原狀態(tài)。2.DRAM2.DRAM的刷新的刷新 DRAM DRAM的的基本存儲電路原理是利用基本存儲電路原理是利用MOS管柵極和源管柵極和源極之間的極之間的電容電容C來存儲來存儲存儲電荷存儲電荷信息。電容的信息。電容的有、無有、無表示存儲的表示存儲的0或或1。由于任何電容都存在漏電現(xiàn)象，由于任何電容都存

20、在漏電現(xiàn)象，故每次數(shù)據(jù)讀出故每次數(shù)據(jù)讀出后，要重新恢復(fù)后，要重新恢復(fù)C C上的電荷量。即使無讀操作，電荷上的電荷量。即使無讀操作，電荷泄漏也會造成信息丟失。泄漏也會造成信息丟失。為了保持為了保持DRAMDRAM電容電容C C中信息中信息(電荷電荷)，需周期性地，需周期性地（一般每隔一般每隔2ms2ms）就必須對動態(tài)）就必須對動態(tài)RAMRAM進(jìn)行讀出和再寫入進(jìn)行讀出和再寫入操作，使原來處于邏輯電平操作，使原來處于邏輯電平“1 1”的電容上所釋放的的電容上所釋放的電荷又得到補(bǔ)充，而原來處于電平電荷又得到補(bǔ)充，而原來處于電平“0 0”的電容仍保的電容仍保持持“0 0”，這個過程叫這個過程叫DRAMD

21、RAM的刷新的刷新。刷新周期通常為刷新周期通常為2ms8ms2ms8ms。CCD刷新刷新存儲器專門的刷新電路操作，主要有：存儲器專門的刷新電路操作，主要有：（1 1）刷新地址刷新地址通常由通常由刷新地址計(jì)數(shù)器刷新地址計(jì)數(shù)器產(chǎn)生，而不是產(chǎn)生，而不是由地址總線提供。由地址總線提供。（2 2）由于）由于DRAMDRAM的基本存儲電路可的基本存儲電路可按行按行同時刷新，所同時刷新，所以刷新只需要行地址，不需要列地址。以刷新只需要行地址，不需要列地址。（3 3）刷新操作時，數(shù)據(jù)線是呈高阻狀態(tài)，片內(nèi)數(shù)據(jù)）刷新操作時，數(shù)據(jù)線是呈高阻狀態(tài)，片內(nèi)數(shù)據(jù)線與外部數(shù)據(jù)線完全隔離。線與外部數(shù)據(jù)線完全隔離。3 3 典型典

22、型DMARDMAR芯片芯片Intel 2164AIntel 2164A (1)(1)內(nèi)部結(jié)構(gòu)：內(nèi)部結(jié)構(gòu)：(2)(2)容量是容量是64K64K1 1位位行、行、列地址分時送入列地址分時送入。(3)(3)利用內(nèi)部多路開關(guān)，利用內(nèi)部多路開關(guān)，(4)(4)行地址選通信號行地址選通信號RAS/RAS/；(5)(5)列地址選通信號列地址選通信號CAS/CAS/AB：015I/O：1(2)(2)讀讀/寫控制寫控制當(dāng)當(dāng)WE/WE/低電平低電平有效有效時寫入時寫入被被選中單元；選中單元；當(dāng)當(dāng)WE/WE/高電平高電平無效時表示讀無效時表示讀。64KB需需8片片8+8,先行后列先行后列8位地址鎖存器128 128存

23、儲矩陣行時鐘緩沖器RASWECASA1128讀出放大器1/2（1/128列譯碼器）128 讀出放大器128 128存儲矩陣128 128存儲矩陣128讀出放大器1/2（1/128列譯碼器）128 讀出放大器128 128存儲矩陣1/128行譯碼器1/128行譯碼器1/4I/O門輸出緩沖器列時鐘緩沖器寫允許時鐘緩沖器數(shù)據(jù)輸入緩沖區(qū)A7A6A5A4A3A2A0DINVSSVDDDout64KB*1=4個個128*128128行選行選1行行16位位AB1位位DB圖圖3-6 Intel 2164A 64K*13-6 Intel 2164A 64K*1位的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖位的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖8+8,先行后列

24、先行后列4選選1的的I/O4個個128的讀的讀出放大器出放大器SRAMSRAM：M MN N，存儲，存儲1 1位的基本存儲電路由雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。位的基本存儲電路由雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器?？炜?容量小容量小/功耗大，成本高，適用于小容量存儲，如功耗大，成本高，適用于小容量存儲，如CacheCache。DRAM DRAM：基本存儲電路用基本存儲電路用MOSMOS管柵和源極之間的電容管柵和源極之間的電容C C來存。來存。需要刷新電路，需要刷新電路，慢慢/容量大容量大/功耗小，集成度高，價(jià)格低，功耗小，集成度高，價(jià)格低，如內(nèi)存。如內(nèi)存。3.2.3 ROM3.2.3 ROM 根據(jù)制造工藝可分為掩膜式根據(jù)制造工藝可分

25、為掩膜式ROMROM、PROMPROM、EPROMEPROM以及以及EEPROMEEPROM等。等。1)1)掩掩膜膜編程的編程的ROMROM(Mask Programmed ROM)(Mask Programmed ROM)簡稱簡稱ROMROM 用最后一道掩模工藝來控制某特定基本存儲電路的用最后一道掩模工藝來控制某特定基本存儲電路的晶體管能否工作，以達(dá)到預(yù)先寫入信息的目的，制造完晶體管能否工作，以達(dá)到預(yù)先寫入信息的目的，制造完成后成后用戶不能更改用戶不能更改所存信息。由于只有讀出所需的電路，所存信息。由于只有讀出所需的電路，所以結(jié)構(gòu)簡單、集成度高、容易接口，大批量生產(chǎn)時也所以結(jié)構(gòu)簡單、集成度高

26、、容易接口，大批量生產(chǎn)時也很便宜。很便宜。掩掩膜膜ROMROM主要用做微型機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)程序存儲器，如主要用做微型機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)程序存儲器，如BASICBASIC語言的解釋程序、匯編語言的匯編程序、語言的解釋程序、匯編語言的匯編程序、FORTRANFORTRAN語言的編譯程序等。也可用來存儲數(shù)學(xué)用表、語言的編譯程序等。也可用來存儲數(shù)學(xué)用表、代碼轉(zhuǎn)換表、邏輯函數(shù)表、固定常數(shù)以及陰極射線代碼轉(zhuǎn)換表、邏輯函數(shù)表、固定常數(shù)以及陰極射線管或打印機(jī)用的由字符產(chǎn)生圖形的數(shù)據(jù)等。管或打印機(jī)用的由字符產(chǎn)生圖形的數(shù)據(jù)等。可存放可存放BIOS，系統(tǒng)自檢、初始化等程序。，系統(tǒng)自檢、初始化等程序。2)2)現(xiàn)場編程現(xiàn)場編程ROMRO

27、M（可編程），簡稱（可編程），簡稱PROMPROM。出廠時并未存儲任何信息。使用時，用戶可根據(jù)出廠時并未存儲任何信息。使用時，用戶可根據(jù)需要自行寫入信息。但信息一旦寫入便成為需要自行寫入信息。但信息一旦寫入便成為永久性永久性的，不可更改的，不可更改。PROM PROM是一次性編程是一次性編程ROMROM，程序一旦寫入便不能被，程序一旦寫入便不能被擦去和改寫。擦去和改寫?？筛膶懙目筛膶懙腜ROMPROM也稱反復(fù)編程也稱反復(fù)編程ROMROM，簡稱，簡稱EPROMEPROM（ErasableErasable PROMPROM），信息的存儲是通過信息的存儲是通過電荷分布電荷分布來決定的來決定的,是指用

28、戶既可以采取某種方法自行寫入信息，是指用戶既可以采取某種方法自行寫入信息，也可以采取某種方法將信息全部擦去，而且擦去后還可也可以采取某種方法將信息全部擦去，而且擦去后還可以重寫以重寫。根據(jù)擦去信息的方法不同根據(jù)擦去信息的方法不同EPROMEPROM又可分為兩種又可分為兩種：（1 1）紫外線擦除的紫外線擦除的EPROMEPROM(Ultraviolet EPROM)(Ultraviolet EPROM)，簡稱簡稱UVEPROMUVEPROM；（2 2）電擦除的電擦除的EPROM(Electrically EPROM)EPROM(Electrically EPROM)，簡稱，簡稱 EEPROMEE

29、PROM或稱電改寫的或稱電改寫的ROM(ElectricallyROM(Electrically Alterable ROMAlterable ROM，簡稱，簡稱EAROM)EAROM)，也稱，也稱E2PROME2PROM。3.2.4 EPROM3.2.4 EPROM用紫外線擦去，擦用紫外線擦去，擦寫時從系統(tǒng)中取出寫時從系統(tǒng)中取出來，重寫速度慢，來，重寫速度慢，3.2.5 EEPROM3.2.5 EEPROM（E2PROME2PROM）電擦除可編程只讀存儲器電擦除可編程只讀存儲器EEPROMEEPROM（E2PROME2PROM），），采用采用電（電（20V20V的高壓）擦除的高壓）擦除技術(shù)，

30、允許在線編程寫技術(shù)，允許在線編程寫入和擦除，而不必像入和擦除，而不必像EPROMEPROM芯片那樣需要從系統(tǒng)中芯片那樣需要從系統(tǒng)中取下來，再用專門的編程寫入器和專門的擦除器編取下來，再用專門的編程寫入器和專門的擦除器編程和擦除。程和擦除。3.2.6 3.2.6 閃速閃速EEPROMEEPROM（FLASHFLASH），又稱，又稱塊擦寫塊擦寫可編程可編程ROMROM。FLASH FLASH高速耐用的高速耐用的非易失性半導(dǎo)體存儲器非易失性半導(dǎo)體存儲器，不，不用電池供電的，能在線擦除和重寫，掉電后信息可用電池供電的，能在線擦除和重寫，掉電后信息可保持十年。保持十年。FLASH FLASH具有具有EE

31、PROMEEPROM的特點(diǎn)，又可在計(jì)算機(jī)內(nèi)進(jìn)的特點(diǎn)，又可在計(jì)算機(jī)內(nèi)進(jìn)行擦除和編程。讀取時間與行擦除和編程。讀取時間與DRAMDRAM相似，而寫時間與相似，而寫時間與磁盤驅(qū)動器相當(dāng)。磁盤驅(qū)動器相當(dāng)。廣泛應(yīng)用于主板的廣泛應(yīng)用于主板的ROM BIOSROM BIOS、激光打印機(jī)、條、激光打印機(jī)、條碼閱讀器、碼閱讀器、U U盤等設(shè)備中。盤等設(shè)備中。3.3 3.3 存儲器的連接存儲器的連接3.3.1 3.3.1 存儲器的擴(kuò)展存儲器的擴(kuò)展1.1.位擴(kuò)展位擴(kuò)展，2.2.字?jǐn)U展，字?jǐn)U展，3.字、位擴(kuò)展字、位擴(kuò)展 1.1.位擴(kuò)展位擴(kuò)展，指增加存儲的字長指增加存儲的字長。存儲芯片可以是存儲芯片可以是1 1位，位，

32、4 4位或位或8 8位的，位的，如如DRAMDRAM芯片芯片IntelIntel 2164 2164為為64K64Kl l位，位，SRAMSRAM芯片芯片IntelIntel 2114 2114為為1K1K4 4位，位，總存儲單元個數(shù)不變總存儲單元個數(shù)不變,只增加每個單元中的位數(shù)只增加每個單元中的位數(shù)增加片數(shù)，每個單元增加片數(shù)，每個單元中的位數(shù)為中的位數(shù)為8位位12位位高低高低8位位AB,CB全全并聯(lián)，并聯(lián)，DB分別分別對應(yīng)連接。對應(yīng)連接。12位位AB4位位DB例，若單片容量為例，若單片容量為4K4位，連接為位，連接為4K8位需要幾片：位需要幾片：兩兩片片2.2.字?jǐn)U展字?jǐn)U展 字?jǐn)U展是對字?jǐn)U展

33、是對存儲器容量存儲器容量或存儲空間的擴(kuò)展?；虼鎯臻g的擴(kuò)展。存儲芯片上每個存儲單元的字長己為存儲芯片上每個存儲單元的字長己為8 8位位），只是），只是存儲單元的個數(shù)不夠，需要增加的是存儲單元的數(shù)存儲單元的個數(shù)不夠，需要增加的是存儲單元的數(shù)量，就需要進(jìn)行字?jǐn)U展。即用多片字長為量，就需要進(jìn)行字?jǐn)U展。即用多片字長為8 8位的存位的存儲芯片構(gòu)成所需要的存儲空間。儲芯片構(gòu)成所需要的存儲空間。增加片數(shù)，每個單元增加片數(shù)，每個單元中的位數(shù)是中的位數(shù)是8位位11位位AB8位位DBAB,DB和和CB全并聯(lián)，全并聯(lián)，CS/分別連分別連接譯碼器。接譯碼器。例如，用例如，用2K8位的存儲器芯片組成位的存儲器芯片組成4

34、K8位的存儲器。位的存儲器。兩兩片片3.3.字、位擴(kuò)展字、位擴(kuò)展 在構(gòu)成一個實(shí)際的存儲器時，需要在構(gòu)成一個實(shí)際的存儲器時，需要同時同時進(jìn)行位進(jìn)行位擴(kuò)展和字?jǐn)U展才能滿足存儲容量的需求擴(kuò)展和字?jǐn)U展才能滿足存儲容量的需求。例，例，若使用若使用L LK K位的芯片（位的芯片（LMLM，KNKN），則構(gòu)成，則構(gòu)成MN位的存儲器位的存儲器需要這樣的存儲器芯片？需要這樣的存儲器芯片？個。個。例如，若系統(tǒng)要構(gòu)成例如，若系統(tǒng)要構(gòu)成4KB4KB的存儲器，用的存儲器，用21142114芯片芯片1K1K4 4位，則需片？位，則需片？（4K8）/（1K4）=8（MN）/（LK）綜上所述，存儲器容量的擴(kuò)展可以分為以下綜上

35、所述，存儲器容量的擴(kuò)展可以分為以下三步：三步：1 1）選擇合適的芯片；）選擇合適的芯片；2 2）根據(jù)要求將芯片）根據(jù)要求將芯片“多片并聯(lián)多片并聯(lián)”進(jìn)行位擴(kuò)展，設(shè)進(jìn)行位擴(kuò)展，設(shè)計(jì)出滿足字長要求的計(jì)出滿足字長要求的“存儲模塊存儲模塊”；3 3）對）對“存儲模塊存儲模塊”進(jìn)行字?jǐn)U展，構(gòu)成符合要求的進(jìn)行字?jǐn)U展，構(gòu)成符合要求的存儲器。存儲器。【例例3-13-1】用用1K1K4 4位的位的21142114芯片組成芯片組成2K2K8 8位的存位的存儲器系統(tǒng)。儲器系統(tǒng)。分析：芯片為分析：芯片為1K1K4 4位，組成位，組成1K1K8 8位的，因此首位的，因此首先先位擴(kuò)展，用位擴(kuò)展，用兩片為一組兩片為一組組成組

36、成lKlK8 8位的存儲模塊，位的存儲模塊，再再字?jǐn)U展用兩組字?jǐn)U展用兩組lKlK8 8位的擴(kuò)充為位的擴(kuò)充為2K2K8 8位的存儲位的存儲器系統(tǒng)。器系統(tǒng)。A0 A9 2114 (1)D7D4CSWEA0 A9 2114 (1)D3 D0CSWEA0 A9 2114 (2)D7 D4CSWECSWEA0 A9 2114 (2)D4 D02:4譯碼器CSWEW/RIO/MA0 A9D0 D7A10A11圖圖3-10 用用2114芯片芯片1K4位組成位組成2K8位的存儲器連線位的存儲器連線10位位AB4位位DB兩組，一組兩片兩組，一組兩片高低高低8位位10位位3.3.2 3.3.2 存儲器尋址存儲器尋

37、址 CPU CPU通過通過地址譯碼地址譯碼實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)對存儲器芯片的對存儲器芯片的片選片選，3 3種方法種方法：1.1.線選法線選法 在簡單的微機(jī)系統(tǒng)中，每個存儲芯片或在簡單的微機(jī)系統(tǒng)中，每個存儲芯片或I/OI/O端口端口只只用一根用一根地址線作片選信號。地址線作片選信號。2.2.全譯碼片選法全譯碼片選法 將低位地址總線直接連將低位地址總線直接連到各芯片的地址線上，剩到各芯片的地址線上，剩余的余的高位地址總線高位地址總線全部參加譯碼，譯碼輸出作為各芯全部參加譯碼，譯碼輸出作為各芯片的片選信號。片的片選信號。3.3.局部譯碼片選法局部譯碼片選法 又稱混合譯碼法又稱混合譯碼法，可，可簡化地址譯碼簡化地

38、址譯碼邏輯電路，適用邏輯電路，適用線選法地址線又不夠線選法地址線又不夠，又不要求提供，又不要求提供CPUCPU可直接尋址可直接尋址的全部存儲單元，的全部存儲單元，也可用全譯碼法。也可用全譯碼法。CPU訪問存儲單元訪問存儲單元片間尋址，片內(nèi)尋址片間尋址，片內(nèi)尋址全部總線實(shí)現(xiàn)全部總線實(shí)現(xiàn)全部存儲單元全部存儲單元尋址尋址例，某存儲體只需例，某存儲體只需l6KBl6KB存儲容量。若采用存儲容量。若采用2KB2KB存儲芯存儲芯片構(gòu)成，則共需要？片。片構(gòu)成，則共需要？片。分析：分析：A10A10A0A0作為存儲芯片的片內(nèi)地址線。作為存儲芯片的片內(nèi)地址線。可采用局部譯碼法，即用可采用局部譯碼法，即用A15A

39、15A13A13作譯碼，通過作譯碼，通過3-83-8譯碼器譯碼輸出作為譯碼器譯碼輸出作為8 8個存儲芯片的片選信號，個存儲芯片的片選信號，A11A11A12A12置空。置空。8AB:010AB:0133.3.3 3.3.3 存儲器芯片的選配存儲器芯片的選配 主存儲器包括主存儲器包括RAMRAM和和ROMROM，設(shè)計(jì)時首先根據(jù)需要、，設(shè)計(jì)時首先根據(jù)需要、用途和性價(jià)比選用合適的存儲器芯片類型和容量。用途和性價(jià)比選用合適的存儲器芯片類型和容量。然后還應(yīng)根據(jù)然后還應(yīng)根據(jù)CPUCPU讀寫周期對速度的要求確定所選讀寫周期對速度的要求確定所選存儲器芯片類型是否滿足速度要求。存儲器芯片類型是否滿足速度要求。1

40、.1.存儲器芯片類型的選擇存儲器芯片類型的選擇 存儲器容量存儲器容量較小較小的專用設(shè)備中，應(yīng)選用的專用設(shè)備中，應(yīng)選用SRAMSRAM芯片芯片；存儲器容量存儲器容量較大較大的系統(tǒng)中，應(yīng)選用集成度較高的的系統(tǒng)中，應(yīng)選用集成度較高的DRAMDRAM。2.2.存儲器芯片容量的選擇存儲器芯片容量的選擇 原則是應(yīng)用較原則是應(yīng)用較少數(shù)量少數(shù)量的芯片構(gòu)成存儲器系統(tǒng)，并考慮的芯片構(gòu)成存儲器系統(tǒng)，并考慮總成本和硬件設(shè)計(jì)的簡單性總成本和硬件設(shè)計(jì)的簡單性。3.3.存儲器芯片速度的選擇存儲器芯片速度的選擇 根據(jù)根據(jù)CPUCPU讀寫速度選擇合理的存儲芯片的存取速度。讀寫速度選擇合理的存儲芯片的存取速度。4.4.存儲器芯片

41、功耗的選擇存儲器芯片功耗的選擇 根據(jù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用條件、設(shè)備的散熱環(huán)境等困素根據(jù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用條件、設(shè)備的散熱環(huán)境等困素來決定來決定。3.3.4 3.3.4 存儲器與存儲器與CPUCPU的連接的連接 連接應(yīng)注意：連接應(yīng)注意：1.1.地址線地址線ABAB、數(shù)據(jù)線、數(shù)據(jù)線DBDB、控制線、控制線CBCB的連接的連接2.2.總線的負(fù)載能力總線的負(fù)載能力3.3.存儲器芯片與存儲器芯片與CPUCPU的速度匹配的速度匹配4.4.存儲器的地址分配和片選控制。存儲器的地址分配和片選控制。【例【例3-23-2】一個存儲器系統(tǒng)包括】一個存儲器系統(tǒng)包括2KB RAM2KB RAM和和8KB ROM8KB ROM

42、。分別用分別用1K1K4 4位的位的21142114芯片和芯片和2K2K8 8位的位的27162716芯片組芯片組成。要求成。要求ROMROM的地址從的地址從1000H1000H開始，開始，RAMRAM的地址從的地址從3000H3000H開始。完成硬件連線及相應(yīng)的地址分配表。開始。完成硬件連線及相應(yīng)的地址分配表。分析：分析：1 1、2KB RAM2KB RAM需需1K1K4 4位的位的21142114芯片芯片：8KB ROM 8KB ROM需需2K2K8 8位的位的27162716芯片芯片：一組兩片一組兩片共兩組共兩組AB:010DB:07AB:09DB:034個個AB:012DB:07AB:

43、010DB:07分析：分析：2 2、ROMROM的地址從的地址從1000H1000H開始，開始，8KB ROM8KB ROM需需2K2K8 8位的位的27162716芯片芯片：AB:010:0111 1111 1111B=07FFH(2716-1)0001 0000 0000 0000B=1000H 0001 0000 0000 0000B=1000H+0000 0111 1111 1111B=07FFH(2716-1)17FFH 1800H+0000 0111 1111 1111B=07FFH(2716-2)1FFFH 2000H+0000 0111 1111 1111B=07FFH(271

44、6-3)27FFH 2800H+0000 0111 1111 1111B=07FFH(2716-4)2FFFHRAMRAM的地址從的地址從3000H3000H開始。開始。2KB RAM2KB RAM需需1K1K4 4位的位的21142114芯片芯片：AB:010:0011 1111 1111B=03FFH(2114)0011 0000 0000 0000B=3000H 0011 0000 0000 0000B=3000H+0000 0011 1111 1111B=03FFH(2114-1)33FFH 3400H+0000 0011 1111 1111B=03FFH 37FFH 3800H+00

45、00 0011 1111 1111B=03FFH(2114-2)3BFFH 總結(jié)：總結(jié)：1 1 SRAMSRAM：M MN N，存儲，存儲1 1位的基本存儲電路由位的基本存儲電路由R-SR-S觸發(fā)器。觸發(fā)器。DRAMDRAM：基本存儲電路用：基本存儲電路用MOSMOS管柵和源極間的電容管柵和源極間的電容C C。2 DRAM2 DRAM為什么要進(jìn)行為什么要進(jìn)行刷新刷新？DRAMDRAM的刷新過程？的刷新過程？3 ROM3 ROM可分為掩膜式可分為掩膜式ROMROM、PROMPROM、EPROMEPROM以及以及EEPROMEEPROM等。等。4 4 存儲器的三種擴(kuò)展：存儲器的三種擴(kuò)展：5 5 C

46、PUCPU訪問存儲器芯片的通過地址譯碼方法：訪問存儲器芯片的通過地址譯碼方法：6 6 存儲器芯片考慮：類型、容量、速度、功耗選擇。存儲器芯片考慮：類型、容量、速度、功耗選擇。7 7 存儲器與存儲器與CPUCPU的連接注意：的連接注意：ABAB、DBDB、CBCB的連接，總線的連接，總線的負(fù)載，速度匹配，存儲器的地址分配和片選控制。的負(fù)載，速度匹配，存儲器的地址分配和片選控制。位擴(kuò)展：增加每個單元的位數(shù)；位擴(kuò)展：增加每個單元的位數(shù)；字?jǐn)U展：增加片數(shù)；字?jǐn)U展：增加片數(shù)；字、位擴(kuò)展：（字、位擴(kuò)展：（M MN N）/（L LK K）線選法線選法全譯碼片選法全譯碼片選法局部譯碼片選法局部譯碼片選法為保持

47、電容為保持電容C C中電荷，需周期性地充電，須中電荷，需周期性地充電，須對對DRAMDRAM進(jìn)行讀出和再寫入操作，使原來處于進(jìn)行讀出和再寫入操作，使原來處于1 1的電容上所釋放的電荷又得到補(bǔ)充，而原的電容上所釋放的電荷又得到補(bǔ)充，而原來處于來處于0 0的電容仍保持的電容仍保持0 0。3.4 3.4 存儲器管理存儲器管理3.4.1 IBM PC/XT3.4.1 IBM PC/XT中的存儲空間分配中的存儲空間分配 首先，選擇計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主存儲器首先，選擇計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主存儲器容量容量和和RAMRAM、ROMROM芯芯片數(shù)片數(shù)。其次，為各個存儲器芯片其次，為各個存儲器芯片分配分配存儲地址空間。存儲地址

48、空間。使用不同使用不同CPUCPU的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對RAMRAM、ROMROM的存儲地址的存儲地址空間的分配有不同的要求?？臻g的分配有不同的要求。使用使用8088CPU8088CPU的的PC/XTPC/XT微機(jī)的存儲器地址分配如微機(jī)的存儲器地址分配如圖圖3-143-14所示。所示。1KB:00000H003FFH存放中斷服務(wù)子程序存放中斷服務(wù)子程序用戶程序用戶程序使用地址使用地址復(fù)位地址：復(fù)位地址：FFFF0H3.4.2 3.4.2 擴(kuò)展存儲器及其管理擴(kuò)展存儲器及其管理 1 1)8086)8086的工作模式屬于實(shí)模式。的工作模式屬于實(shí)模式。2)80286 2)80286的兩種工作模式

49、的兩種工作模式:實(shí)模式和實(shí)模式和保護(hù)模式保護(hù)模式。3)80386 3)80386的三種工作模式的三種工作模式:實(shí)模式、實(shí)模式、保護(hù)模式保護(hù)模式和虛和虛擬擬80868086模式。虛擬模式。虛擬80868086模式是在保護(hù)模式下仿真模式是在保護(hù)模式下仿真80868086的工作模式。的工作模式。1MB16MB4GB 虛擬存儲器地址虛擬存儲器地址:在在外存外存-內(nèi)存內(nèi)存-CACHE-CACHE的基礎(chǔ)上，通過存儲的基礎(chǔ)上，通過存儲器管理部件器管理部件MMUMMU，進(jìn)行虛擬地址和實(shí)際地址自動變換而實(shí)現(xiàn)的，進(jìn)行虛擬地址和實(shí)際地址自動變換而實(shí)現(xiàn)的，編址空間大。編址空間大。段界限的最大值為段界限的最大值為4GB

50、,4GB,地址變換采用地址變換采用CACHECACHE和轉(zhuǎn)換后備緩和轉(zhuǎn)換后備緩沖器，加速了地址變換，沖器，加速了地址變換，80386/48680386/486的虛擬存儲空間的虛擬存儲空間通過段頁通過段頁映像最大可到映像最大可到64TB64TB。分段分頁管理分段分頁管理3.5 3.5 內(nèi)部存儲器技術(shù)發(fā)展內(nèi)部存儲器技術(shù)發(fā)展3.5.1 3.5.1 多模塊交叉存儲器多模塊交叉存儲器 設(shè)計(jì)思想設(shè)計(jì)思想：物理上將主存分成：物理上將主存分成多個模塊多個模塊。每個模。每個模塊都包括一個存儲體、地址緩沖寄存器和數(shù)據(jù)緩沖塊都包括一個存儲體、地址緩沖寄存器和數(shù)據(jù)緩沖寄存器等，寄存器等，CPUCPU就能就能同時訪問同

51、時訪問各個存儲模塊，任何時各個存儲模塊，任何時候都允許對多個模塊并行地進(jìn)行讀候都允許對多個模塊并行地進(jìn)行讀/寫操作。寫操作。將主存地址空間劃分為將主存地址空間劃分為多個同樣大小多個同樣大小多模塊多模塊地址地址分空間。采用交叉編址的方案，即利用主存地址的分空間。采用交叉編址的方案，即利用主存地址的低低K K位來選擇模塊（可確定位來選擇模塊（可確定2 2K K個模塊），高個模塊），高M(jìn) M位用來指位用來指定模塊中的存儲單元定模塊中的存儲單元。若某微機(jī)系統(tǒng)中有內(nèi)部若某微機(jī)系統(tǒng)中有內(nèi)部L1CacheL1Cache，又有外部，又有外部L2CacheL2Cache，CPUCPU將將首先首先訪問內(nèi)部高速緩存

52、，若未命中，訪問內(nèi)部高速緩存，若未命中，再再訪問外部高速緩存，只有當(dāng)又未命中，訪問外部高速緩存，只有當(dāng)又未命中，才才訪問內(nèi)存。訪問內(nèi)存。采用兩級高速緩存時，高速緩存未命中率非常低。采用兩級高速緩存時，高速緩存未命中率非常低?？蓪⑿K的程序段副本預(yù)先送入高速緩存中，供可將小塊的程序段副本預(yù)先送入高速緩存中，供CPUCPU快速調(diào)用和執(zhí)行?？焖僬{(diào)用和執(zhí)行。90%-98%3.5.2 3.5.2 高速緩沖存儲器（高速緩沖存儲器（CacheCache）CacheCache：解決：解決CPUCPU和主存之間的速度匹配問題。和主存之間的速度匹配問題。1.Cache1.Cache的工作原理，的工作原理，基于程序

53、訪問的局部性原理基于程序訪問的局部性原理。Cache Cache的存取速度至少是內(nèi)存的幾倍，存儲容量不的存取速度至少是內(nèi)存的幾倍，存儲容量不能太大，也不能太小。能太大，也不能太小。u 若若CacheCache的容量的容量過大過大：則一方面使從內(nèi)存調(diào)入緩存：則一方面使從內(nèi)存調(diào)入緩存的信息量過大，調(diào)的信息量過大，調(diào)入時間長入時間長，影響，影響CPUCPU的工作效率；另的工作效率；另一方面又使硬件一方面又使硬件電路復(fù)雜電路復(fù)雜，成本增加。，成本增加。u 若若CacheCache的容量的容量太小太小：則：則CPUCPU從高速緩存中取得所需從高速緩存中取得所需信息的信息的幾率降低幾率降低，若，若CPUC

54、PU未能從高速緩存中取得所需信未能從高速緩存中取得所需信息，就必須息，就必須重新到內(nèi)存中查找重新到內(nèi)存中查找，并將找到的信息重新，并將找到的信息重新調(diào)入高速緩存，以備后用，這顯然也降低了調(diào)入高速緩存，以備后用，這顯然也降低了CPUCPU的工作的工作效率。效率。2.2.CacheCache的基本結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)（1 1）全相聯(lián)）全相聯(lián)CacheCache，當(dāng)請求數(shù)據(jù)時，當(dāng)請求數(shù)據(jù)時，CacheCache控制器把控制器把請求地址與所有地址加以比較。請求地址與所有地址加以比較。（2 2）直接映像）直接映像CacheCache，把主存分成若干頁（快），每，把主存分成若干頁（快），每一頁與一頁與Cache

55、Cache的大小相同，的大小相同，TagTag中保存著頁號。利于快中保存著頁號。利于快速查找。速查找。（3 3）組相聯(lián)）組相聯(lián)CacheCache，使用多組直接映像的塊，對于某，使用多組直接映像的塊，對于某個給定的索引號，允許有幾個塊位置，增加命中率。個給定的索引號，允許有幾個塊位置，增加命中率。3.3.替換算法替換算法 替換算法：新的主存頁需要調(diào)入替換算法：新的主存頁需要調(diào)入CacheCache，而，而CacheCache已沒有空閑空間可用時，這時已沒有空閑空間可用時，這時替換機(jī)構(gòu)替換機(jī)構(gòu)應(yīng)根應(yīng)根據(jù)某種算法指出應(yīng)移去的塊，再把新塊調(diào)入。據(jù)某種算法指出應(yīng)移去的塊，再把新塊調(diào)入。替換算法主要有：

56、替換算法主要有：（1 1）隨機(jī)替換算法：隨機(jī)發(fā)生器）隨機(jī)替換算法：隨機(jī)發(fā)生器（2 2）先進(jìn)先出算法（）先進(jìn)先出算法（FIFOFIFO）：設(shè)置一個歷史位）：設(shè)置一個歷史位（3 3）近期最少使用算法（）近期最少使用算法（LRULRU）：替換最近最少使）：替換最近最少使用的塊。用的塊。（4 4）優(yōu)化替換算法：）優(yōu)化替換算法：3.6 3.6 外部存儲器外部存儲器每個同心圓稱為一個每個同心圓稱為一個磁道磁道。磁道從外向里順次編號，最外磁道從外向里順次編號，最外層稱為第層稱為第0道。道。為了記錄信息把每一個磁道為了記錄信息把每一個磁道又分成幾個區(qū)段，稱為又分成幾個區(qū)段，稱為扇區(qū)扇區(qū)。磁盤讀寫時以扇區(qū)為基本

57、單位。磁盤讀寫時以扇區(qū)為基本單位。使用時注意事項(xiàng)：不能劃使用時注意事項(xiàng)：不能劃傷盤片，不能變形，不能傷盤片，不能變形，不能受高溫、受潮、不能靠近受高溫、受潮、不能靠近磁性物質(zhì)磁性物質(zhì)扇區(qū)扇區(qū)磁道磁道3.6.1 3.6.1 硬盤及硬盤驅(qū)動器硬盤及硬盤驅(qū)動器3.6 3.6 外部存儲器外部存儲器硬盤分類硬盤分類：（1）固定磁頭）固定磁頭：每條磁道上一個磁頭。：每條磁道上一個磁頭。（2）活動磁頭）活動磁頭固定盤片：每個盤面上安裝一個磁頭。固定盤片：每個盤面上安裝一個磁頭。（3）活動磁頭可換盤片磁盤機(jī)不但磁頭可移動，而）活動磁頭可換盤片磁盤機(jī)不但磁頭可移動，而且盤片也由一片或多片磁盤構(gòu)成盤盒或盤組形式，

58、且盤片也由一片或多片磁盤構(gòu)成盤盒或盤組形式，用戶可方便地將它們從磁盤機(jī)上卸下或裝上用戶可方便地將它們從磁盤機(jī)上卸下或裝上。2.2.硬盤驅(qū)動器硬盤驅(qū)動器 硬盤驅(qū)動器（硬盤驅(qū)動器（HDDHDD）又稱磁盤機(jī)，是獨(dú)立于主機(jī)）又稱磁盤機(jī)，是獨(dú)立于主機(jī)的，用來完成對硬盤的讀的，用來完成對硬盤的讀/寫工作。寫工作?；顒哟蓬^可換盤片磁盤機(jī)的基本結(jié)構(gòu)由活動磁頭可換盤片磁盤機(jī)的基本結(jié)構(gòu)由5 5部分組部分組成：主軸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、磁頭驅(qū)動和定位系成：主軸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、磁頭驅(qū)動和定位系統(tǒng)、空氣凈化系統(tǒng)和接口電路。統(tǒng)、空氣凈化系統(tǒng)和接口電路。3.3.硬盤控制器硬盤控制器 硬盤控制器是主機(jī)與硬盤驅(qū)動器之間的接口

59、，硬盤控制器是主機(jī)與硬盤驅(qū)動器之間的接口，作用是接受主機(jī)發(fā)送的命令和數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換成驅(qū)動作用是接受主機(jī)發(fā)送的命令和數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換成驅(qū)動器的控制命令和驅(qū)動器可以接受的數(shù)據(jù)格式，以控器的控制命令和驅(qū)動器可以接受的數(shù)據(jù)格式，以控制驅(qū)動器的讀制驅(qū)動器的讀/寫操作寫操作。一般來說，一個硬盤控制器組成如圖一般來說，一個硬盤控制器組成如圖3-153-15所示。所示。4.4.硬盤驅(qū)動器接口硬盤驅(qū)動器接口 目前的硬盤驅(qū)動器接口有目前的硬盤驅(qū)動器接口有IDEIDE、EIDEEIDE和和SCSISCSI等。等。（1 1）IDEIDE接口：接口：IDE IDE（Integrated Drive Integrated Dr

60、ive ElectronicsElectronics）集成驅(qū)動器電子部件）集成驅(qū)動器電子部件，在硬盤適配器在硬盤適配器中不再有獨(dú)立的控制器部分中不再有獨(dú)立的控制器部分，也稱，也稱IDEIDE接口為接口為ATAATA接口接口（ATAT嵌入式接口嵌入式接口）。）。（2 2）EIDEEIDE標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)：IDEIDE標(biāo)準(zhǔn)只能管理不超過標(biāo)準(zhǔn)只能管理不超過528MB528MB的硬的硬盤存儲容量，在盤存儲容量，在PentiumPentium系列計(jì)算機(jī)主板上就配有系列計(jì)算機(jī)主板上就配有EIDEEIDE接口，用戶不必再買單獨(dú)的適配卡。接口，用戶不必再買單獨(dú)的適配卡。（3 3）SCSISCSI接口：接口：SCSI

61、SCSI（Small Computer System Small Computer System InterfaceInterface），可提供大量、快速的數(shù)據(jù)傳輸，可提供大量、快速的數(shù)據(jù)傳輸，適用適用于硬盤于硬盤、掃描儀、掃描儀、CD-ROMCD-ROM驅(qū)動器及打印機(jī)等的連接。驅(qū)動器及打印機(jī)等的連接。3.6.2 3.6.2 光盤存儲器光盤存儲器1.1.概述概述 光盤是指利用光盤是指利用激光能量集中激光能量集中的特點(diǎn)，以光學(xué)方式的特點(diǎn)，以光學(xué)方式進(jìn)行信息讀進(jìn)行信息讀/寫的圓盤。寫的圓盤。光存儲技術(shù)：光存儲技術(shù)：用激光在某種介質(zhì)上寫入信息，然用激光在某種介質(zhì)上寫入信息，然后再利用激光讀出信息的技

62、術(shù)。后再利用激光讀出信息的技術(shù)。磁光存儲：磁光存儲：利用激光在磁記錄介質(zhì)上存儲信息。利用激光在磁記錄介質(zhì)上存儲信息。光盤片一般采用丙烯樹脂，在盤片上濺射碲合金光盤片一般采用丙烯樹脂，在盤片上濺射碲合金薄膜或涂上其他物質(zhì)。光盤在寫入信息時是一次性的，薄膜或涂上其他物質(zhì)。光盤在寫入信息時是一次性的，永久保存在盤片上。永久保存在盤片上。光盤容量：光盤容量：CD-RCD-R，700MB/80min700MB/80min DVD-R,4.7GB/120minDVD-R,4.7GB/120min2.2.光盤存儲器的種類光盤存儲器的種類從讀從讀/寫方式上主要有以下幾種寫方式上主要有以下幾種：（1 1）只讀型

63、光盤（）只讀型光盤（CD-ROMCD-ROM）光盤的信息量由生產(chǎn)廠家一次制成，光盤出廠后光盤的信息量由生產(chǎn)廠家一次制成，光盤出廠后用戶只能讀取其上的數(shù)據(jù)或程序，而不能寫入修改用戶只能讀取其上的數(shù)據(jù)或程序，而不能寫入修改。光盤的存儲容量一般為光盤的存儲容量一般為650MB650MB760MB760MB，可存放約，可存放約7070分分鐘的動態(tài)聲像。鐘的動態(tài)聲像。（2 2）只寫一次型光盤（）只寫一次型光盤（WORMWORM）光盤可由用戶寫入信息，寫入后可以多次讀出，光盤可由用戶寫入信息，寫入后可以多次讀出，但只能寫一次，而且信息寫入后不能修改但只能寫一次，而且信息寫入后不能修改。（3 3）可擦寫型光

64、盤）可擦寫型光盤 可重復(fù)讀可重復(fù)讀/寫寫。3.3.光盤驅(qū)動器光盤驅(qū)動器（1 1）光盤驅(qū)動器的讀）光盤驅(qū)動器的讀/寫原理寫原理 利用激光束在記錄表面上存儲信息的。利用激光束在記錄表面上存儲信息的。光盤的讀光盤的讀/寫原理有形變、相變和磁光存儲等。寫原理有形變、相變和磁光存儲等。（2 2）光盤驅(qū)動器的基本組成）光盤驅(qū)動器的基本組成 光盤數(shù)據(jù)存放在連續(xù)的螺旋型軌道上。當(dāng)激光束光盤數(shù)據(jù)存放在連續(xù)的螺旋型軌道上。當(dāng)激光束掃描光盤的軌道時，利用光學(xué)反射原理，通過相應(yīng)的掃描光盤的軌道時，利用光學(xué)反射原理，通過相應(yīng)的傳感器將光學(xué)信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息，再由主機(jī)將光盤傳感器將光學(xué)信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息，再由主機(jī)將光盤內(nèi)

65、容讀出。內(nèi)容讀出。作業(yè)：作業(yè)：一般一般C CC 1附加電路附加電路：地址多路轉(zhuǎn)換電路、地址選通、刷新：地址多路轉(zhuǎn)換電路、地址選通、刷新邏輯以及讀寫控制邏輯等。邏輯以及讀寫控制邏輯等。22增加額外邏輯電路增加額外邏輯電路。可以提高單位時間內(nèi)的數(shù)據(jù)流量?？梢蕴岣邌挝粫r間內(nèi)的數(shù)據(jù)流量。包括包括:快速頁模式快速頁模式FPMFPM，對應(yīng)的存儲器稱為，對應(yīng)的存儲器稱為FPM-DRAMFPM-DRAM 擴(kuò)展數(shù)據(jù)輸出擴(kuò)展數(shù)據(jù)輸出EDOEDO，對應(yīng)的存儲器稱為，對應(yīng)的存儲器稱為EDO-DRAMEDO-DRAM。DRAMDRAM(1)(1)FPMFPM模式：通常在模式：通常在DRAMDRAM陣列中讀取一個單元時，

66、首陣列中讀取一個單元時，首先提供一個行地址信號有效，然后通過周期性的列先提供一個行地址信號有效，然后通過周期性的列信號實(shí)現(xiàn)多個列存取。多數(shù)情況下，要存取的數(shù)據(jù)信號實(shí)現(xiàn)多個列存取。多數(shù)情況下，要存取的數(shù)據(jù)在在RAMRAM中是中是連續(xù)的連續(xù)的。一頁一頁指指DRAMDRAM芯片一行存儲單元中的一個芯片一行存儲單元中的一個20482048位片位片段，增加了快速頁讀段，增加了快速頁讀/寫操作來縮短頁模式周期。寫操作來縮短頁模式周期。(2)EDO(2)EDO模式：增加了超頁讀模式：增加了超頁讀/寫以及超頁讀寫以及超頁讀-修改修改-寫寫等操作，即利用地址預(yù)測，可在等操作，即利用地址預(yù)測，可在當(dāng)前讀寫周期中啟動當(dāng)前讀寫周期中啟動下一個下一個存取單元的讀寫周期，存取單元的讀寫周期，進(jìn)而在宏觀上縮短了地進(jìn)而在宏觀上縮短了地址選擇的時間。址選擇的時間。還可在還可在EDOEDO技術(shù)上引入突發(fā)模式，即假定技術(shù)上引入突發(fā)模式，即假定若干若干后后續(xù)地址進(jìn)行預(yù)取操作。續(xù)地址進(jìn)行預(yù)取操作。2)2)同步同步DRAMDRAMSDRAMSDRAM 同步是指將同步是指將CPUCPU和和RAMRAM通過同一個系統(tǒng)時鐘的控制，通過