存储器系统(6116)
第4章存储器系统
引入：电子计算机是20世纪人类最伟大的发明之一。随着计算机的广泛应用，人类社会生活的各个方面都发生了巨大的变化。特别是微型计算机技术和网络技术的高速发展，计算机逐渐走进了人们的家庭，正改变着人们的生活方式。计算机逐渐成为人们生活和工作不可缺少的工具，掌握计算机的使用也成为人们必不可少的技能。
本章知识要点：
1）存储器的分类和三层体系结构
2）RAM、ROM芯片的结构、工作原理
3）存储器的扩展方法
4）高速缓冲存储器技术
5）虚拟存储器技术
6）存储保护
4.1 存储器概述
4.1.1 存储器的分类
在计算机的组成结构中，有一个很重要的部分，就是存储器。存储器是一种记忆部件，是用来存储程序和数据的，对于计算机来说，有了存储器，才有记忆功能，才能保证正常工作。
存储器的种类很多，常用的分类方法有以下几种。
一、按其用途分
（1）内存储器
内存储器又叫内存，是主存储器。用来存储当前正在使用的或经常使用的程序和数据。CPU可以对他直接访问，存取速度较快。
（2）外存储器
外存储器又叫外存，是辅助存储器。外存通常是磁性介质或光盘，像硬盘，软盘，磁带，CD等，能长期保存信息，并且不依赖于电来保存信息，但是由机械部件带动，速度与CPU相比就显得慢的多。外存的特点是容量大，所存的信息既可以修改也可以保存。存取速度较慢，要用专用的设备来管理。
计算机工作时，一般由内存ROM中的引导程序启动程序，再从外存中读取系
统程序和应用程序，送到内存的RAM中，程序运行的中间结果放在RAM中,（内存不够是也可以放在外存中）程序的最终结果存入外部存储器。
二、按存储介质分
（1）半导体存储器
早期的半导体存储器，普遍采用典型的晶体管触发器和一些选择电路构成的存储单元。现代半导体存储器多为用大规模集成电路工艺制成的一定容量的芯片，再由若干芯片组成大容量的存储器。半导体存储器又分为双极型半导体存储器和MOS 型半导体存储器。
（2）磁表面存储器
再金属或非金属基体的表面上，涂敷一层磁性材料作为记录介质，这层介质称为磁层。工作时，磁层随机体高速运动，用磁头再磁层上进行读写操作。如磁盘存储器和磁带存储器。其特点是：存储容量大，价格低，但结构为机电组合，工艺复杂、存取速度慢，主要用做辅助存储器。
（3）光存储器。如CD，VCD，MO，MD，DVD。
三、按存取方式分
（1）随机存取存储器
随机存取存储器简称RAM，也叫做读/写存储器，既能方便地读出所存数据，又能随时写入新的数据。RAM的缺点是数据的易失性，即一旦掉电，所存的数据全部丢失。
（2）只读存储器
只读存储器通常简写为ROM。ROM存放的数据一般不能用简单的方法对其内容进行改写，正常使用时主要对其进行读取操作，ROM还具有掉电后其内部信息不丢失的特点(通常叫非易失性)，一般用于存放一些固定的数据或程序，其一般在器件生产出厂前由生产厂家将内容直接写入在器件中。
（3）顺序存取存储器
访问存储器所用的时间由被访问数据所处的物理位置来决定。例如，在磁带存储器中，访问记录在磁带末尾的数据要比访问记录在磁带头部的数据花费更多的时间。
（4）直接存取存储器
直接存取存储器如磁盘存储器和光盘存储器等，访问每个存储单元的时间可能
不相同，但也不象磁带存储器那样，完全由被访问数据所处的物理位置来决定。磁盘、光盘等可以在两个方向上同时寻址，实际的访问时间与发出读写命令时磁头所处的位置等因素有关。
四、按信息可保存性分
（1）易失性存储器
断电后，存储的信息将消失的存储器。RAM是易失性存储器。
（2）非易失性存储器
断电后，存储的信息仍然保存再存储器中，称为非易失性存储器，ROM，FLASH 和磁性材料存储器为非易失性存储器。
4.1.2存储体系与层次结构
一、访存的局部性原理
计算机对存储器的要求是高速度、大容量、低价格。
从大量的统计中得到的一个规律是，程序中对于存储空间90%的访问局限于存储空间的10%的区域中，而另外10%的访问则分布在存储空间的其余90%的区域中。这就是通常说的局部性原理。访存的局部性规律包括两个方面：
（1）时间局部性：如果一个存储项被访问，则可能该项会很快被再次访问。
（2）空间局部性：如果一个存储项被访问，则该项及其邻近的项也可能很快被访问。
二、存储器的层次结构
人们为了解决存储器容量和速度的矛盾，应用了访问局部性原理，把存储体系
设计成为层次化的结构以满足使用要求。存储体系结构包括不同层次上的存储器，通过适当的硬件、软件有机地组合在一起形成计算机的存储体系结构。现在大多数人都将高性能计算机的存储体系结构描述成如图4-1所示的三层存储器层次结构。
三级存储结构是高速缓存(Cache)、主存储器(MM)和辅助存储器(外存)。也有人将存储器层次分为四层，是将CPU内部的寄存器也看作是存储器的一个层次。即是由寄存器、高速缓存(Cache)、主存(内存)、外存组成。其中寄
存器是最高层次的存储部件，容量最小，速度最快。寄存器对程序员是不透明的，对它的访问需按寄存器名访问而不是按地址。有一些简单的计算机没有高速缓存(Cache)，则这样的计算机的存储体系就剩下主存和辅存两个层次。
（1）主存储器用来存放需CPU运行的程序和数据。用半导体RAM构成，常包含少部分ROM。可由CPU直接编程访问，采取随机存取方式，即：可按某个随机地址直接访问任一单元(不需顺序寻找)，存取时间与地址无关。存储容量较大，常用字节数表示，有时也用单元数×位数表示。速度较快，以存取周期表示。
（2）Cache位于CPU与主存之间(有些Cache集在CPU芯片之中)，用来存放当前运行的程序和数据，它的内容是主存某些局部区域(页)的复制品。它用快速的半导体RAM构成，采取随机存取方式。存储容量较小而速度最快。
（3）外存储器用来存放暂不运行但需联机存放的程序和数据。用磁盘、光盘、磁带等构成，磁盘用于需频繁访问场合，光盘目前多用于提供系统软件，而磁带多用于较大系统的备份。CPU不能直接编址访问外存，而是将它当作外围设备调用。磁带采取顺序存取方式。磁盘与光盘采取直接存取(半顺序)方式，先直接定位到某个局部区域，再在其中顺序存取。外存容量可以很大，以字节数表示。
4.1.3存储器的性能指标
一、存储容量
由于一般存储器都采用一维线性编址，存储器中的每个能够存放数据的单元都被赋予一个地址，因此，简单地说，存储容量（Memory Capacity）是指存储器中所具有的存储单元的个数，或所具有的地址个数。
表示存储器容量的单位主要有字节（Byte），简写为B；位（bit），简写为b；字（Word），简写为W。其中，最常用的单位是字节B，一个字节由8位组成，即1B ＝8b。对于32位计算机系统，一个字有32位，即1W＝32b＝8B。
因为存储器的容量一般都很大，因此，要用千（Kilo）、兆（Mega）、千兆（Giga）、兆兆（Tera）等单位来表示。
二、存取时间
存取时间又称为存储器访问时间，是指启动一次存储器操作到完成该操作所需的时间。写入时为存数时间，读出时为取数时间。用TA表示。
（1）取数时间Tr：从向存储器发出读操作命令到数据从存储器中读出所经历的时间。
（2）存数时间Ta：从启动一次访问存储器操作到完成该操作所经历的时间，这里所说的访问存储器操作包括读操作、写操作、交换操作等。
三、存储周期
存储周期又称为访问周期，是指连续启动两次独立的存储器操作所需间隔的最小时间。用T MC表示。
存储周期的倒数，称为存储器速度（用S表示）。它表示每秒从存储器进出信息的最大数量，其单位用字/秒或字节/秒表示。
四、可靠性
存储器的可靠性用平均故障时间MTBF来描述，它可以理解为两次故障之间的平均时间间隔。MTBF越长，说明存储器的可靠性越高。
五、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性指标。
存储器的价格通常用每位的价格来表示，例如每位多少美分（$c/bit）。目前，静态存储器的价格大致为10-4$c/bit，动态存储器的价格大致为10-7$c/bit，磁表面存储器的价格大致为10-10$c/bit。
衡量存储器的性能还可以有其他一些参数，例如功耗。
目前，功耗已经成为提高存储器性能的一个重大障碍。大家知道，芯片集成度提高得很快，于是，芯片的散热就成了大问题。因此，降低存储器芯片的功耗是当前一个重大得研究课题。通常，存储器的维持功耗要远远低于工作功耗，因此，当外部不访问存储器时，存储器一般处于维持状态，以减小功耗，降低存储器的温度。
4.2 主存储器
主存储器又称内存，通常由半导体存储器构成。通用微型计算机的主存包含只读存储器ROM（Read Only Memory）和随机存取存储器RAM (Read Only Memory)。其中ROM支持基本的监控和输入输出管理，RAM则面向用户。
4.2.1随机存取存储器RAM
RAM就是我们平常所说的内存，主要用来存放各种现场的输入、输出数据，中间计算结果，以及与外部存储器交换信息。它的存储单元根据具体需要可以读出，也可以写入或改写。一旦关闭电源或发生断电，其中的数据就会丢失。
现在的RAM多为MOS型半导体电路，它分为静态（SRAM）和动态（DRAM）
两种。静态RAM 是靠双稳态触发器来记忆信息的；动态RAM 是靠MOS 电路中的栅级电容来记忆信息的。由于电容上的电荷会泄漏，需要定时给予补充，所以动态RAM 需要设置刷新电路。但动态RAM 比静态RAM 集成度高、功耗低，从而成本也低，适于作大容量存储器。所以主内存通常采用动态RAM ，而高速缓冲存储器（Cache ）则使用静态RAM 。另外，内存还应用于显卡，声卡及CMOS 等设备中，用于充当设备缓存或保存固定的程序及数据。
动态RAM 按制造工艺的不同，又可分为动态随机存储器（Dynamic RAM ）、扩展数据输出随机存储器（Extened Data Out RAM ）和同步动态随机存储器（Sysnchromized Dynamic RAM ）。
一、SRAM 的组成
SRAM 由存储器、地址译码电路、读写控制电路、输入/输出控制电路和片选控制组成。如图4-2所示。
（1）存储体
半导体存储体由多个基本存储电路组成，每个基本存储电路对应一个二进制数位。SRAM 中的每一位均存储在四个晶体管当中，这四个晶体管组成了两个交叉耦合反向器。这个存储单元具有两个稳定状态，通常表示为0和1。另外还需要两个访问晶体管用于控制读或写操作过程中存储单元的访问。因此，一个存储位通常需要六个MOSFET 。对称的电路结构使得SRAM 的访问速度要快于DRAM 。
一个基本存储电路只能存储一个二进制位。将基本的存储电路有规则地组织起
来，就是存储体。存储体是存储单元的集合。在较大容量的存储器中，往往把各个
字的同一位组织在一个集成片中。如图中的4096×1位，是指4096个字的同一位。由这样的16个片子则可组成4096×16的存储器。同一位的这些字排成矩阵，如64×64＝4096。由X(行线)和Y(列线)的交叉来选择所需要的单元。
（2）地址译码电路
地址译码器的输入信息来自CPU的地址寄存器。地址寄存器用来存放所要访问(写入或读出)的存储单元的地址。CPU要选择某一存储单元，就在地址总线上输出此单元的地址信号给地址译码器。地址译码器把用二进制代码表示的地址转换成输出端的高电位，用来驱动相应的读写电路，以便选择所要访问的存储单元。
地址译码有两种方式：一种是单译码方式，适用于小容量存储器；另一种是双译码方式，适用于大容量存储器。单译码结构也称字结构。在这种方式中，地址译码器只有一个，译码器的输出叫字选线，而字选线选择某个字(某存储单元)的所有位。例如，地址输人线n＝4，经地址译码器译码，可译出24＝16个状态，分别对应16个字地址。
为了节省驱动电路，存储器中通常采用双译码结构。采用双译码结构，可以减少选择线的数目。在这种译码方式中，地址译码器分成X向和Y向两个译码器。若每一个有n／2个输入端，它可以译出2 n/2个输出状态，那么两个译码器交叉译码的结果，共可译出2 n／2×2 n／2＝2n个输出状态，其中n为地址输入量的二进制位数。但此时译码输出线却只有2 ×2 n／2根。例如n＝12，双译码输出状态为212＝4096个，而译码线仅只有2×26＝128根。
（3）读写控制电路
存储器的基本操作是读操作和写操作，访问SRAM时，对被选中的寄存器，究竟是读还是写，通过读/写控制线进行控制。如果是读，则被选中单元存储的数据经数据线、输入/输出线传送给CPU；如果是写，则CPU将数据经过输入/输出线、数据线存入被选中单元。
一般SRAM的读/写控制线高电平为读，低电平为写；也有的RAM读/写控制线是分开的，一根为读，另一根为写。
（4）输出驱动电路
RAM通过输入/输出端与计算机的中央处理单元（CPU）交换数据，读出时它是输出端，写入时它是输入端，即一线二用，由读/写控制线控制。输入/输出端数据线的条数，与一个地址中所对应的寄存器位数相同，例如在1024×1位的RAM中，
每个地址中只有1个存储单元（1位寄存器），因此只有1条输入/输出线；而在256×4位的RAM 中，每个地址中有4个存储单元（4位寄存器），所以有4条输入/输出线。也有的RAM 输入线和输出线是分开的。RAM 的输出端一般都具有集电极开路或三态输出结构。
（5）片选控制
由于受RAM 的集成度限制，一台计算机的存储器系统往往是由许多片RAM 组合而成。CPU 访问存储器时，一次只能访问RAM 中的某一片（或几片），即存储器中只有一片（或几片）RAM 中的一个地址接受CPU 访问，与其交换信息，而其他片RAM 与CPU 不发生联系，片选就是用来实现这种控制的。通常一片RAM 有一根或几根片选线，当某一片的偏选线接入有效电平时，该片被选中，地址译码器的输出信号控制该片某个地址的寄存器与CPU 接通；当片选线接入无效电平时，则该片与CPU 之间处于断开状态。
（6）RAM 的输入/输出控制电路
图4-3给出了一个简单的输入/输出控制电路。
当选片信号CS ＝1时，G5、G4输出为0，三态门G1、G2、G3均处于高阻状态，输入/输出（I/O ）端与存储器内部完全隔离，存储器禁止读/写操作，即不工作。
当CS ＝0时，芯片被选通： 当W R /＝1时，G5输出高电平，G3被打开，于是被选中的单元所存储的数据出现在I/O 端，存储器执行读操作； 当W R /＝0时，G4输出高电平，G1、G2被打开，此时加在I/O
端的数据以互S
/W D I/O
补的形式出现在内部数据线上，并被存入到所选中的存储单元，存储器执行写操作。
二、SRAM 的容量扩展
目前生产的存储器芯片的容量是有限的，它在字数或字长方面与实际存储器的要求都有差距，所以需要在字向和位向两方面进行扩充才能满足实际存储器的容量要求，通常采用位扩展法、字扩展法、字位同时扩展法。
（1）位扩展法
假定使用8K ×l 的RAM 存储器芯片，那么组成8K ×8位的存储器，可采用图4-4所示的位扩展法。此时只加大字长，而存储器的字数与存储器芯片字数一致。图中，每一片RAM 是8192×1，故其地址线为13条(A0～A12)，可满足整个存储体容量的要求。每一片对应于数据的1位(只有1条数据线)，故只需将它们分别接到数据
总线上的相应位即可。在这种方式中，对片子没有选片要求，就是说片子按已被选中来考虑。如果片子有选片输入端，可将它们直接接地。在这种连接时，每一条地址总线接有8个负载，每一条数据线接有一个负载。
（2）字扩展法
字扩展是仅在字向扩充，而位数不变，因此将芯片的地址线、数据线、读／写控制线并联，而由片选信号来区分各片地址，故片选信号端连接到选片译码器的输出端。图4-5是用16K ×8位的芯片采用字扩展法组成64K ×8位的存储器连接图。图中4个芯片的数据线与数据总线D ０一D ７相连，地址总线低位地址A ０一A １３与各芯片的14位地址端相连，两位高位地址A14，A １５经译码器和4个片选端相连。
（3）字位同时扩展法
用容量为l ×k 位的存储芯片设计容量为M ×N 位的存储器（l ＜M ，k ＜N ＝，需要字向、位向同时进行扩展。共需存储芯片数为：( M / l ) × ( N / k )。
例：用256K ×8位的存储芯片设计容量为2048K ×32位的存储器。
解：需存储芯片数为：（2048K / 256K ）× （32 /8）= 32（片）
由每组四片存储芯片完成位扩展；八组这样的存储芯片完成字扩展，参考图4-6。
三、DRAM 的组成
动态随机访问存储器
(DRAM)是一种随机访问记忆体(RAM)，不会一直保存记忆内容，随着时间而将内容流失。DRAM 用于通常的数据存取。我们常说内存有多大，主要是指DRAM 的容量。
DRAM 中的每一位数据均存储于一个电容当中，储存在电容中的电子的数量决定
了该位数据对应的是1还是0。由于DRAM的存储单元由电容组成，相对于SRAM来说，它占用的面积也更小，从而其价格也更便宜。电容总是趋向于释放电荷，因此DRAM还需要周期性的刷新操作，否则数据就会丢失。正是因为DRAM需要周期的刷新操作，所以相对于静态RAM（SRAM）来说，DRAM是动态的。
另外，当DRAM的电源供应停止后，存储于其中的数据会丢失，因此，DRAM是一种非永久性存储器（易失性存储器）。DRAM中的电容通常被组织成一个正方阵列，这个阵列由若干行和若干列组成，其中的每一个电容都可以看成是阵列的一个单元，这些单元通过阵列的行和列的地址译码器来寻址。对于任何一个单元的读操作，整个行均被读出，然后重新写回（刷新）。对于任何一个单元的写操作，整个行均被读出，然后改变其中一个单元的值，最后将整个行写回。典型情况下，DRAM的制造厂家规定DRAM的每一行必须在64ms以内执行一次刷新操作。通常使用刷新逻辑来自动完成刷新操作，这使得DRAM的实现更加复杂，但由于其价格便宜、容量大，因此它在某些应用场合比SRAM更加具有吸引力。
四、DRAM的电器特性
（1）集成度高，功耗低
（2）具有易失性，必须刷新。
（3）破坏性读出，必须读后重写
（4）读后重写，刷新均经由刷新放大器进行。
（5）刷新时只提供行地址，由各列所拥有的刷新放大器，
（6）对选中行全部存储细胞实施同时集体读后重写(再生)。
五、DRAM的刷新
动态MOS存储器采用“读出”方式进行刷新。因为在读出过程中恢复了存储单元的MOS栅极电容电荷，并保持原单元的内容，所以读出过程就是再生过程。通常，在再生过程中只改变行选择线地址，每次再生一行。依次对存储器的每一行进行读出，就可完成对整个DRAM的刷新。从上一次对整个存储器刷新结束到下一次对整个存储器全部刷新一遍为止，这一段时间间隔叫刷新周期，一般为2ms，4ms或8ms。常用的刷新方式有三种，一种是集中式，另一种是分散式，第三种是异步式。
（1）集中式刷新方式
以2116芯片为例，假定读／写周期为500 ns，那么刷新128行所需时间为500×128×10－3＝64μs，如果采用集中式刷新方式，那么必须在2 ms的时间内集中
用64μs的时间对存储器进行刷新操作，在此期间不允许CPU或其他处理机访问存储器。
（2）分散式刷新方式
分散式刷新方式是每读／写一次存储器就刷新一行存储元，假定存储器的读／写周期为500ns，那么相当于读／写周期延长为1000ns。这就是说，每读／写128次存储器就能对128行存储元刷新一遍，其刷新的间隔为128μs，在2ms时间内，能对每个存储元刷新16遍。这显然没有必要，而且存储器访问速度因此而降低一倍。其优点是不出现“死时间”。
（3）异步式刷新方式
前述两种刷新方式的结合，基本思想是将刷新操作平均分配到整个刷新间隔时间内进行。访问周期为500ns，整个芯片共128行，即2ms时间内，只要求刷新128次，于是每行的刷新间隔为： 2 ms/128 ＝ 15.625μs
于是将2ms时间分成128段，每段15．5μs，在每段内利用0．5μs的时间刷新一行，保证在2ms时间内能对整个芯片刷新一遍。
这种刷新方式是把集中式刷新的64μs“死时间”分散成每15．5μs出现0．5μs的死时间，这对CPU的影响不大，而且不降低存储器的访问速度，控制上也并不复杂，是一种比较实用的方式。除此之外，异步式刷新还可采用利用CPU不访问存储器的空闲时间，对存储器进行刷新操作，这种方式完全不出现“死时间”，也不降低存储器的访问速度，但是必须保证在2mS时间内能刷新一遍整个芯片，否则将造成严重后果，因此这种方式控制比较复
杂，实现起来比较困难。
六、典型RAM芯片介绍
下面我们来介绍一种典型SRAM存储器芯片HM6116。 HM6116芯片的存储容量为2K*8位，片内有16384（即16K）个存储单元，排列成128*128的矩阵，构成2K个字，字长8位，可构成2KB（B——字节）的内存。该芯片有11条地址线，分成7条行地址线A4～A0，4条列地址线A0～A3，一个11位地址码选中一个8位存储字，需有8条数据线
1
2
3
4
5
6
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8
9
10
11
1213
14
15
16
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22
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24
6116
7
6
5
4
3
2
1
1
2
A
A
A
A
A
A
A
D
D
A
D
V
A
A
WE
OE
CS
D
D
D
D
D
A
DD
8
9
10
7
6
5
4
3 GND
D0～D7与同一地址的8位存储单元相连，由这8条数据线进行数据的读出与写入。
（1）HM6116引脚图
图4-7所示是2K×8位静态CMOS RAM6116的引脚排列图。6116的24个引脚中除11条地址线（A0～A10）、8条数据线（D0～D7）、l条电源线Vcc和1条接地线GND 外，还有3条控制线——片选信号CS、写允许信号W E和输出允许信号OE。
HM6116是一种2048×8位的高速静态CMOS随机存取存储器，它的特征是：
1）高速度。存取时间为100ns/120ns/150ns/200ns（分别以6116-10、6116-12、6116-15、6116-20为标志）；
2）低功耗。运行时为150mW，空载时为100mW；
3）与TTL兼容；
4）管脚引出与标准的2K*8的芯片（例如2716芯片）兼容；
5）完全静态——无需时钟脉冲与定时选通脉冲。
6）存储容量为2K×8位，该芯片有11条地址线，8条数据线。
（2）芯片工作方式和控制信号之间的关系
下表所列是6116的工作方式与控制信号之间的关系，读出和写入线是分开的，而且写入优先。
表4-1 静态RAM6116工作方式与控制信号之间的关系
4.2.2只读存储器ROM
一、ROM的分类
只读存储器简称ROM，它只能读出，不能写入，故称为只读存储器。工作时，将一个给定的地址码加到ROM的地址码输入端，此时，便可在它的输出端得到一个事先存入的确定数据。
只读存储器的最大优点是具有不易失性，即使供电电源切断，ROM中存储的信息也不会丢失。因而ROM获得了广泛的应用。只读存储器存入数据的过程，称为对
ROM进行编程。与RAM不同，ROM一般需由专用装置写入数据。按照数据写入方式特点不同，ROM可分为以下几种：
（1）固定ROM。也称掩膜ROM，这种ROM在制造时，厂家利用利用掩膜技术直接把数据写入存储器中，ROM制成后，其存储的数据也就固定不变了，用户对这类芯片无法进行任何修改。
（2）一次性可编程ROM（PROM）。PROM在出厂时，存储内容全为1（或全为0），用户可根据自己的需要，利用编程器将某些单元改写为0（或1）。PROM一旦进行了编程，就不能再修改了。
（3）光可擦除可编程ROM（EPROM）。EPROM是采用浮栅技术生产的可编程存储器，它的存储单元多采用N沟道叠栅MOS管，信息的存储是通过MOS管浮栅上的电荷分布来决定的，编程过程就是一个电荷注入过程。编程结束后，尽管撤除了电源，但是，由于绝缘层的包围，注入到浮栅上的电荷无法泄漏，因此电荷分布维持不变，EPROM也就成为非易失性存储器件了。
当外部能源（如紫外线光源）加到EPROM上时，EPROM内部的电荷分布才会被破坏，此时聚集在MOS管浮栅上的电荷在紫外线照射下形成光电流被泄漏掉，使电路恢复到初始状态，从而擦除了所有写入的信息。这样EPROM又可以写入新的信息。
（4）电可擦除可编程ROM（E2PROM）。E2PROM也是采用浮栅技术生产的可编程ROM，但是构成其存储单元的是隧道MOS管，隧道MOS管也是利用浮栅是否存有电荷来存储二值数据的，不同的是隧道MOS管是用电擦除的，并且擦除的速度要快的多（一般为毫秒数量级）。
E2PROM的电擦除过程就是改写过程，它具有ROM的非易失性，又具备类似RAM 的功能，可以随时改写（可重复擦写1万次以上）。目前，大多数E2PROM芯片内部都备有升压电路。因此，只需提供单电源供电，便可进行读、擦除/写操作，这为数字系统的设计和在线调试提供了极大方便。
（5）快闪存储器（Flash Memory）。快闪存储器的存储单元也是采用浮栅型MOS 管，存储器中数据的擦除和写入是分开进行的，数据写入方式与EPROM相同，需要输入一个较高的电压，因此要为芯片提供两组电源。一个字的写入时间约为200微秒，一般一只芯片可以擦除/写入100次以上。
二、ROM的内部结构
由地址译码器和存储矩阵组成，图4-8所示是ROM的内部结构示意图。
三、ROM 典型芯片介绍
EPROM2764的引脚排列和功能框
图如图4-9所示。
在正常使用时，V CC =+5V 、VIH
为高电平，即VPP 引脚接+5V 、PGM
引脚接高电平，
在进行编程时，PGM VPP 引脚接高电平（编程电平+25V ）数据由数据总线输入。 OE ：输出使能端，用来决定是否将ROM 的输出送到数据总线上去，当OE =0时，输出可以被使能，当OE =1
时，输出被禁止，ROM 数据输出端为
高阻态。 CS ：片选端，用来决定该片ROM 是否工作，当CS =0时，ROM 工作，当CS =1时，ROM 停止工作，且输出为高阻态（无论OE 为何值）。
ROM 输出能否被使能决定于CS +OE 的结果，当CS +OE =0时，ROM 输出使0单元1单元i单元
单元2
－1n W W W W D D D 01i n 2 －101b －1
位线
存储单元
.........
......字线输出数据
输1
A A 器...地
入址译
n －1地码
址
A ...
能，否则将被禁止，输出端为高阻态。另外，当CS =1时，还会停止对ROM 内部的译码器等电路供电，其功耗降低到ROM 工作时的10%以下。这样会使整个系统中ROM 芯片的总功耗大大降低。
四、ROM 容量的扩展
（1）位扩展（现有型号的EPROM ，输出多为8位。）
如图4-10所示是将两片2764扩展成16k ×16位EPROM 的连线图。
（2）字扩展
用8片2764扩展成64k ×8位EPROM ，如图4-11所示。
CS
OE
A 0~70
D ~D
OE
0A ~A A A 15
4.3 高速缓冲存储器（Cache Memory）技术
4.3.1高速缓冲存储器概述
一、高速缓存的作用和特点
高速缓冲存储器是为了解决CPU和主存之间速度匹配问题而采用的一项重要技术。Cache是一块专门的存储区域，采用高速的存储器件构成，介于CPU和主存之间。它将CPU对内存的读取改为先读Cache，如果Cache中没有，再到内存中取，但读取的信息同时进入Cache，当下一次读取该信息时就只需从Cache中读取。由于Cache比内存速度要快得多，所以在使用Cache后计算机的速度有明显提高。
把CPU最近最可能用到的少量信息（数据或指令）从主存复制到Cache中，当CPU下次再用到这些信息时，它就不必访问慢速的主存，而直接从快速的Cache中得到，从而提高了速度。
从功能上看，Cache是主存的缓冲存储器，由高速的SRAM组成。为追求高速，包括管理在内的全部功能由硬件实现，因而对程序员是透明的。
它有以下特点：
（1）高速：存取速度比主存快，以求与CPU匹配。由高速的SRAM组成，全部功能由硬件实现，保证了高速度。
（2）容量小：因价格贵，所以容量较小，一般为几百KB，作为主存的一个副本可分为片内Cache和片外Cache。
二、命中率
评价Cache性能关键的指标是Cache的命中率。所谓命中率就是指CPU所要访问的信息再Cache中的比率。相反，将CPU所要访问的信息不在Cache中的比率称为失效率。因为Cache的容量远远小于内存，它只可能存放内存的一部分数据。CPU 自然是先访问Cache，再访问主存，如果数据在Cache中为命中，在不在内存中为不命中，Cache容量越大，命中率越高。而当容量超过一定值后，命中率随容量的增加将不会有明显的提高。
4.3.2高速缓冲存储器的工作原理
高速缓冲存储器最主要是由存储体、Cache-主存地址映像和Cache替换机构组成。
一、Cache存储体
Cache存储体是以一定的字容量所组成的存储模块。通常以“命中率”来衡量Cache的效率。所谓命中率，是指CPU所要访问的信息在Cache中的比率。
二、地址映像
地址映像的功能是把CPU发送来的主存地址转换成Cache的地址。当信息按这种方式装入Cache中后，执行程序时，应将主存地址变换为Cache地址，这个变换过程叫作地址变换。地址映象方式通常采用直接映象、全相联映象、组相联映象三种。
（1）直接映象
每个主存地址映像到Cache中的一个指定地址的方式，称为直接映象方式。在直接映象方式下，主存中存储单元的数据只可调入Cache中的一个位置，如果主存中另一个存储单元的数据也要调入该位置则将发生冲突。地址映像的方法一般是将主存空间按Cache的尺寸分区，每区内相同的块号映像到Cache中相同的块位置。一般地，Cache被分为2N块，主存被分为同样大小的2M块，主存与Cache中块的对应关系可用如下映像函数表示：j = i mod 2N。式中，j是Cache中的块号，i是主存中的块号。
直接映象是一种最简单的地址映像方式，它的地址变换速度快，而且不涉及其他两种映像方式中的替换策略问题。但是这种方式的块冲突概率较高，当称序往返访问两个相互冲突的块中的数据时，Cache的命中率将急剧下降，因为这时即使Cache中有其他空闲块，也因为固定的地址映像关系而无法应用。
（2）全相联映象
主存中的每一个字块可映像到Cache任何一个字块位置上，这种方式称为全相联映像。这种方式只有当Cache中的块全部装满后才会出现块冲突，所以块冲突的概率低，可达到很高的Cache命中率；但实现很复杂。当访问一个块中的数据时，块地址要与Cache块表中的所有地址标记进行比较已确定是否命中。在数据块调入时存在着一个比较复杂的替换问题，即决定将数据块调入Cache中什么位置，将Cache中那一块数据调出主存。为了达到较高的速度，全部比较和替换都要用硬件实现。
（3）组相联映象
组相联映象方式是直接映象和全相联映象的一种折衷方案。这种方法将存储空
间分为若干组，各组之间是直接映像，而组内各块之间则是全相联映像。它是上述两种映像方式的一般形式，如果组的大小为1，即Cache空间分为2N组，就变为直接映像；如果组的大小为Cache整个的尺寸，就变为了全相联映像。组相联方式在判断块命中及替换算法上都要比全相联方式简单，块冲突的概率比直接映像的低，其命中率也介于直接映像和全相联映像方式之间。
三、替换机构
Cache和存储器一样具有两种基本操作，即读操作和写操作。
当CPU发出读操作命令时，根据它产生的主存地址分为两种情形：一种是需要的数据已在Cache中，那么只需直接访问Cache，从对应单元中读取信息到数据总线；另一种是需要的数据尚未装入Cache，CPU需从主存中读取信息的同时，应将从主存中取出的内容放到Cache中。若Cache中尚有空闲的块，则可将新的内容写入；若Cache中的块都已装满，则需进行替换。替换机构是按替换算法设计的，其作用是指出应该替换的块号。替换算法与Cache的命中率相关，替换机构由硬件实现。
常见的替换策略有两种：
（1）先进先出策略（FIFO）
FIFO（First In First Out）策略总是把最先调入的Cache字块替换出去，它不需要随时记录各个字块的使用情况，较容易实现；缺点是经常使用的块，如一个包含循环程序的块也可能由于它是最早的块而被替换掉。
（2）最近最少使用策略（LRU）
LRU（Least Recently Used）策略是把当前近期Cache中使用次数最少的那块信息块替换出去，这种替换算法需要随时记录Cache中字块的使用情况。LRU的平均命中率比FIFO高，在组相联映像方式中，当分组容量加大时，LRU的命中率也会提高。
综上所述：
当CPU要求访存时，地址总线上给出了主存地址，此地址经主存－Cache地址映象变换机构，形成Cache地址。如果转换后的Cache地址与CPU欲访问的主存地址已建立了对应关系，即已命中，则CPU直接访问Cache存储体。如果转换后的Cache 地址与CPU欲访问的主存地址未建立对应关系，即未命中，此刻CPU不仅需访问主存，同时要将该存储字所在的主存块一并调入Cache。调入Cache的前提是Cache 中还有空块未被装满，否则需通过Cache替换机构，替换出Cache的某字块，重新
装入新字块。
4.4虚拟存储器
4.4.1 虚拟存储器的基本概念
虚拟存储器位于"主存--辅存"层次。根据程序运行的局部性原理，一个程序运行时，在一小段时间内，只会用到程序和数据的一小部分，仅把这些程序和数据装入主存储器即可，更多的部分可以在用到时随时从磁盘调入主存储器，这是提出虚拟存储器的核心依据。虚拟存储器所追求的目标是摆脱主存储器容量的限制，降低存储一定信息所用的成本。
虚拟存储器，通常是指高速磁盘上的一片存储空间，其功能是通过硬件、软件的办法，可以将其作为主存储器的扩展的存储空间一样来使用，这就使得程序设计人员能够使用比主存储器实际容量大得多的存储空间来设计和运行程序。
虚拟存储器中经常使用三种基本管理技术：页式存储管理，段式虚拟存储器，段页式虚拟存储器。
4.4.2 页式存储管理
一、页和页表
页式存储管理，是另一种经常用到的虚拟存储器管理技术。它的主要思路是把虚拟（逻辑）地址空间和主存实际（物理）地址空间，都分成大小相等的页，并规定页的大小为2的整数次方个字，则所有地址都可以用页号拼接页内地址的形式来表示。虚拟地址用虚页号拼接页内地址给出，主存实际地址用实页号拼接页内地址给出。通常要建立一张虚地址页号和实地址页号的对照表，记录程序再虚页调入主存时安排再主存中的位置，这张表叫做页表。页表由若干表目组成，每个虚页号对应页表中的一个表目。
二、地址映象变换
图4-12给出了页式存储器管理的地址变换过程。
这一地址变换过程是：用虚地址中的虚页号与页表基地址相加，求出对应该虚页的页表表目在主存中的实际地址，从该表目的实页号字段取出实页号再拼上虚地址中的页内地址，就得到读主存数据用的实存地址。
当需要把一页从虚存调入主存时，操作系统从主存储器的空闲区找出一页分配给这一页，把该页的内容写入主存，把主存储器的实际页号写进轧表的相应表目的
第三章存储系统习题参考答案1.有一个具有20位地址和32位字长的
第三章存储系统习题参考答案 1．有一个具有20位地址和32位字长的存储器，问： （1）该存储器能存储多少个字节的信息？ （2）如果存储器由512K×8位SRAM芯片组成，需要多少芯片？ （3）需要多少位地址作芯片选择？ 解：（1）∵ 220= 1M，∴ 该存储器能存储的信息为：1M×32/8=4MB （2）（1000/512）×（32/8）= 8（片） （3）需要1位地址作为芯片选择。 2. 已知某64位机主存采用半导体存储器，其地址码为26位，若使用4M×8位的DRAM芯片组成该机所允许的最大主存空间，并选用模块板结构形式，问：（1）每个模块板为16M×64位，共需几个模块板？ （2）个模块板内共有多少DRAM芯片? （3）主存共需多少DRAM芯片? CPU如何选择各模块板？ 解：(1). 共需模块板数为m： m=÷224=4(块) (2). 每个模块板内有DRAM芯片数为n: n=(224/222) ×(64/8)=32 (片) (3) 主存共需DRAM芯片为：4×32=128 (片) 每个模块板有32片DRAM芯片，容量为16M×64位，需24根地址线(A23~A0)完成模块板内存储单元寻址。一共有4块模块板，采用2根高位地址线(A25~A24)，通过2：4译码器译码产生片选信号对各模块板进行选择。 3．用16K×8位的DRAM芯片组成64K×32位存储器，要求： (1) 画出该存储器的组成逻辑框图。 (2) 设存储器读/写周期为0.5μS, CPU在1μS内至少要访问一次。试问采用哪种刷新方式比较合理？两次刷新的最大时间间隔是多少？对全部存储单元刷
新一遍所需的实际刷新时间是多少？ 解：（1）组成64K×32位存储器需存储芯片数为 N=（64K/16K）×（32位/8位）=16（片） 每4片组成16K×32位的存储区，有A13-A0作为片内地址，用A15 A14经2：4译码器产生片选信号，逻辑框图如下所示： （2）依题意，采用异步刷新方式较合理，可满足CPU在1μS内至少访问内存一次的要求。 设16K×8位存储芯片的阵列结构为128行×128列，按行刷新，刷新周期T=2ms，则异步刷新的间隔时间为： 则两次刷新的最大时间间隔发生的示意图如下 可见，两次刷新的最大时间间隔为ｔｍａｘ ｔｍａｘ＝15.5-0.5=15 (μS) 对全部存储单元刷新一遍所需时间为t R t R ＝0.5×128=64 (μS)
[考研类试卷]计算机专业基础综合(存储器系统的层次结构)模拟试卷2.doc
[考研类试卷]计算机专业基础综合（存储器系统的层次结构）模拟试卷 2 一、单项选择题 1-40小题，每小题2分，共80分。下列每题给出的四个选项中，只有一个选项是最符合题目要求的。 1 下列关于DRAM和SRAM的说法中，错误的是( )。 Ⅰ．SRAM不是易失性存储器，而DRAM是易失性存储器 Ⅱ．DRAM比SRAM集成度更高，因此读写速度也更快 Ⅲ．主存只能由DRAM构成，而高速缓存只能由SRAM构成 Ⅳ．与SRAM相比，DRAM由于需要刷新，所以功耗较高 （A）Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ （B）Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ （C）Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ （D）Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ 2 某机字长32位，主存容量1 MB，按字编址，块长512 B，Cache共可存放16个块，采用直接映射方式，则Cache地址长度为( )。 （A）11位 （B）13位 （C）18位 （D）20位 3 在Cache和主存构成的两级存储体系中，Cache的存取时间是100ns，主存的存取时间是1000ns。如果希望有效(平均)存取时间不超过(；ache存取时间的15％，则Cache的命中率至少应为( )。
（A）90％ （B）98％ （C）95％ （D）99％ 4 下列关于Cache写策略的论述中，错误的是( )。 （A）全写法(写直达法)充分保证Cache与主存的一致性 （B）采用全写法时，不需要为Cache行设置“脏位／修改位” （C）写回法(回写法)降低了主存带宽需求(即减少了Cache与主存之间的通信量) （D）多处理器系统通常采用写回法 5 假定用若干个8K×8位的芯片组成一个32K×32位的存储器，则地址41FDH所在芯片的最大地址是( )。 （A）0000H （B）4FFFH （C）5FFFH （D）7FFFH 6 某机器采用四体低位交叉存储器，现分别执行下述操作： (1)读取6个连续地址单元中存放的存储字，重复80次； (2)读取8个连续地址单元中存放的存储字，重复60次； 则(1)、(2)所花时间之比为( )。 （A）1：1
计算机存储系统
计算机存储系统输入输出设备的使用 一、存储器：是计算机的重要组成部分. 它可分为: 计算机内部的存储器（简称内存） 计算机外部的存储器（简称外存） 内存储器从功能上可以分为 读写存储器ＲＡＭ 只读存储器ＲＯＭ两大类 计算机存储容量以字节为单位，它们是:字节B( 1Byte=8bit)、千字节(1KB=1024B)、兆字节(1MB=1024KB)、千兆字节（1GB=1024MB)、1TB＝1024GB 二、计算机的外存储器一般有：软盘和软驱、硬盘、CD－ROM、可擦写光驱即CD－RW光驱还有USB接口的移动硬盘、光驱、或可擦写电子硬盘（优盘）等。 三、存储器的容量的基本单位是字节(Byte)，并有下列的运算换算关系： 1KB=1024Bytes 1MB=1024KB 1GB=1024MB 1TB=1024GB
1个汉字在计算机内需要2个字节来存储； 1个英文字符(即ASCII码)在计算机中需要1个字节来存储； 1个字节相当于8个二进制位。 一、计算机的输入设备一般有：键盘、鼠标、磁盘存储器、扫描仪、麦克风等。 1、键盘的接口类型与键盘的基本分类 2、键盘的基本键分布区，基本键的使用 3、鼠标的分类与基本保养方法 4、软盘的使用注意事项 5、硬盘的接口与硬盘使用的注意事项 二、计算机的输出设备一般有：显示器、打印机、绘图仪、磁盘存储器等。 1、显示器一般有：LCD显示器和CRT显示器，显示器的关键有三个参数：分辨率、点锐度和可显示区域大小等。显示器的功能发挥还必须依赖于显示卡的性能参数。 2、打印机作为常用的计算机输出设备，越来越普及。目前，打印机的流行类型一般有喷墨打印机、针式打印机和激光打印机三大类。
计算机组成原理习题 第三章存储系统
第三章习题 一、填空题： 1.广泛使用的A.______和B.______都是半导体随机读写存储器。前者速度比后者 C.______，集成度不如后者高。 2.CPU能直接访问A.______和B.______,但不能直接访问磁盘和光盘。 3.广泛使用的 ______和 ______都是半导体随机读写存储器,前者比后者速度快, ___ ___不如后者高。它们断电后都不能保存信息。 4.由于存储器芯片的容量有限，所以往往需要在A.______和B.______两方面进行扩充才能满足实际需求。 5.Cache是一种A______存储器，是为了解决CPU和主存之间B______不匹配而采用的一项重要的硬件技术。 6.虚拟存贮器通常由主存和A______两级存贮系统组成。为了在一台特定的机器上执行程序，必须把B______映射到这台机器主存贮器的C______空间上，这个过程称为地址映射。 7.半导体SRAM靠A______存贮信息，半导体DRAM则是靠B______存贮信息。 8.主存储器的性能指标主要是存储容量，A.______和B.______。 9.由于存储器芯片的容量有限，所以往往需要在A.______和B.______两方面进行扩充才能满足实际需求。 10.存储器和CPU连接时，要完成A.______的连接；B.______的连接和C.______的连接，方能正常工作。 11.广泛使用的A.______和B.______都是半导体随机读写存储器，它们共同的特点是 C.______。 12.对存储器的要求是A.______，B.______，C.______，为了解决这三个方面的矛盾。计算机采用多级存储器体系结构。 13.虚拟存贮器通常由主存和A______两级存贮系统组成。为了在一台特定的机器上执行程序，必须把B______映射到这台机器主存贮器的C______空间上，这个过程称为地址映射。 14.多个用户共享主存时，系统应提供A______。通常采用的方法是B______保护和C______保护，并用硬件来实现。 15.由于存储器芯片的容量有限，所以往往需要在A.______和B.______两方面进行扩充才能满足实际需求。 16.相联存储器是按A.______访问的存储器，在cache中用来存放B.______，在虚拟存储器中用来存放C.______。在这两种应用中，都需要D.______查找。 17.DRAM存储器的刷新一般有A.___,B.___,C.___三种方式。 18.并行处理技术已成为计算计技术发展的主流。它可贯穿于信息加工的各个步骤和阶段。概括起来，主要有三种形式A. ______并行；B. ______并行；C. ______并行。 19.主存与cache的地址映射有A. ______、B. ______、C. ______三种方式。其中______方式适度地兼顾了前二者的优点，又尽量避免其缺点，从灵活性、命中率、硬件投资来说
计算机存储器——内存和外存
计算机存储器——内存和外存 引言：存储器是计算机的第二个子系统。它有一个重要的特性——无限可复制性，即其 存放的数据被取出后，原来存放的数据依然存在，所以可以被反复利用。本报告将从存储器的原理、分类、功能和发展状况等方面进行探究分析。 摘要：在计算机的组成结构中，有一个很重要的部分，就是存储器。存储器的主要功能 是存储程序和各种数据，并能在计算机运行过程中高速、自动地完成程序或数据的存取。其是具有“记忆”功能的设备，是计算机智能化的重要保证。存储器（Memory）是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。计算机中全部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。它根据控制器指定的位置存入和取出信息。有了存储器，计算机才有记忆功能，才能保证正常工作。那么现有存储器的种类有哪些、它们又有哪些各自不同的性能及它们是如何在计算机中发挥存储作用的呢？为了理清楚以上问题，我做了有关于计算机内存与外存的相关研究。 关键词：存储器内存 RAM ROM 外存 正文： 存储器，英文名称为Memory，顾名思义，是一种用于存储信息的仪器，常用于计算机中的数据储存，计算机工作所需的所有数据都被存储在存储器中，包含原始数据、计算过程中所产生数据、计算所需程序、计算最终结果数据等等。存储器的存在才使得计算机有了超强的记忆能力。由此可见存储器对于计算机之重要性。 在介绍存储器原理之前，先解释一些重要名词。 存储位：存放一个二进制数位的存储单元，是存储器最小的存储单位，或称记忆单元存储字：一个数(n位二进制位)作为一个整体存入或取出时，称存储字 存储单元：存放一个存储字的若干个记忆单元组成一个存储单元 存储体：大量存储单元的集合组成存储体 存储单元地址：存储单元的编号 字编址：对存储单元按字编址 字节编址：对存储单元按字节编址 寻址：由地址寻找数据，从对应地址的存储单元中访存数据。
存储器系统 题库和答案
第3章存储器系统 一．选择题 1．计算机工作中只读不写的存储器是( )。 (A) DRAM (B) ROM (C) SRAM (D) EEPROM 2．下面关于主存储器（也称为内存)的叙述中，不正确的是( )。 (A) 当前正在执行的指令与数据都必须存放在主存储器内，否则处理器不能进行处理 (B) 存储器的读、写操作，一次仅读出或写入一个字节 (C) 字节是主存储器中信息的基本编址单位 (D) 从程序设计的角度来看，cache（高速缓存）也是主存储器 3．CPU对存储器或I/O端口完成一次读/写操作所需的时间称为一个( )周期。 (A) 指令(B) 总线(C) 时钟(D) 读写 4．存取周期是指( )。 (A)存储器的写入时间(B) 存储器的读出时间 (C) 存储器进行连续写操作允许的最短时间间隔(D)存储器进行连续读/写操作允许的最短时间3间隔 5．下面的说法中，( )是正确的。 (A) EPROM是不能改写的(B) EPROM是可改写的，所以也是一种读写存储器(C) EPROM是可改写的，但它不能作为读写存储器(D) EPROM只能改写一次 6．主存和CPU之间增加高速缓存的目的是( )。 (A) 解决CPU和主存间的速度匹配问题(B) 扩大主存容量 (C) 既扩大主存容量，又提高存取速度(D) 增强CPU的运算能力 7．采用虚拟存储器的目的是( )。 (A) 提高主存速度(B) 扩大外存的容量(C) 扩大内存的寻址空间(D) 提高外存的速度8．某数据段位于以70000起始的存储区，若该段的长度为64KB，其末地址是( )。(A) 70FFFH (B) 80000H (C) 7FFFFH (D) 8FFFFH 9．微机系统中的存储器可分为四级，其中存储容量最大的是( )。 (A) 内存(B) 内部寄存器(C) 高速缓冲存储器(D) 外存 10．下面的说法中，( )是正确的。(A) 指令周期等于机器周期 (B) 指令周期大于机器周期(C) 指令周期小于机器周期(D) 指令周期是机器周期的两倍11．计算机的主内存有3K字节，则内存地址寄存器需( )位就足够。 (A) 10 (B) 11 (C) 12 (D) 13 12．若256KB的SRAM具有8条数据线，那么它具有( )地址线。 (A) 10 (B) 18 (C) 20 (D) 32 13．可以直接存取1M字节内存的微处理器，其地址线需( )条。 (A) 8 (B)16 (C) 20 (D) 24 14．规格为4096×8的存储芯片4片，组成的存储体容量为( )。 (A) 4KB (B) 8KB (C) 16KB (D) 32KB 15．一个有16字的数据区，其起始地址为70A0：DDF6H，则该数据区末字单元的物理地址为（）。 （A）14E96H （B）7E814H （C）7E7F6H （D）7E816H 16．某微型计算机可直接寻址64M字节的内存空间，其CPU的地址总线至少应有( )条。（A）20 （B）30 （C）16 （D）26 17．对于地址总线为32位的微处理器来说，其直接寻址范围可达（）。
存储器分类
内存的种类是非常多的，从能否写入的角度来分，就可以分为RAM(随机存取存储器)和ROM(只读存储器)这两大类。每一类别里面有分别有许多种类的内存。 一、RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)
RAM的特点是：电脑开机时，操作系统和应用程序的所有正在运行的数据和程序都会放置其中，并且随时可以对存放在里面的数据进行修改和存取。它的工作需要由持续的电力提供，一旦系统断电，存放在里面的所有数据和程序都会自动清空掉，并且再也无法恢复。 根据组成元件的不同，RAM内存又分为以下十八种： 01.DRAM（Dynamic RAM，动态随机存取存储器）： 这是最普通的RAM，一个电子管与一个电容器组成一个位存储单元，DRAM 将每个内存位作为一个电荷保存在位存储单元中，用电容的充放电来做储存动作，但因电容本身有漏电问题，因此必须每几微秒就要刷新一次，否则数据会丢失。存取时间和放电时间一致，约为2~4ms。因为成本比较便宜，通常都用作计算机内的主存储器。 02.SRAM（Static RAM，静态随机存取存储器）
静态，指的是内存里面的数据可以长驻其中而不需要随时进行存取。每6颗电子管组成一个位存储单元，因为没有电容器，因此无须不断充电即可正常运作，因此它可以比一般的动态随机处理内存处理速度更快更稳定，往往用来做高速缓存。 03.VRAM（Video RAM，视频内存） 它的主要功能是将显卡的视频数据输出到数模转换器中，有效降低绘图显示芯片的工作负担。它采用双数据口设计，其中一个数据口是并行式的数据输出入口，另一个是串行式的数据输出口。多用于高级显卡中的高档内存。 04.FPM DRAM（Fast Page Mode DRAM，快速页切换模式动态随机存取存储器） 改良版的DRAM，大多数为72Pin或30Pin的模块。传统的DRAM在存取一个BIT的数据时，必须送出行地址和列地址各一次才能读写数据。而FRM DRAM 在触发了行地址后，如果CPU需要的地址在同一行内，则可以连续输出列地址
最新存储器与存储器系统
存储器与存储器系统
第五章存储器与存储器系统 内容提要： 1．存储器的分类、性能指标，存储器系统的多层结构； 2．半导体存储器的基本结构、工作原理； 3．半导体存储器容量的形成与寻址及其与8086CPU的连接； 4．内存条的选择与安装； 5． EPROM编程实践。 学习目标： 1．掌握存储器的分类、性能指标，存储器系统的多层结构； 2．掌握存储器芯片RAM、EPROM的基本结构、地址形成方法； 3．重点掌握8086CPU与存储器的连接技术； 4．掌握EPROM编程技术； 5．了解DRAM刷新，内存条选择与安装。 难点： CPU与存储器的连接。 学时：6 实验学时： 作业： 1、由2K×1bit的芯片组成容量为4K×8bit的存储器需要个存储芯片。 A）2 B）8 C）32 D）16 2、由2732芯片组成64KB的存储器，则需要块芯片和根片内地址线。 A）12 B）24 C）16 D）14 3、安排2764芯片内第一个单元的地址是1000H，则该芯片的最末单元的地址是。
A）1FFFH B）17FFH C）27FFH 4）2FFFH 将存储器与系统相连的译码片选方式有法和法。 4、若存储空间的首地址为1000H，存储容量为1K×8、2K×8、4K×8H和8K× 8的存储器所对应的末地址分别为、、 和。 5、对6116进行读操作，6116引脚CE= ，WE= ， OE= 。 6、试用4K×8位的EPROM2732和2K×8位的静态RAM6116以及LS138译码器,构成一个8KB.的ROM、4KB的RAM存储器系统(8086工作于最小模式),ROM地址范围为：FE000H～FFFFFH,RAM地址范围为：00000H～00FFFH。 一、概述 1. 存储器分类 1）按存储介质分：半导体存储器、磁表面存储器、光表面存储器； 2）按读写功能分：ROM和RAM； 3）按信息的可保存性分类： 非永久性记忆存储器（断电后信息消失）：RAM 永久性记忆存储器（断电后信息仍保存）：ROM、磁表面或光表面存储器； 4）按在计算机系统中的作用分类：主存储器（内存）、辅助存储器（外存）、高速缓冲存储器。
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存储器是计算机系统中的记忆设备
第四章存储器 第一节概述 存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。随着计算机的发展，存储器在系统中的地位越来越重要。由于超大规模集成电路的制作技术，使CPU的速率变得惊人的高，而存储器的存数和取数的速度与它很难适配，这使计算机系统的运行速度在很大程度上受到存储器速度的制约。此外，由于I/O设备的不断增多，如果它们与存储器打交道都通过CPU 来实现，会降低CPU的工作效率。为此，出现了I/O与存储器的直接存取方式（DMA），这也使存储器的地位更为突出。尤其在多处理机的系统中，各处理机本身都需与其主存交换信息，而且各处理机在互相通信中，也都需共享存放在存储器中的数据。因此，存储器的地位更为重要。从某种意义上讲，存储器的性能已成为计算机系统的核心。 一、存储器的分类 1．按存储介质分 （1）半导体存储器。存储元件由半导体器件组成的叫半导体存储器。其优点是体积小、功耗低、存取时间短。其缺点是当电源消失时，所存信息也随即丢失，是一种易失性存储器。半导体存储器又可按其材料的不同，分为双极型（TTL）半导体存储器和MOS半导体存储器两种。前者具有高速的特点，而后者具有高集成度的特点，并且制造简单、成本低廉，功耗小、故MOS半导体存储器被广泛应用。 （2）磁表面存储器。磁表面存储器是在金属或塑料基体的表面上涂一层磁性材料作为记录介质，工作时磁层随载磁体高速运转，用磁头在磁层上进行读写操作，故称为磁表面存储器。
按载磁体形状的不同，可分为磁盘、磁带和磁鼓。现代计算机已很少采用磁鼓。由于用具有矩形磁滞回线特性的材料作磁表面物质，它们按其剩磁状态的不同而区分“0”或“1”，而且剩磁状态不会轻易丢失，故这类存储器具有非易失性的特点。 （3）光盘存储器。光盘存储器是应用激光在记录介质(磁光材料)上进行读写的存储器，具有非易失性的特点。光盘记录密度高、耐用性好、可靠性高和可互换性强等。 2．按存取方式分类 按存取方式可把存储器分为随机存储器、只读存储器、顺序存储器和直接存取存储器四类。（1）随机存储器RAM(RandomAccessMemory)。RAM是一种可读写存储器，其特点是存储器的任何一个存储单元的内容都可以随机存取，而且存取时间与存储单元的物理位置无关。计算机系统中的主存都采用这种随机存储器。由于存储信息原理的不同，RAM又分为静态RAM(以触发器原理寄存信息)和动态RAM(以电容充放电原理寄存信息)。 （2）只读存储器ROM(ReadonlyMemory)。只读存储器是能对其存储的内容读出，而不能对其重新写入的存储器。这种存储器一旦存入了原始信息后，在程序执行过程中，只能将内部信息读出，而不能随意重新写入新的信息去改变原始信息。因此，通常用它存放固定不变的程序、常数以及汉字字库，甚至用于操作系统的固化。它与随机存储器可共同作为主存的一部分，统一构成主存的地址域。 只读存储器分为掩膜型只读存储器MROM（MaskedROM）、可编程只读存储器PROM(ProgrammableROM)、可擦除可编程只读存储器 EPROM(ErasableProgrammableROM)、用电可擦除可编程的只读存储器
存储器是计算机的主要组成部件
存储器是计算机的主要组成部件，它主要是用来存储信息的。存储器的类型有很多，按存储介质分为半导体存储器、磁存储器和光存储器。半导体存储器芯片内包含大量的存储单元，每个存储单元都有唯一的地址代码加以区分，并能存储一位二进制信息。本章只讨论半导体存储器。 一、存储器的分类： 1.按工作方式不同：分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）两大类。 2.按制造工艺不同：RAM、ROM又可分为双极型半导体存储器和单极型MOS存储器。 MOS型RAM又可分为静态RAM和动态RAM两种。RAM中任何存储单元的内容均能被随机存取。它的特点是存取速度快，一般用作计算机的主存。 ROM中的内容是在专门的条件下写入的，信息一旦写入就不能或不易修改。根据信息的写入方式不同，ROM可以分为掩膜ROM、可编程ROM（PROM）、可擦除可编程ROM（EPROM）和电可擦除可编程ROM（E2PROM）四种。在正常工作时，信息只能读出不能写入，通常用于存放固定信息。 掩膜ROM中的内容是在出厂前已写好的,用户不能
改写；PROM可由用户以专用设备将信息写入一次，写后不能改变；EPROM可由用户以专用设备将信息写入，然后用紫外线照射擦除信息；E2PROM采用电气方法擦除信息。 半导体存储器的分类情况如图5-1所示。 二、随机存取存储器(RAM) RAM既可向指定单元写入信息又可从指定单元读出信息,且读写时间与信息所处位置无关。RAM根据制造工艺的不同可分为双极型RAM和MOS型RAM，双极型RAM较MOS型RAM来说，速度高、功耗大、集成度低。在断电后，RAM中信息将消失。 1.随机存取存储器（RAM）的结构 RAM的一般结构形式包括存储矩阵、地址译码器和读写控制器三部分，并通过数据输入/输出线，地址
4 存储器系统
4存储器系统 1.存储器的哪一部分用来存储程序指令计像常数和查找表一类的固定不变的信息？哪一 部分用来存储经常改变的数据？ 2.术语“非易失性存储器”是什么意思？PROM和EPROM分别代表什么意思？ 3.微型计算机中常用的存储器有哪些？它们各有何特点？分别适用于哪些场合？ 4.现代计算机中的存储器系统采用了哪三级分级结构？主要用于解决存储器中存在的那 些问题？ 5.试比较静态RAM和动态RAM的优缺点，并说明有何种方法可解决掉电时动态RAM 中信息的保护。 6.计算机的电源掉电后再接电时（系统中无掉电保护装置），存储在各类存储器中的信息 是否仍能保存？试从各类存储器的基本原理上来分析说明。 7.什么是存储器的位扩充和字扩充方式？它们分别用在什么场合？ 8.要用64k×1位的芯片组成64k×8位的存储器需要几片芯片？要用16k×8位的芯片组成 64k×8位的存储器需要几片芯片？ 9.试画出容量为4k×8位的RAM硬件连接图（CPU用8088，RAM用2144），要求RAM 地址从0400H开始，并写出各芯片的地址分配范围。 10.试画出容量为12k×8位的ROM硬件连接图（CPU用8088，EPROM用2716），并写 出各芯片的地址分配范围。 11.在上题的基础上，若要求ROM地址区从1000H开始，硬件设计该如何修改？并写出 各芯片的地址分配范围。若要求ROM地址区从C000H开始，硬件设计又该如何修改？ 并写出各芯片的地址分配范围。
12.一台8位微机系统（CPU为8088）需扩展内存16k，其中ROM为8K，RAM为8K， ROM选用EPROM2716，RAM选用2114，地址空间从0000H开始，要求ROM在低地址，RAM在高地址，连续存放。试画出存储器组构图，并写出各芯片的地址分配范围。 13.试画出容量为32K×8位的ROM连接图（CPU用8088，ROM地址区从8000H开始）， 并写出各芯片的地址分配范围（EPROM用8K×8位的2764，地址线A0~A12，数据线O0~O7，片选CE，输出允许：OE）。 14.什么是高速缓冲存储器？在微机中使用高速缓冲存储器的作用是什么？ 15.何谓高速缓冲存储器的命中？试说明直接映像、全相联映像、组相联映像等地址映像方 式的基本工作原理。 16.什么试虚拟存储器？它的作用是什么？
存储器习题解答
1. 用下列芯片构成存储系统，各需要多少个RAM芯片？需要多少位地址作为片外地址译码？设系统为20位地址线，采用全译码方式。 （1）512×4位RAM构成16KB的存储系统； （2）1024×1位RAM构成128KB的存储系统； （3）2K×4位RAM构成64KB的存储系统； （4）64K×1位RAM构成256KB的存储系统。 解：(1) 需要16KB/512×4=64片，片外地址译码需20-log2512=11位地址线。 (2) 需要128KB/1K×1=1024片，片外地址译码需20-log21024=10位地址线。 (3) 需要64KB/2K×4=64片，片外地址译码需20-log2(1024×2)=9位地址线。 (4) 需要256KB/64K×1位=32片，片外地址译码需20-log2(1024×64)=4位地址线。 2. 现有一种存储芯片容量为512×4位，若要用它组成4KB的存储容量，需多少这样的存储芯片？每块芯片需多少寻址线？而4KB存储系统最少需多少寻址线？ 解: 4K×8bit /512×4bit= 16片，需要16片存储芯片； 29 = 512，每片芯片需9条寻址线； 212 = 4096，4KB存储系统最少需12条寻址线。 3. 一个具有8KB直接相联Cache的32位计算机系统，主存容量为32MB，假定该Cache中块的大小为4个32位字。 （1）求该主存地址中区号、块号和块内地址的位数。 （2）求主存地址为ABCDEF16的单元在Cache中的位置。 解: (1) 主存区数为32MB/8KB = 4096，212= 4096，区号的位数为12； 区内块数为8KB/4×4B = 512，29 = 512，块号的位数为9； 块内单元数（字节编址）为4×32 / 8 = 16，24= 16，块内地址的位数4。 （2）主存地址为ABCDEF16的单元其二进制地址为： 0 1010 1011 1100 1101 1110 1111 (主存字节地址为25位) 区号为0 1010 1011 110 块号为0 1101 1110 数据在Cache中的位置是 0 1101 1110 1111
PLC系统存储器与用户存储器的功能
系统存储器用来存放由PLC生产厂家编写的系统程序，系统程序固化在ROM 内，用户不能直接更改，它使PLC具有基本的功能，能够完成PLC设计者规定的各项工作。系统程序质量的好坏，很大程度上决定了PLC的性能，其内容主要包括三部分。 第一部分为系统管理程序，它主要控制PLC的运行，使整个PLC按部就班地工作。第二部分为用户指令解释程序，通过用户指令解释程序，将PLC 的编程语言变为机器语言指令，再由CPU执行这些指令。第三部分为标准程序模块与系统调用，它包括许多不同功能的子程序及其调用管理程序，如完成输入、输出及特殊运算等的子程序。PLC的具体工作都是由这部分程序来完成的，这部分程序的多少也决定了PLC性能的高低。 用户存储器包括用户程序存储器（程序区）和功能存储器（数据区）两部分。用户程序存储器用来存放用户针对具体控制任务用规定的PLC编程语言编写的各种用户程序，以及用户的系统配置。用户程序存储器根据所选用的存储器单元类型的不同，可以是RAM（有掉电保护）、EPROM或EEPROM存储器，其内容可以由用户任意修改或增删。用户功能存储器是用来存放（记忆）用户程序中使用器件的ON/OFF状态／数值数据等。用户存储器容量的大小，关系到用户程序容量的大小，是反映PLC性能的重要指标之一。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解台达PLC、西门子PLC、施耐德plc、欧姆龙PLC的选型，报价，采购，参数，图片，批发等信息，请关注艾驰商城
计算机存储器概述
计算机存储器概述 位(bit)是二进制数的最基本单位，也是存储器存储信息的最小单位，8位二进制数称为一个字节(byte)。当一个数作为一个整体存入或取出时，这个数叫做存储字。存储字可以是一个字节，也可以是若干个字节。若干个忆记单元组成一个存储单元，大量的存储单元的集合组成一个存储体(MemoryBank)。 为了区分存储体内的存储单元，必须将它们逐一进行编号，称为地址。地址与存储单元之间一一对应，且是存储单元的唯一标志。应注意存储单元的地址和它里面存放的内容完全是两回事。 存储器在计算机中处于不同的位置，可分为主存储器和辅助存储器。在主机内部，直接与CPU交换信息的存储器称主存储器或内存储器。在执行期间，程序的数据放在主存储器内，各个存储单元的内容可通过指令随机访问，这样的存储器称为随机存取存储器(RAM)。另一种存储器叫只读存储器(ROM)，里面存放一次性写入的程序或数据，仅能随机读出。RAM和ROM共同分享主存储器的地址空间。 因于结构、价格原因，主存储器的容量受限。为满足计算的需要而采用了大容量的辅助存储器或称外存储器，如磁盘、光盘等。 存储器的主要技术指标 存储器的特性由它的技术参数来描述。 一、存储容量：存储器可以容纳的二进制信息量称为存储容量。主存储器的容量是指用地址寄存器(MAR)产生的地址能访问的存储单元的数量。如N位字长的MAR能够编址最多达2N个存储单元。一般主存储器(内存)容量在几十K到几M字节左右；辅助存储器(外存)在几百K到几千M字节。 二、存储周期：存储器的两个基本操作为读出与写入，是指将信息在存储单元与存储寄存器(MDR)之间进行读写。存储器从接收读出命令到被读出信息稳定在MDR的输出端为止的时间间隔，称为取数时间TA；两次独立的存取操作之间所需的最短时间称为存储周期TMC。半导体存储器的存储周期一般为100ns-200ns。 三、存储器的可靠性：存储器的可靠性用平均故障间隔时间MTBF来衡量。MTBF可以理解为两次故障之间的平均时间间隔。MTBF越长，表示可靠性越高，即保持正确工作能力越强。 四、性能价格比：性能主要包括存储器容量、存储周期和可靠性三项内容。性能价格比是一个综合性指标，对于不同的存储器有不同的要求。对于外存储器，要求容量极大，而对缓冲存储器则要求速度非常快，容量不一定大。因此性能/价格比是评价整个存储器系统很重要的指标。(俞欣)
计算机存储器的种类和特点
计算机存储器的种类和特点 一、RAM(Random Access Memory，随机存取存储器) RAM的特点是：电脑开机时，操作系统和应用程序的所有正在运行的数据和程序都会放置其中，并且随时可以对存放在里面的数据进行修改和存取。它的工作需要由持续的电力提供，一旦系统断电，存放在里面的所有数据和程序都会自动清空掉，并且再也无法恢复。 根据组成元件的不同，RAM内存又分为以下十八种： 01.DRAM（Dynamic RAM，动态随机存取存储器） 这是最普通的RAM，一个电子管与一个电容器组成一个位存储单元，DRAM将每个内存位作为一个电荷保存在位存储单元中，用电容的充放电来做储存动作，但因电容本身有漏电问题，因此必须每几微秒就要刷新一次，否则数据会丢失。存取时间和放电时间一致，约为 2~4ms。因为成本比较便宜，通常都用作计算机内的主存储器。 02.SRAM（Static RAM，静态随机存取存储器） 静态，指的是内存里面的数据可以长驻其中而不需要随时进行存取。每6颗电子管组成一个位存储单元，因为没有电容器，因此无须不断充电即可正常运作，因此它可以比一般的动态随机处理内存处理速度更快更稳定，往往用来做高速缓存。 03.VRAM（Video RAM，视频内存） 它的主要功能是将显卡的视频数据输出到数模转换器中，有效降低绘图显示芯片的工作负担。它采用双数据口设计，其中一个数据口是并行式的数据输出入口，另一个是串行式的数据输出口。多用于高级显卡中的高档内存。 04.FPM DRAM（Fast Page Mode DRAM，快速页切换模式动态随机存取存储器） 改良版的DRAM，大多数为72Pin或30Pin的模块。传统的DRAM在存取一个BIT的数据时，必须送出行地址和列地址各一次才能读写数据。而FRM DRAM在触发了行地址后，如果CPU 需要的地址在同一行内，则可以连续输出列地址而不必再输出行地址了。由于一般的程序和数据在内存中排列的地址是连续的，这种情况下输出行地址后连续输出列地址就可以得到所需要的数据。FPM将记忆体内部隔成许多页数Pages，从512B到数KB不等，在读取一连续区域内的数据时，就可以通过快速页切换模式来直接读取各page内的资料，从而大大提高读取速度。在96年以前，在486时代和PENTIUM时代的初期，FPM DRAM被大量使用。 05.EDO DRAM（Extended Data Out DRAM，延伸数据输出动态随机存取存储器）
第5章-存储器系统汇总
第5章存储器系统 主要内容： 存储器系统的概念 半导体存储器的分类及其特点 半导体存储芯片的外部特性及其与系统的连接 存储器接口设计（存储器扩展技术） 高速缓存 §5.1 概述 主要内容： 存储器系统及其主要技术指标 半导体存储器的分类及特点 两类半导体存储器的主要区别 一、存储器系统 1. 存储器系统的一般概念 将两个或两个以上速度、容量和价格各不相同 的存储器用硬件、软件或软硬件相结合的方法 连接起来 系统的存储速度接近最快的存储器，容量接近 最大的存储器。 构成存储系统。 2. 两种存储系统 在一般计算机中主要有两种存储系统： 主存储器 Cache存储系统 高速缓冲存储器 主存储器 虚拟存储系统 磁盘存储器
Cache存储系统 对程序员是透明的 目标： 提高存储速度 Cache 主存储器 虚拟存储系统 对应用程序员是透明的。 目标： 扩大存储容量 主存储器 磁盘存储器 3. 主要性能指标 存储容量（S）（字节、千字节、兆字节等） 存取时间（T）（与系统命中率有关） 命中率（H） T=H*T1+（1-H）*T2 单位容量价格（C） 访问效率（e） 4. 微机中的存储器 通用寄存器组及 指令、数据缓冲栈片内存储部件 高速缓存 内存储部件 主存储器 联机外存储器 外存储部件 脱机外存储器
二、半导体存储器 1. 半导体存储器 半导体存储器由能够表示二进制数“0”和“1”的、具有记忆功能的半导体器件组成。 能存放一位二进制数的半导体器件称为一个存储元。 若干存储元构成一个存储单元。 2. 半导体存储器的分类 随机存取存储器（RAM） 内存储器 只读存储器（ROM 随机存取存储器（RAM） 静态存储器（SRAM） RAM 动态存储器（DRAM） 只读存储器（ROM） 掩模ROM 只读存储器一次性可写ROM EPROM EEPROM 3. 主要技术指标 存储容量 存储单元个数×每单元的二进制数位数 存取时间 实现一次读/写所需要的时间 存取周期 连续启动两次独立的存储器操作所需间隔的最小时间 可靠性 功耗
计算机中的存储器
计算机中的存储器（主存，内存，外存） 在计算机的组成结构中，有一个很重要的部分，就是存储器。存储器是用来存储程序和数据的部件，对于计算机来说，有了存储器，才有记忆功能，才能保证正常工作。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，主存储器又称内存储器（简称内存），辅助存储器又称外存储器（简称外存）。外存通常是磁性介质或光盘，像硬盘，软盘，磁带，CD 等，能长期保存信息，并且不依赖于电来保存信息，但是由机械部件带动，速度与CPU相比就显得慢的多。内存指的就是主板上的存储部件，是CPU直接与之沟通，并用其存储数据的部件，存放当前正在使用的（即执行中）的数据和程序，它的物理实质就是一组或多组具备数据输入输出和数据存储功能的集成电路，内存只用于暂时存放程序和数据，一旦关闭电源或发生断电，其中的程序和数据就会丢失。 RAM和ROM是啥意思 ROM是只读内存（Read-Only Memory）的简称，是一种只能读出事先所存数据的固态半导体存储器。其特性是一旦储存资料就无法再将之改变或删除。通常用在不需经常变更资料的电子或电脑系统中，资料并且不会因为电源关闭而消失。 RAM（random access memory）随机存储器。存储单元的内容可按需随意取出或存入，且存取的速度与存储单元的位置无关的存储器。这种存储器在断电时将丢失其存储内容，故主要用于存储短时间使用的程序。按照存储信息的不同，随机存储器又分为静态随机存储器（Static RAM,SRAM)和动态随机存储器（Dynamic RAM,DRAM)。 ram是数据缓存即运行内存，电脑的内存条；rom是数据存储即文件存储用，电脑的硬盘。 RAM：随机存储器，一般是指内存 ROM：只能读取资料的内存，一般是指主板bios或者显卡bios。 主板BIOS：计算机用户在使用计算机的过程中，都会接触到BIOS，它在计算机系统中起着非常重要的作用。一块主板性能优越与否，很大程度上取决于主板上的BIOS管理功能是否先进。 BIOS（Basic Input/Output System，基本输入输出系统）全称是ROM－BIOS，是只读存储器基本输入／输出系统的简写，它实际是一组被固化到电脑中，为电脑提供最低级最直
冯诺依曼体系计算机存储器体系的瓶颈及发展
冯·诺依曼体系计算机存储器体系的瓶颈及发展 ——计算机类王一之摘要： 冯·诺依曼体系结构是目前应用最广泛的计算机体系结构，从1949年的EDVAC （Electronic Discrete variable Automatic Compute电子离散变量计算机）到如今几乎所有的商用计算机，历经半个多世纪，计算机制造技术发生了巨大变化，但冯·诺依曼体系结构仍 然沿用至今，可见其优越性。而其中储存器在该体系中有着至关重要的作用。本文就存储器对于冯·诺依曼体系结构的影响以及该体系的未来发展展开讨论。 0 引言： 美籍匈牙利数学家冯·诺依曼于1946年提出存储程序原理，把程序本身当作数据来对待，程序和该程序处理的数据用同样的方式储存。冯·诺依曼体系结构冯·诺依曼理论的要点是：计算机的数制采用二进制；计算机应该按照程序顺序执行。人们把冯·诺依曼的这个理论称 为冯·诺依曼体系结构。①这个体系中，以二进制表示数据，计算机运把要执行的程序和处理的数据首先存入主存储器（即内存），在执行程序时，按顺序从主存储器中取出指令一条一条地执行。计算机硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。其最大特点便是将指令和数据都放在储存器中，那么储存器的作用便尤为重要。随着半导体技术的发展，以其为基础的储存器也随之高速发展，然而计算机其它部件（如运算器）发展的速度已经超过了储存器的发展速度，并且还有着不断拉开差距的趋势，而储存器的发展似乎即将到达瓶颈。现今储存器中信息传输速度的瓶颈成为了该体系计算机的瓶颈。本文将讨论这种瓶颈的原因以及对未来计算机发展的思考。 1 冯·诺依曼体系计算机的储存器体系 冯·诺依曼体系计算机中的储存器最粗略的可分为两种，即只读存储器(Read-only Memory，ROM)和随机存取存储器(Random-access Memory, RAM)。ROM属于非易失性存储器，即使电源断电，ROM中存储的数据也不会消失。而RAM属于易失性存储器,一旦电 源断电，RAM中存储的数据就会随之消失。其中RAM的速度快，但容量小，可跟随处理器实时运算。而ROM速度慢，但容量大，用于大量储存数据。 更加详细地，存储器可分为下图中的七种，由上至下速度更慢，容量更大，价格更便宜。寄存器（Register）是最接近运算器的储存器，由触发器和锁存器及其他门电路构成，其响应速度可达1ns，相应的，容量只有几百比特（如8086寄存器包含14个16位寄存器，仅有224bit的容量）。主存（DRAM）即我们生活中所说的内存，它的作用主要是用来暂时存放需要在CPU中进行运算的数据，以及与各种外部存储设备交换数据。在计算机运行中，CPU把需要运算的数据调到内存中进行运算，当运算完成后再将结果传送出来。其容量有 几GB，响应速度则超出了100ns。为了弥补主存与寄存器间的巨大差异，高速缓冲存储器（Cache）诞生了。它是存在于主存与CPU之间的一级存储器，由静态存储芯片(SRAM)组成，容量比较小但速度比主存高得多，在计算机存储系统的层次结构中，是介于中央处理器和主存储器之间的高速小容量存储器。为了提升效率，现今多数CPU拥有三级高速缓存， 如intel的i7-7700HQ有着256KB L1缓存，1MB L2缓存以及6MB L3缓存）。CPU会首先在L1高速缓存中寻找数据，若未找到，则在L2中寻找，之后在L3中寻找，只有高速缓冲存 储器不含有所需数据时，CPU才会访问主存。这极大的提升了CPU的运行效率。剩余的两种存储器都属于非易失性存储器，本地存储有硬盘，光盘，U盘等，可以储存多达TB级量的数据，速度相比RAM极大的下降，目前最快的固态硬盘也只能达到3-4GB/s的读写速度，