存储器概念课件
什么是存储器(存储器是计算机用来存储数据和指令的设备包括内存和外存)
什么是存储器（存储器是计算机用来存储数据和指令的设备包括内存和外存）在计算机领域中，存储器是一种用于存储数据和指令的设备，它包括内存和外存。
存储器在计算机系统中扮演着重要的角色，它们负责存储和管理计算机使用到的数据和程序，为计算机的正常运行提供必要的支持和保障。
一、内存的概念和作用内存是计算机系统中的一种重要组成部分，它主要用于存储计算机运行时所需要的数据和指令。
内存是计算机的临时存储器，它具备存取速度快、容量较小的特点。
在计算机启动时，操作系统和各种应用程序会加载到内存中，当计算机需要执行某个程序时，它会从内存中读取相应的指令执行。
内存的速度非常快，能够满足计算机对数据和指令的高速读写需求。
二、内存的分类内存按照存储介质和特性可以分为主存和高速缓存。
1. 主存主存是计算机中的主要存储器，也是计算机系统的核心组成部分。
主存储器以芯片的形式集成在计算机主板上，其容量通常以字节为单位。
主存有两个重要的特性，一是易失性，也就是说当计算机断电时，其中的数据将会丢失；二是可读写，在计算机运行时，可以通过读取和写入的方式对其进行操作。
2. 高速缓存高速缓存是主存的一种扩展，其作用是提高计算机的运行效率。
高速缓存的容量相对于主存要小得多，但其读写速度更快。
高速缓存通过存储计算机经常使用的数据和指令，以减少对主存的访问次数，从而提高计算机的运行速度。
高速缓存分为一级缓存（L1 Cache）、二级缓存（L2 Cache）和三级缓存（L3 Cache）等多级缓存，根据其与主存和处理器之间的距离和速度差异，也有不同的命名方式。
三、外存的概念和作用外存是计算机系统中的一种辅助存储设备，主要用于长期存储数据和程序。
与内存相比，外存的容量较大，但存取速度相对较慢。
外存的代表设备是硬盘，它能够稳定地存储大量的数据和程序，而且可以长期保存。
当计算机需要使用外存中的数据和程序时，它们将会被加载到内存中进行处理。
四、内存与外存的比较内存和外存在计算机系统中有不同的作用和特点，它们各自适用于不同的存储需求。
《半导体存储器和PL》课件
本课程介绍存储器和可编程逻辑器件的基本概念，种类，工作原理，应用等 方面的内容，为大家深入了解数字电路设计提供必要的参考资料。
存储器的基本概念
静态随机存取存储器(SRAM)
适合高速读取和频繁写入数据的应用
动态随机存取存储器(DRAM)
适合容量大、功耗低的应用
常规存储器(RAM和ROM)
3
可编程逻辑数组(PLD)
可编程逻辑器件家族的一个重要分支，常用于数字信号处理和通信领域。
可编程逻辑器件的工作原理
逻辑单元结构
由多个逻辑元件组成，能够实现各种逻辑运算。
可编程连接器结构
用于控制输入/输出引脚连接和信号路径。
存储器和可编程逻辑器件的应用
1 存储器的应用场景
广泛应用于电子产品、通信系统等领域，如手机、路由器、智能家居等。
2 可编程逻辑器件在数字电路设计中的应用
一些常见的应用包括：运算单元、定时器、状态机、控制器、数据选择器等。
结论
重要性
存储器和可编程逻辑器件是数 字电路设计不可或缺的基础知 识。
进化方向
随着技术的不断发展，存储器 和可编程逻辑器件的容量、速 度、功耗将不断向着更高的方 向提升。
创新
学习存储器和可编程逻辑器件 的工作原理和应用，有助于开 发出更高效、更灵活、更智能 的数字电路设计方案。
适合低成本、容量小的应用
存储器的工作原理
存储单元结构
由一个存储单元和一个控制器构成，可读写单个 或多个字节的数据。
内部写入和读取的流程
通过控制信号和时逻辑器件的基本概念
1
门阵列
利用一系列门电路和控制器实现逻辑运算或选择操作。
2
可编程逻辑阵列(PLA)
数字电路第8章存储器
说，它的存储容量为2 n×m位。
存储器的容量＝字数×位数 或门阵列来实现。
ROM的容量由
JHR
数字电路第8章存储器
2. 4×4ROM的电路结构和简化框图
JHR
数字电路第8章存储器
JHR
数字电路第8章存储器
单位有位、字节、字、字长等的基本概念。
（1）位
计算机系统中，一个二进制的取值单位称为 二进制位，简称“位”，用b表示（bit的缩写），是表 示信息的最小单位。
JHR
数字电路第8章存储器
（2）字节
通常将8个二进制位称为一个字节，即连续8个 比特，就是一个字节。简称B（Byte的缩写），是 表示的基本单元。在微型计算机中，往往以字节 为单位来表示文件或数据的长度以及存储器容量 的大小。除此之外，还可用K，M，G或T为单位。 例如，一台电脑的内存是128兆字节，就是说这台 电脑有128个百万字节的内存。
3. 4×4ROM电路的工作原理
（1）当使能控制S＝1时，A0、A1在“00～11”中 取值，W0～W3中必有一根被选中为“1”。此时，若 位线与该字线交叉点上跨接有二极管，则该二极管 导通，使相应的位线输出为“1”；若位线与字线交叉 点无二极管，则相应的位线输出为“0”。
存储器（Memory ）：是数字系统中记忆大量 信息的部件。
存储器的功能：是存放不同程序的操作指令及 各种需要计算、处理的数据，所以它相当于系统存 储信息的仓库。
典型的存储器：由数以千万计的有记忆功能的 存储单元组成，每个存储单元可存放一位二进制数 码和信息。
随着大规模集成电路制作技术的发展，半导体 存储器因其集成度高、体积小、速度快，目前广泛 应用于各种数字系统中。
存储器的基本概念及分类
存储器的基本概念及分类
存储器（Memory）是计算机中用于存储和读取数据的一种硬件设备，是数据和程序的载体。
存储器分为内存和外存，其中内存又可分为读写存储器和只读存储器。
1. 读写存储器（RAM）
读写存储器（Random Access Memory，RAM）是计算机中内存的一种，能够进行随机读写操作，数据可被任意读取。
RAM分为静态随机存取存储器（SRAM）和动态随机存取存储器（DRAM）两类。
- 静态随机存取存储器（SRAM）：采用Flip-Flop触发器存储数据，速度快，但容量小。
- 动态随机存取存储器（DRAM）：采用电容存储数据，速度慢，但容量大，常用于主存储器。
2. 只读存储器（ROM）
只读存储器（Read-Only Memory，ROM）是计算机中用于存放固定数据和程序的一种存储器，数据无法被改变。
ROM分为可编程只读存储器（PROM）、擦除可编程只读存储器（EPROM）、电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）和闪存等。
- 可编程只读存储器（PROM）：可以根据需要编程，但只能进行一次，不可擦除重写。
- 擦除可编程只读存储器（EPROM）：需要使用紫外线灯进行擦除，可以被重新编程，但擦除次数有限。
- 电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）：可以通过电信号进行擦除，可重复擦写。
- 闪存：一种快速可擦写非易失性存储器，常用于存储固件和操作系统。
3. 外部存储器
外部存储器（External Storage）用于长时间存放数据，分为磁盘存储器、光盘存储器、固态硬盘等。
它们的特点是容量大，但读写速度较内存慢。
常用于备份数据、扩展存储等方面。
存储的概念及类别
存储的概念及类别
存储是指将数据、信息或其他类型的资源保存在某种介质中，以便之后可以访问和使用。
存储可以分为多种类别，如下所示：
1. 主存储器（Main Memory）：也称为内存（Memory），是
计算机系统中用来存储当前运行程序、操作系统和数据的地方。
主存储器的访问速度非常快，但是容量有限，一般为几个G
到数十个G。
2. 辅助存储器（Secondary Storage）：包括硬盘驱动器（Hard Disk Drive，HDD）、固态硬盘（Solid State Drive，SSD）、
光盘、磁带等设备。
辅助存储器的容量通常比主存储器大得多，但是访问速度较慢。
它用于长期存储数据和文件，不易丢失。
3. 缓存存储器（Cache Memory）：位于处理器和主存储器之间，用于加快CPU对数据和指令的访问速度。
缓存存储器的
容量较小，但是访问速度非常快。
4. 可移动存储器（Portable Storage）：包括USB闪存驱动器、记忆卡、便携式硬盘等设备。
可移动存储器可以将数据从一台计算机携带到另一台计算机，并方便地进行数据传输和共享。
5. 网络存储器（Network Storage）：使用网络连接的方式存储
数据，如局域网（LAN）中的文件服务器、云存储等形式。
总体上，存储的概念是为了将数据或资源保存起来，以便日后可以进行访问、处理和共享。
不同类型的存储器在容量、速度、
可移动性等方面有所区别，可以根据具体需求选择适当的存储设备。
微机原理第5章存储器系统
3. 工作方式
数ห้องสมุดไป่ตู้读出 字节写入：每一次BUSY正脉冲写
编程写入
入一个字节
自动页写入：每一次BUSY正脉冲写
入一页（1~ 32字节）
字节擦除：一次擦除一个字节 擦除
片擦除：一次擦除整片
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4. EEPROM的应用
可通过编写程序实现对芯片的读写； 每写入一个字节都需判断READY / BUSY
主存储器 虚拟存储系统
磁盘存储器
8
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
9
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
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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）
端的状态，仅当该端为高电平时才可写 入下一个字节。
P219例
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四、闪速EEPROM
特点：
通过向内部控制寄存器写入命令的方法 来控制芯片的工作方式。
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工作方式
数据读出
读单元内容 读内部状态寄存器内容 读芯片的厂家及器件标记
CAS：列地址选通信号。
地址总线上先送上行地址，后送上列地址，它们 分别在#RAS和#CAS有效期间被锁存在锁存器中。
WE：写允许信号
DIN： 数据输入
WE=0 WE=1
数据写入 数据读出
DOUT：数据输出
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3. 2164在系统中的连接
与系统连接图
50
三、存储器扩展技术
51
1. 存储器扩展
1 A15 1 A14 1 A13
存储器的概念
存储器的概念
存储器是指计算机系统中用于存储程序、数据和中间结果的设备或介质。
存储器被用于存储计算机执行的指令和数据，以及计算机的工作状态。
它是计算机系统的核心组成部分之一，用于存储和访问数据。
存储器可以分为主存储器（RAM）和辅助存储器（如硬盘、固态硬盘、光盘等）。
主存储器是计算机内部的一块用于暂时存储正在执行的程序和数据的存储空间。
它以地址为单位进行存储，可以进行读写操作。
主存储器的容量决定了计算机可以同时存储和操作的程序和数据的大小。
辅助存储器是对主存储器的补充，用于存储大量的程序和数据。
它具有持久性，即在计算机关闭后仍然可以保存数据。
辅助存储器的访问速度较慢，但容量较大。
存储器的速度和容量对计算机的性能有着重要影响。
速度较快且容量较大的存储器可以提高计算机的运行速度和处理能力。
因此，存储器的设计和选择对于计算机系统的性能优化至关重要。
存储器概述
EEPROM芯片2864A
N13根地址线A12～A0 8 根 数 据 线 I/O7 ～
I/O0 片选CE*
读写OE*、WE*
A12 2 A7 3 A6 4 A5 5 A4 6 A3 7 A2 8 A1 9 A0 10 I/O0 11 I/O1 12 I/O2 13 GND 14
动态RAM DRAM 4116 DRAM 2164
1 静态RAM
SRAM的基本存储单元是触发器电路 每个基本存储单元存储二进制数一位 许多个基本存储单元形成行列存储矩阵
SRAM芯片6264 NC 1 A12 2
A7 3
存储容量为8K×8
A6 4 A5 5
28个引脚：
A4 6
13根地址线A12～A0 8根数据线D7～D0
Infineon(英飞菱)的内存条结构剖析
1、PCB板 下图是Infineon原装256MB DDR266，采用单面8颗粒TSOP封装。
2、金手指 这一根根黄色的接触点是内存与主板内存槽接触的部分，数据就是靠它们来传输的，通
常称为金手指。
3、内存芯片（颗粒）内存的芯片就是内存的灵魂所在，内存的性能、速度、容量都是由内 存芯片决定的。
只读存储器ROM
掩膜ROM：信息制作在芯片中，不可更改 PROM：允许一次编程，此后不可更改 EPROM：用紫外光擦除，擦除后可编程；
并允许用户多次擦除和编程 EEPROM（E2PROM）：采用加电方法在
线进行擦除和编程，也可多次擦写 Flash Memory（闪存）：能够快速擦写的
EEPROM，但只能按块（Block）擦除
28 Vcc 27 A14 26 A13 25 A8
24 A9 23 A11 22 OE 21 A10 20 CE 19 D7 18 D6 17 D5 16 D4 15 D3
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数字电路与系统信息科学与工程学院
第八章半导体存储器
存储器的基本概念
RAM的电路结构与工作原理
ROM的电路结构与应用
存储器容量扩展
◆在时序逻辑电路中，我们介绍过锁存器，其实锁存器就是一种小规模的存储器件。
◆计算机系统中的半导体存储器主要分为两大类：随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）和只读存储器（Read Only Memory，ROM）
8.1.1 存储器的地址和容量
◆在计算机系统中，存储器通常由锁存器或电容组成的存储单元阵
列构成，主要用来保存大量的二进制数据。
◆存储器存储的数据通常以1位、4位或8位二进制数码作为一个存储
单位。
◆存储器由许多能够存储1位（bit）二进制数码的存储单元构成，这些存储单元排成阵列，称为存储矩阵，如图8.1所示。
◆图中每一个小方块代表一
个存储单元，通过指定行号
和列号可以定位到任意一个
存储单元，对其进行读或
写操作。
存储单元在存储矩阵中的位置称为该存储单元的地址；此外，用行号来描述地址可以定位到存储矩阵中的一个字节。
8.2（a）二维存储单元矩阵的地址8.2（b）二维存储单元矩阵的地址
◆如图8.3所示，在一个三维存储矩阵中，一个字节的地址同样可由行号和列号来指定。
但在三维存储矩阵中，可访问的最小数据单位是
字节。
◆存储器的容量指的是其能
够容纳的数据单元总数。
◆图8.2（a）中的存储器是按比特来组织的，其容量是64bits。
◆图8.2（b）中的存储器是按字节来组织的，其容量是8bytes，同样是64bits。
◆图8.3中，存储器的容量是64bytes。
◆目前，计算机中的存储器（内存）容量一般是2GB
（1GB=10243bytes）。
8.1.2 存储器的基本操作
◆存储器的基本操作有读操作和写操作两种。
◆计算机系统中用于
传输写入存储器和
从存储器中读出的
数据的连线称为数
据总线。
图8.4 (a) 二维存储矩阵构成的存储器结构
◆数据总线是双向的，数据既可以通过数据总线传入存储器，也可以通过数据总线传出存储器。
在按字节组织的存储器中，数据总线至少由8根连线组成，以并行传输8bits的数据。
◆在进行读或写操作时，一个代表存储器地址的二进制地址码将放在一组称为地址总线的连线上，这个二进制地址码将在地址译码器中进行译码，译码器输出一组高低电平信号用于选择存储器中指定的存储单元。
在图所示的3维存储矩阵中，有两个地址译码器，一个用来进行行译码，另外一个用来
进行列译码，这就是存储
器的二维译码方式。
地址
总线的连线数目是由存储
器的容量决定的。
（1）存储器的读操作
图8.6 存储器的读操作示意图
◆存储器读操作过程：
◆首先，将存储在地址寄存器中的存储器地址放到地址总线上；
◆接着，由地址译码器对地址进行译码，生成相应的存储单元选择信号，选择存储矩阵中对应的存储单元；
◆最后，当存储器接收到读操作指令后，保存在选中的存储单元中的1byte的数据将被“拷贝”至数据总线，并存入数据寄存器中，完成一次读操作。
（2）存储器的写操作
图8.6 存储器的写操作示意图
◆存储器写操作过程：
◆首先，将存储在地址寄存器中的存储器地址放到地址总线上；
◆接着，由地址译码器对地址进行译码，产生相应的存储单元选择信号，选择存储矩阵中对应的存储单元；
◆当存储器接收到写操作指令后，保存在数据寄存器中的数据将被放到数据总线上，最后存入选中的存储单元中，完成一次写操作。
8.1.3 RAM和ROM比较
◆本章中主要介绍的半导体存储器有两类：RAM和ROM。
◆RAM具有可随机访问的特点，即对任意存储单元访问所花费的时间是相同的，存取的顺序也可以任意指定。
◆ROM是一种可永久存储数据的存储器，存储在ROM中的数据可经过读操作取出。