随机存取存储器RAM
各类存储器的区别
RAM:RAM（随机存取存储器）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)。
ROM:ROM是只读存储器（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。
SRAM：SRAM不需要刷新电路即能保存它内部存储的数据。
而DRAM（DynamicRandom Access Memory)每隔一段时间，要刷新充电一次，否则内部的数据即会消失，因此SRAM具有较高的性能，但是SRAM也有它的缺点，即它的集成度较低，相同容量的DRAM内存可以设计为较小的体积，但是SRAM却需要很大的体积，且功耗较大。
所以在主板上SRAM存储器要占用一部分面积。
◎优点，速度快，不必配合内存刷新电路，可提高整体的工作效率。
◎缺点，集成度低，功耗较大，相同的容量体积较大，而且价格较高，少量用于关键性系统以提高效率。
◎SRAM使用的系统：○CPU与主存之间的高速缓存。
○CPU内部的L1／L2或外部的L2高速缓存。
○CPU外部扩充用的COAST高速缓存。
○CMOS 146818芯片（RT＆CMOS SRAM）。
SSRAM ：SSRAM 是synchronous static random access memory 的缩写，即同步静态随机存取存储器。
同步是指Memory工作需要步时钟，内部的命令的发送与数据的传输都以它为基准；随机是指数据不是线性依次存储，而是由指定地址进行数据读写。
随机存取存储器
读/写控制电路用于对电路的工作状态进行控制。CS 称为片选信号，当CS=0时，RAM工作，CS=1时，所有 I/O端均为高阻状态，不能对RAM进行读/写操作。称为读 /写控制信号。R/W=1 时，执行读操作，将存储单元中的 信息送到I/O端上；当R/W=0时，执行写操作，加到I/O端 上的数据被写入存储单元中。
2. 动态随机存储器 动态随机存储器(DRAM) 动态RAM的存储矩阵由动态MOS存储单元组成。动态 MOS存储单元利用MOS管的栅极电容来存储信息，但由于 栅极电容的容量很小，而漏电流又不可能绝对等于0，所以 电荷保存的时间有限。为了避免存储信息的丢失，必须定 时地给电容补充漏掉的电荷。通常把这种操作称为“刷新” 或“再生”，因此DRAM内部要有刷新控制电路，其操作 也比静态RAM复杂。尽管如此，由于DRAM存储单元的结 构能做得非常简单，所用元件少，功耗低，所以目前已成 为大容量RAM的主流产品。
读出信息时也使字线为高电平，V管导通，这时CS经 V向CO充电，使位线获得读出的信息。设位线上原来的电 位UO=0，CS原来存有正电荷，电压US为高电平，因读 出 前 后 电 荷 总 量 相 等 ， 因 此 有 USCS=UO(CS+CO) ， 因 CO>>CS ，所以UO<<US 。例如读出前US=5V,CS/CO=1/50， 则位线上读出的电压将仅有 0.1V， 而且读出后CS上的电 压也只剩下 0.1V，这是一种破坏性读出。因此每次读出 后，要对该单元补充电荷进行刷新，同时还需要高灵敏 度读出放大器对读出信号加以放大。
随机存取存储器
9.1.2 随机存取存储器 随机存取存储器(RAM)
随机存取存储器也称随机存储器或随机读/写存储器， 简称RAM。RAM工作时可以随时从任何一个指定的地址写 入(存入)或读出(取出)信息。根据存储单元的工作原理不同， RAM分为静态RAM和动态RAM。 1. 静态随机存储器 静态随机存储器(SRAM) 1) 基本结构 SRAM主要由存储矩阵、地址译码器和读/写控制电路 三部分组成，其框图如图 9-12 所示。
ram工作原理
ram工作原理
RAM（随机存取存储器）是计算机中重要的存储设备，其工
作原理是基于电子元件的物理特性来实现数据的临时存储和读写操作。
RAM的基本构成单元是存储单元，每个存储单元可以存储一
个二进制位（0或1）。
这些存储单元按照排列组织成一个二
维矩阵，其中每一行被称为一个“字节”，每一列被称为一个“位”。
RAM使用了电容器和晶体管来实现数据的存储和读写。
每个
存储单元中都有一个电容器，作为信息存储的基本单位。
电容器的充放电状态表示存储的数据，当电容器充电时表示存储的数据为1，未充电时表示存储的数据为0。
RAM的写操作是通过晶体管控制电荷的输入和输出来实现的。
当需要将数据写入RAM时，电荷会被引导输送到目标存储单
元的电容器中，改变其中的电荷状态，从而改变存储的数据。
当需要读取RAM中的数据时，通过晶体管读取目标存储单元
的电容器中的电荷状态，将其转化为电信号输出给计算机其他部件进行处理。
为了提高读写速度，RAM通常会采用分组的方式进行读写操作。
一般来说，一次可以读写多个连续存储单元的数据，这些存储单元对应的地址是连续的。
通过指定起始地址和读写的字节数量，可以快速地进行批量读写操作。
RAM的工作原理可以总结为：通过控制电容器的充放电状态来表示存储的数据，并通过晶体管进行数据的输入和输出。
这种基于电子元件的物理特性的工作原理使得RAM具有了快速读写、易于随机访问的特点，成为计算机中不可或缺的存储设备。
随机存取存储器RAM—RandomAccessMemory
外部存储器（磁盘、光盘、磁带等）
存储器
（1） 内存（主存储器）
内存一般分为只读存储器和随机存取存储器两种。
只读存储器（ROM—Read Only Memory）
ROM: 存放内容只能读不能写。（用特殊方法写入） 特点：ROM中的数据断电后仍然保存。 随机存取存储器（RAM —Random Access Memory） RAM：存放程序、数据和中间结果，断电后内容丢失，其 中内容可随时读写。
内存可由CPU直接访问，直接为CPU提供数据和 指令，并存入由运算器送来的数据。 内存的读写速度快，容量小，价格也较高。
高速缓冲存储器 Cache
高速缓冲存储器Cache（缓存）： 是位于CPU与主存间的一种容量小、速度快、造价高的存储 器，可由CPU直接访问。
作用：
解决CPU运算速度与内存读写速度不匹配的矛盾。
工作原理： 缓存中的数据是内存中的一小部分，但这一小部分是短时间内 CPU即将访问的。当CPU要读取一个数据时，首先从缓存中查找， 若找到，就立即读取并送给CPU处理。若未找到， CPU就再从内存 中读取并处理，同时把这个数据所在的数据块调入缓存中，以便 以后对整块数据的读取都从缓存中进行，不必再调用内存。
3）移动存储设备
Flash存储设备 •闪存芯片为存储介质 •采用USB的接口
•可擦写100万次以上 移动硬盘
•由笔记本硬盘改装而成，便携 • 采用USB、IEEE1394接口
存储器
存储系统是计算机的重要组成部分,用来存 储计算机工作时使用的各类信息（程序和数据）。 正是因为有了存储器，计算机才有信息记忆的功 能。 存储器分为：内存、外存、高速缓存。
微机存储系统的层次结构
速度快 容量小
随机存取存储器(RAM)
2021/8/13
13
例：将256×1的RAM扩展为 256×8的RAM。
将8块256×1的RAM的所有地址线和CS（片选线） 分别对应并接在一起，而每一片的位输出作为整个 RAM输出的一位。
2021/8/13
14
256×8RAM需256×1RAM的芯片数为：
N
总存储容量 一片存储容量
2568 2561
数字电子技术
随机存取存储器（RAM）
随机存取存储器又叫随机读/写存储器，简称 RAM，指的是可以从任意选定的单元读出数据，或 将数据写入任意选定的存储单元。
优点：读写方便，使用灵活。 缺点：掉电丢失信息。
分类： SRAM （静态随机存取存储器） DRAM （动态随机存取存储器）
2021/8/13
2
若
A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0=000000000000 表示选中列地址为A11A10A9A8=0000、行地址为 A7A6A5A4A3A2A1A0=00000000的存储单元。 此时只有X0和Y0为有效，则选中第一个信息单 元的k个存储单元，可以对这k个存储单元进行读出
或写入。
4. Intel 2116是16 K×1位动态存储器（DRAM），
是典型的单管动态存储芯片。它是双列直插16脚封
装器件，采用+12V和± 5V三组电源供电，其逻辑电
平与TTL兼容。
2021/8/13
12
1. 存储器容量的扩展
存储器的容量：字数×位数 ⑴ 位扩展（即字长扩展）：将多片存储器经适当 的连接，组成位数增多、字数不变的存储器。 方法：用同一地址信号控制 n个相同字数的RAM。
2021/8/13
8
随机存取存储器
◇ 动态存储单元的优点是集成度高，容量大、功耗低，但 速度较慢，使用起来不如SRAM方便。以动态存储单元 为基础的RAM称动态RAM（Dynamic RAM, DRAM）。
动态RAM芯片HY57V2562GTR 存储容量：16M×16bit
数字电路与逻辑设计
授课教师：陈东 电路与电子技术基础教学部
本次授课内容 —— 随机存取存储器（RAM）
RAM的基本知识 RAM的存储器结构 RAM的存储单元 RAM的容量扩展
RAM的基本知识
随机存取存储器（Random access memory,RAM），简称 随机存储器，它属于半导体存储器的一种，可以直接从其中 任一单元读出或存入数据，且存取数据时间与数据所在位置 无关。
RAM的存储单元——MOS静态存储单元
行门控管 基本R-S触发器 列门控管
RAM的存储单元——MOS动态存储单元
预 充 电 过 程
预充电结束后，电容上载有电荷。
1
读1 过 程
此电容预存有电 荷
读 出 1
1 1
选通Yj
1 放电回路 此电容已 存有1
0
1
读1 过 程
此电容预存有电
读
荷
出
0
1
0
1 放电回路 选通Yj
此电容已 此电存容有预0 存有1
电荷 1
1
写1 过1 程
充
电
1
回
路
1 数据
在不对本单元进行读、写时，为长期保存数据
，必须不断刷新。方法是：
刷
新
过
程
预
读
写
作
★ 静态存储单元和动态存储单元的对比：
随机存取存储器为什么叫随机存取存储器(结构、特点、分类、优缺点)
随机存取存储器为什么叫随机存取存储器（结构、特点、分类、优缺点）随机存取存储器为什么叫随机存取存储器？1、随机存取存储器是根据地址访问数据，而不是顺序的访问数据。
2、随机访问存储器，或称随机存取记忆体（Random Access Memory，简称RAM），是一种在计算机中用来暂时保存数据的元件。
它可以随时读写，而且速度很快，通常作为操作系统或其他正在运行中的程式之临时资料存储媒介。
它可以令电脑的容量提升，不同随机存取记忆体也有不同的容量。
所谓「随机访问」，指的是当存储器中的讯息被读取或写入时，所需要的时间与这段信息所在的位置无关。
相对的，存取顺序访问（SequenTIal Access）存储设备中的信息时，其所需要的时间与位置就会有关系（如磁带）。
当电源关闭时RAM不能保留数据。
如果需要保存数据，就必须把它们写入一个长期的储存设备中（例如硬碟）。
所以叫随机存取存储器。
随机存取存储器简介随机存取存储器（random access memory，RAM）又称作随机存储器，是与CPU直接交换数据的内部存储器，也叫主存（内存）。
它可以随时读写，而且速度很快，通常作为操作系统或其他正在运行中的程序的临时数据存储媒介。
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。
按照存储单元的工作原理，随机存储器又分为静态随机存储器（英文：StaTIc RAM，SRAM）和动态随机存储器（英文Dynamic RAM，DRAM）。
随机存取存储器的结构随机存取存储器由存储矩阵、地址译码器、读/写控制电路、输入/输出电路和片选控制电路等组成，其结构示意图如下：1、存储矩阵：由存储单元构成，一个存储单元存储一位二进制数码1或0。
与ROM不同的是RAM存储单元的数据不是预先固定的，而是取决于外部输入信息，其存储单元必须。
计算机存储器的分类
计算机存储器的分类计算机存储器是计算机系统中的重要组成部分，用于存储和读取数据和指令。
根据存储介质的不同，计算机存储器可分为内存和外存两大类。
一、内存内存是计算机中用于存储数据和指令的临时储存器，也被称为主存或随机存取存储器（RAM）。
内存的特点是读写速度快，但存储容量较小且断电后数据会丢失。
内存又可分为以下几种类型：1. 静态随机存取存储器（SRAM）：SRAM使用触发器来存储每个位，具有快速读写速度、高稳定性和低功耗的特点，但造价较高。
它常用于高速缓存存储器等需要快速访问的场合。
2. 动态随机存取存储器（DRAM）：DRAM使用电容来存储每个位，由于电容的漏电流，需要不断刷新以保持数据的有效性。
DRAM的优点是存储密度高，成本低廉，但读写速度相对较慢。
3. 全新型随机存取存储器（FRAM）：FRAM结合了SRAM和DRAM 的优点，具备快速读写速度、非易失性和低功耗的特点。
它可以替代传统的SRAM和DRAM，成为新一代内存的候选者。
二、外存外存是计算机中用于长期存储数据和程序的存储器，也被称为辅助存储器或永久存储器。
与内存相比，外存的存储容量大、断电后数据不丢失，但读写速度较慢。
常见的外存包括硬盘、光盘、磁带等。
1. 硬盘：硬盘是计算机中常用的外存设备，具有较大的存储容量和较快的读写速度。
硬盘内部由多个盘片和读写磁头组成，通过磁性材料来存储数据。
硬盘分为机械硬盘和固态硬盘两种类型，前者通过机械运动读写数据，后者采用闪存芯片存储数据，具有更快的读写速度和更高的耐用性。
2. 光盘：光盘是使用激光技术读取数据的外存设备，包括CD、DVD 和蓝光光盘等。
光盘的优点是存储容量较大，且可长期保存数据，但读写速度相对较慢。
3. 磁带：磁带是一种使用磁性材料存储数据的外存设备，适用于大容量数据的备份和归档。
磁带的优点是存储容量大、成本低廉，但读写速度较慢。
总结：计算机存储器根据存储介质的不同，可分为内存和外存两大类。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
硬盘特性参数表
DeskStar 180GXP: Technical Specifications 容量 每盘片容量 转速 缓存 80, 120, 160, 250 GB 60 GB 7200 , 10000rpm
8MB (180, 120GB) 2MB (120 ,80, 60 GB) 平均寻道时间 8.5ms 接口 UltraATA/ 100
Quad Core
存储器
• 分为
– 内存器（主存储器） - 半导体 – 外存储器 - 磁盘、磁带、光盘
• 存储器由若干存储单元组成
– 每个存储单元一个地址 – 大小通常为：1byte
内存重要性
• 数据中转站 • 存储等待数据
– 处理 – 存储 – 显示 – 打印
随机存取存储器RAM
• 分为DRAM和SRAM
第一章 计算机系统
主题
• 程序执行过程 • 微机硬件设备
– CPU – 内存 – 主板 – 外部存储设备 – 输入、输出设备 – 机箱、电源
微型计算机硬件组成
CPU 寄存器堆
中央处理单元 存储器 输入输出设备 输入输出接口 总线
程序计数器
ALU 系统总线 存储总线
总线接口
I/O桥
主存储器
I/O总线
• 静态SRAM（SRAM）
– 利用 双稳态电路存储数据
– 在加电后的使用期间，存储的信息不随时间而变化 – 集成度低，适用于所需内存容量较小的系统 – 高速缓存、单板机、带微处理器或单片机的仪器、 仪表及家用电器
随机存取存储器RAM
• 动态RAM（DRAM）
– 依靠MOS管栅极电容上的电荷保存信息 – 任何电容都会漏电，所以超过一定时间(一般为 1~2ms)后信息就会丢失 – 内存条
特点
Tagged Command Queuing Fluid Dynamic Bearing (FDB)
SSD硬盘
• Solid State Disk，固态存储技术 • 规格：1.8 • 优点：1.8、2.5英寸
– 存取速度快 – 经久耐用、防震抗摔 – 没有噪音 – 重量轻
光盘存储器原理
1980年，飞利浦公司和索 尼公司就发明了CD唱盘， 可利用光反射原理重放在 盘面上记录的音频信息 1985年以后，CD-ROM应用 到PC机 继CD-ROM之后推出了DVD 光盘、蓝光光盘
• 容量：GB • 速度：完成一次数据存取的时间，纳秒（ns，10-9秒）
• 工作频率：稳定运行的最大频率，数据传输速度
下一代内存
• RRAM？
– ReRAM（Resistive RAM），电阻记忆体、记忆电阻 – 具有记忆 的非线性电阻，用阻值高、低的两种状态存 储二进制数据 – 功能性增强
• 更短的随机访存
硬盘
• 采用磁性盘片作为存储介质，与读写部件一起 密封在一个无尘的封闭体中
磁盘相关术语
磁道，最外同心圆为0道 扇区（Sector） 柱面（Cylinder）
硬盘主要技术指标
存储密度，包括道密度和位密度 存储容量 平均存取时间＝寻道时间＋旋转等待时间 数据传输速率，单位是B/s（字节/秒）
• 更快的读写速度 • 直接写入、位粒度
• 高耐读写能力
只读存储器ROM
• ROM，只读不写
– 存放BIOS，完成计算机系统的 加电自检、初始化、加载基本 输入/输出的驱动程序以及引导 操作系统 – 集成在主板上，制造厂生产 – 采用电可擦除的可编程只读存 储器置E2PROM
主板
• 连接并控制计算机各部件
I/O桥
主存储器
I/O总线
扩展槽，留待网络适 配器一类的设备使用 磁盘控制器
USB控制器
图形适配器
鼠标
键盘
显示器
磁盘
执行程序的过程 – Hello World！
1 2
输入指令
加载程序
3
执行程序
4
输出结果
CPU 寄存器堆 ALU 系统总线 存储总线
程序计数器
CPU执行指令（操作系 统），将hello程序文件 的代码和数据从磁盘拷 贝到主存，该过程称为 加载。
– 芯片组、I/O控制芯片
– 键盘和面板控制开关接口
– 指示灯 – 接插件、扩展槽
– 直流电源供电接插件等元器 件
主题
程序执行过程 • 微机硬件设备
CPU 内存 主板 – 外部存储设备 – 机箱、电源 – 输入、输出设备
外部存储设备
• 提供“永久”的数据存储
– 硬盘 – 光盘 – 移动存储设备
总线接口
I/O桥
主存储器
I/O总线
扩展槽，留待网络适 配器一类的设备使用 磁盘控制器
USB控制器
图形适配器
鼠标
键盘
显示器
磁盘
执行程序的过程 – Hello World！
1 2 3
输入指令
装载程序
执行程序
4
输出结果
CPU 寄存器堆 ALU 系统总线 存储总线
程序计数器
程序和 数据
主存储器
内存中的指令序列顺 序执行，并将结果写 入内存
总线接口
I/O桥
主存储器
I/O总线
扩展槽，留待网络适 配器一类的设备使用 磁盘控制器
USB控制器
图形适配器
鼠标
键盘
显示器
磁盘
主题
程序执行过程 • 微机硬件设备
– CPU – 内存 – 主板 – 外部存储设备 – 输入、输出设备 – 机箱、电源
CPU的指标
• WordSize（字长）： CPU一次可以运算的二 进制数位数 • 时钟频率： CPU的运算、处理数据的速度， 单位GHz • 内核数 • 高速缓存 • 制作工艺
总线接口
I/O桥
I/O总线
扩展槽，留待网络适 配器一类的设备使用 磁盘控制器
USB控制器
图形适配器
鼠标
键盘
显示器
磁盘
执行程序的过程 – Hello World！
1 2
输入指令
加载程序
3
执行程序
4
输出结果
CPU 寄存器堆 ALU 系统总线 存储总线
程序计数器
将“Hello World\n”串 中的字节从存储器中 拷贝到寄存器堆中， 再从寄存器中拷贝到 显示设备，最终显示 在屏幕上。
CD－ROM盘的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ录格式
• 与磁盘不同，整张 光盘的光道组成一 个自内向外逐渐展 开的螺旋
扩展槽，留待网络适 配器一类的设备使用 磁盘控制器
USB控制器
图形适配器
鼠标
键盘
显示器
磁盘
执行程序的过程 – Hello World！
1
输入指令 输入指令
2
加载程序
3
执行程序
4
输出结果
CPU 寄存器堆 ALU 系统总线 存储总线
程序计数器
输盘命令被逐一读取 到寄存器，然后存放 到主存储器中。
总线接口