计组—存储以及字、位扩展

存储器的分类

存储器的功能：

存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序（指令）和数据（二进制代码形式存放）。

存储器中最小单位就是存储元，可以存储一个二进制代码（0或1），即1个 bit

(1)构成存储器的存储介质：目前主要采用半导体器件和磁性材料

(2)按存储方式分：

随机存储器（任何存储单元的内容都能被随机存取，且存取时间和存储单元的物理位置无关）

顺序存储器（只能按某种顺序来存取，存取时间和存储单元的物理位置有关，如磁盘、磁带）

(3)按信息的可保存性分：

非永久记忆存储器（断电后信息即消失的存储器，如主存）

永久记忆性存储器（断电后仍能保存信息的存储器，如磁盘）

(4)按存储器的读写功能：

只读存储器（ROM）：存储器的内容是滚定不变的，只能读出而不能写入的半导体存储器

随机读写存储器（RAM）：技能读出又能写入的半导体存储器

(5)按在计算机系统中的作用分（课程设计的方式）：

存储器（主存）、辅助存储器（磁盘）、高速缓冲存储器、控制存储器

存储器的容量：

存储单元 * 存储元；例如：地址从000000 ~ 111111 可得到有2^6个存储单元，假定每个存储单元存储8位（即8个存储元），

则存储器的容量 = 2^6 * 8 (单位为bit)

地址线、数据线数量的确定

存储容量为 2^r * m位（存储单元数量为2^r，每个存储单元有m个bit位）

则需要：地址线 r 根，数据线 m 根

例：存储容量 32M * 16位需要多少根数据线？多少根地址线？

2^5 * 2^20 *16=2^25 * 16 即需要地址线25根，数据线16根；（1M=2^10K ,1K=2^10B）

SRAM：静态随机存储器（static random access memory）

SRAM特点：容量小、功耗高、速度快（常用做缓存cache）

存储元：存储元是组成存储器的基础和核心；用来存储一位二进制信息0或1

DRAM：动态随机存储器（dynamic random access memory）

DRAM只能将数据保持很短时间，为了保持数据，DRAM使用电容存储，所以必须隔一段时间刷新一次，如果存储单元没有被刷新，存储的信息就会丢失（关机就会丢失），常用作系统内存（只有DRAM需要刷新）

只读存储器和闪速存储器

只读存储器：

1.ROM的分类

只读存储器简称ROM，它只能读出，不能写入。最大的优点是具有不易失性

2.闪速存储器

闪速存储器是一种高密度、非易失性的读/写半导体存储器。

特点：固有的非易失性、廉价的高密度、可直接执行、固态性能

闪存比EEPROM快、具有RAM功能

注：RAM是易失性存储器，ROM是非易失性存储器；RAM和ROM都是采用随机存取方式进行信息访问

存储器容量扩展

例如：1G x 8位的存储芯片需要构成4G x 32位的存储芯片需要的芯片数量为16片：

主要扩展方法：字扩展、位扩展、字位扩展

设存储空间为M * N位，现有存储芯片是m * n位。

若M=m ，N>n，需要对芯片进行位扩展。

若M>M，N=n，需要对芯片进行字扩展。

若M>m，N>n，需要对芯片进行字位扩展。

例1（位扩展法：针对数据线）：

位扩展：每个芯片具有相同的地址线，不同的数据线

解析：观察得知字相同，位不同所以需要进行位扩展的方式；对于1K x 4位的存储芯片需要组成1K x 8位的存储器由计算公式需要2片1K x 4位的存储芯片；其中：

1K x 4位：有10根地址线，4个数据线

1K x 8位：有10根地址线，8个数据线

那么很明显我们需要2个芯片组合（各提供一个4位数据线）才能提供8位数据线，所以由上图可知地址线一样，那么我们的连接方式是一样的即两个芯片都直接连接地址线A0~A9；而对于数据线我们每个芯片都只能连接4根（因为每个芯片只有4根数据线），即第一个芯片数据线连接D0~D3，第二个芯片数据线连接D4~D7，两个芯片组合起来提供8位数据线

例2（字扩展法：针对地址线）

字扩展：每个芯片具有不同的地址线（不同的片选地址，相同的片内地址），相同的数据线

解析：1K x 8位的存储芯片组成2K x 8位的存储器，由计算可知共需要2片1K x 8位的芯片，由观察可知字不同，位相同，所以需要进行字扩展；其中：

1K x 8位：有10根地址线（1K=2^10），8根数据线

2K x 8位：有11根地址线（2*2^10），8根数据线

由于系统提供了11根地址线，而我们的芯片只有10跟地址线，所以我们把11根地址线分成2部分，低10位位片内地址，最高1位为片选地址，

所以每个芯片的低10位（片内地址）地址线连接是一样的（A0 ~ A9），片选地址为A10，由于每个芯片都有8根数据线，而系统一次只需要8位数据，所以可想而知，每次只需要一个芯片工作即可；所以每个芯片的数据线连接是一样的（D0 ~ D7）

注：由于最高一位为片选地址，即第一个芯片的片选地址0，第二个芯片的片选地址为1，所以片选地址信号经过非门[1]确定具体连接哪个芯片，字扩展由地址线的高位即片选地址来决定片选信号，即把低位的片内地址去掉，剩下的即为高位的片选地址；所以对于字扩展每个芯片具有不同的地址线（即片选地址不同，但片内地址是相同的），相同的数据线

例3：字位同时扩展

字位同时扩展：每个芯片具有不同的地址线，不同的数据线

解析：由计算公式可得我们需要8片1K x 4位的存储芯片来组成4K x 8位的存储器，由观察可知字不同、位也不同，因此我们需要进行字位同时扩展；其中：

1K x 4位：地址线10根，数据线4根

4K x 8位：地址线 12根（4*2^10），数据线8根

由于系统提供了12根地址线，而我们的芯片只有10跟地址线，所以我们把12根地址线分成2部分，低10位位片内地址，最高2位为片选地址，

所以每个芯片的低10位（片内地址）地址线连接是一样的（A0 ~ A9），片选地址为A10-A11，另外由于每个芯片都只有4根数据线，而系统一次需要8位数据，所以我们每次需要2个芯片同时工作（即我们可以将2个芯片看成一组），第一个芯片连接前4位数据地址（D0~D3），第二个芯片连接后四位数据地址（D3-D7）即可一次性提供8个数据地址；

所以我们最终可将8个芯片分成4组，每组2个芯片同时工作，即可一次提供4K x 8位的存储器工作

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