计算机系统概论(第七章)

第7章 存储系统和结构 存储系统和结构 7.1 存储系统的组成 7.2 内存的工作原理 7.3 存储系统的层次结构 7.4 高速缓冲存储器 7.1 存储系统的组成 7.1.1 存储器的分类 7.1.2 主存 7.1.3 辅存 7.1.1 存储器的分类 存储器是计算机系统中必不可少的组成部分，用来存放计算机系统工作时所使用的信息——程序和数据。 根据其在计算机系统中的地位可分为主存储器(main memory，简称主存)和辅助存储器(auxiliary memory，简称辅存) 主存储器又称为内存储器(internal memory，简称内存)， 辅助存储器又称为外存储器(external memory，简称外存)。 存储器的分类 7.1.2 主存 在现代计算机系统中主存都是由半导体存储器组成。半导体存储器的特点是： (1)速度快、存取时间可为ns级； (2)集成化，不仅存储单元所占的空间小，而且用来寻找存储单元地址的译码电路和数据、地址缓冲寄存器以及存储单元都制作在同一芯片中，体积特别小； (3)非破坏性读出，特别是半导体静态存储器，不仅读操作不破坏原来的信息，而且不需要再生，这样既缩短了读写周期，又简化了控制操作。 器件组成 半导体存储器可分为单极型存储器和双极型存储器两种。 双极型存储器是用TTL(Transistor-Transistor Logic，晶体管-晶体管逻辑)电路制成的存储器，其特点是速度快、功耗不大，但集成度较低； 单极型存储器是用MOS(Metal-Oxide-Semiconductor，金属氧化物半导体)电路制成的存储器，其特点是集成度高、功耗低，价格便宜 1.随机存取存储器RAM 随机存取存储器RAM(Random Access Memory) RAM的特点是存储器中信息能读能写， 对存储器中任一存储单元进行读写操作所需时间基本上一样的， 写入的信息在关机后立即消失。 RAM分为 静态RAM(Static RAM ，SRAM) 动态RAM(Dymanic RAM，DRAM)。 (1)SRAM SRAM是利用半导体触发器的两个稳定状态表示“1”和“0”， 最简单的TTL电路组成的SRAM是由两个双发射极晶体管和两个电阻构成的触发器电路； 而MOS管组成的单极型SRAM是由6个MOS管组成的双稳态触发电路。 SRAM的特点 只要电源不撤除，写入SRAM的信息将不会消失，不需要刷新电路。 同时再读出时不破坏原存信息， 一经写入可多次读出。 SRAM的功耗较大，容量较小，但存取速度较快。 (2)DRAM DRAM是利用MOS管的栅极对其衬底间的分布电容来保存信息，以储存电荷的多少(即电容端电压的高低)来表示“1”和“0”。 DRAM的每个存储单元所需的MOS管较少，最少可由单管MOS组成， DRAM的集成度较高、功耗也低。 缺点是保存在DRAM中的信息——MOS管栅极分布电容上的电荷会随着电容器的漏电而逐渐消失，一般信息保存时间为2ms左右。 DRAM 为了保存DRAM中的信息，每隔1~2ms要对DRAM中所有的存储单元刷新一次， 即对其中存放的信息进行再生， 采用DRAM的计算机必须配置刷新电路。 一般微机系统中的内存都采用DRAM。 2. 只读存储器ROM ROM(Read Only Memory) ROM的特点 用户在使用时只能读出其中信息，不能修改和写入新的信息，存储单元中的信息由ROM制造厂在生产时一次性写入的， ROM中的信息在关机后不会消失。 这种ROM称为掩膜ROM(Masked ROM) ROM还有如下几种类型： (1) PROM PROM(Programmable ROM，可编程ROM) PROM中的程序和数据是由用户自行写入的，但一经写入，就无法更改，是一次性写入多次读出的ROM。 (2) EPROM EPROM(Erasable Programmable ROM，可擦除可编程ROM) EPROM可由用户自行写入程序和数据，写入后的内容可由紫外线灯照射擦除，然后可重新写入新的内容。 EPROM可多次擦除，多次改写。 这种由紫外线擦除的EPROM可写为UVEPROM(UV——Ultra Violet，紫外线). (3) E2PROM E2PROM(Electrically Erasable Programm