存储器

存储器的分类

按存储介质分类

• 半导体存储器，如TTL、MOS，是易失性
• 磁表面存储器，如磁盘、磁带，非易失性
• 磁芯存储器，非易失性
• 光盘存储器，非易失性

按存取方式分类

• 存取时间与物理地址无关
  • 随机存储器
  • 只读存储器
• 存取时间与物理地址有关
  • 顺序存取存储器
  • 直接存取存储器

按在计算机中的作用分类

• 主存储器
• Flash Memory（闪存）
• 高速缓冲存储器（Cache）
• 辅助存储器，如磁盘、磁带、光盘

存储器的存储结构

三个主要特性：

• 速度
• 容量
• 位价（价格/位）

金字塔形说明图

两个层次结构

• 缓存-主存层次：解决CPU和主存速度不匹配的问题
• 主存-辅存层次：解决存储系统的容量问题

主存储器

主存概述

主存的技术指标

1. 存储容量：主存中存放二进制代码的总位数
2. 存储速度
   1. 存取时间：存储器的访问时间
   2. 存取周期：存储器进行一次完整的读写操作所需的全部时间，即连续两次独立的存储器操作所需的最小间隔时间
3. 存储器带宽：单位时间内存储器存取的信息量

存取时间不等于存储周期，通常存储周期大于存储时间。这是因为对任何一种存储器，在读写操作之后，总要有一段时间恢复内部状态的复原时间。对于破坏性读出的存储器，存取周期往往比存取时间大得多，因为存储器中的信息读出后需要马上进行再生。

半导体存储芯片

半导体存储芯片的译码驱动

驱动方式有两种：

• 线选法
• 重合法

随机存取存储器

分为静态RAM和动态RAM。

静态RAM

动态RAM

由于动态RAM用到了电容，电容会漏电，所以动态RAM需要“刷新”。

动态RAM与静态RAM的比较

只读存储器

1. 掩模ROM（MROM）
2. PROM：一次性编程的只读存储器
3. EPROM：可擦除可编程只读存储器
   1. 紫外线照射擦除
   2. 电气方法擦除（电可擦写）
4. EEPROM：电可擦写、局部擦写、全部擦写
5. 闪速存储器

存储器与CPU的连接

存储器容量的扩展

包括三种扩展：

• 位扩展
• 字扩展
• 字、位扩展

位扩展

即增加存储字长。
以两块芯片为例，注意它们的数据引脚连接数据线，片选信号连接在一起（保证位扩展的两块存储芯片一起工作）。

字扩展

即增加存储字的数量。
注意扩展的是存储字的数量，存储字长不变，也就是说，被扩展的两个存储芯片不可以一起工作，而是通过片选信号每次选中一块，从而使得两块芯片都可以工作。

字、位扩展

存储字长和存储字的数量同时扩展。

连接做法

存储器与CPU的连接，需要注意：

• 地址线
  CPU地址线往往比存储芯片地址线多，通常将CPU地址线的低位与存储芯片的地址线相连。
• 数据线
  经位扩展之后，CPU和存储芯片数据线数量相等，直接相连即可。
• 读写命令线
  按照要求相连即可。
• 片选线的连接（重要）
  是CPU与存储芯片正确工作的关键。通常由CPU地址线高位来形成片选信号。
• 合理选择存储芯片

存储器的校验

提高主存储器访问带宽

解决方法：

• 采用高速器件
• 采用层次结构 Cache-主存
• 调整主存结构
  • 引入并行处理技术，如并行处理器，多端口RAM、多模块处理器等。

双端口RAM

具有两个独立的端口，分别具有各自的地址总线、数据总线和控制总线。

多模块存储器

1. 单体多字系统
   由于程序访问存在着局部性，所以对相邻存储信息的使用往往是连续的。多个存储器共用一套地址逻辑，一个访存地址就可以把存储于多个存储器模块中相同地址单元的多个字一并读出。
2. 多体并行系统
   1. 高位交叉存储
      体号 体内地址
      即地位地址表示体内地址，高位地址表示体号。
      特点：
      • 同一个存储体的地址空间连续
      • 不利于并行处理
      • 容易发生访存冲突
      • 有着可靠性高的优点
        本质上，由于局部性原理，相邻存储信息的使用往往连续，按照高位交叉存储方式，相邻存储信息一般保存在同一个存储器中了。
   2. 低位交叉存储
      体内地址 体号
      它的特点与高位交叉存储的完全相反。
      本质上，由于局部性原理，相邻存储信息的使用往往连续，按照低位交叉存储方式，相邻存储信息一般保存在不同的存储器中（体号连续）了。