存储器概述

分类

• 按存储介质：
  1. 半导体：ram、rom
  2. 磁介质：磁带、磁盘
  3. 光介质：CD、DVD
• 按信息的可保存性：
  1. 易失性：ram
  2. 非易失性：rom
• 按存取方式：
  1. RAM：Random-Access Memory 随机存储器
  2. ROM：Read-Only Memory 只读存储器
  3. SAM：Sequential-Access Memory 顺序存取存储器
  4. DAM：Direct-Access Memory 直接存取存储器
• 按功能：
  1. 主存储器（内存）：CPU 可直接访问，比如 RAM、ROM
  2. 辅助存储器（外存）：
  3. Cache存储器
  4. 存储控制器：存微程序、微指令

存储周期：CPU 访问主存的时间，一般设计为一个机器周期

主要技术指标

1. 容量：
   • 内存：$n$ 根地址线对应最大 $2^n$ 个单元
   • 外存：
2. 速度：
3. 位价格

存储系统分层结构：为了解决容量、速度、价格的矛盾，以及不同存储器的速度不匹配的问题

1. CPU寄存器：存运算的操作数和结果
2. cache：存放经常访问的数据
3. 主存：存正在运行程序的数据
4. 辅助存储器：存长期保存的数据
5. 脱机大容量存储器

RAM

RAM 的分类：

• SRAM（S-Static）：
  • 存取速度快，集成度低，功耗大
  • 不需要刷新
  • 用于 Register 或 cache
• DRAM（D-Dynamic）：
  • 存取速度慢，集成度高，功耗小
  • 需要定期刷新
  • 用于内存

SRAM

DRAM

• 写操作：向电容充电
• 读操作：破坏性读出，需立即重写
• 刷新：最大刷新周期:全部刷新一遍所允许的最大时间间隔，一般是按行刷新，刷新时间一般和存储周期一致
  • 集中式刷新：在最大刷新周期内，对每一行进行刷新。也就是在最大刷新周期的前半段读写，后半段刷新。
    • 优点：读写操作不受刷新工作影响，系统存取速度比较快。
    • 缺点：集中刷新期间必须停止读写，形成一段死区。
  • 分散式刷新：将存储周期分为两部分，前一部分读写，后一部分刷新
    • 优点：无长的死区
    • 缺点：存取速度降低，降低整机速度，刷新频繁
  • 异步式刷新：按芯片行数决定所需的刷新周期数,并分散安排在最大刷新周期2ms中
    • 优点：兼有前面两种的优点,对主存利用率和工作速度影响小。
    • 缺点：控制上稍复杂。

Intel 2116：

双译码结构：行地址与列地址分时复用

• /RAS：Row Address Select
• /CAS：Column Address Select

主存容量扩展

• 位扩展：共用地址线、片选信号
• 字扩展：共用地址线，不共用片选信号

假设现在有 8K*1 位的存储芯片，要组成 32k*8 位的主存，计算可知，需要 (32*8)/(8*1)= 32 块芯片。组合方法如下：

1. 先用位扩展扩展为 8K*8 位：共用地址线和片选信号
2. 然后用字扩展扩展为 32K*8 位：共用地址线，片选信号利用 2:4译码器，添加到地址线的高位

主存储器与 CPU 的连接

CPU 通过 MAR（地址线）、MDR（数据线）与主存交换信息

ROM

分类

• MROM 掩模型只读存储器
• PROM 可编程（一次编程型）只读存储器
• EPROM 可擦除可编程（可重编程）只读存储器：紫外光擦除，每次擦除要全部擦除
• EEPROM 电擦除可重写只读存储器：每次擦除不需要全部擦除
• Flash EPROM 闪速存储器 Flash EPROM

高速存储器

• 双端口存储器：地址、数据、控制总线有两组，加快存储速度
• 多体并行交叉存储器
• 相联存储器