第4章 存储设备.ppt

第4章存储设备
存储器可分为主存储器(Main Memory,简称主存)和辅助存储器(Auxiliary Memory,简称辅存)。主存储器又称内存储器(简称内存),辅助存储器又称外存储器(简称外存)。外存通常是磁性介质(软盘、硬盘、磁带)或光盘,能长期保存信息,并且不依赖于电来保存信息。
内存
内存的分类
内存泛指计算机系统中存放数据与指令的半导体存储单元。它包括RAM (Random Access Memory,随机存取存储器)、ROM (Read Only Memory,只读存储器)、Cache (高速缓冲存储器)等。因为RAM是其中最主要的存储器,整个计算机系统的内存容量主要由它的容量决定,所以人们习惯将RAM直接称为内存,而后两种,则仍称为ROM和Cache。

只读存储器ROM是计算机厂商用特殊的装置把内容写在芯片中,只能读取,不能随意改变内容的一种存储器,一般用于存放固定的程序,如BIOS,ROM中的内容不会因为掉电而丢失。ROM又分为一次写ROM和可改写ROM—EPROM(Erasable Programmable ROM)。ROM中的信息只能被读出,而不能被操作者修改或删除。与一般的ROM相比,EPROM可以用特殊的装置擦除和重写它的内容。
EPROM:
EPROM芯片上有一个透明窗口,用特殊的装置向芯片写完毕后,用不透明的标签贴住。如果要擦除EPROM中的内容,揭掉标签,用紫外线照射EPROM的窗口,EPROM中的内容就会丢失。
EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM,电擦除可编程只读存储器):
它与EPROM非常相似,EEPROM中的信息也同样可以被抹去,也同样可以写入新的数据。EEPROM可以用电来对其进行擦写,而不需要紫外线。
闪速存储器Flash Memory
主要特点是在不加电的情况下能长期保存存储的信息。就其本质而言,Flash Memory属于EEPROM类型。它既有ROM的特点,又有很高的存取速度,而且易于擦除和重写,功耗很小。由于Flash Memory的独特优点,可以将BIOS存储在其中,使得BIOS升级非常方便。

RAM就是平常所说的内存,系统运行时,将所需的指令和数据从外部存储器(如硬盘、光盘等)调入内存中,CPU再从内存中读取指令或数据进行运算,并将运算结果存入内存中。RAM的存储单元根据具体需要可以读出,也可以写入或改写。RAM只能用于暂时存放程序和数据,一旦关闭电源或发生断电,其中的数据就会丢失。根据其制造原理不同,现在的RAM多为MOS型半导体电路,它分为静态和动态两种。
静态RAM (SRAM)
SRAM (Static RAM) 的一个存储单元的基本结构是一个双稳态电路,由于读、写的转换由写电路控制,所以只要写电路不工作,电路有电,开关就保持现状,不需要刷新,因此SRAM又叫静态RAM,由于这里的开关实际上是由晶体管代替,而晶体管的转换时间一般都小于20 ns,所以SRAM的读写速度很快,一般比DRAM快出2~3倍。微机的外部高速缓存(External Cache)就是SRAM。但是,这种开关电路需要的元件较多,在实际生产时一个存储单元需要4个晶体管和2个电阻组成,这样一方面降低了SRAM的集成度,另一方面也增加了生产成本。
动态RAM(DRAM)
DRAM (Dynamic RAM) 就是通常所说的内存,它是针对静态RAM (SRAM)来说的。SRAM中存储的数据,只要不断电就不会丢失,也不需要进行刷新。而DRAM中存储的数据是需要不断地进行刷新的。因为一个DRAM单元由一个晶体管和一个小电容组成。
晶体管通过小电容的电压来保持断开、接通的状态,当小电容有电时,晶体管接通表示1;当小电容没电时,晶体管断开表示0。但是充电后的小电容上的电荷很快就会丢失,所以需要不断地进行“刷新”。
所谓刷新,就是给DRAM的存储单元充电。在存储单元刷新的过程中,程序不能访问它们,在本次访问后,下次访问前,存储单元又必须进行刷新。
所谓内存具有多少纳秒(ns),就是指它的刷新时间。由于电容的充、放电需要时间,所以DRAM的读写时间远远慢于SRAM,其平均读写时间在60-120ns,但由于它结构简单,所用的晶体管数仅是SRAM的四分之一,实际生产时集成度很高,成本也大大低于SRAM,所以DRAM的价格也低于SRAM,适合作大容量存储器。所以主内存通常采用动态DRAM,而高速缓冲存储器(Cache)则使用SRAM。
内存还应用于显卡、声卡及CMOS等设备中,用于充当设备缓存或保存固定的程序及数据。
内存的单位和主要性能指