第4章 主存储器.ppt

第4章主存储器
主存储器处于全机中心地位
主存储器分类
主存储器的主要技术指标
主存储器的基本操作
读/写存储器(即随机存储器(RAM))
非易失性半导体存储器
DRAM的研制与开发
半导体存储器的组成与控制
多体交叉存储器
习题
主存储器处于全机中心地位
在现代计算机中,主存储器处于全机中心地位,其原因是:
(1) 当前计算机正在执行的程序和数据(除了暂存于CPU寄存器以外的所有原始数据、中间结果和最后结果)均存放在存储器中。CPU直接从存储器取指令或存取数据。
(2) 计算机系统中输入输出设备数量增多,数据传送速度加快,因此采用了直接存储器存取(DMA)技术和输入输出通道技术,在存储器与输入输出系统之间直接传送数据。
(3) 共享存储器的多处理机的出现,利用存储器存放共享数据,并实现处理机之间的通信,更加强了存储器作为全机中心的作用。
现在大部分计算机中还设置有辅助存储器(简称辅存)或外存储器(简称外存),通常用来存放主存的副本和当前不在运行的程序和数据。在程序执行过程中,每条指令所需的数据及取下一条指令的操作都不能直接访问辅助存储器。
由于中央处理器是高速器件,而主存的读写速度则慢得多,不少指令的执行速度与主存储器技术的发展密切相关。
主存储器分类
能用来作为存储器的器件和介质,除了其基本存储单元有两个稳定的物理状态来存储二进制信息以外,还必须满足一些技术上的要求。另外价格也是一个很重要的因素。
主存储器的类型:
(1) 随机存储器(random access memory,简称RAM)
随机存储器(又称读写存储器)指通过指令可以随机地、个别地对各个存储单元进行访问,一般访问所需时间基本固定,而与存储单元地址无关。
(2) 只读存储器(read\|only memory,简称ROM)
只读存储器是一种对其内容只能读不能写入的存储器,在制造芯片时预先写入内容。它通常用来存放固定不变的程序、汉字字型库、字符及图形符号等。由于它和读写存储器分享主存储器的同一个地址空间,故仍属于主存储器的一部分。
(3) 可编程序的只读存储器(programmable ROM,简称PROM)
一次性写入的存储器,写入后,只能读出其内容,而不能再进行修改。
(4) 可擦除可编程序只读存储器(erasable PROM,简称EPROM)
可用紫外线擦除其内容的PROM,擦除后可再次写入。
(5) 可用电擦除的可编程只读存储器(electrically EPROM,简称E2PROM)
可用电改写其内容的存储器,近年来发展起来的快擦型存储器(flash memory)具有E2PROM的特点。
上述各种存储器,除了RAM以外,即使停电,仍能保持其内容,称之为“非易失性存储器”,而RAM为“易失性存储器”。
主存储器的主要技术指标
主存储器的主要性能指标为主存容量、存储器存取时间和存储周期时间。
计算机可寻址的最小信息单位是一个存储字,相邻的存储器地址表示相邻存储字,这种机器称为“字可寻址”机器。一个存储字所包括的二进制位数称为字长。一个字又可以划分为若干个“字节”,现代计算机中,大多数把一个字节定为8个二进制位,因此,一个字的字长通常是8的倍数。有些计算机可以按“字节”寻址,因此,这种机器称为“字节可寻址”计算机。以字或字节为单位来表示主存储器存储单元的总数,就得到了主存储器的容量。
指令中地址码的位数决定了主存储器的可直接寻址的最大空间。例如,32位超级微型机提供32位物理地址,支持对4G字节的物理主存空间的访问(G表示千兆,常用的计量存储空间的单位还有K,M。K为210,M为220,G为230)。
主存储器的另一个重要的性能指标是存储器的速度,一般用存储器存取时间和存储周期来表示。
存储器存取时间(memory access time)又称存储器访问时间,是指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间。
存储周期(memory cycle time)指连续启动两次独立的存储器操作(例如连续两次读操作)所需间隔的最小时间。通常,存储周期略大于存取时间,其差别与主存储器的物理实现细节有关。到80年代初,采用MOS工艺的存储器,其存储器存取周期最快已达100ns,目前已有10ns的RAM上市。
主存储器的速度和容量两项指标,随着存储器件的发展得到了极大地提高。但是,即使在半导体存储器件的价格已经大大下降的今天,具有合适价格的主存储器能提供信息的速度总是跟不上CPU的处理指令和数据的速度。