存儲(chǔ)器及其接口PPT課件

1、存儲(chǔ)器概述及分類存儲(chǔ)器概述及分類 數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中的存儲(chǔ)都以二進(jìn)制形式存在。數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中的存儲(chǔ)都以二進(jìn)制形式存在。第1頁(yè)/共126頁(yè)存儲(chǔ)器的計(jì)量單位v位：一個(gè)cell，記做bitv字節(jié)：8bit，記做Bytev1KB=1024Byte v1MB=1024KBv1GB=1024MB v1TB=1024GBv1PB=1024TB 存儲(chǔ)器概述及分類第2頁(yè)/共126頁(yè)按存儲(chǔ)介質(zhì)分類1半導(dǎo)體存儲(chǔ)器以二極管、晶體管或MOS管等半導(dǎo)體器件作為存儲(chǔ)元件。如內(nèi)存。2磁存儲(chǔ)器采用磁性材料作為存儲(chǔ)介質(zhì)。如磁芯、磁帶、磁盤(pán)等。常用的磁存儲(chǔ)器是磁帶、磁盤(pán)等磁表面存儲(chǔ)器，如硬盤(pán)、軟盤(pán)。3光存儲(chǔ)器采用激光技術(shù)在記錄介質(zhì)上進(jìn)

2、行讀寫(xiě)的存儲(chǔ)器。如只讀光盤(pán)（CD-ROM）、可讀寫(xiě)光盤(pán)（MO）等。存儲(chǔ)器概述及分類第3頁(yè)/共126頁(yè)按存取方式分類隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、串行訪問(wèn)存儲(chǔ)器SAM1隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM（RandomAccessMemory）按地址存取，存取時(shí)間與存儲(chǔ)單元的物理位置無(wú)關(guān)?？煞譃殡p極型和MOS型。雙極型存儲(chǔ)器：存取速度快，功耗大，集成度小，一般作為容量較小的高速緩沖存儲(chǔ)器。MOS型存儲(chǔ)器：按MOS工藝制成，分為靜態(tài)存儲(chǔ)器（SRAM）和動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器（DRAM）。動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)內(nèi)容需定時(shí)刷新。存儲(chǔ)器概述及分類第4頁(yè)/共126頁(yè)2只讀存儲(chǔ)器ROM（ReadOnlyMemory）按制作工藝和使用特性可

3、分為：固定只讀存儲(chǔ)器（ROM）、可編程只讀存儲(chǔ)器（PROM）、可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器（EPROM）和電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器（EEPROM）。 ROM：內(nèi)容一般是在生產(chǎn)時(shí)事先寫(xiě)入，計(jì)算機(jī)工作時(shí)只能讀出，而不能寫(xiě)入。 PROM：內(nèi)容是在使用時(shí)由用戶寫(xiě)入的，一旦寫(xiě)入不能更改。 EPROM和EEPROM：可進(jìn)行多次寫(xiě)入操作。3串行訪問(wèn)存儲(chǔ)器SAM（SequentialAccessMemory）讀寫(xiě)操作需按物理位置的先后順序?qū)ふ业刂?。如磁帶。存?chǔ)器概述及分類第5頁(yè)/共126頁(yè)按在計(jì)算機(jī)中的作用分類主存儲(chǔ)器、輔助存儲(chǔ)器、緩沖存儲(chǔ)器、閃速存儲(chǔ)器（FlashMemory）1.主存儲(chǔ)器簡(jiǎn)稱主存、內(nèi)存，通過(guò)內(nèi)存總

4、線與CPU聯(lián)接，用來(lái)存放正在執(zhí)行的程序和處理的數(shù)據(jù)?？梢院虲PU直接交換信息。主要類型：（1）FPM：快速頁(yè)面模式內(nèi)存（2）EDO：擴(kuò)展數(shù)據(jù)輸出內(nèi)存（3）DDRSDRAM：同步雙倍速率傳輸動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，主流內(nèi)存規(guī)范。（4）RDRAM：Rambus（開(kāi)發(fā)公司名字），運(yùn)行頻率比SDRAM和DDRSDRAM要高了許多，從300MHz到600MHz。存儲(chǔ)器概述及分類第6頁(yè)/共126頁(yè)2輔助存儲(chǔ)器輔存、外存，需通過(guò)專門(mén)的接口電路與主機(jī)聯(lián)接，不能和CPU直接交換信息，用來(lái)存放暫不執(zhí)行或還不被處理的程序或數(shù)據(jù)。3緩沖存儲(chǔ)器緩沖存儲(chǔ)器簡(jiǎn)稱緩存（Cache），在兩個(gè)速度不同的部件，如CPU與主存之間，以解決數(shù)

5、據(jù)傳送速度不匹配問(wèn)題。4閃速存儲(chǔ)器（FlashMemory）快擦寫(xiě)存儲(chǔ)器，可在不加電的情況下長(zhǎng)期保存信息，具有非易失性，能在線進(jìn)行快速擦除與重寫(xiě)，兼具有EEPROM和SRAM的優(yōu)點(diǎn)。其集成度與位價(jià)格接近EPROM，是代替EPROM和EEPROM的理想器件，也是未來(lái)小型磁盤(pán)的替代品。存儲(chǔ)器概述及分類第7頁(yè)/共126頁(yè)存儲(chǔ)器內(nèi)部存儲(chǔ)器（內(nèi)存、主存）外部存儲(chǔ)器（外存、輔存）緩沖存儲(chǔ)器閃速存儲(chǔ)器隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）只讀存儲(chǔ)器（ROM）磁盤(pán)磁帶光盤(pán)硬盤(pán)軟盤(pán)MOS型靜態(tài)（SRAM）動(dòng)態(tài)（DRAM）掩模型ROM（MROM）可編程ROM（PROM）可擦除PROM（EPROM）電可擦除PROM（EEPROM）雙

6、極型存儲(chǔ)器概述及分類第8頁(yè)/共126頁(yè)一、靜態(tài)RAM的組成由存儲(chǔ)體、地址譯碼電路、讀/寫(xiě)驅(qū)動(dòng)電路、控制電路、地址寄存器和數(shù)據(jù)緩沖器組成。隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM第9頁(yè)/共126頁(yè)1存儲(chǔ)體存儲(chǔ)信息的實(shí)體，由若干個(gè)能存儲(chǔ)一位二進(jìn)制數(shù)的位存儲(chǔ)單元構(gòu)成。上圖中的存儲(chǔ)體是一個(gè)由6464=4096個(gè)六管靜態(tài)存儲(chǔ)電路組成的存儲(chǔ)矩陣。2譯碼電路對(duì)來(lái)自CPU的地址碼進(jìn)行譯碼，以選擇地址碼所指定的存儲(chǔ)單元。有單譯碼方式和雙譯碼方式。3I/O電路讀/寫(xiě)信息。I/O電路還有對(duì)讀出的信息進(jìn)行放大的作用。隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM第10頁(yè)/共126頁(yè)5地址寄存器接收來(lái)自CPU的地址碼，繼而送到行、列地址譯碼器進(jìn)行地址譯碼。6數(shù)據(jù)緩

7、沖器控制存儲(chǔ)器與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線之間的數(shù)據(jù)輸入/輸出。 4控制電路對(duì)存儲(chǔ)芯片進(jìn)行選擇及對(duì)選中的存儲(chǔ)單元進(jìn)行讀/寫(xiě)控制。芯片選擇是通過(guò)片選信號(hào)控制完成的，一般由地址碼的高位譯碼產(chǎn)生。對(duì)于選中的芯片的存儲(chǔ)單元的讀/寫(xiě)操作，由讀/寫(xiě)控制信號(hào)R/確定，高電平信號(hào)為讀操作，低電平信號(hào)為寫(xiě)操作。CSW隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM第11頁(yè)/共126頁(yè)二、靜態(tài)RAM的讀/寫(xiě)過(guò)程1讀出過(guò)程 （1）地址碼A0A11加到RAM芯片的地址輸入端，經(jīng)X與Y地址譯碼器譯碼，產(chǎn)生行選與列選信號(hào)，選中某一存儲(chǔ)單元，該單元中存儲(chǔ)的代碼，經(jīng)一定時(shí)間，出現(xiàn)在I/O電路的輸入端。I/O電路對(duì)讀出的信號(hào)進(jìn)行放大、整形，送至輸出緩沖寄存器。緩沖寄存

8、器一般具有三態(tài)控制功能，在門(mén)控信號(hào)無(wú)效時(shí)，所存數(shù)據(jù)還不能送到數(shù)據(jù)總線DB上。（2）在送上地址碼的同時(shí)，還要送上讀/寫(xiě)控制信號(hào)（R或、）和片選信號(hào)（）。讀出時(shí)，使R=1，=0，這時(shí)，輸出緩沖寄存器的三態(tài)門(mén)將被打開(kāi)，所存信息送至DB上。于是，存儲(chǔ)單元中的信息被讀出。WRDWRCSWCS隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM第12頁(yè)/共126頁(yè)2寫(xiě)入過(guò)程（1）地址碼加在RAM芯片的地址輸入端，選中相應(yīng)的存儲(chǔ)單元，使其可以進(jìn)行寫(xiě)操作。（2）將要寫(xiě)入的數(shù)據(jù)放在DB上。（3）加上片選信號(hào)=0及寫(xiě)入信號(hào)R0。這兩個(gè)有效控制信號(hào)打開(kāi)三態(tài)門(mén)使DB上的數(shù)據(jù)進(jìn)入輸入電路，送到存儲(chǔ)單元的位線上，從而寫(xiě)入該存儲(chǔ)單元。CSW隨機(jī)存取存儲(chǔ)器

9、RAM第13頁(yè)/共126頁(yè)動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（DRAM）一、DRAM基本存儲(chǔ)電路1. 結(jié)構(gòu)：由一個(gè)MOS管和一個(gè)電容組成2. 原理：靠電容來(lái)存儲(chǔ)信息的，電容充有電荷表示存儲(chǔ)信息“1”，沒(méi)有電荷表示存儲(chǔ)信息“0”。當(dāng)行、列選擇線都為高電平時(shí)，存儲(chǔ)元被選中，VT1、VT2管導(dǎo)通。寫(xiě)操作：寫(xiě)1，數(shù)據(jù)線上為高電平，對(duì)電容C充電；寫(xiě)0，數(shù)據(jù)線上為低電平，電容上的電荷很快被釋放掉。列選擇信號(hào)行選擇信號(hào)刷新放大器數(shù)據(jù)線VT1VT2C隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM第14頁(yè)/共126頁(yè)讀操作：電容上的電荷被泄露掉，是一種破壞性讀出，因此在讀操作后要立即重新寫(xiě)入原有的信息，以保證所存儲(chǔ)的信息不變。刷新：由于電容上存儲(chǔ)的電荷總存

10、在著泄露，時(shí)間一長(zhǎng)信息就會(huì)丟失，所以需要每隔一定時(shí)間（一般2ms）對(duì)電容進(jìn)行一次充電，以補(bǔ)充泄漏掉的電荷，稱為存儲(chǔ)器“刷新”或“再生”。刷新操作是逐行進(jìn)行的。3.優(yōu)點(diǎn)：內(nèi)部線路簡(jiǎn)單，集成度高，功耗小，價(jià)格較便宜。4.缺點(diǎn)：需要刷新電路，外部電路復(fù)雜。隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM第15頁(yè)/共126頁(yè)二、DRAM的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1.由許多基本存儲(chǔ)元排列組成的二維存儲(chǔ)矩陣。2.為了保證足夠高的集成度，減少芯片對(duì)外封裝引腳數(shù)目和便于刷新，DRAM的結(jié)構(gòu)具有兩個(gè)特點(diǎn)：芯片一般都設(shè)計(jì)成位結(jié)構(gòu)形式，即每個(gè)存儲(chǔ)單元只有一個(gè)數(shù)據(jù)位，一個(gè)芯片上含有若干字，如8K1b、16K1b、64K1b或256K1b等。芯片引腳上的地址線是

11、復(fù)用的，地址總是分成行地址和列地址兩部分，芯片內(nèi)部設(shè)置有行地址鎖存器和列地址鎖存器。在對(duì)DRAM進(jìn)行訪問(wèn)時(shí)，先由行地址選通信號(hào)把行地址打入行地址鎖存器，隨后再由列地址選通信號(hào)把列地址打入列地址鎖存器，訪問(wèn)地址分兩次打入，使DRAM芯片的對(duì)外地址線引腳大大減少，僅需與行地址相同即可。RASCAS隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM第16頁(yè)/共126頁(yè)三、DRAM控制電路DRAM工作時(shí)，除了正常的讀/寫(xiě)操作之外，還要定時(shí)刷新，因而需要設(shè)置專門(mén)的控制電路DRAM控制器來(lái)管理DRAM芯片的工作。DRAM控制器是CPU和DRAM芯片之間的接口電路，它將CPU的信號(hào)變換成適合DRAM芯片的信號(hào)。CPU刷新地址計(jì)數(shù)器地址多

12、路開(kāi)關(guān)刷新定時(shí)器仲裁電路時(shí)序發(fā)生器DRAM地址總線地址讀/寫(xiě)RASCASWE隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM第17頁(yè)/共126頁(yè)地址多路開(kāi)關(guān)：把CPU輸出的內(nèi)存地址轉(zhuǎn)換成行地址和列地址，在和信號(hào)的控制下，分兩次送入DRAM芯片，實(shí)現(xiàn)行、列地址的分時(shí)打入。刷新定時(shí)器：控制DRAM芯片的刷新定時(shí)時(shí)間。刷新地址計(jì)數(shù)器：提供逐行刷新時(shí)的刷新地址。仲裁電路：當(dāng)來(lái)自CPU的讀寫(xiě)請(qǐng)求和來(lái)自刷新定時(shí)器的刷新請(qǐng)求同時(shí)到來(lái)時(shí)，由仲裁電路對(duì)二者的優(yōu)先權(quán)進(jìn)行裁決。時(shí)序發(fā)生器：產(chǎn)生行地址選通信號(hào)、列地址選通信號(hào)、寫(xiě)信號(hào)。RASCASRASCASWE隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM第18頁(yè)/共126頁(yè)一、掩模式只讀存儲(chǔ)器（MROM，Masked

13、ROM）由生產(chǎn)廠家根據(jù)用戶提供的程序和數(shù)據(jù)，先把要存儲(chǔ)的信息制作成掩模，再經(jīng)過(guò)兩次光刻而制成的，一旦制成后，信息就不能更改。適于大批量生產(chǎn)，成本低，但靈活性差。存儲(chǔ)元可用二極管、MOS管、雙極型晶體管構(gòu)成。MOS型只讀存儲(chǔ)器功耗小、速度慢，適用于一般微機(jī)系統(tǒng)；而雙極型只讀存儲(chǔ)器功耗大、速度快，適用于速度要求較高的微機(jī)系統(tǒng)。只讀存儲(chǔ)器ROM第19頁(yè)/共126頁(yè)44位MOS型只讀存儲(chǔ)器：地址碼A1A0譯碼后輸出4條字選擇線，分別選中4個(gè)單元；每個(gè)單元有4位數(shù)據(jù)（D3D0）輸出。在行和列的交叉點(diǎn)上有MOS管的存儲(chǔ)單元的信息是1，沒(méi)有MOS管的存儲(chǔ)單元信息為0。地址譯碼器UDD單元0單元1單元2單元3

14、D3D2D1D000011011A1A0單元0的內(nèi)容為0100單元1的內(nèi)容為1001單元2的內(nèi)容為0111單元3的內(nèi)容為1010只讀存儲(chǔ)器ROM第20頁(yè)/共126頁(yè)二、可編程只讀存儲(chǔ)器（PROM，ProgrammableROM）出廠時(shí)是空白的，允許用戶可以根據(jù)自己的需要確定ROM中的內(nèi)容。有兩種常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)：用二極管作為存儲(chǔ)元的結(jié)破壞型和用雙極型晶體管作為存儲(chǔ)元的熔絲型。雙極型晶體管組成的熔絲型PROM：每個(gè)晶體管的發(fā)射極上串一個(gè)熔絲，出廠時(shí)所有管子上的熔絲是全部接通的，表示存儲(chǔ)的信息全部為1。用戶編程時(shí)，對(duì)需要寫(xiě)0的位通過(guò)較大的電流使熔絲熔斷，即該位存入了信息0，熔絲未被熔斷的位仍為1。熔絲一

15、旦燒斷再無(wú)法恢復(fù)，所以PROM只允許編程一次。熔絲行選擇線Di列選擇線UDD只讀存儲(chǔ)器ROM第21頁(yè)/共126頁(yè)結(jié)構(gòu)原理：存儲(chǔ)元由一個(gè)浮柵管和一個(gè)MOS管串接起來(lái)。由于柵極周圍被二氧化硅絕緣層包圍成為浮柵，所以原始狀態(tài)的浮柵不帶電荷，浮柵管不導(dǎo)通，位線上是高電平，即存儲(chǔ)的信息為1。當(dāng)在浮柵管的漏極D和源極S之間加上25 V的高電壓和編程脈沖時(shí)，D、S間被瞬時(shí)雪崩擊穿，大量電子通過(guò)絕緣層注入到浮柵，使浮柵管處于導(dǎo)通狀態(tài)，即存儲(chǔ)的信息為0。由于浮柵被絕緣層包圍，注入的電子不會(huì)泄露，保存的信息也就不會(huì)丟失。三、可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器（EPROM，ErasablePROM）UDD選擇線Di浮柵管只讀存

16、儲(chǔ)器ROM第22頁(yè)/共126頁(yè)擦除原理：當(dāng)用紫外線照射EPROM芯片上的石英玻璃窗口時(shí)，所有存儲(chǔ)元電路中浮柵管浮柵上的電荷會(huì)形成光電流泄露，使電路又恢復(fù)成原始狀態(tài)，從而擦除了所有信息，擦除后的EPROM還可以重新編程。優(yōu)點(diǎn)：可以進(jìn)行多次編程。缺點(diǎn)：不能在線編程。擦除重寫(xiě)時(shí)，必須從系統(tǒng)中拆下來(lái)，在紫外線燈下照射20分鐘，擦除原有信息后，再用專門(mén)的編程器重新寫(xiě)入新的程序或數(shù)據(jù)。EPROM芯片中的信息不能實(shí)現(xiàn)部分內(nèi)容的修改。只讀存儲(chǔ)器ROM第23頁(yè)/共126頁(yè)四、電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器（E2PROM，ElectricallyEPROM）采用加高電壓的方法來(lái)擦除芯片中的原有信息?？稍诰€編程和擦除。擦除

17、和編程以字節(jié)為單位，可方便地改寫(xiě)其中的任一部分內(nèi)容。既可以在斷電的情況下保持信息不丟失，又可以像RAM那樣隨機(jī)地進(jìn)行改寫(xiě)，因而兼有RAM和ROM的功能特點(diǎn)，使用起來(lái)十分方便。EPROM并不能用來(lái)代替RAM，它在正常工作方式中一般是只讀不寫(xiě)的，擦除一個(gè)單元雖然比EPROM要快得多，但與RAM的寫(xiě)入速度仍相差甚遠(yuǎn)。只讀存儲(chǔ)器ROM第24頁(yè)/共126頁(yè)五、閃速存儲(chǔ)器（FlashMemory）在EPROM的基礎(chǔ)上增加了電擦除和可重復(fù)編程能力的設(shè)計(jì)，采用電來(lái)擦除，但只能擦除整個(gè)區(qū)或整個(gè)器件。比E2PROM的成本更低，密度和可靠性更高。目前價(jià)格已低于DRAM，容量已接近于DRAM。是唯一具有大容量、非易失

18、性、低價(jià)格、可在線改寫(xiě)和高速度等特性的存儲(chǔ)器?，F(xiàn)階段，它除了取代EPROM和E2PROM來(lái)存放主板和顯卡的BIOS以外，還廣泛應(yīng)用于便攜式計(jì)算機(jī)的PC卡存儲(chǔ)器，成為代替磁盤(pán)的一種理想工具。只讀存儲(chǔ)器ROM第25頁(yè)/共126頁(yè)存儲(chǔ)器芯片的擴(kuò)展每一個(gè)存儲(chǔ)器芯片的存儲(chǔ)容量有限，實(shí)際的存儲(chǔ)器需由若干個(gè)芯片進(jìn)行相應(yīng)的連接、擴(kuò)展而成的。存儲(chǔ)器擴(kuò)展分為3種情況： 字?jǐn)U展：存儲(chǔ)芯片容量不能滿足存儲(chǔ)器的要求。如用2K8b的存儲(chǔ)芯片構(gòu)成16K8b的存儲(chǔ)器。 位擴(kuò)展：存儲(chǔ)芯片的位數(shù)不能滿足存儲(chǔ)器的要求。如用8K8b的存儲(chǔ)芯片構(gòu)成8K16b的存儲(chǔ)器。 字、位同時(shí)擴(kuò)展：存儲(chǔ)芯片的容量和位數(shù)都不能滿足存儲(chǔ)器的要求。如用2

19、K4b的存儲(chǔ)芯片構(gòu)成8K8b的存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器的容量擴(kuò)充第26頁(yè)/共126頁(yè) (1) (1) 位擴(kuò)展：位擴(kuò)展：進(jìn)行存儲(chǔ)器位數(shù)的擴(kuò)充進(jìn)行存儲(chǔ)器位數(shù)的擴(kuò)充 連接方式：將多片存儲(chǔ)器芯片的地址、片選、讀寫(xiě)控制端并聯(lián)，連接方式：將多片存儲(chǔ)器芯片的地址、片選、讀寫(xiě)控制端并聯(lián)，數(shù)據(jù)端單獨(dú)引出。數(shù)據(jù)端單獨(dú)引出。例：將16K*1位的存儲(chǔ)芯片擴(kuò)展為16K*8位的存儲(chǔ)器CSWEI/OCSWEA0A13D0A0A13存儲(chǔ)器的容量擴(kuò)充第27頁(yè)/共126頁(yè) (1)(1)位擴(kuò)展：位擴(kuò)展：進(jìn)行存儲(chǔ)器位數(shù)的擴(kuò)充進(jìn)行存儲(chǔ)器位數(shù)的擴(kuò)充 連接方式：將多片存儲(chǔ)器芯片的地址、片選、讀寫(xiě)控制端并聯(lián)，連接方式：將多片存儲(chǔ)器芯片的地址、片選、讀

20、寫(xiě)控制端并聯(lián)，數(shù)據(jù)端單獨(dú)引出。數(shù)據(jù)端單獨(dú)引出。CSWEI/OA0A13CSWEI/OA0A13I/OCSWED0D1A0A13例：將16K*1位的存儲(chǔ)芯片擴(kuò)展為16K*8位的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器的容量擴(kuò)充第28頁(yè)/共126頁(yè) (1)(1)位擴(kuò)展：位擴(kuò)展：進(jìn)行存儲(chǔ)器位數(shù)的擴(kuò)充進(jìn)行存儲(chǔ)器位數(shù)的擴(kuò)充 連接方式：將多片存儲(chǔ)器芯片的地址、片選、讀寫(xiě)控制端并聯(lián)，連接方式：將多片存儲(chǔ)器芯片的地址、片選、讀寫(xiě)控制端并聯(lián)，數(shù)據(jù)端單獨(dú)引出。數(shù)據(jù)端單獨(dú)引出。CSWEI/OA0A13CSWEI/OA0A13CSWEI/OCSWEA0A13D0D1D2A0A13例：將16K*1位的存儲(chǔ)芯片擴(kuò)展為16K*8位的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器的容量

21、擴(kuò)充第29頁(yè)/共126頁(yè) (1)(1)位擴(kuò)展：位擴(kuò)展：進(jìn)行存儲(chǔ)器位數(shù)的擴(kuò)充進(jìn)行存儲(chǔ)器位數(shù)的擴(kuò)充 連接方式：將多片存儲(chǔ)器芯片的地址、片選、讀寫(xiě)控制端并聯(lián)，連接方式：將多片存儲(chǔ)器芯片的地址、片選、讀寫(xiě)控制端并聯(lián)，數(shù)據(jù)端單獨(dú)引出。數(shù)據(jù)端單獨(dú)引出。CSWEI/OA0A13CSWEI/OA0A13CSWEI/OA0A13CSWEI/OA0A13CSWEI/OA0A13CSWEI/OA0A13CSWEI/OA0A13CSWEI/OA0A13CSA0A13D0D1D2D3D4D5D6D7WE例：將16K*1位的存儲(chǔ)芯片擴(kuò)展為16K*8位的存儲(chǔ)器m位n位，需n/m片存儲(chǔ)器的容量擴(kuò)充第30頁(yè)/共126頁(yè) (2)

22、(2)字?jǐn)U展：字?jǐn)U展：達(dá)不到地址范圍要求，則增加字?jǐn)?shù)達(dá)不到地址范圍要求，則增加字?jǐn)?shù) 連接方式：將各個(gè)芯片的地址線、數(shù)據(jù)線、讀寫(xiě)控制端并聯(lián)，連接方式：將各個(gè)芯片的地址線、數(shù)據(jù)線、讀寫(xiě)控制端并聯(lián)，片選端單獨(dú)引出。片選端單獨(dú)引出。存儲(chǔ)器的容量擴(kuò)充第31頁(yè)/共126頁(yè) (2)(2)字?jǐn)U展：字?jǐn)U展：達(dá)不到地址范圍要求，則增加字?jǐn)?shù)達(dá)不到地址范圍要求，則增加字?jǐn)?shù) 連接方式：將各個(gè)芯片的地址線、數(shù)據(jù)線、讀寫(xiě)控制端并聯(lián)，連接方式：將各個(gè)芯片的地址線、數(shù)據(jù)線、讀寫(xiě)控制端并聯(lián)，片選端單獨(dú)引出。片選端單獨(dú)引出。CSWEI/OA0A13例：由16K*8位擴(kuò)充成64K*8位的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器的容量擴(kuò)充第32頁(yè)/共126頁(yè) (

23、2)(2)字?jǐn)U展：字?jǐn)U展：達(dá)不到地址范圍要求，則增加字?jǐn)?shù)達(dá)不到地址范圍要求，則增加字?jǐn)?shù) 連接方式：將各個(gè)芯片的地址線、數(shù)據(jù)線、讀寫(xiě)控制端并聯(lián)，連接方式：將各個(gè)芯片的地址線、數(shù)據(jù)線、讀寫(xiě)控制端并聯(lián)，片選端單獨(dú)引出。片選端單獨(dú)引出。CSWEI/OA0A13CSWEI/OA0A13例：由16K*8位擴(kuò)充成64K*8位的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器的容量擴(kuò)充第33頁(yè)/共126頁(yè) (2)(2)字?jǐn)U展：字?jǐn)U展：達(dá)不到地址范圍要求，則增加字?jǐn)?shù)達(dá)不到地址范圍要求，則增加字?jǐn)?shù) 連接方式：將各個(gè)芯片的地址線、數(shù)據(jù)線、讀寫(xiě)控制端并聯(lián)，連接方式：將各個(gè)芯片的地址線、數(shù)據(jù)線、讀寫(xiě)控制端并聯(lián)，片選端單獨(dú)引出。片選端單獨(dú)引出。CSWEI/

24、OA0A13CSWEI/OA0A13CSWEI/OA0A13例：由16K*8位擴(kuò)充成64K*8位的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器的容量擴(kuò)充第34頁(yè)/共126頁(yè) (2)(2)字?jǐn)U展：字?jǐn)U展：達(dá)不到地址范圍要求，則增加字?jǐn)?shù)達(dá)不到地址范圍要求，則增加字?jǐn)?shù) 連接方式：將各個(gè)芯片的地址線、數(shù)據(jù)線、讀寫(xiě)控制端并聯(lián)，連接方式：將各個(gè)芯片的地址線、數(shù)據(jù)線、讀寫(xiě)控制端并聯(lián)，片選端單獨(dú)引出。片選端單獨(dú)引出。CSWEI/OA0A13CSWEI/OA0A13CSWEI/OA0A13CSWEI/OA0A13WEA0-A13D0 D7例：由16K*8位擴(kuò)充成64K*8位的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器的容量擴(kuò)充第35頁(yè)/共126頁(yè) (2)(2)字?jǐn)U展：字?jǐn)U

25、展：達(dá)不到地址范圍要求，則增加字?jǐn)?shù)達(dá)不到地址范圍要求，則增加字?jǐn)?shù) 連接方式：將各個(gè)芯片的地址線、數(shù)據(jù)線、讀寫(xiě)控制端并聯(lián)，連接方式：將各個(gè)芯片的地址線、數(shù)據(jù)線、讀寫(xiě)控制端并聯(lián)，片選端單獨(dú)引出。片選端單獨(dú)引出。CSWEI/OA0A13CSWEI/OA0A13CSWEI/OA0A13CSWEI/OA0A13WEA0-A13D0 D7譯碼器A14A15例：由16K*8位擴(kuò)充成64K*8位的存儲(chǔ)器mknk，需n/m組芯片，每組一片存儲(chǔ)器的容量擴(kuò)充第36頁(yè)/共126頁(yè) (3)(3)字位擴(kuò)展：字位擴(kuò)展：字向和位向同時(shí)進(jìn)行擴(kuò)展。字向和位向同時(shí)進(jìn)行擴(kuò)展。 使用使用L字字K位芯片擴(kuò)充成位芯片擴(kuò)充成M字字N位存儲(chǔ)器

26、位存儲(chǔ)器,需需(M/L)(N/k)片芯片，分片芯片，分M/L組，每組組，每組N/K片芯片片芯片存儲(chǔ)器的容量擴(kuò)充第37頁(yè)/共126頁(yè)CSA0 | A9I/O1-4WECSA0 | A9I/O1-4WECSA0 | A9I/O1-4WECSA0 | A9I/O1-4WECSA0 | A9I/O1-4WECSA0 | A9I/O1-4WECSA0 | A9I/O1-4WECSA0 | A9I/O1-4WEG2A G2B Y3 G1 Y2 C Y1 B Y0 A74138D0 D7A0-A9A14 A13 A12 A11 A10MREQA15WRCPU1K4擴(kuò)展為4K8存儲(chǔ)器的容量擴(kuò)充第38頁(yè)/共12

27、6頁(yè)存儲(chǔ)器擴(kuò)展的基本步驟：1根據(jù)存儲(chǔ)器容量和芯片容量，確定應(yīng)采用的芯片數(shù)。芯片數(shù)=存儲(chǔ)器容量/芯片容量。2根據(jù)芯片的引腳，確定存儲(chǔ)芯片與CPU的連接方式，包括數(shù)據(jù)線、地址線、讀/寫(xiě)信號(hào)、片選信號(hào)的連接。連接的原則：地址線對(duì)應(yīng)連。位擴(kuò)展時(shí)，數(shù)據(jù)線并行連接；字?jǐn)U展時(shí)，數(shù)據(jù)線對(duì)應(yīng)連接。讀/寫(xiě)信號(hào)對(duì)應(yīng)連接。位擴(kuò)展時(shí)，各芯片共用片選信號(hào)；字?jǐn)U展時(shí)各芯片分用片選信號(hào)。片選信號(hào)可通地址碼高位部分譯碼獲得。3地址分配，確定各芯片的存儲(chǔ)地址范圍。存儲(chǔ)器的容量擴(kuò)充第39頁(yè)/共126頁(yè)【例】用6116芯片構(gòu)成8K8b的存儲(chǔ)器。分析：6116芯片的地址線為11根，數(shù)據(jù)線位數(shù)為8根，為2K8b的存儲(chǔ)芯片。構(gòu)成8K8b的

28、存儲(chǔ)器需進(jìn)行字?jǐn)U展。6116芯片的讀控制信號(hào)為，寫(xiě)控制信號(hào)為，片選信號(hào)為，三個(gè)控制信號(hào)都為低電平有效。OEWECS存儲(chǔ)器的容量擴(kuò)充第40頁(yè)/共126頁(yè)解：（1）確定芯片數(shù)。芯片數(shù)=8K8b/2K8b=4片（2）確定與CPU的連接。 各芯片的8個(gè)數(shù)據(jù)引腳D0D7對(duì)應(yīng)連于數(shù)據(jù)總線的D0D7上。 地址引腳A0A10連接到地址總線A0A10上，由地址碼的高位A12、A11通過(guò)2線-4線譯碼器譯碼得到4個(gè)不同的低電平片選信號(hào)送到各芯片的片選端，讀/寫(xiě)信號(hào) 和 直接與CPU的讀信號(hào) 和寫(xiě)信號(hào) 連接。OEWERDWR存儲(chǔ)器的容量擴(kuò)充第41頁(yè)/共126頁(yè)存儲(chǔ)器的容量擴(kuò)充第42頁(yè)/共126頁(yè)第一片2K第二片2K

29、第三片2K第四片2KA12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0地址范圍（3）存儲(chǔ)地址分配00000000000000000H001111111111107FFH01000000000000800H01111111111110FFFH10000000000001000H101111111111117FFH11000000000001800H11111111111111FFFH存儲(chǔ)器的容量擴(kuò)充第43頁(yè)/共126頁(yè)內(nèi)存的主要性能指標(biāo)內(nèi)存的主要性能指標(biāo) 容量 每個(gè)時(shí)期內(nèi)存條的容量都分為多種規(guī)格，比如早期的30線內(nèi)存條有256KB、1MB、4MB等容量，后來(lái)72線的EDO內(nèi)存有4MB、8

30、MB、16MB等容量，目前流行的168線內(nèi)存常見(jiàn)的內(nèi)存容量有128MB、256MB、512MB。 數(shù)據(jù)寬度和帶寬 內(nèi)存的數(shù)據(jù)寬度是指內(nèi)存同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù)，以位（bit）為單位。內(nèi)存帶寬指內(nèi)存的數(shù)據(jù)傳輸速率。內(nèi)存技術(shù)發(fā)展第44頁(yè)/共126頁(yè) 內(nèi)存的“線”數(shù) 就是指內(nèi)存條與主板插接時(shí)有多少個(gè)接觸點(diǎn)，這些接觸點(diǎn)就是“金手指”，有30線、72線和168線。30線內(nèi)存條的數(shù)據(jù)寬度為8bit；72線內(nèi)存條的數(shù)據(jù)寬度為32bit；168線內(nèi)存條的數(shù)據(jù)寬度為64bit。 內(nèi)存電壓 早期的FPM內(nèi)存和EDO內(nèi)存均使用5V電壓，而SDRAM使用3.3V電壓，DDR SDRAM和RDRAM使用2.5 V電壓。DD

31、R內(nèi)存工作電壓從DDR的2.5V降到1.8V。內(nèi)存的主要性能指標(biāo)內(nèi)存的主要性能指標(biāo)內(nèi)存技術(shù)發(fā)展第45頁(yè)/共126頁(yè) 時(shí)鐘頻率f、時(shí)鐘周期TCK 時(shí)鐘頻率代表了DRAM所能穩(wěn)定運(yùn)行的最大頻率，支持時(shí)鐘頻率越高的內(nèi)存，其性能也越出眾。 對(duì)于SDRAM而言，可分為PC66、PC100、PC133規(guī)范，分別表示可在66-133MHz的時(shí)鐘頻率下穩(wěn)定運(yùn)行。DDR內(nèi)存的基準(zhǔn)時(shí)鐘頻率為200MHz、266MHz，333MHz、400 MHz、533 MHz。RDRAM基準(zhǔn)時(shí)鐘頻率為600MHz、700MHz和800MHz。 內(nèi) 存 的 時(shí) 鐘 周 期 TC K 由 時(shí) 鐘 頻 率 決 定 ， TC K =

32、1 / f ， 例 如 對(duì) 于100MHz的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，一個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期為10ns。 內(nèi)存技術(shù)發(fā)展內(nèi)存的主要性能指標(biāo)內(nèi)存的主要性能指標(biāo)第46頁(yè)/共126頁(yè) SPD SPD (Serial Presence Detect) 是1個(gè)8針的EEPROM芯片，容量為256字節(jié)，里面主要保存了該內(nèi)存條的相關(guān)資料，如容量、芯片的廠商、內(nèi)存模組的廠商、工作速度、是否具備ECC校驗(yàn)等。SPD的內(nèi)容一般由內(nèi)存模組制造商寫(xiě)入。支持SPD的主板在啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)SPD中的資料，并以此設(shè)定內(nèi)存的工作參數(shù)，使之以最佳狀態(tài)工作，更好地確保系統(tǒng)的穩(wěn)定。 內(nèi)存技術(shù)發(fā)展內(nèi)存的主要性能指標(biāo)內(nèi)存的主要性能指標(biāo)第47頁(yè)/共126頁(yè) EC

33、C ECC(Error Checking and Correcting) 功能，指內(nèi)存具備錯(cuò)誤修正碼的功能。它使得內(nèi)存在傳輸數(shù)據(jù)的同時(shí)，在每筆資料上增加一個(gè)檢查位，以確保資料的正確性，若有錯(cuò)誤發(fā)生，還可以將它加以修正并繼續(xù)傳輸，這樣不至于因?yàn)殄e(cuò)誤而中斷。 奇偶校驗(yàn)（Parity） 非奇偶校驗(yàn)內(nèi)存的每個(gè)字節(jié)只有8位，若它的某一位存儲(chǔ)了錯(cuò)誤的值，就會(huì)使其中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)發(fā)生改變而導(dǎo)致應(yīng)用程序發(fā)生錯(cuò)誤。而奇偶校驗(yàn)內(nèi)存在每一字節(jié)（8位）外又額外增加了一位作為錯(cuò)誤檢測(cè)之用。那些Parity檢測(cè)到錯(cuò)誤的地方，ECC可以糾正錯(cuò)誤。內(nèi)存技術(shù)發(fā)展內(nèi)存的主要性能指標(biāo)內(nèi)存的主要性能指標(biāo)第48頁(yè)/共126頁(yè)4.1.3主流

34、內(nèi)存主流內(nèi)存 486和早期Pentium時(shí)代普遍使用的內(nèi)存是FPM (Fast Page Mode RAM，快速頁(yè)面模式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)，它每隔3個(gè)時(shí)鐘脈沖周期傳送一次數(shù)據(jù)，72線、5V電壓、32bit數(shù)據(jù)寬度，速度基本都在60ns以上。（1988-1990） 后來(lái)使用EDO (Extended Data Out RAM，擴(kuò)展數(shù)據(jù)輸出隨機(jī)存取存儲(chǔ)器) 內(nèi)存，EDO內(nèi)存每隔兩個(gè)時(shí)鐘脈沖周期傳輸一次數(shù)據(jù)，大大地縮短了存取時(shí)間，使存取速度提高30%。EDO內(nèi)存有72線和168線之分，速度達(dá)到60ns。EDO內(nèi)存多用于早期的Pentium主板上。（1991-1995） 現(xiàn)在市場(chǎng)上用于個(gè)人電腦的內(nèi)存主要

35、有三大類，一種是SDRAM，一種是目前主流的DDR內(nèi)存，還有一種是RDRAM。這三種內(nèi)存都是DRAM。 內(nèi)存技術(shù)發(fā)展第49頁(yè)/共126頁(yè) SDRAM SDRAM（Synchronous DRAM 同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器）是現(xiàn)在常見(jiàn)的內(nèi)存之一。其工作速度與系統(tǒng)總線速度是同步的。SDRAM內(nèi)存是根據(jù)其性能來(lái)進(jìn)行標(biāo)稱的，比如PC100和PC133就是依據(jù)SDRAM內(nèi)存的運(yùn)行頻率來(lái)進(jìn)行劃分的。單位都是MHz (兆赫茲)。SDRAM的主流規(guī)范是PC133，也就是說(shuō)這是運(yùn)行在133MHz的SDRAM。意味著每秒運(yùn)行133百萬(wàn)次，那么每次的運(yùn)行時(shí)間就是差不多7.5ns，即內(nèi)存的時(shí)鐘周期為7.5ns。加快內(nèi)存的時(shí)

36、鐘頻率也就是縮短了內(nèi)存的時(shí)鐘周期，比如平時(shí)需要兩個(gè)周期才能完成的工作，現(xiàn)在雖然還是要兩個(gè)時(shí)鐘周期，但由于內(nèi)存時(shí)鐘頻率的加快，所花費(fèi)的時(shí)間就少了很多了，我們直接能感受到的就是計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度變快了。 內(nèi)存技術(shù)發(fā)展 第50頁(yè)/共126頁(yè)v DDR SDRAM DDR SDRAM (Double Date Rate SDRAM，雙倍速率SDRAM)?？疵志椭繢DR其實(shí)也是SDRAM的一種。DDR內(nèi)存采用了雙時(shí)鐘差分信號(hào)等技術(shù)，使其在單個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)的上、下沿都能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，所以具有比SDRAM多一倍的傳輸速率和內(nèi)存帶寬。 可以通過(guò)內(nèi)存條的金手指的“缺口”進(jìn)行辨別，DDR只有一個(gè)缺口，而SDRAM

37、有兩個(gè)缺口。 內(nèi)存技術(shù)發(fā)展第51頁(yè)/共126頁(yè)v DDR的標(biāo)稱和SDRAM一樣采用頻率?，F(xiàn)在DDR運(yùn)行頻率主要有100MHz、133MHz、166MHz、200MHz四種，由于DDR內(nèi)存具有雙倍速率傳輸數(shù)據(jù)的特性，因此在DDR內(nèi)存的標(biāo)識(shí)上采用了工作頻率2的方法，也就是DDR200、DDR266、DDR333和DDR400。DDR2 有DDR2 400、DDR2 533、DDR2 667、DDR2 800v DDR內(nèi)存的標(biāo)稱還可以用其帶寬來(lái)表示。內(nèi)存帶寬嚴(yán)格地說(shuō)應(yīng)該分為內(nèi)存理論帶寬和內(nèi)存實(shí)際帶寬這兩種，這里討論的是內(nèi)存的理論帶寬，它的計(jì)算公式是：內(nèi)存帶寬內(nèi)存運(yùn)行頻率8Byte (64bit)。那

38、么DDR266的內(nèi)存就可以換算為2668Byte2128MB/s，所以DDR266通常也被稱為PC2100，同理DDR200是PC1600，而DDR333是PC2700。用內(nèi)存的帶寬來(lái)表示比用運(yùn)行頻率表示更能體現(xiàn)內(nèi)存的性能，但是這里提及的都是理論帶寬。 內(nèi)存技術(shù)發(fā)展第52頁(yè)/共126頁(yè)v 3RDRAM RDRAM存儲(chǔ)器總線式動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，也就是Rambus內(nèi)存。RDRAM的運(yùn)行頻率比SDRAM和DDR要高了許多，從300MHz、600MHz、800MHz到10660MHz。因?yàn)槠浔容^高的工作頻率發(fā)熱量自然不會(huì)小，因此RDRAM內(nèi)存表面都貼上金屬散熱片。如圖4-3所示，這就是我們?cè)谑袌?chǎng)上常

39、看到的RDRAM的樣子。內(nèi)存技術(shù)發(fā)展第53頁(yè)/共126頁(yè)vRDRAM常見(jiàn)的型號(hào)是PC600、PC700、PC800三種，RDRAM可以像DDR一樣在時(shí)鐘信號(hào)的上下沿都可以傳輸信息，但其數(shù)據(jù)通道接口帶寬較低，只有16位。RDRAM和SDRAM、DDR相比最大優(yōu)勢(shì)在于可以提供更大的內(nèi)存帶寬。這里以PC800為例，它的實(shí)際運(yùn)行頻率為400MHz，而內(nèi)存帶寬為8002Byte1.6GB/s。現(xiàn)在RDRAM還支持雙通道技術(shù)，也就是說(shuō)我們可以用兩根同等容量和速度的RDRAM配對(duì)使用，形成雙通道架構(gòu)，這樣雙通道的PC800 RDRAM的帶寬就成了3.2GB/s了，這也是在Intel 850主板上RDRAM內(nèi)

40、存需要兩條RDRAM內(nèi)存同時(shí)使用的原因。vRDRAM因?yàn)槠涓哳l率可以獲得更大的帶寬，但它還是有它不足的地方。和SDRAM、DDR相比，RDRAM比較大的延遲又在很大程度上削弱了它的優(yōu)勢(shì)。所以在需要大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱?chǎng)合，RDRAM因?yàn)槠鋷挼膬?yōu)勢(shì)，其性能更為優(yōu)越；而在普通應(yīng)用場(chǎng)合，因?yàn)榱闵?shù)據(jù)比較多，潛伏周期較短的DDR SDRAM性能則占上風(fēng)。 內(nèi)存技術(shù)發(fā)展第54頁(yè)/共126頁(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的外存儲(chǔ)器主要有磁盤(pán)、磁帶和光盤(pán)。磁盤(pán)存儲(chǔ)器又分為硬磁盤(pán)和軟磁盤(pán)兩種，分別簡(jiǎn)稱為硬盤(pán)和軟盤(pán)。硬盤(pán)、軟盤(pán)均屬于磁表面存儲(chǔ)器。磁表面存儲(chǔ)器是在不同形狀的載體上，涂有磁性材料層。工作時(shí)，載磁體高速運(yùn)動(dòng)，磁頭在磁層上進(jìn)行

41、讀寫(xiě)操作。信息被記錄在磁層上，這些信息的軌跡就是磁道。磁盤(pán)的磁道是一個(gè)個(gè)同心圓環(huán)，磁帶的磁道是沿磁帶長(zhǎng)度方向的條型區(qū)域。外存儲(chǔ)器磁盤(pán)第55頁(yè)/共126頁(yè)在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)之前，磁表面上的顆粒磁向是隨機(jī)的讀寫(xiě)磁頭磁化磁表面的顆粒。顆粒的正極指向磁頭負(fù)極 讀寫(xiě)磁頭可以翻轉(zhuǎn)磁表面顆粒的磁向。磁表面顆粒的磁向排列記錄了數(shù)據(jù)磁表面存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)圖示外存儲(chǔ)器磁盤(pán)第56頁(yè)/共126頁(yè)一、軟盤(pán)（FD，F(xiàn)loppyDisk）可移動(dòng)磁盤(pán)存儲(chǔ)器，早期在PC機(jī)中作為文件和應(yīng)用軟件復(fù)制的主要載體。特點(diǎn)：與硬盤(pán)相比，容量小、速度低、可靠性差。1.發(fā)展：已不作為PC機(jī)的基本配置，逐漸被移動(dòng)硬盤(pán)、U盤(pán)等取代。2.分類按盤(pán)片大小分：5.

42、25英寸軟盤(pán)和3.5英寸軟盤(pán)。按軟盤(pán)的容量可分為：高密度軟盤(pán)（1.44MB）和低密度軟盤(pán)（720KB）。目前，720KB的低密度軟盤(pán)已很少使用。3.構(gòu)成PC機(jī)軟盤(pán)系統(tǒng)由軟盤(pán)片、軟盤(pán)控制器、軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器（磁頭位于其上）組成。外存儲(chǔ)器磁盤(pán)第57頁(yè)/共126頁(yè)4.物理外觀：寫(xiě)保護(hù)缺口索引孔（定位孔）磁頭讀寫(xiě)窗中心軸孔磁頭讀寫(xiě)窗寫(xiě)保護(hù)口中心軸孔外存儲(chǔ)器磁盤(pán)第58頁(yè)/共126頁(yè)5軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器由磁頭、磁頭定位系統(tǒng)、讀寫(xiě)系統(tǒng)、主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和狀態(tài)檢測(cè)部件等構(gòu)成。軟驅(qū)控制電路板主軸電機(jī)外存儲(chǔ)器磁盤(pán)第59頁(yè)/共126頁(yè)二、硬盤(pán)（HardDisk，也簡(jiǎn)稱HD）“溫徹斯特硬盤(pán)”：1973年，IBM公司推出。工作時(shí)，磁頭懸

43、浮在高速轉(zhuǎn)動(dòng)的盤(pán)片上方，而不與盤(pán)片直接接觸，磁頭沿高速旋轉(zhuǎn)的盤(pán)片上做徑向移動(dòng)。硬盤(pán)及驅(qū)動(dòng)器：由固定面板、控制電路板、磁頭組、盤(pán)片組、主軸電機(jī)、接口及其它附件組成。磁頭組和盤(pán)片組件是構(gòu)成硬盤(pán)的核心，它們被封裝在硬盤(pán)的凈化腔體內(nèi)，包括浮動(dòng)磁頭組件、磁頭驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、盤(pán)片組、主軸驅(qū)動(dòng)裝置及讀寫(xiě)控制電路幾個(gè)部分。外部結(jié)構(gòu)：接口、控制電路板、固定面板三部分。內(nèi)部結(jié)構(gòu)：盤(pán)片組、磁頭驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、磁頭組、主軸電機(jī)等部分。外存儲(chǔ)器磁盤(pán)第60頁(yè)/共126頁(yè)產(chǎn)品標(biāo)簽安裝螺絲透氣孔外存儲(chǔ)器磁盤(pán)第61頁(yè)/共126頁(yè)0磁道一個(gè)柱面磁道扇區(qū)盤(pán)片之間絕對(duì)平行，都固定在一個(gè)稱為盤(pán)片主軸的旋轉(zhuǎn)軸上。每個(gè)盤(pán)片的存儲(chǔ)面上都有一個(gè)磁頭，與盤(pán)

44、片之間的距離只有0.10.3m。所有的磁頭連在一個(gè)磁頭控制器上，由磁頭控制器負(fù)責(zé)各個(gè)磁頭的運(yùn)動(dòng)。磁頭沿盤(pán)片作經(jīng)向運(yùn)動(dòng)，盤(pán)片以每分鐘數(shù)千轉(zhuǎn)的速度高速旋轉(zhuǎn)，磁頭對(duì)盤(pán)片上的指定位置進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀/寫(xiě)操作。外存儲(chǔ)器磁盤(pán)空氣過(guò)濾片主軸音圈馬達(dá)永磁鐵磁頭臂磁頭磁盤(pán)第62頁(yè)/共126頁(yè)1盤(pán)片組（1）盤(pán)片是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的載體，采用鋁金屬薄膜材料制成。（2）盤(pán)片組一般是由一片或幾片圓形盤(pán)片疊加而成，不同容量的硬盤(pán)盤(pán)片數(shù)是不同的。每個(gè)盤(pán)片有兩個(gè)面，每個(gè)面都可以記錄數(shù)據(jù)。（3）盤(pán)片分為面、磁道、扇區(qū)、柱面和著陸區(qū)。面：按照磁盤(pán)面的多少，依次稱為0面、1面、2面等。于每個(gè)面對(duì)應(yīng)一個(gè)讀寫(xiě)磁頭，稱為0磁頭（head）、1磁頭、

45、2磁頭等。磁頭數(shù)和盤(pán)面數(shù)相同。磁道：盤(pán)片表面上以盤(pán)片圓心為中心的同心圓環(huán)。從外向內(nèi)編號(hào)。柱面：不同盤(pán)片相同半徑的磁道組成的空心圓柱體稱為柱面。柱面數(shù)等于每個(gè)面的磁道數(shù)。外存儲(chǔ)器磁盤(pán)第63頁(yè)/共126頁(yè)格式化過(guò)的磁盤(pán)被分成很多圓形的磁道磁道上的一個(gè)扇區(qū)可以存儲(chǔ)512字節(jié)的數(shù)據(jù)。小于或等于512字節(jié)的文件存儲(chǔ)在一個(gè)扇區(qū)中。大的文件分割存儲(chǔ)在多個(gè)扇區(qū)中磁道被分成楔形的扇區(qū)磁盤(pán)的外部邊緣和內(nèi)部邊緣不存儲(chǔ)數(shù)據(jù)5.5 外存儲(chǔ)器 磁道和扇區(qū)的概念外存儲(chǔ)器磁盤(pán)第64頁(yè)/共126頁(yè)扇區(qū)：每個(gè)磁道劃分成若干段，每段稱為一個(gè)扇區(qū)。一個(gè)扇區(qū)存放512B的數(shù)據(jù)。硬盤(pán)上每個(gè)磁道上的扇區(qū)數(shù)相同，這樣硬盤(pán)存儲(chǔ)容量計(jì)算公式為：

46、硬盤(pán)容量=柱面數(shù)磁頭數(shù)每道扇區(qū)數(shù)512B著陸區(qū)：硬盤(pán)不工作時(shí)磁頭停放位置的區(qū)域，通常指定一個(gè)靠近主軸的內(nèi)層柱面作為著陸區(qū)。著陸區(qū)不存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，可以避免硬盤(pán)受到震動(dòng)時(shí)以及在開(kāi)、關(guān)電源瞬間磁頭緊急降落時(shí)所造成的數(shù)據(jù)丟失。硬盤(pán)在電源關(guān)閉時(shí)會(huì)自動(dòng)將磁頭停在著陸區(qū)內(nèi)。外存儲(chǔ)器磁盤(pán)第65頁(yè)/共126頁(yè)2主軸組件主軸組件包括軸承和驅(qū)動(dòng)電機(jī)等。驅(qū)動(dòng)電機(jī)又可分為滾珠軸承電機(jī)和液態(tài)軸承電機(jī)兩種。滾珠軸承馬達(dá)工作時(shí)溫度高，噪聲大，磨損嚴(yán)重，轉(zhuǎn)速相對(duì)較慢，但價(jià)格較低。液態(tài)軸承馬達(dá)以解決了滾珠軸承馬達(dá)上的問(wèn)題同時(shí)還有很好的抗震能力，使硬盤(pán)壽命延長(zhǎng)。3磁頭驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)作用是在硬盤(pán)尋道時(shí)移動(dòng)磁頭。一般由電磁線圈電機(jī)、磁頭驅(qū)動(dòng)小車

47、、防震動(dòng)裝置構(gòu)成。4磁頭組件是硬盤(pán)中最精密的部件之一，是由讀寫(xiě)磁頭、傳動(dòng)手臂、傳動(dòng)軸三個(gè)部分組成。采用了非接觸式磁頭結(jié)構(gòu)，加電后磁頭在高速旋轉(zhuǎn)的磁盤(pán)表面移動(dòng)，磁頭與盤(pán)片之間的間隙只有0.10.3m，這樣可以獲得很好的數(shù)據(jù)傳輸率、較高的信噪比和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。外存?chǔ)器磁盤(pán)第66頁(yè)/共126頁(yè)1容量 格式化后硬盤(pán)的容量由3個(gè)參數(shù)決定：硬盤(pán)容量=磁頭數(shù)柱面數(shù)扇區(qū)數(shù)512 (字節(jié))。硬盤(pán)的容量以兆字節(jié)（MB）或千兆字節(jié)（GB）為單位，1GB=1024MB。但硬盤(pán)廠商在標(biāo)稱硬盤(pán)容量時(shí)通常取1G=1000MB，因此在BIOS中或在格式化硬盤(pán)時(shí)看到的容量會(huì)比廠家的標(biāo)稱值要小。2單碟容量 單碟容量就是硬盤(pán)盤(pán)

48、體內(nèi)每張磁碟的最大容量。每塊硬盤(pán)內(nèi)部有若干張盤(pán)片，所有盤(pán)片的容量之和就是硬盤(pán)的總?cè)萘?。單碟容量越大，?shí)現(xiàn)大容量硬盤(pán)也就越容易，尋找數(shù)據(jù)所需的時(shí)間也相對(duì)少一點(diǎn)。同時(shí)，單碟容量越大，硬盤(pán)的檔次越高，性能越好，其故障率也越低，當(dāng)然價(jià)格也越貴。 硬盤(pán)的性能指標(biāo)外存儲(chǔ)器磁盤(pán)第67頁(yè)/共126頁(yè)硬盤(pán)的性能指標(biāo)3硬盤(pán)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速是指硬盤(pán)盤(pán)片每分鐘轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)，單位是rpm.。轉(zhuǎn)速是決定硬盤(pán)內(nèi)部傳輸率的決定因素之一，它的快慢在很大程度上決定了硬盤(pán)的速度，同時(shí)也是區(qū)別硬盤(pán)檔次的重要標(biāo)志。硬盤(pán)的轉(zhuǎn)速多為5400rpm、7200rpm和10000rpm。7200rpm的硬盤(pán)已經(jīng)逐步取代5400rpm的硬盤(pán)成為主流，10

49、000rpm的硬盤(pán)多是面對(duì)高檔用戶的。外存儲(chǔ)器磁盤(pán)第68頁(yè)/共126頁(yè)4平均訪問(wèn)時(shí)間 平均訪問(wèn)時(shí)間（Average Access Time）是指磁頭從起始位置到達(dá)目標(biāo)磁道位置，并且從目標(biāo)磁道上找到要讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)扇區(qū)所需的時(shí)間。平均訪問(wèn)時(shí)間體現(xiàn)了硬盤(pán)的讀寫(xiě)速度，它包括了硬盤(pán)的尋道時(shí)間和等待時(shí)間，即：平均訪問(wèn)時(shí)間=平均尋道時(shí)間+平均等待時(shí)間。 硬盤(pán)的平均尋道時(shí)間（Average Seek Time）是指硬盤(pán)的磁頭移動(dòng)到盤(pán)面指定磁道所需的時(shí)間。目前主流硬盤(pán)的平均尋道時(shí)間通常在9ms左右。 硬盤(pán)的等待時(shí)間，又叫潛伏期（Latency），是指磁頭已處于要訪問(wèn)的磁道，等待所要訪問(wèn)的扇區(qū)旋轉(zhuǎn)至磁頭下方的時(shí)間。

50、對(duì)圓形的硬盤(pán)來(lái)說(shuō)，潛伏時(shí)間最多是轉(zhuǎn)一圈所需的時(shí)間，最少則為0（不用轉(zhuǎn)），轉(zhuǎn)速540O rpm（或 7200 rpm），故其Average Latency Time約等于（1/5400）6010002=5.6 ms，其余依此類推。硬盤(pán)轉(zhuǎn)速7200 RPM,潛伏時(shí)間4.2 ms。 平均訪問(wèn)時(shí)間通常在11ms到18ms之間。 硬盤(pán)的性能指標(biāo)外存儲(chǔ)器磁盤(pán)第69頁(yè)/共126頁(yè)5傳輸速率 傳輸速率是指硬盤(pán)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的速度，單位為兆字節(jié)每秒（MB/s）。硬盤(pán)數(shù)據(jù)傳輸速度包括了內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率和外部數(shù)據(jù)傳輸率。 內(nèi)部傳輸率也稱為持續(xù)傳輸率，指磁頭至硬盤(pán)緩存間的最大數(shù)據(jù)傳輸率，一般取決于硬盤(pán)的盤(pán)片轉(zhuǎn)速和盤(pán)片數(shù)據(jù)線性

51、密度 (指同一磁道上的數(shù)據(jù)間隔度)。這項(xiàng)指標(biāo)中常常使用Mb/S或Mbps為單位，這是兆位/秒的意思，如果需要轉(zhuǎn)換成MB/s（兆字節(jié)/秒），就必須將Mbps數(shù)據(jù)除以8。例如最大內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率為131Mbps，但如果按MB/S計(jì)算就只有16.37MB/s。數(shù)據(jù)傳輸速度實(shí)際上達(dá)不到33MB/s，更達(dá)不到66MB/s。因此硬盤(pán)的內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率就成了整個(gè)系統(tǒng)瓶頸中的瓶頸，只有硬盤(pán)的內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率提高了，再提高硬盤(pán)的接口速度才有實(shí)在的意義。 外部傳輸率（External Transfer Rate）也稱為突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸率（Burst Data Transfer Rate）或接口傳輸率，它標(biāo)稱的是系統(tǒng)總線與硬

52、盤(pán)緩沖區(qū)之間的數(shù)據(jù)傳輸率，外部數(shù)據(jù)傳輸率與硬盤(pán)接口類型和硬盤(pán)緩存的大小有關(guān)。目前采用Ultra DMA133技術(shù)的硬盤(pán)，外部數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)133MB/s。硬盤(pán)的性能指標(biāo)外存儲(chǔ)器磁盤(pán)第70頁(yè)/共126頁(yè) 由于內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率才是系統(tǒng)真正的瓶頸，因此在購(gòu)買時(shí)我們要分清這兩個(gè)概念。一般來(lái)講，硬盤(pán)的轉(zhuǎn)速相同時(shí)，單碟容量大的內(nèi)部傳輸率高；在單碟容量相同時(shí)，轉(zhuǎn)速高的硬盤(pán)的內(nèi)部傳輸率高。應(yīng)該清楚的是只有內(nèi)部傳輸率向外部傳輸率接近靠攏，有效地提高硬盤(pán)的內(nèi)部傳輸率才能對(duì)磁盤(pán)子系統(tǒng)的性能有最直接、最明顯的提升。目前各硬盤(pán)生產(chǎn)廠家努力提高硬盤(pán)的內(nèi)部傳輸率，除了改進(jìn)信號(hào)處理技術(shù)、提高轉(zhuǎn)速以外，最主要的就是不斷地提高單碟

53、容量以提高線性密度。由于單碟容量越大的硬盤(pán)線性密度越高，磁頭的尋道頻率與移動(dòng)距離可以相應(yīng)減少，從而減少了平均尋道時(shí)間，內(nèi)部傳輸速率也就提高了。硬盤(pán)的性能指標(biāo)外存儲(chǔ)器磁盤(pán)第71頁(yè)/共126頁(yè)6 緩存 緩存（Cache）的大小也是影響硬盤(pán)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。當(dāng)硬盤(pán)接收到CPU指令控制開(kāi)始讀取數(shù)據(jù)時(shí)，硬盤(pán)上的控制芯片會(huì)控制磁頭把正在讀取的簇的下一個(gè)或者數(shù)個(gè)簇中的數(shù)據(jù)讀到緩存中（因?yàn)橛脖P(pán)上數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)是比較連續(xù)的，所以讀取的命中率是很高的），當(dāng)CPU指令需要讀取下一個(gè)或者幾個(gè)簇中的數(shù)據(jù)的時(shí)候，磁頭就不需要再次去讀取數(shù)據(jù)，而是直接把緩存中的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)去就行了，由于緩存的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于磁頭的速度，所以能夠達(dá)到

54、明顯改善性能的目的。顯然緩存容量越大，硬盤(pán)性能越好。目前，主流硬盤(pán)的緩存一般是2MB。 硬盤(pán)的性能指標(biāo)外存儲(chǔ)器磁盤(pán)第72頁(yè)/共126頁(yè)7 盤(pán)表面溫度 指硬盤(pán)工作時(shí)產(chǎn)生的溫度使硬盤(pán)密封殼溫度上升的情況。這項(xiàng)指標(biāo)廠家并不提供，一般只能在各種媒體的測(cè)試數(shù)據(jù)中看到。硬盤(pán)工作時(shí)產(chǎn)生的溫度過(guò)高將影響磁頭的數(shù)據(jù)讀取靈敏度，因此硬盤(pán)工作表面溫度較低的硬盤(pán)有更穩(wěn)定的數(shù)據(jù)讀、寫(xiě)性能。8 MTBF (連續(xù)無(wú)故障時(shí)間) 指硬盤(pán)從開(kāi)始運(yùn)行到出現(xiàn)故障的最長(zhǎng)時(shí)間，單位是小時(shí)。一般硬盤(pán)的MTBF至少在30000小時(shí)以上。這項(xiàng)指標(biāo)在一般的產(chǎn)品廣告或常見(jiàn)的技術(shù)特性表中并不提供，需要時(shí)可專門(mén)上網(wǎng)到具體生產(chǎn)該款硬盤(pán)的公司網(wǎng)址中查詢。

55、 硬盤(pán)的性能指標(biāo)外存儲(chǔ)器磁盤(pán)第73頁(yè)/共126頁(yè)常見(jiàn)硬盤(pán)接口1、IDE IDE的英文全稱為“Integrated Drive Electronics”，即“電子集成驅(qū)動(dòng)器”，它的本意是指把“硬盤(pán)控制器”與“盤(pán)體”集成在一起的硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器。 時(shí)至今日這一接口技術(shù)仍在不斷地發(fā)展，隨著其接口技術(shù)的飛速發(fā)展，引入了許多新技術(shù)，使這一IDE接口標(biāo)準(zhǔn)得到了質(zhì)的飛躍，通常不再以IDE標(biāo)稱，而是以諸如ATA、Ultra ATA、DMA、Ultra DMA等標(biāo)注。 IDE接口經(jīng)歷過(guò)ATA、ATA33、ATA66、ATA100、ATA133等幾種速度規(guī)格，后面的數(shù)字可以標(biāo)明這種接口的傳輸速率，比如ATA100接口就

56、可以達(dá)到100MB/s的速度。 外存儲(chǔ)器磁盤(pán)第74頁(yè)/共126頁(yè)外存儲(chǔ)器磁盤(pán)常見(jiàn)硬盤(pán)接口第75頁(yè)/共126頁(yè)外存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器磁盤(pán)磁盤(pán)常見(jiàn)硬盤(pán)接口第76頁(yè)/共126頁(yè)2、SATA SATA（串行）接口為新一代硬盤(pán)傳輸規(guī)范。 外存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器磁盤(pán)磁盤(pán)常見(jiàn)硬盤(pán)接口第77頁(yè)/共126頁(yè) SATA（串行）與IDE（并行）傳輸接口相比，SATA擁有更多的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。 . 高數(shù)據(jù)傳輸率 第一代Serial ATA的數(shù)據(jù)傳輸率為150MB/s ，而在已經(jīng)發(fā)布的Serial ATA2.0和Serial ATA3.0規(guī)范中將達(dá)到最高300MB/s及600MB/s的傳輸率。 . 無(wú)需復(fù)雜設(shè)置 在并行硬盤(pán)的時(shí)代主板上的

57、一個(gè)IDE接口上同時(shí)可以安裝兩個(gè)IDE硬盤(pán)，這時(shí)就必須設(shè)置主/從（Master/Slave）選項(xiàng)。但是SATA接口使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸協(xié)議，也就是說(shuō)每個(gè)通信道都只能單獨(dú)安裝一個(gè)設(shè)備，并且獨(dú)享帶寬，這種工作模式在實(shí)際應(yīng)用中更容易被管理。 外存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器磁盤(pán)磁盤(pán)常見(jiàn)硬盤(pán)接口第78頁(yè)/共126頁(yè) . 支持熱拔插功能 SATA接口是允許進(jìn)行熱拔插的。就好像我們現(xiàn)在用的移動(dòng)硬盤(pán)一樣。 . 數(shù)據(jù)線可以更長(zhǎng) 傳統(tǒng)的IDE接口為40針結(jié)構(gòu)，其線纜的長(zhǎng)度被限制在了45cm之內(nèi)。而SATA數(shù)據(jù)線采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸，最長(zhǎng)距離可以擴(kuò)展到1米以上。 外存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器磁盤(pán)磁盤(pán)常見(jiàn)硬盤(pán)接口第79頁(yè)/共126頁(yè) . 接口注重人性化

58、IDE接口在連接時(shí)用戶必須區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)線安裝時(shí)的反正。SATA硬盤(pán)則采用了L形接口，根本不存在接反的可能。但SATA接口線纜設(shè)計(jì)有先天缺陷，L形的接口不允許用戶多次拔插，否則就會(huì)引發(fā)接觸不良的問(wèn)題。外存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器磁盤(pán)磁盤(pán)常見(jiàn)硬盤(pán)接口第80頁(yè)/共126頁(yè)3 、SCSI SCSI(Small Computer System Interface，小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口)接口是一種系統(tǒng)級(jí)接口，一條SCSI總線最多可以連接15塊硬盤(pán)外存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器磁盤(pán)磁盤(pán)常見(jiàn)硬盤(pán)接口第81頁(yè)/共126頁(yè)硬盤(pán)的主要生產(chǎn)廠商 邁拓(Maxtor) 三星(Samsung) 希捷(ST，Seagate) 昆騰(Quantum) 西部

59、數(shù)據(jù)(WD)外存儲(chǔ)器磁盤(pán)第82頁(yè)/共126頁(yè)、Seagate（希捷）公司的硬盤(pán)命名方式為：（希捷）公司的硬盤(pán)命名方式為：“首位首位+盤(pán)片尺寸盤(pán)片尺寸+容量容量+盤(pán)片數(shù)盤(pán)片數(shù)+轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速+接口類型接口類型”例：例：Seagate酷魚(yú)酷魚(yú)代代IDE硬盤(pán)硬盤(pán)ST330630A為例為例 ST：首位，希捷公司硬盤(pán)均用：首位，希捷公司硬盤(pán)均用ST開(kāi)頭開(kāi)頭 3：盤(pán)片尺寸為：盤(pán)片尺寸為3.5英寸英寸 306：容量為：容量為30.6GB 3：盤(pán)片數(shù)為：盤(pán)片數(shù)為3片片 0：表示為：表示為7200r/min（0以外為以外為5400r/min) A：接口類型：接口類型 A為為ATA UDMA/66或或UDMA/100（

60、AG為為筆記本專用、筆記本專用、W、N為為SCSI專用專用 外存儲(chǔ)器磁盤(pán)命名第83頁(yè)/共126頁(yè)2、Maxtor（邁拓）公司的硬盤(pán)命名方式為：（邁拓）公司的硬盤(pán)命名方式為：“系列號(hào)系列號(hào)+此系列硬盤(pán)最大容量此系列硬盤(pán)最大容量+首位首位+容量容量+接口類型接口類型+磁頭數(shù)磁頭數(shù)”例：金鉆四代例：金鉆四代DiamondMax Plus40 53073U6DiamondMax Plus：代表硬盤(pán)是金鉆系列：代表硬盤(pán)是金鉆系列 40：代表此系列硬盤(pán)的最大容量為：代表此系列硬盤(pán)的最大容量為40GB 5：用于說(shuō)明一段時(shí)間，最新的金鉆系列硬盤(pán)都是：用于說(shuō)明一段時(shí)間，最新的金鉆系列硬盤(pán)都是5 3073：代表容