計算機硬件基礎第3章

o同澹+、f

TONGJIUNIVERSITY

第3章內部存儲器

周偉zhousun@

1

3.1內部存儲器概念

v存儲器是用來存儲信息的部件，有了存儲

器，計算機才有了對信息的記憶功能。計算

機的存儲器可以分為兩大類，一類叫內部存

儲器，通常簡稱為主存(MainMemory)或

內存；另一類叫外部存儲器，簡稱外存或輔

助存儲器。內存是計算機主機的一個組成部

分，它用來存放當前正在使用的、或者經常

使用的程序和數據。

2

TONUIIl.NIVFRSITV

3.1.1存儲系統概念

V將兩個或兩個以上速度、容量和價格各

不相同的存儲器用硬件、軟件或軟硬件

相結合的方法連接起來就構成存儲系統。

V系統的存儲速度接近較快的存儲器，容

量接近較大的存儲器。

3

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3.1.1存儲系統概念

微型機的存儲系統

J主存儲器

Cache存儲系統t高速緩沖存儲器

「主存儲器

虛擬存儲系統

〔磁盤存儲器

4

3.1.1存儲系統概念

v目前可用的存儲器，速度快的容量小、

價格高，容量大、價格低的速度慢。利

用程序訪問的局部性原理，將經常使用

的數據放在速度快的存儲器中，形成一

個在性能上接近最高，容量上接近最

大，價格上接近最低廉的存儲器的存儲

系統，較好地解決了CPU和存儲器之間的

速度差問題。

5

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3.1.2存儲系統的性能指標

在單一存儲系統中，存儲器的性能由以下幾個方面

確定：

v存儲容量(MemoryCapacity)存儲器容納二進制

數據總數，單位為：B,KB,MB,GB；

v存取速度：存取時間、存取周期、存儲器帶寬

§存取時間(AccessTime)執(zhí)行一次讀或寫操作所需的

時間TA，主存儲器存取時間為PS級；Cache存取時間為

ns級。

§存取周期(MemoryCycleTime)存儲器能進行連續(xù)訪問

所允許的最小時間間隔T。Tc>TA

§存儲器的帶寬也稱存儲器的數據傳輸率(DataTransfer

Rate)單位時間內傳輸數據的個數，單位為MB/S。

v價格

V可靠性

6

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3.1.3存儲器的層次結構

V存儲器的容量、速度和價格是制約存儲器系統

設計的3個主要因素。任何時候，都希望設計

出大容量、低價位和高速存取的計算機存儲系

統。組織計算機的存儲器系統時，必須「存儲

器的價格、容量和存取時間之間進行折衷、權

衡。綜合各種因素，最后一般都是采用存儲器

的層次結構(MemoryHierarchy)方案來實現對

系統的要求，而不是依賴單一的存儲部件或技

未。

7

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3.1.3存儲器的層次結構

v目前可用的存儲器，速度快的容量小、價格高，

容量大、價格低的速度慢。利用程序訪問的局部

性原理，將經常使用的數據放在速度快的存儲器

中，形成一個在性能上接近最高，容量上接近最

大，價格上接近最低廉的存儲器的存儲系統，較

好地解決了CPU和存儲器之間的速度差問題。

v時間局部［(temporallocahty):若一項數據被引

用，很可能不久它會被再次使用.

v空間局部平(spatiallocality):若一項數據被引用，則

與它相連的數據可能很快也會被引用.

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3.1.3存儲器的層次結構

（高層）

容第。層片內Cache(Mo)每

量字

片外Cache(SRAM)

和

第1層M|

存成

主存儲器

取第2層本

M2

時逐

磁盤存儲器（硬盤、軟盤）

間漸

第3層M

遞3遞

磁帶存儲器（磁帶機）

增增

第4層

M4

（底層）

圖3.28存儲器系統的層次結構

9

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3.1.3存儲器的層次結構

V多級高速緩存。高速緩存自身可以是一個多層

次的結構。目前，有些CPU直接在片內設置有

高速緩沖存儲器，容量一般在32?128KB。這

種Cache可以認為是第一級（L1）處理器，可

以在一個時鐘周期內完成對它的訪問操作。片

外Cache被稱為第二級高速緩存（Lp，它通

常由靜態(tài)隨機存儲器SRAM芯片構成，容量從

128?64MB不等。通常，大多數的高速緩沖存

儲器對用戶是透明的。

10

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3.1.3存儲器的層次結構

v主存儲器主存儲器通常由DRAM芯片構成，

通常被組織為多體交叉的存儲模塊，以便能夠

以高速的流水線方式或并行方式同時訪問多個

存儲單元。容量通常為64?512MB。主存帶寬

(MemoryBandwidth)就是單位時間內從主

存儲器總線或主存儲器開關上傳輸的信息量，

單位為B/s或MB/S。多個多體交叉存儲模塊可

以一起構成存儲器群，這樣不僅能增加存儲器

帶寬，而且提供了更高的容錯能力。

11

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3.1.3存儲器的層次結構

V磁盤存儲器磁盤存儲器可分為軟盤(Floppy

Disk)、硬盤(HardDisk)兩種形式。它是一

種聯機存儲器(On_lineMemory),用于保存

系統程序、用戶程庠及其數據集。磁盤存儲是

非易失性的，不受電源的掉電影響，故具有可

靠性高和易于長期保存的特點。由于采用磁頭

讀寫，所以容易被損壞或出現機械故障。磁頭

在讀寫信息時需要定位，所以它的訪問速度比

較慢。

12

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3.1.3存儲器的層次結構

V磁帶機磁帶機是一種脫機存儲器(Off—line

Memory),當作其他存儲器的備份存儲器。

它與磁盤存儲器一樣，都是在操作系統采取有

限的用戶干預方式下，對其進行管理。磁帶的

容量非常大，可以輕易達到100GB甚至以TB計。

通常用來保存用戶程序、執(zhí)行結果和已處理文

件的拷貝等，其上的數據文件是存檔非在線的。

v當然，在分層結構中，還可以包含其它形式的

存儲器。如光盤存儲器、磁光盤(M0)存儲

器等。

13

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存儲系統的層次結構

通用寄存器堆及

指令、數據緩沖棧

高速緩存

主存儲器

聯機外存儲器

脫機外存儲器

由上至下容量越來越大，速度越來越慢,

價格越來越低

14

3.1.3存儲器的層次結構

存儲器的分類

，雙極型存儲疆

動器（機存儲疆

隨機存儲器《（DRAM）

（RAM）IMOS存儲舞

［靜期I機存儲播

（SRAM）

高速緩存

/只讀存儲器（ROD

可編程只讀存儲器（PROD

主存儲器（內存）只讀存脩器（ROM）可擦除只讀存儲器

（EPROI）

電可擦除只讀存儲器

存儲器＜（EEPROI）

、閃速存儲器

磁盤（硬盤、軟盤、可移動

硬盤）

夕牌存儲器（輛存）光盤（只讀光盤、一次性刻錄光盤、

可擦寫光盤、DVD數字盤）

磁帶

15

TONUIIl；NIVIRSITS

存儲器的分類

V高速緩沖存儲器

V主存儲器1一半導體存儲器

V輔助存儲器」

n由能夠表示“0”和“1”、具有記憶功能

的一些物理器件組成。

n能存放一位二進制數的物理器件稱為一個

存儲元。

n若干存儲元構成一個存儲單元。

16

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3.2典型的內部存儲器

?SRAM的工作原理

v靜態(tài)存儲器SRAM(StaticRandomAccess

Memory),即靜態(tài)隨機訪問存儲器，(簡稱靜

態(tài)存儲器)是相對于動態(tài)存儲器而言的。其特點

是，只要加著電，信息就不會丟失，當然，關掉

電源，信息也就消失了。而動態(tài)存儲器即使加著

電，如不進行再生，其存放的信息也會很快丟失。

因此動態(tài)存儲器需要周期性的刷新，靜態(tài)存儲器

是不需要刷新的。靜態(tài)存儲器具有極高的存儲速

度，單位面積內具有較低的存儲密度，所以，它

一般用于對存取速度要求較高，存儲容量不太大

存贏由雙穩(wěn)電路構成，存儲信息穩(wěn)定。

17同佛去年

1ONCUIUNIVERSITY

3.2典型的內部存儲器

SRAM基本存儲單元

由6個MOS管組成，其中丁1、丁2管組成雙穩(wěn)

態(tài)觸發(fā)器，丁3、丁4是節(jié)點所晤的引出控制管，

丁5、丁6是負載管。一個存儲元存儲一位二進制

代碼。如果一個存儲單元為n位，則需要n個存

儲元才能組成一個存儲單元。

|QQ

pVcc字線W

位線4-

\

同俗去學

TON<mUNIVERSITV

3.2典型的內部存儲器

SRAM存儲器的組成

vSRAM存儲器由存儲體、讀寫電路、

地址譯碼電路和控制電路等組成，其結

構框圖如圖3.4所示。

19

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3.2典型的內部存儲器

20

TON<mUNIVERSITV

3.2典型的內部存儲器

①存儲體存儲器中存儲體是存放信息的場所，其規(guī)模的大小直

接決定存儲器芯片的存儲容量。

②地址譯碼器存儲器單元是按地址來選擇的，而地址譯碼器的

輸入信息則由CPU提供，因此，譯碼器輸入端的地址就是所要

訪問的存儲單元的地址。

③片選控制端CS（ChipSelect）由于單片存儲器芯片的存儲

容量有限，達不到計算機系統中主存儲器容量的要求，因此，

一個存儲空間（或子空間）總需要一定數量的存儲芯片組成。

在選擇存儲單元時，首先要選片。通常用地址譯碼器的輸出和

一些控制信號（如WE、RD）來形成片選信號CS。只有當CS

有效時，才能選中某一片，與此片相連的地址線才能將地址編

碼送入此片的地址譯碼器進行譯碼，然后可以對此片的存儲單

元進行讀/寫操作。

21

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3.2典型的內部存儲器

V④I/O電路處于數據總線和被選用的單元之

間，用于控制被選中的單元讀出或寫入，并且有放

大信息的作用。

⑤輸出驅動器為了擴展存儲器的容量，常需

要將幾片RAM的數據線并聯使用，或將輸入/輸出數

據線與雙向的數據總線相連，這就需要三態(tài)輸出緩

沖器。

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3.2典型的內部存儲器

U

As匚118二IVcc一A。

Ai

、5匚217二

A?

匚316—-A3I/Oi

二A4—

A3415ZZlAo-I/O2

A5

Ao匚514m/OiSRAM實例-I/O3

、6

Ai匚613

=ii/o2A7I/O4—

—

A?匚712

=□1/03

—A9WECs

匚811

Cs二1/O4中

9101I

GND匚NWE

(a)2n4引腳排列圖(b)2n4邏輯符號

Intel2114引腳與邏輯符號示意圖

23

■■■■

3.2典型的內部存儲器

v2114為1KX4位的SRAM,數據位寬為4位，片

上共有4096個六管存儲元電路，排成64X64的

矩陣。因為是1K個字，所以需要10根地址線

(線~々)，即21。=1024,其中(%?%)6根

用于行譯碼，其余4根用于列譯碼，產生16條

列選線，每條線同時接4位，則選中該片后，

可同時輸出1K個字中的4位數據。

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3.2典型的內部存儲器

Intel2114內部結構原理示意圖

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3.2典型的內部存儲器

nDRAM是動態(tài)隨機訪問存儲器(Dynamic

RandomAccessMemory)的簡稱，通常也

簡稱為動態(tài)存儲器。

特點：

V存儲元主要由電容構成，由于電容存在

的漏電現象而使其存儲的信息不穩(wěn)定，

故DRAM芯片需要定時刷新。

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3.2典型的內部存儲器

DRAM的工作原理

v單管動態(tài)存儲單元、四管動態(tài)存儲單元

單管MOS存儲電路的工作原理是：

v(1)寫入操作

v(2)讀出操作

v(3)存儲狀態(tài)

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3.2典型的內部存儲器

字線w

Ti

I--T

CD

位線D

單管動態(tài)存儲單元

28

3.2典型的內部存儲器

典型DRAM芯片2164A

v2164A：64KX1bit

v采用行地址和列地址來確定一個單元;

v行列地址分時傳送。0

§共用一組地址信號線。一

§地址信號線的數量僅一，

為同等容量SRAM芯。一，

片的一半。

ROW

存儲矩陣

29

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3.2典型的內部存儲器

2164A的內部結構

Ao?A7

Dout

RAS#

Din

CAS#

WE#

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3.2典型的內部存儲器

主要引線

vRAS：行地址選通信號。用于鎖存行地址;

vCAS：列地址選通信號。

地址總線上先送上行地址，后送上列地址，它們

分別在RAS和CAS有效期間被鎖存芯片中。

vWE：寫允許信號

VAO-A7:地址線

vDIN：數據輸入

vDOUT：數據輸出

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2164A動態(tài)存儲器芯片邏輯結構示意圖

32

3.2典型的內部存儲器

33

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3.2典型的內部存儲器

2164A的寫周期波形

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帶有刷新控制電路及刷新計數器的DRAM芯片

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3.2典型的內部存儲器

V標準的刷新操作通常有三種。

v①RAS刷新(RASonlyrefresh)：即在這種

刷新操作中，只用RAS信號來控制刷新，CAS

信號不動作。刷新的動作就是讀出一整行，再

把它們寫回去，而讀出的一行數據并不送到外

部的數據線上。它的優(yōu)點是消耗的電流小，但

需要設置外部刷新地址計數器。

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3.2典型的內部存儲器

v②CAS/RAS刷新：即CAS在RAS之前的刷新

(CASbeforeRASrefresh)。這種刷j新操作是

利用CASf言號比RAS信號提前動作來實現刷新。

它使用了DRAM芯片內部的刷新地址計數器作為

行刷新地址，每刷新一行就自動將地址計數器

加1,實現逐行刷新。

v③隱藏刷新(Hiddenrefresh),隱藏刷新發(fā)

生在每次讀或寫操作之后。它也使用內部刷新

計數器作為行刷新地址。

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3.2典型的內部存儲器

RAS

CAS

地址

只用RAS的刷新周期

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3.2典型的內部存儲器1

RAS

CAS

CAS/RAS刷新

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3.2典型的內部存儲器

DRAM隱藏刷新

40

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3.2典型的內部存儲器

DRAM寫隱藏刷新

41

3.2典型的內部存儲器1

11

y--------刷新期---------->■

■-------讀/寫/維持周期--------?

11

11

3934393513936393739983999

01230

國臣m

11

1tc

1

1---------3872個周期（1936US）―?<—128個周期(64US)—?

14

1

1

，-----------------------刷新間用

1X(2ms)--------------------------->

1

128*128矩陣集中式刷新方式時間分配示意圖

集中式刷新方式指在一個刷新周期內,利用一段固定時間,依此對動態(tài)存儲

器的所有行逐一刷新.

優(yōu)點主存利用率高,控制簡單適用于高速存儲器.

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3.2典型的內部存儲器

128*128矩陣分散式刷新方式的時間分配示意圖

分散式刷新方式指將每一行的刷新周期分散到各個讀/寫和維持周期中.

優(yōu)點控制簡單無“死區(qū)”,但主存利用率低.

異步刷新：將按照行數決定刷新周期，把刷新周期安排到各周期中。由

DMA完成。

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3.2典型的內部存儲器

DRAM的種類

vFPMDRAM,又叫快頁內存，在386時代很流

行，因為DRAM需要恒定電流以保存信息，一旦

斷電，信息即丟失，它的刷新頻率每秒鐘可達幾

百次，但由于FPMDRAM使用同一電路來存取數

據，所以DRAM的存取時間需要一定的時間間

隔，這導致了它的存取速度并不是很快，另外，

在DRAM中，由于存儲地址空間是按頁排列的，

所以當訪問某一頁面時，切換到另一頁面會占用

CPU額外的時鐘周期。其接口多為72線的SIMM

類型。

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3.2典型的內部存儲器

vEDODRAM(ExtendedDateOutDRAM)：外

擴充數據模式存儲器。EDODRAM與FPM

DRAM相似，它取消了擴展數據輸出內存與傳

輸內存兩個存儲周期之間的時間間隔，在把數

據發(fā)送給CPU的同時去訪問一個頁面，故而速

度要比普通DRAM快15%?30%。工作電壓一

般為5V,其接口方式多為72線的SIMM類型，

但也有168線的DIMM類型。EDODRAM這種內

存在486以及早期的奔騰電腦上比較流行。

45

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3.2典型的內部存儲器

vSDRAM（同步DRAM的縮寫），顧名思義，它

是同步于系統時鐘頻率的。SDRAM內存訪問采用

突發(fā)（Burst）模式，它的原理是，SDRAM在現有

的標準動態(tài)存儲器中加入同步控制邏輯（一個狀

態(tài)機），利用一個單一的系統時鐘同步所有的地

址數據和控制信號。使用SDRAM不但能提高系統

表現，還能簡化設計、提供高速的數據傳輸。在

功能上，它類似于常規(guī)的DRAM,也需要時鐘進行

刷新，可以說，SDRAM是一種改善了結構的增強

型DRAM。

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3.2典型的內部存儲器

vMDRAM(Multi-BankDRAM),多段式動

態(tài)隨機存儲器.應用于高速顯示卡或加速卡.

vDDRSDRAM(DoubleDataRateSDRAM),

雙數據速率同步動態(tài)隨機存儲器.允許時鐘

脈沖的上升沿和下降沿都可以讀/寫數據.

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3.2典型的內部存儲器

3.2.3ROM的工作原理

半導體只讀存儲器ROM(ReadOnlyMemory)

存儲的信息是非易失性的，也就是說，掉電后

再上電，其存儲的內容不會改變。編程后用于

用戶系統中時，其內容只能讀出，不能寫入。

與RAM相比，其工作速度與RAM相當，但結構

要比RAM簡單得多。

特點：

n可隨機讀取數據，但不能隨機寫入；

n掉電后信息不丟失

48

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3.2典型的內部存儲器

v它的集成度較高，功耗也比RAM小，而且可靠

性強，在掉電時，信息不會丟失，且是非破壞

性讀出，因此，ROM主要用來存放不需要經常

改變的信息。

vROM的種類很多，性能和價格差別也較大。根

據半導體只讀存儲器制造工藝的不同，只讀存

儲器可分為MROM、PROM、EPROM和E2PROM

四種。

49

TONUIIl.NIVFRSITV

3.2典型的內部存儲器

1.MROM(MaskROM)

vMROM全稱為掩模只讀存儲器，該類芯

片所存儲的信息是由芯片制造廠家寫入

的，用戶不能修改。這類ROM的存儲元

可由半導體二極管、雙極型晶體管和

MOS電路組成。

50

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3.2典型的內部存儲器

讀出信號

MOS型只讀存儲器

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3.2典型的內部存儲器

2.PROM(ProgrammableROM)

vPROM全稱為一次性可編程只讀存儲器。

芯片出廠時，存儲的初始內容為全”0〃或

全由用戶根據自己的需要，用過載

電壓來寫入信息，但只能寫一次。

52

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3.2典型的內部存儲器

?VCc

R

字線

T

熔絲

D數據線

熔絲式PROM基本存儲元電路原理示意圖

53

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3.2典型的內部存儲器

3.EPROM(ErasablePROM)

v可擦除只讀存儲器EPROM,是一種可進

行多次改寫的ROM,一般可重復擦寫數

十次。其中UVEPROM(Ultraviolet

EPROM)是一種廣泛應用的紫外線擦除

可編程只讀存儲器。

特點：

n可多次編程寫入；

n掉電后內容不丟失；

n內容的擦除需用紫外線擦除器。

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3.2典型的內部存儲器

Vcc

字線

EPROM

*,**——1

位線

(b)

P溝道EPROM結構示意圖

55

3.2典型的內部存儲器

4.E2PR0M

v電可擦除可編程只讀存儲器EPROM,又記作

SPROM或EEPROM,其工作原理與EPROM相

似。

vEEPROM的擦除操作更加方便、靈活，但價格

比較昂貴。

特點：

n可在線編程寫入；

n掉電后內容不丟失；

n電可擦除。

56

TONUIIl.NIVFRSITV

3.2典型的內部存儲器

+UG+UD

Q0

第二級多晶硅

第一級多晶硅

（浮柵）

隧道氧化物

EEPROM結構示意圖

57

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3.2典型的內部存儲器

5.FlashMemory

v閃速存儲器，又稱快閃存儲器、閃爍存儲器，

或簡稱''閃存〃，MPFlashMemory,是20世紀80十年

代末期發(fā)展起來的一種高密度、低成本的新型半導

體存儲器。它有EPROM的結構簡單、密度丁的優(yōu)

點，又具有掉電時信息不丟失，可電擦除、單一供

等特點，所以很快得到發(fā)展。閃存在計算機中主

要用于保存系統引導程序和系統參數等需要長期保

存的各種信息，近年來在計算機用USB等接口的電

子盤和數碼相機中得到了非常廣泛的應用。Flash

Memory直接與CPU連接，工作速度僅僅取決于閃

速存儲器的存取時間，實現5速存取.

UNIVERSITV

3.2典型的內部存儲器

FlashMemory的可靠性

vFlashMemory的可靠性主要有兩個指標，耐久性和保

持性。耐久性是指FlashMemory反復擦寫的能力，通常

要求FlashMemory可以反復擦寫10萬次以上；保持性是

指存儲在FlashMemory中的數據可以長期保持的能力，

一般要求FlashMemory中的信息至少可以保:存10牟。因

此設計和選擇FlashMemoryHt,必須充分考慮其可靠性。

59

TONUIIl.NIVFRSITV

3.2典型的內部存儲器

FlashMemory的典型結構

v它主要由存儲體、地址緩沖器、譯碼器、

命令用戶接口CUI、狀態(tài)/標示寄存器、

寫狀態(tài)機WSM、復接器以及數據輸入/輸

出緩沖器等邏輯電路構成。

60

TONUIIl.NIVFRSITV

FlashMemory內部結構框圖

61

TON<mUNIVERSITV

3.2典型的內部存儲器

n存儲體用于存放信息.存儲單元分為各種功能模塊，可以

很方便地對數據實行塊操作.

V地址緩沖與譯碼器存儲單元是按地址來選擇

的。CPU要選擇某一存儲單元，就必須在地址

總線上輸出此單元的地址編碼信息到存儲器，

存儲器必須對該地址碼信息進行譯碼，才能用

于選擇需要訪問的單元。為了節(jié)省芯片內部連

線所占芯片的面積，存儲體一般都采用矩陣的

結構形式，因此設置兩個地址譯碼器和地址緩

沖器。

62

TONUIIl.NIVFRSITV

3.2典型的內部存儲器

nI/O電路即輸入輸出電路。它包括輸入/輸出緩沖器、

靈敏放大器等邏輯電路。它處于數據線和被選用的存

儲單元之間，用于控制被選中的存儲單元的讀出或寫

入。其中，靈敏放大器具有對微弱的輸出信息進行放

大的作用。

63日佛去學

0UNIVERSITV

3.2典型的內部存儲器

v命令用戶接口（CUI）主要負責Flash

Memory外部用戶命令與其內部寫狀態(tài)機（WSM）

之間的接口，由WSM根據外部輸入到Flash

Memory中的命令來控制整個存儲芯片的各項操作。

寫狀態(tài)機WSM控制著塊的擦除和頁面的編程操

作，通過寫入到命令用戶接口CUI中的命令來選

擇操作模式。當WSM成功地完成所期望的編程或

塊擦除操作時，WSM的狀態(tài)便反映在狀態(tài)寄存器

中。

v狀態(tài)/標識寄存器為用戶提供芯片編程或擦除

操作的各種狀態(tài)信息。

64

TONUIIl.NIVFRSITV

3.2典型的內部存儲器

FlashMemory的工作模式

vFlashMemory具有讀模式、寫模式、輸出禁止、

在線等待和電源關閉五種工作模式。在對Flash

Memory操作之前，需要先選擇其工作模式，通

過FlashMemory提供適當的控制信號即可實現。

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3.2典型的內部存儲器

(1)讀模式

vFlash一般具有三種讀操作模式，分別用

于對存儲器陣列中數據信息的讀取，狀

態(tài)寄存器的讀取，鎖定位狀態(tài)的讀取及

標識碼的讀取等，但需要分別將各自的

讀命令預先寫入GUI中。

(2)寫模式

v主要用于對存儲體中各存儲塊信息的擦

除、編程以及其他的操作。

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3.2典型的內部存儲器

(3)禁止輸出

v禁止芯片輸出數據，使數據引腳處于高阻狀態(tài)。

(4)在線等待狀態(tài)

v當芯片處于在線模式時，其功耗將會降低，數據

引腳也會處于高阻狀態(tài)。

(5)電源關閉

v在這種模式下，芯片的功耗最低，數據輸入/輸出

引腳均處于高阻狀態(tài)。

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TONUIIl.NIVFRSITV

3.2典型的內部存儲器

用多片存儲芯片構成所需的內存容量，

每個芯片在內存中占據不同的地址范

圍，任一時刻僅有一片（或一組）被選

中。

「位擴展

Y字擴展

〔字位擴展

68

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3.2典型的內部存儲器

v存儲器擴展技術

存儲器芯片的存儲容量等于:

單元數又每單元的位數

字節(jié)數字長

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TONUIIl.NIVFRSITV

3.2典型的內部存儲器

位擴展

V當存儲器芯片的字長小于所需內存單元的字長時，則進

行位擴展，使每個單元的字長滿足要求。

V特點：

§各存儲芯片地址線、片選線和讀寫控制線并聯，數據端單獨引

出。

§每次訪問存儲器時，所有芯片同時被訪問。

§存儲器的單元數不變，位數增加。

70

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3.2典型的內部存儲器

用8片2164A(64KX1位DRAM)芯片構成

64KB存儲器。

地址選擇

A0

A15

71

3.2典型的內部存儲器

字擴展

V地址空間的擴展。芯片每個單元中的字

長滿足，但單元數不滿足。

V擴展原則：

每個芯片的地址線、數據線、控制線并

聯，僅片選端分別引出，以實現每個芯片

占據不同的地址范圍。

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3.2典型的內部存儲器

用8K義8的SRAM芯片構成32Kx8=32KB的存儲器

G-ill

+5VO1-

G2E<TTb

A-

G,5To1

2B:^To（）

-

5fCroio

A1fBY-3

A.4rooT

fAYO^000

A13

3-8譯碼器￡

西0#

CS-1#

Ao?A12Do?D7Ap~Ai2Do?D7A0?A12D0?D7A0?Ai2Do?D7

73付點去年

0TONUIIl.NIVFRSITV

3.2典型的內部存儲器

字位擴展

V根據內存容量及芯片容量確定所需存儲芯片

數；

V進行位擴展以滿足字長要求；

V進行字擴展以滿足容量要求。

v若已有存儲芯片的容量為LXK,要構成容量

為MXN的存儲器，需要的芯片數為：

(M/L)X(N/K)

74

TONCUIUNIVTRSm-

3.2典型的內部存儲器

存儲芯片的地址分配和片選

v在設計存儲器時，都要考慮存儲器芯片

的片選信號CS如何連接的問題。CS一般

都與譯碼器的輸出端相連，以實現片間

的尋址，選信號的不同實現方法，得到

的地址空間也不一樣。一般來講，有三

種譯碼方式可供選擇。

75

TONUIIl.NIVFRSITV

3.2典型的內部存儲器

線選法

V線選法就是高位地址不經過譯碼，直接與存儲

器芯片的片選端相連。當然，這些片選信號線

（即高位地址線）在每次尋址時，必須保證其

中只有一根線上的信號位有效，決不允許出現

多于一位地址線同時有效的情況，只有這樣，

才能保證整個存儲器系統正常工作。

V線選法不僅會造成地址重疊，而且芯片之間的

地址一般也是不連續(xù)的。

76

TONGHUNIVERSITY

3.2典型的內部存儲器

全譯碼方式

v全譯碼方式是指片內尋址未用完的全部高位地

址都參與譯碼，接入到譯碼器的輸入端，譯碼

器的輸出作為芯片的片間尋址信號。全譯碼法

的優(yōu)點是每個存儲器芯片的地址范圍是唯一確

定的，且各芯片之間的地址是連續(xù)的，沒有地

址重疊現象。缺點是譯碼電路較復雜，一般采

用譯碼器或邏輯門電路來實現。

77

TONUIIl.NIVFRSITV

3.2典型的內部存儲器

部分譯碼法

v部分譯碼法也稱局部譯碼法，即只使用完成片

內尋址所余下地址的部分高位地址，經譯碼器

譯碼產生各芯片的片選信號。在這種方式中，

無論高位地址中的9?A6取何值，其所選中

芯片的地址完全相同，也就是說每個芯片可以

對應24=16個8KB址中的一個，從而出現地址

重疊。可見雖然部分譯碼法實現起來比較簡

單，但存在地址空間的重疊使用情況。

78

TONUIIl.NIVFRSITV

3.2典型的內部存儲器

WE/RD

+5VQ-^111

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3-8譯碼器

三#杳2#cs]#cs0#

（）（）（）

AO~A12DO~D7A。?A[2DQ-D7A~A]2D~D7A~Ai2DO~D7

Do?D7

Ao?A]2二

部分譯碼法實現的存儲器擴展

79

存儲管理

V通常利用虛擬存儲器實現對存儲器容量

的擴充必須解決幾個問題：

§存儲分配和回收

§地址變換：虛擬地址和物理地址之間有相互

映射的問題。

§內存擴充

§內存保護

80

TONUIIl.NIVFRSITV

3.3虛擬存儲器原理

1.DO弭境下的內存管理

區(qū)域地址范圍功能

常規(guī)內存0?640K常規(guī)內存

上端內存128K顯示內存

128K擴展槽

128KBIOS

擴展內存>1M高位內存

實地址方式和保護工作方式

81

3.3虛擬存儲器原理

2.WlNDOWS內存管理模式

目的：

a.允許多個程序安全有效的共享內存;

b.允許單個用戶程序大小超出存儲器容量.

82

TONUIIl.NIVFRSITV

3.3虛擬存儲器原理

?虛擬存儲器工作原理

虛擬存儲器指的是''主存一輔存〃層次，它能使

計算機具有輔助存儲器的容量，及接近于主存的速

度和輔存的單位成本。它允許每個進程像是系統唯

一的用戶那樣自由地使用主存，并可以訪問超出主

存范圍的地址空間。虛擬存儲器是靠存儲器管理部

件MMU(MemoryManagementUnit)來實現的，

MMU負責把每次存儲器訪問的邏輯地址轉換為物理

地址。

83