在一個
存儲器中容納的
存儲單元總數通常稱為該存儲器的存儲容量。
存儲容量用字數或字節(jié)數(B)來表示,如64K字,512KB,10MB。外存中為了表示更大的存儲容量,采用
MB,GB,TB等單位。其中1KB=2^10B,1MB=2^20B,1GB=2^30B,1TB=2^40B。B表示
字節(jié),一個字節(jié)定義為8個
二進制位,所以
計算機中一個字的
字長通常為8的倍數。
存儲容量這一概念反映了
存儲空間的大小。
時間
又稱
存儲器訪問時間或讀∕寫時間,是指從啟動一次存儲器操作到完成該操作所經歷的時間。具體講,從一次讀操作
命令發(fā)出到該操作完成,將數據讀入
數據緩沖寄存器為止所經歷的時間,即為
存儲器存取時間。
周期
是指連續(xù)啟動兩次獨立的
存儲器操作(如連續(xù)兩次讀操作)所需間隔的最小時間。通常,存儲周期略大于存儲時間,其時間單位為ns
產品分類
RAM是構成內存的主要部分,其內容可以根據需要隨時按地址讀出或寫入,以某種電觸發(fā)器的狀態(tài)存儲,斷電后信息無法保存,用于暫存數據,又可分為DRAM和SRAM兩種。RAM一般使用動態(tài)半導體存儲器件(DRAM)。因為CPU工作的速度比RAM的讀寫速度快,所以CPU讀寫RAM時需要花費時間等待,這樣就使CPU的工作速度下降。人們?yōu)榱颂岣逤PU讀寫程序和數據的速度,在RAM和CPU之間增加了高速緩存(Cache)部件。Cache的內容是隨機存儲器(RAM)中部分存儲單元內容的副本。
ROM是只讀存儲器,出廠時其內容由廠家用掩膜技術寫好,只可讀出,但無法改寫。信息已固化在存儲器中,一般用于存放系統(tǒng)程序BIOS和用于微程序控制。
PROM是可編程ROM,只能進行一次寫入操作(與ROM相同),但是可以在出廠后,由用戶使用特殊電子設備進行寫入。
EPROM是可擦除的PROM,可以讀出,也可以寫入。但是在一次寫操作之前必須用紫外線照射,以擦除所有信息,然后再用EPROM編程器寫入,可以寫多次。
EEPROM是電可擦除PROM,與EPROM相似,可以讀出也可寫入,而且在寫操作之前,不需要把以前內容先擦去,能夠直接對尋址的字節(jié)或塊進行修改。
閃速存儲器(Flash Memory),其特性介于EPROM與EEPROM之間。閃速存儲器也可使用電信號進行快速刪除操作,速度遠快于EEPROM。但不能進行字節(jié)級別的刪除操作,其集成度高于EEPROM。[1]
連接控制
容量擴展
芯片片選
CPU要實現對
存儲單元的訪問,首先要選擇
存儲芯片,即進行片選;然后再從選中的芯片中依地址碼選擇出相應的存儲單元,以進行數據的存取,這稱為字選。片內的字
構造圖
選是由CPU送出的N條低位
地址線完成的,地址線直接接到所有
存儲芯片的地址輸入端,而存儲芯片的
片選信號則大多是通過高位地址譯碼后產生的。
線選法:
線選法就是用除片內尋址外的高位
地址線直接分別接至各個
存儲芯片的
片選端,當某地址線信息為0時,就選中與之對應的存儲芯片。這些
片選地址線每次尋址時只能有一位有效,不允許同時有多位有效,這樣才能保證每次只選中一個芯片。線選法不能充分利用系統(tǒng)的
存儲器空間,把
地址空間分成了相互隔離的區(qū)域,給編程帶來了一定困難。
全譯碼法:
全
譯碼法將除片內
尋址外的全部高位
地址線都作為地址
譯碼器的輸入,譯碼器的輸出作為各芯片的
片選信號,將它們分別接到
存儲芯片的片選端,以實現對存儲芯片的選擇。全
譯碼法的優(yōu)點是每片芯片的地址范圍是唯一確定的,而且是連續(xù)的,也便于擴展,不會產生地址重疊的
存儲區(qū),但全譯碼法對譯碼
電路要求較高。
部分
譯碼法:所謂部分譯碼法即用除片內尋址外的高位地址的一部分來譯碼產生
片選信號,部分譯碼法會產生地址重疊。
連接方法
主存與CPU之間的
硬連接:主存與CPU的硬連接有三組連線:
地址總線(AB)、
數據總線(DB)和
控制總線(CB)。把主存看作一個黑盒子,存儲器地址寄存器(MAR)和存儲器數據寄存器(MDR)是主存和CPU之間的接口。MAR可以接收由
程序計數器(PC)的指令地址或來自
運算器的
操作數的地址,以確定要訪問的單元。MDR是向主存寫入數據或從主存讀出數據的緩沖部件。MAR和MDR從功能上看屬于主存,但通常放在CPU內。
CPU對主存的基本操作:CPU對主存進行讀寫操作時
模擬圖
,首先CPU在地址總線上給出地址信號,然后發(fā)出相應的讀寫
命令,并在數據總線上交換信息。讀寫基本操作如下:
讀:讀操作是指從CPU送來的地址所指定的
存儲單元中取出信息,再送給CPU,其操作過程如下:
地址——>MAR——ABCPU將地址信號送至地址總線
發(fā)讀命令
M(MAR)——>DB——>MDR讀出信息經數據總線至CPU
寫:寫操作是指將要寫入的信息存入CPU所指定的
存儲單元中,其操作過程是:
地址——>MAR——>ABCPU將地址信號送至地址總線
數據——>MDR——>DBCPU將要寫入的數據送至數據總線
發(fā)寫命令
WaitForMFC等待存儲器工作完成信號
CPU與主存之間的速度匹配:同步
存儲器讀取和異步存儲器讀取。
異步存儲器讀?。篊PU和主存間沒有統(tǒng)一的時鐘,由主存工作完成信號(MFC)通知CPU“主存工作已完成”。
同步存儲器讀取:CPU和主存采用統(tǒng)一時鐘,同步工作,因為主存速度較慢,所以CPU與之配合必須放慢速度,在這種存儲器中,不需要主存工作完成信號。
應用技術
快速讀寫
快速頁式工作技術(動態(tài)存儲器的快速讀寫技術):讀寫動態(tài)存儲器同一行的數據時,其
行地址第一次讀寫時鎖定后保持不變,以后讀寫該行多列中的數據時,僅鎖存列地址即可,省去了鎖存行地址的時間,加快了主
存儲器的讀寫速度。
EDO(ExtendedDataOut)技術:在快速頁式工作技術上,增加了
數據輸出部分的數據鎖存線路,延長輸出數據的有效保持時間,從而地址信號改變了,仍然能取得正確的讀出數據,可以進一步縮短地址送入時間,更加快了主存儲器的讀寫速度。
并行讀寫
是指在主
存儲器的一個工作周期(或較長)可以讀出多個主存字所采用的技術。
方案1:一體多字結構,即增加每個主存單元所包括的
數據位,使其同時
存儲幾個主存字,則每一次讀操作就同時讀出了幾個主存字。
方案2:多體交叉
編址技術,把主
存儲器分成幾個能獨立讀寫的、
字長為一個主存字的主體,分別對每一個存儲體進行讀寫;還可以使幾個存儲體協同運行,從而提供出比單個存儲體更高的讀寫速度。
有兩種方式進行讀寫:
1在同一個讀寫周期同時啟動所有主存體讀或寫。
2讓主存體順序地進行讀或寫,即依次讀出來的每一個
存儲字,可以
主存儲器
通過數據總線依次傳送走,而不必設置專門的
數據緩沖寄存器;其次,就是采用交叉編址的方式,把連續(xù)地址的幾個存儲字依次分配在不同的存儲體中,因為根據程序運行的局部性特性,短時間內讀寫地址相鄰的主存字的概率更大。
數據傳送
所謂成組數據傳送就是地址總線傳送一次地址后,能連續(xù)在數據總線上傳送多個數據。而原先是每傳送一次數據要使用兩個
時鐘周期:先送一次地址,后跟一次數據傳送,即要傳送N個數據,就要用2N個總線時鐘周期,成組數據傳送方式只用N+1個總線時鐘周期。
實現成組
數據傳送方式,不僅CPU要支持這種運行方式,主存也能提供足夠高的數據讀寫速度,這往往通過主存的多體結構、
動態(tài)存儲器的EDO支持等措施來實現。
動靜態(tài)
靜態(tài)
地址總線:記為AB15~AB0,統(tǒng)一由
地址寄存器AR驅動,地址寄存器AR只接收ALU輸出的信息。
(1)內存寫周期用MMW信號標記
(5)內存在工作用MMREQ信號標記
(6)外設在工作用IOREQ信號標記
(7)寫控存周期用SWA信號標記
數據總線:分為內部數據總線IB與外部數據總線DB兩部分。主要完成
計算機各功能部件之間的
數據傳送。設計總線的核心技術是要保證在任何時刻只能把一組數據發(fā)送到總線上,卻允許一個和多個部件同時接受總線上的信息。所用的
電路通常為三態(tài)門電路。
系統(tǒng)時鐘及時序:教學機晶振1.8432MHz,3分頻后用614.4KHz的時鐘作為系統(tǒng)主時鐘,使CPU、內存、IO同步運行。CPU內部的有些
寄存器用時鐘結束時的上升沿完成接受數據,而
通用寄存器是用低電平接收的。內存或I/O讀寫操作時,每個總線周期由兩個時鐘組成,第一個時鐘,稱為地址時間,用于傳送地址;第二個時鐘,稱為數據時間,用于讀寫數據