第五章 存储器系统
概述
随机存取存储器 RAM
只读存储器 ROM
存储器扩展接口
辅助存储器
新型存储器技术
5-1-1存储器的分类
1、按存储介质分类半导体存储器、磁表面存储器、光表面存储器
2、按存储器的读写功能分类只读存储器（ ROM）、随机存储器 (RAM）
3、按信息的可保存性分类非永久性记忆的存储器、永久性记忆的存储器
4、按在微机系统中的作用分类主存储器、辅助存储器、高速缓冲存储器
5-1-2 存储器的基本性能指标
1、存储容量
（ 1）存储容量 =存储器单元数 × 每单元二进制位数
（ 2）换算关系：
1KB=210B=1024B
1MB=220B=1024KB
1GB=230B=1024MB
1TB=240B=1024GB
2、存取速度
（ 1）存取时间 （ 2）存取周期
3、价格
5-1-3 存储系统的层次结构
1、存储系统的层次结构是指把各种不同存储容量、存取速度和价格的存储器按层次结构组成多层存储器，并通过管理软件和辅助硬件有机组合成统一的整体，使所存放的程序和数据按层次分布在各种存储器中
2、常用的存储系统的层次结构主要由高速缓冲存储器 Cache、主存储器和辅助存储器组成，
如图所示
3、解决 CPU与主存储器速度差所采取的措施
（ 1） CPU内部设置多个通用寄存器
（ 2）采用多存储模块交叉存取
（ 3）采用高速缓冲存储器（ Cache）
C P U
高速缓存主存储器
I / O 控制电路辅存磁盘 光盘 磁带存储系统的多级层次结构
5-2-1 静态 RAM（ SRAM）
1、基本存储电路选择线
Vcc
T 1 T 2
T 3 T 4
T 5
T 6
A B
I/O I/O
六管静态 R A M 存储电路
2、静态 RAM的结构典型的静态 RAM芯片有 6116（ 2KB× 8位）,6264（ 8KB× 8
位）,62256（ 32KB× 8位）,628128（ 128KB× 8位）等
5-2-2 动态 RAM（ DRAM）
1、动态 RAM存储电路刷新放大器数据输入/输 入线
C
行选择信号列选择信号
T
单管动态存储电路
2、动态 RAM的刷新为保持电容中的电荷不丢失，必须对动态 RAM不断进行读出和再写入
3,动态 RAM举例
128 × 128
存储矩阵
1 2 8 读出放大器
1/2 ( 1/128
列译码器)
128 × 128
存储矩阵
1/128行译码器
1/128行译码器
128 × 128
存储矩阵
1 2 8 读出放大器
1/2(1/128
列译码器)
1 2 8 读出放大器
128 × 128
存储结构
1 2 8 读出放大器
1/4
I/O
门行时钟缓冲器列时钟缓冲器数据输入缓冲区
D IN
D OUT
V DD
V SS
输出缓冲器写允许时 钟缓冲器
8位地址锁存器
WE
CAS
RAS
A 0
A 4
A 5
A 6
A 7
A 3
A 2
A 1
只读存储器（ ROM）是一种工作时只能读出，不能写入信息的存储器。在使用 ROM时，其内部信息是不能被改变的，故一般只能存放固定程序，如监控程序,BIOS程序等。只要一接通电源，这些程序就能自动地运行。
5-3-1 掩膜只读存储器 —— ROM
地址译码器
A 1
A 0
V CC
单元0
单元3
单元2
单元1
D 3 D 0D 1D 2
掩膜 RO M 示意图
5-3-2 可编程只读存储器 — PROM
字选线
V CC
熔丝位线熔丝式 P R O M 存储电路
5-3-3 光可擦除可编程只读存储器 — EPROM 行线位线位线输出
V CC
D
S
浮栅管
P+ + + + P+
N衬 底
(a) (b)
S
SiO 2 浮栅
5-4-1 存储器容量的形成与寻址
1、存储器容量的形成
（ 1）用 2114组成 1K× 8位 RAM
数据总线来自译码
A 9 ～ A 0
地址总线
CS
2114
1K × 4
I/O
CS
2114
1K × 4
I/O
D 0
D 7
用 2114 组成 1K × 8 位 RA M
（ 2）用 2114组成 2K× 8位 RAM
CS
2114
1K × 4
I/O
CS
2114
1K × 4
I/O
D 0
D 7
CS
2114
1K × 4
I/O
CS
2114
1K × 4
I/O
数据总线
1
（组1 ） （组2 ）A 10
A 9 ～ A 0
地址总线
A 10
2、存储器的寻址线选法,全译码片选法、局部译码片选法
5-4-2 微处理器与存储器的连接
1、连接时应注意的问题
（ 1） CPU总线的带负载能力
（ 2）存储器与 CPU之间的速度匹配
（ 3）存储器组织、地址分配和译码
2、典型 CPU与存储器的连接
（ 1） 8086CPU与只读存储器的连接
（ 2） 8086CPU与静态 RAM（ SRAM）的连接
（ 3） 8086CPU与动态 RAM（ DRAM）的连接
5-5-1 软盘存储器及其接口
1、概述
2、主要技术指标
（ 1）磁道、道密度、位密度
（ 2）扇区
（ 3）存储容量
3、软盘驱动器
（ 1）软盘驱动机构主要由盘片定位机构,软盘驱动装置,控制磁头寻道定位部件,状态检测部件等组成
（ 2）读写控制电路主要由读出放大电路,写电路,抹电路 组成
4、软盘控制器软盘控制器的功能是解释来自主机的命令并向软盘驱动器发出各种控制信号，同时还要检测驱动器的状态，按规定的数据格式向驱动器读写数据等。具体操作包括以下几项：
（ 1）寻道操作 （ 2）地址检测 （ 3）读数据
（ 4）写数据 （ 5）初始化
5-5-2 硬盘存储器及其接口
1、硬盘分类
（ 1）固定磁头磁盘机
（ 2）活动磁头固定盘片磁盘机
（ 3）活动磁头可换盘片磁盘机
2、温彻斯特技术其特点是：（ 1）密封的头 — 盘组合体（ HAD组合件）
（ 2）轻浮力的接触 /浮动式磁头
（ 3）盘片表面有润滑剂
3、硬盘驱动器其基本结构由主轴系统,数据转换系统,磁头驱动和定位系统,空气净化系统和接口电路等五部分组成 。
4、硬盘控制器硬盘控制器主要是由 I/O接口电路,智能控制器、状态和控制器,读 /写控制电路 等组成，如下图所示
I/O
接口电路状态和控制电路智能控制器读数据电路写数据电路
AB
CB
DB
主机温度
5、硬盘驱动器接口
（ 1） IDE接口,最大特点是把控制器集成到驱动器内
（ 2） EIDE接口,最大特点是允许更大存储容量,允许连接更多的外设,支持多种外设,具有更高的数据传输速率
（ 3） SCSI接口：最大特点是可提供大量,快速的数据传输,
支持更多数量和更多类型的外围设备
5-5-3 光盘存储器及其接口
1,概述光盘指的是利用激光极细,能量集中的特点,以光学方式进行读写信息的圆盘 。
2,光盘存储器的种类只读型光盘 （ CD— ROM）,只写一次型光盘 （ WORM）,可擦写型光盘,DVD
3、光盘驱动器
（ 1）读写原理光盘存储器是利用激光束在记录表面上存储信息的。光盘的读写原理有形变、相变和 MO存储等
（ 2）基本组成光盘驱动器一般由光学头、主轴电机、步进电机、光驱伺服定位系统、微控制器组成伺 服 电 路脉冲磁场探测器装盘 / 退盘控制步进电机主轴电机光盘片光学头光信号检出控制 接口控制微处理器
E S D I 数据
E S D I
命令 / 状态常用新型的存储器有多体交叉存储器、闪速存储器、高速缓冲存储器（ Cache）、虚拟存储器等，以解决 CPU与主存之间的速度匹配和存储容量问题。
5-6-1 多体交叉存储器多体交叉存储器是从改进主存的结构和工作方式入手，设法提高其吞吐率，使主存速度与 CPU速度相匹配，其设计思想是在物理上将主存分成多个模块，每一个模块都包括一个存储体、地址缓冲寄存器和数据缓冲寄存器等。
5-6-2 闪速存储器闪速存储器是在 EPROM和 E2PROM的制造技术基础上发展产生的一种半导体存储器，具有价格便宜、集成度高、电可擦除性、
可重写性、非易失性等优点。
5-6-3 高速缓冲存储器（ Cache）
高速缓冲存储器可以提高 CPU访问存储器时的存取速度，
减少处理器的等待时间，使程序员能使用一个速度与 CPU相当而容量与主存相当的存储器。
5-6-4 虚拟存储器
THANK YOU VERY
MUCH
本章到此 结 束，
谢谢 您的光 临 ！
概述
随机存取存储器 RAM
只读存储器 ROM
存储器扩展接口
辅助存储器
新型存储器技术
5-1-1存储器的分类
1、按存储介质分类半导体存储器、磁表面存储器、光表面存储器
2、按存储器的读写功能分类只读存储器（ ROM）、随机存储器 (RAM）
3、按信息的可保存性分类非永久性记忆的存储器、永久性记忆的存储器
4、按在微机系统中的作用分类主存储器、辅助存储器、高速缓冲存储器
5-1-2 存储器的基本性能指标
1、存储容量
（ 1）存储容量 =存储器单元数 × 每单元二进制位数
（ 2）换算关系：
1KB=210B=1024B
1MB=220B=1024KB
1GB=230B=1024MB
1TB=240B=1024GB
2、存取速度
（ 1）存取时间 （ 2）存取周期
3、价格
5-1-3 存储系统的层次结构
1、存储系统的层次结构是指把各种不同存储容量、存取速度和价格的存储器按层次结构组成多层存储器，并通过管理软件和辅助硬件有机组合成统一的整体，使所存放的程序和数据按层次分布在各种存储器中
2、常用的存储系统的层次结构主要由高速缓冲存储器 Cache、主存储器和辅助存储器组成，
如图所示
3、解决 CPU与主存储器速度差所采取的措施
（ 1） CPU内部设置多个通用寄存器
（ 2）采用多存储模块交叉存取
（ 3）采用高速缓冲存储器（ Cache）
C P U
高速缓存主存储器
I / O 控制电路辅存磁盘 光盘 磁带存储系统的多级层次结构
5-2-1 静态 RAM（ SRAM）
1、基本存储电路选择线
Vcc
T 1 T 2
T 3 T 4
T 5
T 6
A B
I/O I/O
六管静态 R A M 存储电路
2、静态 RAM的结构典型的静态 RAM芯片有 6116（ 2KB× 8位）,6264（ 8KB× 8
位）,62256（ 32KB× 8位）,628128（ 128KB× 8位）等
5-2-2 动态 RAM（ DRAM）
1、动态 RAM存储电路刷新放大器数据输入/输 入线
C
行选择信号列选择信号
T
单管动态存储电路
2、动态 RAM的刷新为保持电容中的电荷不丢失，必须对动态 RAM不断进行读出和再写入
3,动态 RAM举例
128 × 128
存储矩阵
1 2 8 读出放大器
1/2 ( 1/128
列译码器)
128 × 128
存储矩阵
1/128行译码器
1/128行译码器
128 × 128
存储矩阵
1 2 8 读出放大器
1/2(1/128
列译码器)
1 2 8 读出放大器
128 × 128
存储结构
1 2 8 读出放大器
1/4
I/O
门行时钟缓冲器列时钟缓冲器数据输入缓冲区
D IN
D OUT
V DD
V SS
输出缓冲器写允许时 钟缓冲器
8位地址锁存器
WE
CAS
RAS
A 0
A 4
A 5
A 6
A 7
A 3
A 2
A 1
只读存储器（ ROM）是一种工作时只能读出，不能写入信息的存储器。在使用 ROM时，其内部信息是不能被改变的，故一般只能存放固定程序，如监控程序,BIOS程序等。只要一接通电源，这些程序就能自动地运行。
5-3-1 掩膜只读存储器 —— ROM
地址译码器
A 1
A 0
V CC
单元0
单元3
单元2
单元1
D 3 D 0D 1D 2
掩膜 RO M 示意图
5-3-2 可编程只读存储器 — PROM
字选线
V CC
熔丝位线熔丝式 P R O M 存储电路
5-3-3 光可擦除可编程只读存储器 — EPROM 行线位线位线输出
V CC
D
S
浮栅管
P+ + + + P+
N衬 底
(a) (b)
S
SiO 2 浮栅
5-4-1 存储器容量的形成与寻址
1、存储器容量的形成
（ 1）用 2114组成 1K× 8位 RAM
数据总线来自译码
A 9 ～ A 0
地址总线
CS
2114
1K × 4
I/O
CS
2114
1K × 4
I/O
D 0
D 7
用 2114 组成 1K × 8 位 RA M
（ 2）用 2114组成 2K× 8位 RAM
CS
2114
1K × 4
I/O
CS
2114
1K × 4
I/O
D 0
D 7
CS
2114
1K × 4
I/O
CS
2114
1K × 4
I/O
数据总线
1
（组1 ） （组2 ）A 10
A 9 ～ A 0
地址总线
A 10
2、存储器的寻址线选法,全译码片选法、局部译码片选法
5-4-2 微处理器与存储器的连接
1、连接时应注意的问题
（ 1） CPU总线的带负载能力
（ 2）存储器与 CPU之间的速度匹配
（ 3）存储器组织、地址分配和译码
2、典型 CPU与存储器的连接
（ 1） 8086CPU与只读存储器的连接
（ 2） 8086CPU与静态 RAM（ SRAM）的连接
（ 3） 8086CPU与动态 RAM（ DRAM）的连接
5-5-1 软盘存储器及其接口
1、概述
2、主要技术指标
（ 1）磁道、道密度、位密度
（ 2）扇区
（ 3）存储容量
3、软盘驱动器
（ 1）软盘驱动机构主要由盘片定位机构,软盘驱动装置,控制磁头寻道定位部件,状态检测部件等组成
（ 2）读写控制电路主要由读出放大电路,写电路,抹电路 组成
4、软盘控制器软盘控制器的功能是解释来自主机的命令并向软盘驱动器发出各种控制信号，同时还要检测驱动器的状态，按规定的数据格式向驱动器读写数据等。具体操作包括以下几项：
（ 1）寻道操作 （ 2）地址检测 （ 3）读数据
（ 4）写数据 （ 5）初始化
5-5-2 硬盘存储器及其接口
1、硬盘分类
（ 1）固定磁头磁盘机
（ 2）活动磁头固定盘片磁盘机
（ 3）活动磁头可换盘片磁盘机
2、温彻斯特技术其特点是：（ 1）密封的头 — 盘组合体（ HAD组合件）
（ 2）轻浮力的接触 /浮动式磁头
（ 3）盘片表面有润滑剂
3、硬盘驱动器其基本结构由主轴系统,数据转换系统,磁头驱动和定位系统,空气净化系统和接口电路等五部分组成 。
4、硬盘控制器硬盘控制器主要是由 I/O接口电路,智能控制器、状态和控制器,读 /写控制电路 等组成，如下图所示
I/O
接口电路状态和控制电路智能控制器读数据电路写数据电路
AB
CB
DB
主机温度
5、硬盘驱动器接口
（ 1） IDE接口,最大特点是把控制器集成到驱动器内
（ 2） EIDE接口,最大特点是允许更大存储容量,允许连接更多的外设,支持多种外设,具有更高的数据传输速率
（ 3） SCSI接口：最大特点是可提供大量,快速的数据传输,
支持更多数量和更多类型的外围设备
5-5-3 光盘存储器及其接口
1,概述光盘指的是利用激光极细,能量集中的特点,以光学方式进行读写信息的圆盘 。
2,光盘存储器的种类只读型光盘 （ CD— ROM）,只写一次型光盘 （ WORM）,可擦写型光盘,DVD
3、光盘驱动器
（ 1）读写原理光盘存储器是利用激光束在记录表面上存储信息的。光盘的读写原理有形变、相变和 MO存储等
（ 2）基本组成光盘驱动器一般由光学头、主轴电机、步进电机、光驱伺服定位系统、微控制器组成伺 服 电 路脉冲磁场探测器装盘 / 退盘控制步进电机主轴电机光盘片光学头光信号检出控制 接口控制微处理器
E S D I 数据
E S D I
命令 / 状态常用新型的存储器有多体交叉存储器、闪速存储器、高速缓冲存储器（ Cache）、虚拟存储器等，以解决 CPU与主存之间的速度匹配和存储容量问题。
5-6-1 多体交叉存储器多体交叉存储器是从改进主存的结构和工作方式入手，设法提高其吞吐率，使主存速度与 CPU速度相匹配，其设计思想是在物理上将主存分成多个模块，每一个模块都包括一个存储体、地址缓冲寄存器和数据缓冲寄存器等。
5-6-2 闪速存储器闪速存储器是在 EPROM和 E2PROM的制造技术基础上发展产生的一种半导体存储器，具有价格便宜、集成度高、电可擦除性、
可重写性、非易失性等优点。
5-6-3 高速缓冲存储器（ Cache）
高速缓冲存储器可以提高 CPU访问存储器时的存取速度，
减少处理器的等待时间，使程序员能使用一个速度与 CPU相当而容量与主存相当的存储器。
5-6-4 虚拟存储器
THANK YOU VERY
MUCH
本章到此 结 束，
谢谢 您的光 临 ！
