微机原理第四章课件.ppt
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- 微机 原理 第四 课件
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1、2022-11-18共58张1第四章第四章 存储器存储器存储器是计算机实现记忆的核心部件,用来存放存储器是计算机实现记忆的核心部件,用来存放数数据据和和程序程序。对于计算机的存储系统:对于计算机的存储系统:(1)容量越大越好;容量越大越好;(2)速度越快越好;速度越快越好;(3)价格越低越好。价格越低越好。但是:但是:v半导体存储器半导体存储器-成本大,速度较快;成本大,速度较快;v磁盘磁盘/光盘光盘-速度较慢,存取时间长,价格低。速度较慢,存取时间长,价格低。为解决容量、速度和价格之间的矛盾,将几种存储技为解决容量、速度和价格之间的矛盾,将几种存储技术结合起来,形成层次结构的计算机存储系统。
2、术结合起来,形成层次结构的计算机存储系统。2022-11-18共58张2每每位位成成本本减减少少存存取取时时间间增增加加容容量量增增加加处处理理器器存存取取频频度度减减少少2022-11-18共58张32022-11-18共58张4半导体存储器半导体存储器的主要性能指标的主要性能指标1 1、存储容量存储容量存储器的容量是指一个存储器可以容纳的二进制信存储器的容量是指一个存储器可以容纳的二进制信息量,以存储单元的总位数表示。息量,以存储单元的总位数表示。即:即:存储容量存储容量例如例如某存储器有某存储器有20482048个存储单元,每个单元存放个存储单元,每个单元存放8 8位位二进制数,则其容量
3、为二进制数,则其容量为204820488 8位。为简化书写,位。为简化书写,存存储器的存储容量是以字节储器的存储容量是以字节(Byte)Byte)为单位的,一个字为单位的,一个字节由节由8 8位位(Bit)Bit)二进制数组成。例如,二进制数组成。例如,1 1KBKB表示表示10241024字字节的存储空间,节的存储空间,1 1M=1024M=10241024K1024K字节的存储空间等。字节的存储空间等。2022-11-18共58张52 2、存取速度、存取速度该项指标可用以下两个参数中的一个进行描述:该项指标可用以下两个参数中的一个进行描述:1 1)存取时间存取时间(Access Time)
4、Access Time),简称简称T TA A,存取时间定义为访问一次存存取时间定义为访问一次存储器(对指定单元的写入和读出)所需要的时间,这个时间的上储器(对指定单元的写入和读出)所需要的时间,这个时间的上限值被称为最大存取时间。一般以限值被称为最大存取时间。一般以nsns为单位,最大存取时间越小,为单位,最大存取时间越小,表示芯片的工作速度越快。表示芯片的工作速度越快。2 2)存取周期存取周期(Access Cycle)Access Cycle),简称简称T TAC AC,指两次存储器访问所允许指两次存储器访问所允许的最小时间间隔。由于要包括数据存取的准备和稳定时间,的最小时间间隔。由于要
5、包括数据存取的准备和稳定时间,T TACAC略略大于大于T TA A 。存取周期是读周期和写周期的统称。存取周期是读周期和写周期的统称。在微机系统中,内存的存取速度必须和在微机系统中,内存的存取速度必须和CPUCPU总线时序相匹配。如果总线时序相匹配。如果滞后于滞后于CPUCPU时序,必须在时序,必须在CPUCPU总线周期中插入等待时间。总线周期中插入等待时间。3 3、其它指标其它指标可靠性、集成度、价格可靠性、集成度、价格等也是用户所关心的指标,这些指标往往等也是用户所关心的指标,这些指标往往由存储器的制造工艺决定。上述各项指标可能是相互矛盾的,选由存储器的制造工艺决定。上述各项指标可能是相
6、互矛盾的,选用存储器时应根据实际情况权衡考虑。用存储器时应根据实际情况权衡考虑。2022-11-18共58张6CPUCPU的的寄存器寄存器容量最小,速度容量最小,速度最快,按寄存器名访问;最快,按寄存器名访问;CacheCache用来存储用来存储CPUCPU最频繁使最频繁使用的数据和指令,弥补用的数据和指令,弥补CPUCPU与与主存速度上的差异,采用地主存速度上的差异,采用地址映射的方法访问;址映射的方法访问;CPUCPU依靠依靠主存主存中的数据来自动中的数据来自动执行,通过地址访问主存;执行,通过地址访问主存;外存外存又称辅存、又称辅存、海量存储器海量存储器。用于存放暂不处理的数据和暂不运。
7、用于存放暂不处理的数据和暂不运行的程序。(请问:访问的方式?)行的程序。(请问:访问的方式?)对于对于3232位的微机系统位的微机系统,外存(硬盘)可作为扩大程序可访问的主,外存(硬盘)可作为扩大程序可访问的主存空间,将硬盘空间当作内存空间供程序使用,这就建立了存空间,将硬盘空间当作内存空间供程序使用,这就建立了虚拟虚拟存储空间存储空间。其中,频繁访问的放在内存,不频繁访问的放在硬盘。其中,频繁访问的放在内存,不频繁访问的放在硬盘。2022-11-18共58张7按制造工艺按制造工艺,可将半导体存储器分为双极型和,可将半导体存储器分为双极型和MOSMOS型型两类:两类:(1 1)双极(双极(Bi
8、polarBipolar)型型-由晶体管逻辑电路由晶体管逻辑电路(Transistor-Transistor Logic,TTLTransistor-Transistor Logic,TTL)构成。工作速构成。工作速度快,与度快,与CPUCPU处于同一数量级,但集成度低、功耗大、处于同一数量级,但集成度低、功耗大、价格偏高。例如价格偏高。例如CacheCache。(2 2)金属氧化物半导体(金属氧化物半导体(Metal-Oxide-Metal-Oxide-SemiconductorSemiconductor)型型-简称简称MOSMOS型型。又可分为。又可分为NMOSNMOS、HMOSHMOS、
9、CMOSCMOS、CHMOSCHMOS等。特点是集成度高、功耗低、价等。特点是集成度高、功耗低、价格便宜,速度比双极型慢。例如格便宜,速度比双极型慢。例如DRAMDRAM、SRAMSRAM、EPROMEPROM等等都是都是MOSMOS型存储器。微机的主存主要由型存储器。微机的主存主要由MOSMOS型半导体存型半导体存储器件构成。储器件构成。2022-11-18共58张8(按使用的属性划分)(按使用的属性划分)2022-11-18共58张9ROM(Read-Only Memory)ROM(Read-Only Memory)1 1、掩膜掩膜ROM(Mask ROM)ROM(Mask ROM)。它所
10、存放的信息是由生产过程中的一种它所存放的信息是由生产过程中的一种掩膜工艺决定的,一旦生产完毕,信息就不可能更改。这种掩膜工艺决定的,一旦生产完毕,信息就不可能更改。这种ROMROM适合于程序成熟、批量生产的场合,生产批量一般都在适合于程序成熟、批量生产的场合,生产批量一般都在1010万片以万片以上才较为合算。上才较为合算。2 2、PROM(Programmable ROM)PROM(Programmable ROM)。也称可编程只读存储器。这是一也称可编程只读存储器。这是一种可以用专用设备一次性写入自己所需内容的只读存储器。制造种可以用专用设备一次性写入自己所需内容的只读存储器。制造商生产的商
11、生产的PROMPROM出厂时没有任何信息,使用者只能写入一次,以后出厂时没有任何信息,使用者只能写入一次,以后不能修改,它适合小批量生产。不能修改,它适合小批量生产。3 3、EPROM(Erasable Programmable ROM)EPROM(Erasable Programmable ROM)。也称可擦除也称可擦除可编程可编程只只读存储器。它可以根据需要,多次写入不同的内容。将读存储器。它可以根据需要,多次写入不同的内容。将EPROMEPROM置置于紫外线的照射下于紫外线的照射下1010分钟,就可以擦除其内容,然后在专用的编分钟,就可以擦除其内容,然后在专用的编程器上将内容写入。其特点
12、是每次写入新内容之前都必须擦除整程器上将内容写入。其特点是每次写入新内容之前都必须擦除整片存储器的所有信息。片存储器的所有信息。2022-11-18共58张104 4、EEPROM(Erasable and Electrically Programmable ROM)EEPROM(Erasable and Electrically Programmable ROM)。也称电可擦除可编程只读存储器。这种也称电可擦除可编程只读存储器。这种ROMROM的优点是可以在电的优点是可以在电路板上用电直接擦除,不必从电路板上取下来,而且速度比路板上用电直接擦除,不必从电路板上取下来,而且速度比EPROMEP
13、ROM快。快。5 5、快擦写快擦写ROM(Flash ROM)ROM(Flash ROM)。也称闪速也称闪速ROMROM或闪光或闪光ROMROM。它既有它既有EEPROMEEPROM的写入方便的优点,又有的写入方便的优点,又有EPROMEPROM的高集成性,是一种发的高集成性,是一种发展前景很好的非易失性存储器。它的改写电压有展前景很好的非易失性存储器。它的改写电压有5 5V V和和1212V V两种。两种。现在所用的各类常见主板和一部分显示适配器现在所用的各类常见主板和一部分显示适配器(显卡显卡)都是采用都是采用Flash ROMFlash ROM作为作为BIOSBIOS芯片。现在移动电话、
14、数码相机中也大量芯片。现在移动电话、数码相机中也大量采用了这种采用了这种Flash ROMFlash ROM作为主要存储器。作为主要存储器。2022-11-18共58张11RAM(Random Access Memory)RAM(Random Access Memory)1 1、双极双极(Bipolar)Bipolar)型型RAMRAM:双极型双极型RAMRAM是采用半导体双极型晶体管是采用半导体双极型晶体管作为它的基本结构单元。其特点是:存取速度快,对于射极藕合作为它的基本结构单元。其特点是:存取速度快,对于射极藕合逻辑型的逻辑型的ECLECL电路,它的电路,它的RAMRAM存取时间可达存取
15、时间可达1010nsns以下。以下。2 2、SRAMSRAM:SRAM(Static RAM)SRAM(Static RAM)叫做静态存储器叫做静态存储器。它的存储单元是。它的存储单元是由由MOSMOS双稳态触发器构成的,只要不切断电源,其中的信息就可双稳态触发器构成的,只要不切断电源,其中的信息就可以永远保持。以永远保持。SRAMSRAM的集成度、功耗、访问速度都介于双极型的集成度、功耗、访问速度都介于双极型RAMRAM与与DRAMDRAM之间。它被广泛应用于工作站、高档微机、大型机甚至巨之间。它被广泛应用于工作站、高档微机、大型机甚至巨型机上。型机上。2022-11-18共58张123 3
16、、DRAMDRAM:DRAM(Dynamic RAM)DRAM(Dynamic RAM)叫做动态叫做动态RAMRAM,是利用是利用MOSMOS电路中的电路中的栅极电容来保存信息的。由于电容存在漏电阻,电容中的电荷栅极电容来保存信息的。由于电容存在漏电阻,电容中的电荷通过漏电阻放电。为了保存信息,定时补充电荷,通过漏电阻放电。为了保存信息,定时补充电荷,刷新操作刷新操作(refresh)refresh)。DRAMDRAM是这以上三种存储器中集成度最高、功耗最低、是这以上三种存储器中集成度最高、功耗最低、成本也最低的。由于刷新操作,增加相应的电路。现在的微机成本也最低的。由于刷新操作,增加相应的电
17、路。现在的微机中采用的大都是中采用的大都是DRAMDRAM作内存。作内存。4 4、Bi-COMS RAMBi-COMS RAM:这种这种RAMRAM是利用一种叫是利用一种叫Bi-COMSBi-COMS工艺的生产技工艺的生产技术,将双极型和术,将双极型和CMOSCMOS的晶体管集成在同一电路上而生产的。它的晶体管集成在同一电路上而生产的。它具有双极型和具有双极型和CMOSCMOS二者的优点,集成度高、功耗低、速度快。二者的优点,集成度高、功耗低、速度快。其存取时间最快的可达到其存取时间最快的可达到5 5nsns。现在一部分微机中的现在一部分微机中的CacheCache就是就是采用的这种芯片。采用
18、的这种芯片。5 5、非易失(非易失(Non-VolatileNon-Volatile)RAMRAM,即即NVRAMNVRAM:芯片背部带有微型芯片背部带有微型电池,并与电池,并与RAMRAM电路封装在一个集成电路上。微机为存储时钟和电路封装在一个集成电路上。微机为存储时钟和配置信息的配置信息的CMOS RAMCMOS RAM芯片设计了断电监测电路和后备电池,以芯片设计了断电监测电路和后备电池,以保证关机后信息不丢失。有些主板直接采用保证关机后信息不丢失。有些主板直接采用NVRAMNVRAM芯片,所以看芯片,所以看不到后备电池。不到后备电池。2022-11-18共58张13现代微机使用的内存条现
19、代微机使用的内存条 DIPDIP(Dual In-line Package(Dual In-line Package,双列直插式双列直插式)SIMMSIMM(Single In-line Memory Module)(Single In-line Memory Module)单面内存条单面内存条DIMMDIMM(Dual In-line Memory Module)(Dual In-line Memory Module)双面内存条双面内存条1 1、FPM RAM(Fast Page Mode RAM)FPM RAM(Fast Page Mode RAM)。也称也称“快页模式内存快页模式内存”,
20、是用于是用于486486及奔腾级的计算机使用的普通内存,为及奔腾级的计算机使用的普通内存,为7272线,线,5 5V V电电压,数据宽度为压,数据宽度为3232位,速度基本都在位,速度基本都在6060nsns以上。以上。2 2、EDO RAM(Extended Data Output RAM)EDO RAM(Extended Data Output RAM)。也称也称“扩展数据扩展数据输出内存输出内存”,与,与FPM RAMFPM RAM有基本相同的应用范围,有有基本相同的应用范围,有7272线和线和168168线之分,线之分,5 5V V电压,数据宽度也分电压,数据宽度也分3232位和位和6
21、464位两种,速度位两种,速度基本都在基本都在4040nsns以上以上。2022-11-18共58张143 3、SD RAM(Synchronous Dynamic RAM)SD RAM(Synchronous Dynamic RAM)。也称也称“同步动态内同步动态内存存”,都是,都是168168线,数据宽度为线,数据宽度为6464bitbit,3.3V3.3V电压,速度可达电压,速度可达6 6nsns。它的工作原理是将它的工作原理是将RAMRAM与与CPUCPU以相同的时钟频率进行控制,以相同的时钟频率进行控制,使使RAMRAM和和CPUCPU的外频同步,彻底取消等待时间,所以它的数据的外频
22、同步,彻底取消等待时间,所以它的数据传输速度比传输速度比EDO RAMEDO RAM又至少快了又至少快了1313。4 4、DDR RAM(Double Data Rate RAM)DDR RAM(Double Data Rate RAM)。是双数据传输率是双数据传输率SD SD RAM,RAM,使用使用2.52.5V V工作电压,其工作时钟与工作电压,其工作时钟与CPUCPU外频同步,但可在外频同步,但可在时钟的上升沿和下降沿各传送一次数据,速度是普通时钟的上升沿和下降沿各传送一次数据,速度是普通SD RAMSD RAM的一倍。的一倍。5 5、RD RD RAM(RambusRAM(Rambu
23、s公司的公司的DRAM)DRAM)和和VC DRAM(VC DRAM(虚拟通道虚拟通道DRAM,DRAM,Virtual Channel DRAM)Virtual Channel DRAM),使用使用2.52.5V V工作电压,存取速度高。工作电压,存取速度高。2022-11-18共58张15内存条的选购内存条的选购1.1.PCBPCB板的选择板的选择PCBPCB基板重量是否均匀基板重量是否均匀 表面是否整洁表面是否整洁 边缘打磨得边缘打磨得是否是否光滑。光滑。2.2.良好的电气性能良好的电气性能整齐、规范的电路布线整齐、规范的电路布线 电路板面光洁且色泽均匀电路板面光洁且色泽均匀 元件之间的
24、焊点整齐元件之间的焊点整齐 内存芯片同内存芯片同PCBPCB板相连的引脚应该是紧密且整齐板相连的引脚应该是紧密且整齐3.3.单条容量单条容量64MB+64MB的两条内存和一条的两条内存和一条128MB哪个稳定?哪个稳定?4.4.速度速度2022-11-18共58张16从外形上看从外形上看DDRDDR与传统的与传统的SDRAMSDRAM相比差别并不大,它们具有同样相比差别并不大,它们具有同样的长度与同样的管脚距离。然而,的长度与同样的管脚距离。然而,DDRDDR内存具有内存具有184184只管脚和一只管脚和一个小缺口,从管脚数上看个小缺口,从管脚数上看DDRDDR内存比传统的内存比传统的SDRA
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