1 存储器概述

存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据，计算机系统的运行速度在很大程度上受存储器制约。I/O与存储器直接数据交换大大提高系统性能。

1.1 存储器的分类

1.1.1 按存储介质分类

1.1.2 按存取方式分类

分为随机存储器、只读存储器、顺序存取存储器和直接存取存储器。

1.1.3 按在计算机中的作用分类

1.2 存储器的层次结构

存储器有3个主要性能指标：速度、容量和位价。

存储器三个主要特性的关系：

存储系统层次结构主要体现在缓存—主存和主存—辅存2个存储层次上。

缓存—主存层次主要解决CPU与主存速度不匹配的问题，主存—辅存层次主要解决存储系统的容量问题。辅存的速度比主存的速度低，而且不能和CPU直接交换信息，但是容量比主存大得多，可以存放大量暂时未用到的信息，当CPU需要用到这些信息时，再将辅存的内容调入主存，供CPU直接访问。

在主存—辅存这一层次的不断发展中，逐渐形成了虚拟存储系统。

2 主存储器

2.1 概述

主存储器的基本组成如下：

主存和CPU之间的联系：

2.1.1 主存的技术指标

2.1.1.1 存储容量

存储容量：主存存放二进制代码的总位数

$$
存储容量=存储单元个数\times 存储字长
$$

2.1.1.2 存储速度

存储速度是由存储时间和存储周期来表示的。

存储时间：启动一次存储器操作到完成该操作所需的全部时间
存取周期：进行连续两次独立的存储器操作（读或写）所需的最小间隔时间

2.1.1.3 存储器带宽

单位时间内存储器存取的信息量，单位为位/秒。

2.2 随机存取存储器

2.2.1 静态RAM

静态RAM的工作原理是用触发器存储信息的，不需要再生，但是掉电后原存信息丢失。

2.2.2 动态RAM

常见的动态RAM基本单元电路有三管式和单管式两种，共同特点都是靠电容存储电荷的原理来存储信息。

必须在2ms内对其所有存储单元恢复一次原状态，这个过程称为再生或刷新。

2.2.3 动态RAM的刷新

刷新的过程实质上是先将原存信息读出，再由刷新放大器形成原信息并重新写入的再生过程。刷新周期一般为2ms，又称再生周期。

通常有3种刷新方式：集中刷新、分散刷新和异步刷新。

2.2.3.1 集中刷新

集中刷新是指在规定的一个刷新周期内，对全部存储单元集中一段时间逐行进行刷新，此时须停止读/写操作。

死区：$0.5\mu s \times 128=64 \mu s$
死时间率：$\frac{128}{4000} \times 100% = 3.2%$

2.2.3.2 分散刷新

分散刷新是指对每行存储单元的刷新分散到每个存取周期内完成。

没有死区

2.2.3.3 异步刷新

异步刷新是前两种方式的结合，它既可以缩短“死时间”，又充分利用最大刷新间隔为2ms的特点。

每隔$15.6\mu s$（$2000\mu s \div 128$）刷新一次。将刷新安排在指令译码阶段，不会出现 “死区”。

2.2.4 动态 RAM 和静态 RAM 的比较

	DRAM	SRAM
存储原理	电容	触发器
集成度	高	低
芯片引脚	少	多
功耗	小	大
价格	低	高
速度	慢	快
刷新	需要	不需要

2.3 只读存储器

2.3.1 掩模 ROM ( `MROM`)

2.3.2 PROM (一次性编程)

`2.3.3 EPROM`(多次性编程)

EPROM是一种可擦除可编程只读存储器。

`2.3.4 EEPROM`（多次性编程）

电可擦写
局部擦写
全部擦写

2.3.5 Flash Memory (闪速型存储器)

存储器访问周期短，功耗低以及与计算机接口简单等优点。

2.4 存储器与CPU的连接

2.4.1 存储容量的扩展

位扩展：增加存储字长，例如用2片1K×4位存储芯片组成 1K×8位的存储器。

字扩展：增加存储字的数量，例如用2片1K×8位存储芯片组成2K×8位的存储器。

字位扩展：既增加存储字的数量，又增加存储字长，例如用8片1K ×4位存储芯片组成4K× 8位的存储器。

2.4.2 存储器与CPU的连接

地址线的连接：CPU的地址线往往比存储芯片的地址线要多，通常将CPU地址线的低位与存储芯片的地址线相连
数据线的连接：应使CPU的数据线与存储芯片的数据线位数相等
读/写命令线的连接：CPU读/写命令线一般与存储芯片的读/写控制端相连，通常高电平为读，低电平为写
片选线的连接：片选有效信号与CPU的访存信号$\overline{\text { MREQ }}$（低电平）有效

一般步骤：

写出对应的二进制地址码
确定芯片的数量及类型
分配地址线
确定片选信号

2.5 存储器的校验

任意两组合法代码之间二进制位数的最少差异称为编码的最小距离，编码的纠错、检错能力与编码的最小距离有关。

$$
L-1=D+C(D \geq C)
$$

L：编码的最小距离
D：检测错误的位数
C：纠正错误的位数