第3章半导体存储器及其接口
第3章半导体存储器及其接口
学习目标
存储器是计算机系统中存储信息的主要部件。本章从存储器的分类、性能以及存储器基本结构着手，重点讨论随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）的
工作原理，介绍存储器的容量扩展以及与微处理器的连接方法，最后介绍微型计算
机系统中的多体存储器、高速缓冲存储器（Cache）和虚拟存储器技术。
通过对本章的学习，读者应了解半导体存储器的分类、主要性能指标，掌握随机存取存储器和只读存储器的功能特性，掌握存储器容量扩展以及与微处理器的连
接方法，领会存储器系统的层次结构以及多体存储器、高速缓冲存储器和虚拟存储
器的技术特点。
3.1 存储器概述
存储器是计算机系统中的存储部件，用于存储计算机工作时所用的程序和数据。计算机工作时，CPU自动连续地从存储器中取出指令并执行指令所规定的操作，每执行完一条或几条指令，要把处理结果保存到存储器中，因此，存储器是计算机的记忆部件，是计算机系统的重要组成部分。
随着计算机技术的发展及广泛的应用，存储器系统的读写速度也在不断地提高，存储容量不断增加。特别是近些年多媒体技术的发展以及计算机网络的应用，要求计算机存储和处理的信息量越来越大，并对存储器的存取速度不断提出更高的要求，因而在存储器系统中应用了存储器层次结构、多体结构、高速缓冲存储器、虚拟存储器等技术，外存储器容量也可以无限地扩充，成为海量存储器。
3.1.1 存储器的分类
存储器的分类方法很多，通常从以下几方面对存储器进行分类。
1．按在系统中的作用分类
根据存储器在微型计算机系统中的不同作用，可分为主存储器（简称主存或内存）和辅助存储器（简称辅存或外存）。
（1）内存。内存用来存放当前正在运行或将要使用的程序和数据，是计算机主机的一个重要的组成部分。CPU可以通过指令直接访问内存。
系统对内存的存取速度要求较高，为了与CPU的处理速度相匹配，内存一般使用快速存储器件来构成。但是，由于受到地址总线位数的限制，内存空间的大小远远小于外存的容量，例如在8086/8088系统中，由于地址总线为20位，所以最大内存空间只能达到1MB（220）。
尽管内存容量远不及外存，但是由于它具有访问速度快的特点，使得内存被用来存放计
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算机工作时必须的系统软件、参数，以及当前要运行的应用软件和数据；而更多的系统软件和所有的应用软件则是存放于外存中，在需要时由外存调入内存。
（2）外存。外存也是用来存储程序和数据的，但它存储的信息却是CPU当前操作暂时不用的。外存位于主机外部，CPU不能直接对其进行读写操作，当CPU需要使用外存中的信息时，要先通过专门的设备将其从外存调入到内存，然后再对内存中调入的数据进行直接的读写操作。
系统对外存的速度要求相对于内存而言可以慢一些，但对外存的容量却要求很大。由于外存具有长久保存信息的特点，所以外存多被用来保存和备份数据。
软盘、硬盘、光盘和移动硬盘等都是微型计算机系统中常见的外存。因为外存需要配置专门的驱动部件才能完成访问功能，所以外存的速度远不及内存的读写速度。外存的容量不受限制，特别是近年来，又出现了大容量的可移动式存储器，如移动硬盘、优盘（闪存盘）等，所以外存被称为“海量存储器”。
尽管计算机存储器系统包括内存和外存，但内存是主机的一部分，而外存则属于I/O外设。现代微型计算机的内存大多采用半导体存储器，一般具有断电则信息丢失的特点，而外存作为内存的后备存储器，存储的数据可以方便地修改和永久地保存，不受断电与否的影响。
另外，在高档微型计算机中，为了加快信息传递速度和提高计算机的处理速度，广泛应用高速缓冲存储器（Cache）。Cache是微型计算机系统中的一个高速小容量的存储器，位于CPU和内存之间，常利用它暂存CPU正在使用的指令和数据。内存一般采用动态存储器，而Cache则主要由高速静态RAM组成。
2．按存储信息的可保存性分类
根据存储器中信息的可保存性，可将存储器分为易失性存储器和非易失性存储器。
（1）易失性存储器。易失性存储器是指断电后信息消失的存储器，如半导体存储器RAM，由于它具有读写速度快的特点，所以多被用于计算机内存。易失性存储器中的程序及数据可以在开机启动后由非易性存储器调入，在断电前，要及时保存到非易失性存储器中。
（2）非易失性存储器。非易失性存储器是指断电后仍然保持信息的存储器，如半导体存储器ROM、磁盘、光盘、优盘等。微型计算机系统软件中有一部分软件如引导程序、监控程序或者基本输入/输出服务程序BIOS，是计算机系统正常工作所必须的、无时无刻不用的，而且不能被随意修改的，所以它们必须常驻内存，于是应用了半导体存储器ROM。希望长久保存的信息可存于磁盘、光盘、移动硬盘、优盘等海量存储器中。
在微型计算机系统中，要求系统至少有一部分存储器必须是非易失性的。
3．按存储介质分类
存储二进制信息的物理载体称为存储介质，根据所使用存储介质的不同，存储器可分为半导体存储器、磁存储器、光存储器。半导体存储器多用于微型计算机内存，而磁存储器和光存储器则用于外存。
（1）半导体存储器。用半导体器件做成的存储器称为半导体存储器。按制造工艺可把半导体存储器分为双极型、CMOS型、NMOS型等。
（2）磁存储器。用磁性材料做成的存储器称为磁表面存储器。磁存储器主要有磁芯、磁泡、磁鼓、磁带和磁盘等。目前微型计算机系统中多用的是磁带和磁盘。
（3）光存储器。用光学材料做成的存储器称为光存储器。光存储器主要有只读式光盘
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和可擦写光盘。
4．按存储器的存取方式分类
微型计算机内存根据读写功能的不同，分为只读存储器（ROM）和随机存取存储器（RAM）；微型计算机外存根据存取时间与存储单元的物理位置是否有关，可分为顺序存取存储器（SAM）和直接存取存储器（DAM）。
（1）只读存储器ROM。ROM中所存储的内容是固定不变的，即只能读出，却不能随机写入新的内容。ROM中的信息在关机后不会丢失。—般用它来存放微型计算机的启动程序、监控程序和系统管理程序等。
（2）随机存取存储器RAM。随机存取存储器又称可读写存储器，它的任意一个存储单元都可以被随机读写，且存取时间与存储单元的物理位置无关，读写速度较快。半导体RAM 断电后信息全部丢失。RAM主要用作内存，存放微型计算机工作时的输入/输出数据及中间结果，并与外存交换信息。
（3）顺序存取存储器SAM。SAM对存储单元的访问是根据它们在存储器上物理位置的前后顺序来进行的，读写不同物理位置的存储单元，存取时间是不同的，一般来说，SAM存取周期较长。例如磁带就是一种典型的顺序存储器。
（4）直接存取存储器DAM。DAM在存取数据时不必经过顺序搜索便可直接对存储器中的任意单元进行访问，存取时间与存储单元物理位置无关。例如，磁盘和光盘都是典型的直接存取存储器。
3.1.2 存储器的主要性能指标
存储器是计算机系统中的重要部件，它的性能直接影响整机的性能。微型计算机系统存储器的性能指标很多，如存储容量、存取速度、存储器可靠性、功耗、价格、性能价格比等，但就功能和接口技术而言，最重要的性能指标是存储容量和存取速度。
1．存储容量
存储容量是指存储器可以容纳的二进制信息总量。容量越大，意味着所能存储的二进制位（bit）越多。微型计算机系统的内存容量指系统中所有内存芯片位容量的总和，每片存储器的位容量为总单元数与每单元位数的乘积。存储容量通常以字节（Byte，简写为B）为单位来表示，目前使用的存储容量达MB、GB、TB或更大。它们之间的换算关系为1B=8bit；1KB=1024B；1MB=1024KB；1GB=1024MB；1TB=1024GB
存储容量越大，计算机系统的功能就越强，所以人们总是希望尽量提高存储容量。但是存储容量的提高受到CPU的寻址范围、所选用的存储芯片的速度、成本等诸多因素的限制，故不能设计得很大。
2．存取速度
存储器的存取速度可以用存取时间和存储周期来衡量。存取速度的度量单位采用ns，存取时间越小，则存取速度越快。
（1）存取时间。存储器的存取时间是指从CPU发出有效的存储器地址从而启动一次存储器读/写操作，到读出或写入数据完毕所经历的时间，又称读写时间。目前，高速缓冲存储器（Cache）的存取时间已小于20ns，中速存储器在60～100ns之间，低速存储器的存取时间在100ns以上。
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- 72 - （2）存储周期。存取周期是指连续启动两次独立的存储器读/写操作所需的最小时间间隔。由于在每次存储器读/写操作后，都需有一段存储器内部线路的恢复时间，所以存储器的存储周期通常略大于存取时间。
一般来说，外存的容量较大，但速度较慢；相对而言，内存的速度较快，但容量却小。人们所关心的存储器价格指标就与存储器的存取速度、存储容量直接相关：存储器的总价格正比于存储容量，反比于存取速度，所以，存储器的容量、速度、价格这三个指标是相互制约的。因此，对存储器系统的组织，要在综合衡量存储器的各项性能指标的前提下，兼顾存储器的制造工艺、体积、重量、功耗、品质等诸多因素，尽量提高存储器的性能价格比，满足系统的要求。
3.1.3 主存储器的基本结构
主存储器由存储体、地址寄存器、地址译码器、读写驱动器、数据寄存器以及时序控制电路等部件组成。如图3-1所示。
图3-1 主存储器基本组成
存储体是具体存储信息的场所，是存储单元的集合。假设存储器有m 位数据总线、n 位地址总线和若干控制总线。地址总线给出所需访问的存储单元地址，最多可访问2n 个存储单元；数据总线用于在CPU 与存储单元之间传送数据，一次可传送m 位二进制数据；控制信号则用来控制存储器的读/写等操作。
当CPU 要访问内存时，首先通过地址总线把地址码送入地址寄存器中锁存，再传送给地址译码器，经译码后使对应于该地址的某一根选择线有效，从而选中相应的存储单元；接着CPU 发出读/写命令，于是时序控制电路产生对存储单元的读/写操作控制信号。在进行存储器读操作时，控制电路中的读信号线有效，于是把所选中的存储单元的信息读出并送入读/写驱动器放大，然后送至数据寄存器，再经数据总线送给CPU 。在进行存储器写操作时，CPU 不仅要把地址码送入地址寄存器，还要把待写入的数据传送给数据寄存器，并使控制电路中的写信号线有效，于是数据寄存器中的数据被存入选中的存储单元。
对内存写操作时，存储单元中原有的内容将被新写入的数据取代；读操作时，存储单元中的内容不受影响。所以，对内存的写是“破坏性”的写，对内存的读是“非破坏性”的读。
3.1.4 半导体存储器
半导体存储器具有工艺简单、集成度高、成品率高、可靠性高、存取速度快、体积小、
数字电路与逻辑设计习题7第七章半导体存储器(精)
第七章半导体存储器 一、选择题 1．一个容量为1K ×8的存储器有个存储单元。 A.8 B.8K C.8000 D.8192 2．要构成容量为4K ×8的R AM ，需要片容量为256×4的R AM 。 A.2 B.4 C.8 D. 32 3．寻址容量为16K ×8的RAM 需要根地址线。 A.4 B. 8 C.14 D. 16 E.16K 4．若R AM 的地址码有8位，行、列地址译码器的输入端都为4个，则它们的 输出线（即字线加位线）共有条。 A.8 B.16 C.32 D.256 5．某存储器具有8根地址线和8根双向数据线，则该存储器的容量为。 A.8×3 B.8K ×8 C. 256×8 D. 256×256 6. 采用对称双地址结构寻址的1024×1的存储矩阵有。 A.10行10列 B.5行5列 C.32行32列 D. 1024行1024列 7．随机存取存储器具有功能。 A. 读/写 B. 无读/写 C. 只读 D. 只写 8．欲将容量为128×1的R AM 扩展为1024×8，则需要控制各片选端的辅助译
码器的输出端数为。 A.1 B.2 C.3 D. 8 9．欲将容量为256×1的R AM 扩展为1024×8，则需要控制各片选端的辅助译 码器的输入端数为。 A.4 B.2 C.3 D. 8 10．只读存储器ROM 在运行时具有功能。 A. 读/无写 B. 无读/写 C. 读/写 D. 无读/无写 11．只读存储器R OM 中的内容，当电源断掉后又接通，存储器中的内容。 A. 全部改变 B. 全部为0 C. 不可预料 D. 保持不变 12．随机存取存储器RAM 中的内容，当电源断掉后又接通，存储器中的内容。 A. 全部改变 B. 全部为1 C. 不确定 D. 保持不变 13．一个容量为512×1的静态RAM 具有。 A. 地址线9根，数据线1根 B. 地址线1根，数据线9根 C. 地址线512根，数据线9根 D. 地址线9根，数据线512根 14．用若干R AM 实现位扩展时，其方法是将相应地并联在一起。 A. 地址线 B. 数据线 C. 片选信号线 D. 读/写线 15．PROM 的与陈列（地址译码器）是。 A. 全译码可编程阵列 B. 全译码不可编程阵列
计算机组成原理试题
1.已知x和y，用变形补码计算x+y，同时指出结果是否溢出（每题6分，共18分） （1）x=11011，y=00011 （2）x=11011，y=-10101 （3）x=-10110，y=-00001 2.指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。（10分） 31 25 24 23 20 19 0 3.CPU执行一段程序时，CACHE完成存取的次数为5000次，主存完成存取的次数为200次。已知CACHE存取周期为40ns，主存存取周期为160ns。分别求CACHE的命中率H、平均访问时间Ta和CACHE-主存系统的访问效率e （12分） 4. 有一个１６K×16位的存储器，由1K×4位的DRAM芯片构成（芯片是64×64结构）。问：（每题5分，共15分） (1)共需要多少RAM芯片？ (2)采用异步刷新方式，如单元刷新间隔不超过２ms，则刷新信号周期是多少 (3)如采用集中刷新方式，存储器刷新一遍最少用多少读／写周期？死时间率是多少？5.用512K*16位的FLASH存储器芯片组成一个2M*32的半导体只读存储器，试问：（每题5分，共20分） (1）数据寄存器多少位？ (2）地址寄存器多少位？ (3）共需要多少个这样的器件？ (4）画出此存储器的组成框图. 6.设有一个cache的容量为2K字，每块16个字，问：（每题5分，共25分） （1）cache中可容纳多少个块？ （2）若主存的容量是256K字，主存可分多少块？ （3）主存地址有多少位，cache的地址有多少位？ （4）在直接映射方式中，主存中第135块映射到cache中哪一块？ （5）进行地址映射时，主存地址分为几段，各段有多少位？ 答案 2.操作码：定长操作码，可表示128条指令；操作数：双操作数，可构成RS或SS型指令，有直接、寄存器、寄存器间接寻址方式，访存范围1M，可表示16个寄存器。 3. H=Nc/(Nc+Nm)=5000/5200≈0.96 Ta=Tc+(1-H)×Tm=40ns+(1-0.96) ×160ns=46.4ns E=Tc/Ta=40ns/46.4ns×100%=86.2% 4.（1）存储器的总容量为16K×16位=256K位，所以用DRAM芯片为1K×4位=4K位 故芯片总数为：256K位/4K位= 64片 （2）采用异步刷方式，在2ms时间内分散地把芯片64行刷新一遍，故刷新信号的时间间隔为2ms/64 = 31.25μs，即可取刷新信号周期为30μs。 （3）如采用集中刷新方式，假定T为读/写周期，如16组同时进行刷新，则所需刷新时间为64T。设T单位为μs，2ms=2000μs，则死时间率=（64T/2000）×100%。 5.（1）32；（2）21；（3）4*2=8；（4）
第10章 半导体存储器汇总
第10章半导体存储器 10.1 学习要求 （1）理解只读存储器的基本工作原理。 （2）掌握用只读存储器进行逻辑设计的方法。 （3）了解随机存取存储器的基本工作原理。 （4）了解扩展存储器容量的方法。 10.2 学习指导 本章重点： （1）只读存储器的工作原理。 （2）利用只读存储器进行逻辑设计。 本章难点： （1）只读存储器的工作原理。 （2）利用只读存储器进行逻辑设计。 本章考点： （1）利用只读存储器实现各种组合逻辑函数。 （2）利用只读存储器实现给定功能的逻辑电路。 （3）与、或阵列图的意义和用法。 10.2.1 只读存储器（ROM） 1．ROM的结构 ROM由地址译码器、存储矩阵和读出电路组成，如图10.1所示。ROM的特点是存入的内容固定不变，工作时只能读出（取出），不能存入（写入），且在断电后存入的信息仍能保持，常用于存放固定的信息。 存储矩阵是存储器的主体，由大量的存储单元组成。一个存储单元只能存储1位二进制数码1或0。通常数据和指令用M位的二进制数表示，称为一个字，M为字长。M个存储单元为一组，存储一个字，称为字单元。每个字单元有一个地址，按地
电子技术学习指导与习题解答 246 址来选择所需要的字。图10.1中W 0、W 1、…、1N -W 称为字单元的地址选择线，简称字线；D 0、D 1、…、1M -D 称为输出信息的数据线，简称位线。存储矩阵有N 条字线和M 条位线，M N ?表示存储器的存储容量，这是存储器的主要技术指标之一。 地址译码器的作用是根据输入的地址代码011n A A A -，从N （n N 2=）条字线中选择一条字线，以确定与地址代码相对应的字单元的位置。至于选择哪—条字线，则决定于输入的是哪一个地址代码。任何时刻，只能有一条字线被选中。被选中的那条字线所对应的字单元中的各位数码便经M 条位线传送到数据输出端。 A 0A 1 A 0 地 址输入 数据输出 … 图10.1 ROM 的结构示意图 2．ROM 的工作原理 如图10.2所示是一个由二极管构成的容量为44?的ROM 。 A 0 地址输入 地址译码器 存储矩阵 A 1 图10.2 二极管ROM 电路
第五章存储器习题(可编辑修改word版)
第五章存储器及其接口 1.单项选择题 （1）DRAM2164(64K╳1)外部引脚有（） A.16 条地址线、2 条数据线 B.8 条地址线、1 条数据线 C．16 条地址线、1 条数据线 D.8 条地址线、2 条数据线 (2)8086 能寻址内存贮器的最大地址范围为() A.64KB B.512KB C.1MB D.16KB （3）若用1K╳4b的组成2K╳8b的RAM，需要（）。 A．2 片 B.16 片 C.4 片 D.8 片 （4）某计算机的字长是否 2 位，它的存储容量是 64K 字节编址，它的寻址范围是（）。 A．16K B.16KB C.32K D.64K （5）采用虚拟存储器的目的是（） A．提高主存的速度 B.扩大外存的存储空间 C．扩大存储器的寻址空间 D.提高外存的速度 （6）RAM 存储器器中的信息是（） A．可以读/写的 B.不会变动的 C.可永久保留的 D.便于携带的 （7）用2164DRAM 芯片构成8086 的存储系统至少要（）片 A．16 B.32 C.64 D.8 （8）8086 在进行存储器写操作时，引脚信号 M/IO 和 DT/R 应该是（）A．00 B。01 C。10 D。11 （9）某SRAM 芯片上，有地址引脚线12 根，它内部的编址单元数量为（）A．1024 B。4096 C。1200 D。2K （11）Intel2167(16K╳1B)需要（）条地址线寻址。 A．10 B.12 C.14 D.16 （12）6116（2K╳8B）片子组成一个 64KB 的存贮器，可用来产生片选信号的地址线是（）。 A．A 0~A 10 B。A ~A 15 C。A 11 ~A 15 D。A 4 ~A 19 （13）计算一个存储器芯片容量的公式为（） A．编址单元数╳数据线位数B。编址单元数╳字节C．编址单元数╳字长D。数据线位数╳字长（14）与 SRAM 相比，DRAM（） A．存取速度快、容量大B。存取速度慢、容量小 C．存取速度快，容量小D。存取速度慢，容量大 （15）半导动态随机存储器大约需要每隔（）对其刷新一次。A．1ms B.1.5ms C.1s D.100μs （16）对EPROM 进行读操作，仅当（）信号同时有效才行，。A．OE、RD B。OE、CE C。CE、WE D。OE、WE 2.填空题 （1）只读存储器ROM 有如下几种类型：. （2）半导体存储器的主要技术指标是。
半导体存储器及发展趋势
半导体存储器及发展趋势 □于纪波 (山西经济管理干部学院,山西太原030024) 【摘 要】半导体存储器的容量和速度决定着计算机系统运行速度。目前CPU 芯片18个月一更新,为 了赶上这个速度,半导体存储器的发展也日新月异。 【关键词】半导体存储器;大容量;高速;低功耗 【中图分类号】TH866.5 【文献标识码】A 【文章编号】1008-9101(2002)02-0048-02 目前半导体存储器性能的发展还远远落后于CPU 性能的发展速度,今后存储器技术和市场仍将继续发展和繁荣,特别是在市场需求的驱动下,为了满足各种系统所提出的不同要求,科学家还在寻找和开发新的存储原理,发展新型的存储器。另一方面半导体存储器在大容量、高速度、低功耗和方便使用等方面有了突飞猛进的发展。 一、技术现状 半导体存储器是计算机中最重要的部件之一,冯.诺依曼计算机程序存储原理就是利用存储器的记忆功能把程序存放起来,使计算机可以脱离人的干预自动地工作。它的存取时间和存取容量直接影响着计算机的性能。随着大规模集成电路和存储技术的长足发展,半导体存储器的集成度以每三年翻两番的速度在提高,相同容量的存储器在计算机中的体积和成本所占用的比例已越来越小。 从使用功能角度看,半导体存储器可以分为两大类:随机存储器RAM (Random Access Memory )只读存储器ROM (Read only Memory )。根据工作原理和条件不同,RAM 又分别称为静态读写存储器SRAM (Static RAM )和动态读写存储器DRAM (Dynamic RAM )。 目前市场上SRAM 主要用于高速缓存Cache ,这种存储器位于CPU 和DRAM 主存储器之间,规模较小,但速度很快。SDRAM 正在淡出历史舞台,DDR (Double Date Rage RAM )在P4已经开始全面采用。DDR 称为双数据率SDRAM ,其特点也是在单个时钟周期的上升沿和下降沿内都传送数据,所以,具有比普通单数据率SDRAM 多1倍的传输速度和内存带宽。对于大型应用程序和复杂的3D 应用很合适。ROM 主要有可电擦除可编程的EEPROM ,在E 2PROM 和EEPROM 芯片技术基础上发展起来的快擦写存储器Flash Memory 、利用铁电材料的极化方向来存储数据的铁电读写存储器FRAM 。 二、存储器发展趋势 微处理器的高速发展使存储器发展的速度远不能满足CPU 的发展要求,而且这种差距还在拉大。目前世界各大半导体厂商,一方面在致力于成熟存储器的大容量化、高速化、 低电压低功耗化,另一方面根据需要在原来成熟存储器的基 础上开发各种特殊存储器。 1、存储器集成度不断提高 由于受到PC 机和办公自动化设备普及要求的刺激,对DRAM 需求量日益激增,再加上系统软件和应用软件对内存有越来越大要求的趋势,特别是新一代操作系统以及很多与图形图象有关的软件包都对内存容量提出了更大的要求,促使各大半导体厂商不断投入数以亿计的巨资发展亚微米集成电路技术,提高存储器的集成度,不断推出大容量化存储器芯片。在半导体领域一直遵循有名的“摩尔(Moore )定律”———集成度以每18月提高一倍的速度在发展。集成电路集成度越高,所需要采用的工艺线宽就越小,当达到半导体线度尺寸小于电子波长时,就会产生量子效应。为此正在发展一种称为硅量子细线技术和硅量子点技术的新工艺技术,可望把半导体细线做到10nm ,这样就可以进一步提高半导体的集成度,做出更大容量的存储器芯片。 2、高速存储器的发展 随着微处理器速度的飞速发展,存储器的发展远不能跟上微处理器速度的提高,而且两者的差距愈来愈大,这已经制约了计算机性能的进一步提高。目前一般把访问时间小于35ns 的存储器称为高速存储器。随着时间的推移,高速存储器访问的时间将越来越小。至今SRAM 与DRAM 比较,速度仍然快不少。80年代末起,随着G aAs 和BICMOS 工艺技术的长足发展,世界各大半导体公司都在开发利用G aAs 和BICMOS 工艺技术来提高SRAM 的速度。 为了适应高速CPU 构成高性能系统的需要,高速DRAM 技术在不断发展。发展高速DRAM 的途径目前一般是把注意力集中在存储器芯片的片外附加逻辑电路上,试图在片外组织连续数据流来提高单位时间内数据流量即增加存储器的带宽。 3、存储器的低工作电压低功耗化 随着用电池供电的笔记本式计算机和各种便携式带微处理器的电子产品的问世,要求尽量减少产品的体积、重量和功耗,还要求产品耐用。减小系统体积和重量很重要的方 收稿日期:2002.4.3 作者简介:于纪波(1959-),男,山东牟平人,1982年毕业于东北大学,学士,现工作于山西经济管理干部学院,高级工程师。 8 4June ,2002Vol.10 No.2 山西经济管理干部学院学报JOURNAL OF SHANXI INSTITU TE OF ECONOMIC MANAGEMENT 2002年6月 第10卷第2期
第七章 半导体存储器
第七章 半导体存储器 数字信息在运算或处理过程中，需要使用专门的存储器进行较长时间的存储，正是因为有了存储器，计算机才有了对信息的记忆功能。存储器的种类很多，本章主要讨论半导体存储器。半导体存储器以其品种多、容量大、速度快、耗电省、体积小、操作方便、维护容易等优点，在数字设备中得到广泛应用。目前，微型计算机的内存普遍采用了大容量的半导体存储器。 存储器——用以存储一系列二进制数码的器件。 半导体存储器的分类 根据使用功能的不同，半导体存储器可分为随机存取存储器（RAM —Random Access Memory ）和只读存储器（ROM —Read-Only memory ）。 按照存储机理的不同，RAM 又可分为静态RAM 和动态RAM 。 存储器的容量 存储器的容量=字长（n ）×字数（m ） 7.1随机存取存储器（RAM ） 随机存取存储器简称RAM ，也叫做读/写存储器，既能方便地读出所存数据，又能随时写入新的数据。RAM 的缺点是数据的易失性，即一旦掉电，所存的数据全部丢失。 一． RAM 的基本结构 由存储矩阵、地址译码器、读写控制器、输入/输出控制、片选控制等几部分组成。 存储矩阵 读/写控制器 地址译码器 地 址码输片选读/写控制输入/输出 入 图7.1—1 RAM 的结构示意框图
2 1. 存储矩阵 RAM 的核心部分是一个寄存器矩阵，用来存储信息，称为存储矩阵。 图7.1—5所示是1024×1位的存储矩阵和地址译码器。属多字1位结构，1024个字排列成32×32的矩阵，中间的每一个小方块代表一个存储单元。为了存取方便，给它们编上号，32行编号为X 0、X 1、…、X 31，32列编号为Y 0、Y 1、…、Y 31。这样每一个存储单元都有了一个固定的编号（X i 行、Y j 列），称为地址。 1 1 1 1 31 31 131******** 列 译 码 器 行译码器 .. .........位线 位线 位线 位线 位线 位线 . .. . . . . X X X Y Y Y 0 1 31 131 A A A A A A A A A A 地 址 输 入 地址 输入 012 34 5 67 89 D D 数据线 . .. . 图7.1－5 1024×1位RAM 的存储矩阵 2． 址译码器 址译码器的作用，是将寄存器地址所对应的二进制数译成有效的行选信号和列选信号，从而选中该存储单元。 存储器中的地址译码器常用双译码结构。上例中，行地址译码器用5输入32输出的译码器，地址线（译码器的输入）为A 0、A 1 、…、A 4，输出为X 0、X 1、…、X 31；列地址译码器也用5输入32输出的译码器，地址线（译码器的输入）为A 5、A 6 、…、A 9，输出为Y 0、Y 1、…、Y 31，这样共有10条地址线。例如，输入地址码A 9A 8A 7A 6A 5A 4A 3A 2A 1A 0=0000000001，则行选线X 1＝1、列选线Y 0＝1，选中第X 1行第
第10章 存储器 作业
第10章 半导体存储器及可编程逻辑器件 作业 10.4 画出把 256 ? 2 RAM 扩展成 512 ? 4 RAM 的连接图，并说明各片RAM 的地址范围。 解： 5124 4 (256 2 RAM)2562 ?=??片 扩展电路图图下： 地址范围： 87654321A A A A A A A A A （1）（2）0 0 0 0 0 0 0 0 0 ～0 1 1 1 1 1 1 1 1 000H ～0FFH （3）（4）1 0 0 0 0 0 0 0 0 ～1 1 1 1 1 1 1 1 1 100H ～1FFH 或者： 地址范围：RAM （1）和RAM （2）000H ～0FFH, RAM （3）和 RAM （4）100H ～1FFH, 10.5 RAM2112（256×4）组成如题图10.5所示电路。 （1）按图示接法，写出2112(1)至2112(4)的地址范围（用十六进制表示）。 （2）按图示接法，内存单元的容量是多少？若要实现2k×8的内存，需要多少片2112芯片？ （3）若要将RAM 的寻址范围改为B00H~BFFH 和C00H~CFFH ，电路应做何改动？ A 0 A 0 A 0 A 0 A 7 A 7 A 7 A 7 /R W D 0 D 1 A 8
题图10.5 解: （1） RAM2112（1）和RAM2112（2）：900H~9FFH RAM2112（3）和RAM2112（4）：E00H~EFFH （2） 内存容量：512×8 若实现2K×8需要28 2564K ??=16片 （3） 电路改为： 13Y Y →；64Y Y → 10.8 试确定如题图10.8所示各电路中RAM 芯片的寻址范围。 (a) (b) (c) 题图10.8 74LS138 A 8 A 9 A 10 A 11A 15 A 14 A 13 A A A 接2114(1)、 2114(2) CS 端 接2114(3)、 2114(4) CS 端 74138 A 8A 9A A A A A 接6116(1) CS 端 接6116(2) CS 端 74138
计算机组成原理题库
综合题 1. 设存储器容量为32字，分为M0-M3四个模块，每个模块存储8个字，地址分配方案分别如下图中图（a）和图（b）所示。 （1）（a）和（b）分别采用什么方式进行存储器地址编址？ （2）设存储周期T=200ns，数据总线宽度为64位，总线传送周期τ=50ns。问(a)和（b）两种方式下所对应的存储器带宽分别是多少(以Mb/s为单位)？ 2．假设某机器有80条指令，平均每条指令由4条微指令组成，其中有一条取指微指令是所有指令公用的，已知微指令长度为32位，请估算控制存储器的容量是多少字节？ 3. （1）用16K×8位的SRAM芯片形成一个32K×16位的RAM区域，共需SRAM芯片多少片？ （2）设CPU地址总线为A15～A0，数据总线为D15～D0，控制信号为R/W（读/写）、MREQ（允许访存）。SRAM芯片的控制信号有CS和WE。要求这32K×16位RAM 区域的起始地址为8000H，请画出RAM与CPU的连接逻辑框图。
*4 CPU执行一段程序时，Cache完成存取的次数为3800次，主存完成存取的次数为200次，已知Cache存取周期为50ns，主存为250ns， 求（1）Cache命中率。（2）平均访问时间（3）Cache/主存系统的效率。 5．已知某机采用微程序控制方式，其控制存储器容量为512*48（位）。微程序可在整个存储器中实现转移，可控制微程序转移的条件共4个，微指令采用水平型格式，后继微指令地址采用断定方式，如下图所示。 （1）微指令中的三个字段分别应为多少位？ （2）画出围绕这种微指令格式的微程序控制器逻辑框图。 6．用2M×8位的SRAM芯片，设计4M×16位的SRAM存储器，试画出存储器芯片连接图。 *7．某计算机系统的内存储器由cache和主存构成，cache的存储周期为30ns，主存的存取周期为150ns。已知在一段给定的时间内，CPU共访问内存5000次，其中400次访问主存。问： ① cache的命中率是多少？ ② CPU访问内存的平均时间是多少纳秒？
计算机组成原理第五章答案
5 ．4 教材习题解答 １．如何区别存储器和寄存器？两者是一回事的说法对吗？ 解：存储器和寄存器不是一回事。存储器在CPU 的外边，专门用来存放程序和数 据，访问存储器的速度较慢。寄存器属于CPU 的一部分，访问寄存器的速度很快。 ２．存储器的主要功能是什么？为什么要把存储系统分成若干个不同层次？主要有 哪些层次？ 解：存储器的主要功能是用来保存程序和数据。存储系统是由几个容量、速度和价 存储系统和结构 第5 章 129 格各不相同的存储器用硬件、软件、硬件与软件相结合的方法连接起来的系统。把存储系 统分成若干个不同层次的目的是为了解决存储容量、存取速度和价格之间的矛盾。由高 速缓冲存储器、主存储器、辅助存储器构成的三级存储系统可以分为两个层次，其中高速 缓存和主存间称为Cache －主存存储层次（Cache 存储系统）；主存和辅存间称为主存—辅
存存储层次（虚拟存储系统）。 ３．什么是半导体存储器？它有什么特点？ 解：采用半导体器件制造的存储器，主要有MOS 型存储器和双极型存储器两大类。 半导体存储器具有容量大、速度快、体积小、可靠性高等特点。半导体随机存储器存储的 信息会因为断电而丢失。 ４．SRAM 记忆单元电路的工作原理是什么？它和DRAM 记忆单元电路相比有何异 同点？ 解：SRAM 记忆单元由６个MOS 管组成，利用双稳态触发器来存储信息，可以对其 进行读或写，只要电源不断电，信息将可保留。DRAM 记忆单元可以由４个和单个MOS 管组成，利用栅极电容存储信息，需要定时刷新。 ５．动态RAM 为什么要刷新？一般有几种刷新方式？各有什么优缺点？ 解：DRAM 记忆单元是通过栅极电容上存储的电荷来暂存信息的，由于电容上的电 荷会随着时间的推移被逐渐泄放掉，因此每隔一定的时间必须向栅极电容补充一次电荷， 这个过程就叫做刷新。
计算机组成原理期末复习知识要点
第一章 1）冯.诺依曼主要三个思想是什么？ （1）计算机处理采用二进制或二进制代码 （2）存储程序 （3）硬件五大部分：输入设备、输出设备、存储器、运算器和控制器 2）计算机硬件由哪5部分组成？ 输入设备、输出设备、存储器、运算器和控制器 3）VLSI中文的意思是什么？ 超大规模集成电路 4）列举出三个计算机应用领域？ 1．科学技术计算2．数据信息处理3．计算机控制 4．计算机辅助技术5．家庭电脑化 5）计算机系统分哪两大系统？ 硬件和软件系统 6）计算机内部信息包括哪两大信息？ 计算机中有两种信息流动：一是控制信息，即操作命令，其发源地为控制器；另一种是数据流，它受控制信息的控制，从一部件流向另一部件，边流动边加工处理。 7）计算机性能主要包括哪三个主要性能？ （1）基本字长: 是参与运算的数的基本长度，用二进制数位的长短来衡量，取决寄存器、加法器、数据总线等部件的位数。 （2）主存容量:可以用字节，有的用字长，K、M、G、T （3）运算速度: 是每秒能执行的指令条数来表示，单位是条/秒。（MIPS） 8）现代计算机系统分为五个层次级别是如何划分的？ 从功能上，可把现代计算机系统分为五个层次级别： 第一级是微程序设计级：是硬件级 第二级是一般机器级：机器语言级 第三级是操作系统级：是操作系统程序实现。(混合级) 第四级是汇编语言级：一种符号形式语言。 第五级是高级语言级 9）机器数是指什么？它主要是解决了数值的什么表示？ 10）机器数有哪4种表示方法？ 原码表示法、补码表示法、和移码表示法四种。 11）计算机数值有哪两种表示方式？它主要解决了数值的什么表示？ 定点表示和浮点表示。主要解决数中小数点的位置的确定。 12）浮点数在计算机内部表示两种方式是如何安排的？ 13）尾数是补码表示其规格化如何表示？ 正数：0.1×…×的形式负数：1.0×…×的形式 14）解释计算机内部数值0和字符0有何不同？ 数值0在计算机中为00H，而字符0为其ASCII码30H。 15）计算机如何判断加法溢出的？ 当运算结果超出机器所能表示的数域范围时，称为溢出。 判别方法有：符号位判别法、进位判别法、双符号位判别法。 16）半加器与全加器有什么不同？
数字逻辑技术第七章
第七章半导体存储器习题 一、选择题 1．一个容量为1K×8的存储器有个存储单元。 A.8 B.8K C.8000 D.8192 2．要构成容量为4K×8的RAM，需要片容量为256×4的RAM。 A.2 B.4 C.8 D.32 3．寻址容量为16K×8的RAM需要根地址线。 A.4 B.8 C.14 D.16 E.16K 4．若RAM的地址码有8位，行、列地址译码器的输入端都为4个，则它们的输出线（即字线加位线）共有条。 A.8 B.16 C.32 D.256 5．某存储器具有8根地址线和8根双向数据线，则该存储器的容量为。 A.8×3 B.8K×8 C.256×8 D. 256×256 6.采用对称双地址结构寻址的1024×1的存储矩阵有。 A.10行10列 B.5行5列 C.32行32列 D.1024行1024列 7．随机存取存储器具有功能。 A.读/写 B.无读/写 C.只读 D.只写 8．欲将容量为128×1的RAM扩展为1024×8，则需要控制各片选端的辅助译码器的输出端数为。 A.1 B.2 C.3 D.8 9．欲将容量为256×1的RAM扩展为1024×8，则需要控制各片选端的辅助 译码器的输入端数为。 A.4 B.2 C.3 D.8 10．只读存储器ROM在运行时具有功能。 A.读/无写 B.无读/写 C.读/写 D.无读/无写 11．只读存储器ROM中的内容，当电源断掉后又接通，存储器中的内容。 A.全部改变 B.全部为0 C.不可预料 D.保持不变 12．随机存取存储器RAM中的内容，当电源断掉后又接通，存储器中的内容。 A.全部改变 B.全部为1 C.不确定 D.保持不变 13．一个容量为512×1的静态RAM具有。 A.地址线9根，数据线1根 B.地址线1根，数据线9根 C.地址线512根，数据线9根 D.地址线9根，数据线512根 14．用若干RAM实现位扩展时，其方法是将相应地并联在一起。 A.地址线 B.数据线 C.片选信号线 D.读/写线 15．PROM的与陈列（地址译码器）是。 A.全译码可编程阵列 B. 全译码不可编程阵列 C.非全译码可编程阵列 D.非全译码不可编程阵列 二、判断题（正确打√，错误的打×） １．实际中，常以字数和位数的乘积表示存储容量。（） ２． RAM由若干位存储单元组成，每个存储单元可存放一位二进制信息。（） ３．动态随机存取存储器需要不断地刷新，以防止电容上存储的信息丢失。（） ４．用2片容量为16K×8的RAM构成容量为32K×8的RAM是位扩展。（）５．所有的半导体存储器在运行时都具有读和写的功能。（）６． ROM和RAM中存入的信息在
《计算机组成原理》总结完整版
《计算机组成原理》学科复习总结 ★第一章计算机系统概论 ?本章内容：本章主要讲述计算机系统的组成、计算机系统的分层结构、以及计算机的一些主要指标等 ?需要掌握的内容：计算机软硬件的概念，计算机系统的层次结构、体系结构和计算机组成的概念、冯.诺依曼的主要思想及其特点、计算机的主要指标 ?本章主要考点：概念 1、当前的CPU由那几部分组成组成？ 控制器、运算器、寄存器、cache (高速缓冲存储器) 2、一个完整的计算机系统应包括那些部分？ 配套的硬件设备和软件系统 3、什么是计算机硬件、计算机软件？各由哪几部分组成？它们之间有何联系？ 计算机硬件是指计算机的实体部分，它由看得见摸得着的各种电子元器件，各类光、电、机设备的实物组成。主要包括运算器(ALU)、控制器(CU)、存储器、输入设备和输出设备五大组成部分。软件是计算机程序及其相关文档的总称，主要包括系统软件、应用软件和一些工具软件。软件是对硬件功能的完善与扩充，一部分软件又是以另一部分软件为基础的再扩充。 4、冯·诺依曼计算机的特点 ●计算机由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大部件组成 ●指令和数据以同等地位存于存储器内，可按地址寻访 ●指令和数据用二进制表示 ●指令由操作码和地址码组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储 器中的位置 ●指令在存储器内按顺序存放 ●机器以运算器为中心，输入输出设备和存储器间的数据传送通过运算器完成 5、计算机硬件的主要技术指标 ●机器字长：CPU 一次能处理数据的位数，通常与CPU 中的寄存器位数有关 ●存储容量：存储容量= 存储单元个数×存储字长；MAR（存储器地址寄存器）的位数 反映存储单元的个数，MDR（存储器数据寄存器）反映存储字长 主频 吉普森法 ●运算速度MIPS 每秒执行百万条指令 CPI 执行一条指令所需的时钟周期数 FLOPS 每秒浮点运算次数 ◎第二章计算机的发展及应用 ?本章内容：本章主要讲述计算机系统、微型计算机系统的发展过程以及应用。 ?需要掌握的内容：计算机的发展的不同阶段区分的方法、微型计算机发展中的区分、摩尔定律 ?本章主要考点：概念 1、解释摩尔定律
第3章半导体存储器及其接口
第3章半导体存储器及其接口 学习目标 存储器是计算机系统中存储信息的主要部件。本章从存储器的分类、性能以及存储器基本结构着手，重点讨论随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）的 工作原理，介绍存储器的容量扩展以及与微处理器的连接方法，最后介绍微型计算 机系统中的多体存储器、高速缓冲存储器（Cache）和虚拟存储器技术。 通过对本章的学习，读者应了解半导体存储器的分类、主要性能指标，掌握随机存取存储器和只读存储器的功能特性，掌握存储器容量扩展以及与微处理器的连 接方法，领会存储器系统的层次结构以及多体存储器、高速缓冲存储器和虚拟存储 器的技术特点。 3.1 存储器概述 存储器是计算机系统中的存储部件，用于存储计算机工作时所用的程序和数据。计算机工作时，CPU自动连续地从存储器中取出指令并执行指令所规定的操作，每执行完一条或几条指令，要把处理结果保存到存储器中，因此，存储器是计算机的记忆部件，是计算机系统的重要组成部分。 随着计算机技术的发展及广泛的应用，存储器系统的读写速度也在不断地提高，存储容量不断增加。特别是近些年多媒体技术的发展以及计算机网络的应用，要求计算机存储和处理的信息量越来越大，并对存储器的存取速度不断提出更高的要求，因而在存储器系统中应用了存储器层次结构、多体结构、高速缓冲存储器、虚拟存储器等技术，外存储器容量也可以无限地扩充，成为海量存储器。 3.1.1 存储器的分类 存储器的分类方法很多，通常从以下几方面对存储器进行分类。 1．按在系统中的作用分类 根据存储器在微型计算机系统中的不同作用，可分为主存储器（简称主存或内存）和辅助存储器（简称辅存或外存）。 （1）内存。内存用来存放当前正在运行或将要使用的程序和数据，是计算机主机的一个重要的组成部分。CPU可以通过指令直接访问内存。 系统对内存的存取速度要求较高，为了与CPU的处理速度相匹配，内存一般使用快速存储器件来构成。但是，由于受到地址总线位数的限制，内存空间的大小远远小于外存的容量，例如在8086/8088系统中，由于地址总线为20位，所以最大内存空间只能达到1MB（220）。 尽管内存容量远不及外存，但是由于它具有访问速度快的特点，使得内存被用来存放计
第五章 半导体存储器
第五章半导体存储器 一、简答题 1、存储器是如何分类的？内存和外存各有什么特点？ 2、RAM和ROM 各有何特点？静态RAM和动态RAM 各有何特点？ 3、如何判断有无地址重叠？有地址重叠时会出现什么问题？软件上应如何配合？ 4、若存储空间的首地址为1000H，写出存储器容量分别为1K×8，2K×8，4K×8和8K×8位时所对应的末地址。试确定每一片存储器的寻址范围。 5、外部存储器和内部存储器各有什么特点？用途如何？ [解答] 微型计算机中存储器分为外部存储器和内部存储器。外存容量大，但存取速度慢，且cpu使用外存信息时需先把信息送到内存中。内存容量小，存取速度快，其信息cpu可直接使用，故外存存放相对来说不经常使用的程序和数据。另外，外存总是和某个外部设备有关。内存容纳当前正在使用的或者经常使用的程序和数据。 6、什么是直接寻址范围？地址线的多少与它有什么关系？ [解答] 直接寻址范围就是利用地址线可寻址的最大地址范围，以地址线的位数为指数，以2为底数的幂为最大直接寻址范围。 7、根据你对CPU和各种存储器的了解，一个微型计算机是如何开始工作的？[解答] 计算机工作时，一般先由ROM中的引导程序，启动系统，再从外存中读取系统程序和应用程序，送到内存的RAM中。在程序的运行过程中，中间结果一般放在内存RAM中，程序结束时，又将结果送到外存。 8、存储器的存取时间是什么意思？它在系统设计时有什么实际意义？ [解答] 存储器的存取时间是指存储器接收到稳定的地址输入到完成操作的时间，系统设计时可以据此考虑数据传输、总线的选择和时序安排。 9、动态RAM为什么要进行刷新？刷新过程和读操作比较有什么差别？ [解答] 不管是哪一种动态RAM，都是利用电容存储电荷的原理来保存信息的，由于电容会逐渐放电，所以，对动态RAM必须不断进行读出和再写入，以使泄放的电荷受到补充，也就是进行刷新。在温度上升时，电容的放电会加快，所以两次刷新间的间隔是随温度而变化的，一般为1---100ms.在70摄氏度情况下，典型的刷新时间间隔为2ms。虽然进行一次读写操作实际上也进行刷新，但是，由
数字电子技术基础第四版课后答案7
第七章半导体存储器 [题] 存储器和寄存器在电路结构和工作原理上有何不同 [解] 参见第节。 [题] 动态存储器和静态存储器在电路结构和读/写操作上有何不同 [解] 参见第7.3.1节和第节。 [题] 某台计算机的内存储器设置有32位的地址线，16位并行数据输入/输出端，试计算它的最大存储量是多少 [解] 最大存储量为232×16=210×210×210×26=1K×1K×1K×26=64G [题] 试用4片2114（1024×4位的RAM）和3线-8线译码器74LS138（见图3.3.8）组成4096×4位的RAM。 [解] 见图。 [题] 试用16片2114（1024×4位的RAM）和3线-8线译码器74LS138（见图3.3.8）接成一个8K×8位的RAM。 [解] 见图。
[题] 已知ROM的数据表如表所示，若将地址输入A3A2A1A0作为4个输入逻辑变量，将数据输出D3D2D1D0作为函数输出，试写出输出与输入间的逻辑函数式。 [ 解] D3= 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 A A A A A A A A A A A A A A A A+ + + D2=0 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A+ + + + +0 1 2 3 A A A A D1=0 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 A A A A A A A A A A A A A A A A+ + + D0=0 1 2 3 1 2 3 A A A A A A A A+ [题]图是一个16×4位的ROM，A3、、A2、A1、A0为地址输入，D3、D2、D1、D0是数据输出，若将D3、D2、D1、D0视为A3、、A2、A1、A0的逻辑函数，试写出D3、D2、D1、D0的逻辑函数式。 [解]0 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 3 A A A A A A A A A A A A A A A A D+ + + = 1 2 3 1 2 3 1 2 3 2 A A A A A A A A A A A A D+ + = 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A D+ + + + = 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A D+ + + + = 1 2 3 1 2 3 A A A A A A A A+ + 地址 输入 数据 输出 地址 输入 数据 输出 A3A2A1 A0 D3D2D1 D0 A3A2A1 A0 D3D2D1 D0 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 0001 0010 0010 0100 0010 0100 0100 1000 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 0010 0100 0100 1000 0100 1000 1000 0001
计算机组成原理第四章课后习题及答案_唐朔飞
第4章存储器 1. 解释概念：主存、辅存、Cache、RAM、SRAM、DRAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、CDROM、Flash Memory。 答：主存：主存储器，用于存放正在执行的程序和数据。CPU可以直接进行随机读写，访问速度较高。 辅存：辅助存储器，用于存放当前暂不执行的程序和数据，以及一些需要永久保存的信息。 Cache：高速缓冲存储器，介于CPU和主存之间，用于解决CPU和主存之间速度不匹配问题。 RAM：半导体随机存取存储器，主要用作计算机中的主存。 SRAM：静态半导体随机存取存储器。 DRAM：动态半导体随机存取存储器。 ROM：掩膜式半导体只读存储器。由芯片制造商在制造时写入内容，以后只能读出而不能写入。 PROM：可编程只读存储器，由用户根据需要确定写入内容，只能写入一次。 EPROM：紫外线擦写可编程只读存储器。需要修改内容时，现将其全部内容擦除，然后再编程。擦除依靠紫外线使浮动栅极上的电荷泄露而实现。 EEPROM：电擦写可编程只读存储器。 CDROM：只读型光盘。 Flash Memory：闪速存储器。或称快擦型存储器。 2. 计算机中哪些部件可以用于存储信息？按速度、容量和价格/位排序说明。 答：计算机中寄存器、Cache、主存、硬盘可以用于存储信息。 按速度由高至低排序为：寄存器、Cache、主存、硬盘； 按容量由小至大排序为：寄存器、Cache、主存、硬盘；
按价格/位由高至低排序为：寄存器、Cache、主存、硬盘。 3. 存储器的层次结构主要体现在什么地方？为什么要分这些层次？计算机如何管理这些层次？ 答：存储器的层次结构主要体现在Cache-主存和主存-辅存这两个存储层次上。 Cache-主存层次在存储系统中主要对CPU访存起加速作用，即从整体运行的效果分析，CPU访存速度加快，接近于Cache的速度，而寻址空间和位价却接近于主存。 主存-辅存层次在存储系统中主要起扩容作用，即从程序员的角度看，他所使用的存储器其容量和位价接近于辅存，而速度接近于主存。 综合上述两个存储层次的作用，从整个存储系统来看，就达到了速度快、容量大、位价低的优化效果。 主存与CACHE之间的信息调度功能全部由硬件自动完成。而主存与辅存层次的调度目前广泛采用虚拟存储技术实现，即将主存与辅存的一部分通过软硬结合的技术组成虚拟存储器，程序员可使用这个比主存实际空间（物理地址空间）大得多的虚拟地址空间（逻辑地址空间）编程，当程序运行时，再由软、硬件自动配合完成虚拟地址空间与主存实际物理空间的转换。因此，这两个层次上的调度或转换操作对于程序员来说都是透明的。 4. 说明存取周期和存取时间的区别。 解：存取周期和存取时间的主要区别是：存取时间仅为完成一次操作的时间，而存取周期不仅包含操作时间，还包含操作后线路的恢复时间。即： 存取周期 = 存取时间 + 恢复时间 5. 什么是存储器的带宽？若存储器的数据总线宽度为32位，存取周期为200ns，则存储器的带宽是多少？ 解：存储器的带宽指单位时间内从存储器进出信息的最大数量。 存储器带宽= 1/200ns ×32位 = 160M位/秒 = 20MB/秒 = 5M字/秒 注意：字长32位，不是16位。（注：1ns=10-9s）
第五章微机原理课后习题参考答案_2012
习题五 一.思考题 ⒈半导体存储器主要分为哪几类？简述它们的用途和区别。 答： 按照存取方式分，半导体存储器主要分为随机存取存储器RAM（包括静态RAM和动态RAM）和只读存储器ROM（包括掩膜只读存储器，可编程只读存储器，可擦除只读存储器和电可擦除只读存储器）。 RAM在程序执行过程中，能够通过指令随机地对其中每个存储单元进行读\写操作。一般来说，RAM中存储的信息在断电后会丢失，是一种易失性存储器；但目前也有一些RAM芯片，由于内部带有电池，断电后信息不会丢失，具有非易失性。RAM的用途主要是用来存放原始数据，中间结果或程序，与CPU 或外部设备交换信息。 而ROM在微机系统运行过程中，只能对其进行读操作，不能随机地进行写操作。断电后ROM中的信息不会消失，具有非易失性。ROM通常用来存放相对固定不变的程序、汉字字型库、字符及图形符号等。 根据制造工艺的不同，随机读写存储器RAM主要有双极型和MOS型两类。双极型存储器具有存取速度快、集成度较低、功耗较大、成本较高等特点，适用于对速度要求较高的高速缓冲存储器；MOS型存储器具有集成度高、功耗低、价格便宜等特点，适用于内存储器。 ⒉存储芯片结构由哪几部分组成？简述各部分的主要功能。 答： 存储芯片通常由存储体、地址寄存器、地址译码器、数据寄存器、读\写驱动电路及控制电路等部分组成。 存储体是存储器芯片的核心，它由多个基本存储单元组成，每个基本存储单元可存储一位二进制信息，具有0和1两种状态。每个存储单元有一个唯一的地址，供CPU访问。
地址寄存器用来存放CPU访问的存储单元地址，该地址经地址译码器译码后选中芯片内某个指定的存储单元。通常在微机中，访问地址由地址锁存器提供，存储单元地址由地址锁存器输出后，经地址总线送到存储器芯片内直接进行译码。 地址译码器的作用就是用来接收CPU送来的地址信号并对它进行存储芯片内部的“译码”，选择与此地址相对应的存储单元，以便对该单元进行读\写操作。 读\写控制电路产生并提供片选和读\写控制逻辑信号，用来完成对被选中单元中各数据位的读\写操作。 数据寄存器用于暂时存放从存储单元读出的数据，或暂时存放从CPU送来的要写入存储器的数据。暂存的目的是为了协调CPU和存储器之间在速度上的差异。⒊简述SRAM和DRAM的应用特点。 答： SRAM具有鲜明的应用特点： a、由电路结构的特点，可以保证存储的数据信息只要不断电，就不会丢失；不需要定时刷新，简化了外部电路。 b、相对动态RAM，存取速度更快。 c、内部电路结构复杂，集成度较低；制造价格成本较高。 d、双稳态触发电路总有一个处于导通状态，使得静态RAM的电功耗较大。 e、一般用作高速缓冲存储器（cache）。 DRAM的应用特点主要有： a、集成度高、功耗小，制作成本低，适合制作大规模和超大规模集成电路，微机内存储器几乎都是由DRAM组成。