存储系统教案051213Word文档格式.docx
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⏹作用:
存放当前运行的程序和数据。
⏹特点:
快,容量小,随机存取,CPU可直接访问。
⏹通常由半导体存储器构成RAM、ROM
☐外存—CPU不能直接访问的存储器称为~。
存放非当前使用的程序和数据及一些长期保存的程序和数据。
慢,容量大,顺序存取/块存取。
需调入内存后CPU才能访问。
⏹通常由磁、光存储器构成,也可以由半导体存储器构成磁盘、磁带、CD-ROM、DVD-ROM、MO
4.存储介质
☐5.存储器的性能指标
☐
(1)存储容量:
存储容量是指存储器能存储二进制数的多少。
最基本的存储器单元是位(bit),在计算容量时常用字节(Byte)作单位。
最常用的单位是千字节KB、MB、GB和TB。
☐2.存取速度
存取速度(或存取时间)是指从请求写入(或读出)到完成写入(或读出)所需的时间,其单位为纳秒(ns,10-9s)。
☐内存的快慢也可以用存储器的最大频率(MHz)和数据传输率(MB/s)来表示。
☐3.错误校验
内存条采用的错误校验主要有两种:
奇偶校验和ECC校验。
☐奇偶校验是写入操作时在每个字节后增加一个校验位,使增加了校验位后的每个字节中“1”的个数为偶数(称为偶校验)或为奇数(称为奇校验)。
☐以后再要从内存读出时,只要计算读出的字节中“1”的个数,即可知道读出的数据是否出错。
计算“1”的个数是由硬件电路实现的,速度很快,并不会影响读写操作。
101101101110010011
☐有无奇偶校验位一般均可正常工作,但在CMOS设置中必须与实际情况相一致。
☐计算机中有校验的内存条和无校验的内存条不可混用。
☐内存条上是否有奇偶校验位,可以从外观上看出。
☐ECC(ErrorCheckingandCorrecting错误检查和纠正)
ECC内存使用额外的bit存储一个根据数据计算出来的ECC代码。
数据被写入内存,相应的ECC代码同时也被保存下来。
当重新读回原来存储的数据时,将保存下来的ECC代码与读数据时产生的ECC代码做比较。
如果两个代码不相同,就可以用原ECC码改正错误。
奇偶校验只能发现错误,不能纠正错误,主要用于普通微机中。
而ECC校验既可以发现错误,也能纠正错误,由于其价格较高,一般只用于高档服务器中。
☐4.内存Bank
☐物理Bank(PhysicalBank,P-BanK):
物理Bank就是内存和主板上的北桥芯片之间用来交换数据的通道。
物理Bank的位宽应与CPU数据总线位宽一致。
☐逻辑Bank(LogicalBank,L-Bank):
内存是用一个个Cell来存储数据的,一个cell存储1Bit。
具有一定容量和一定的位宽的cell阵列就是一个逻辑Bank。
5.2内部存储器
5.2.1内存的组成
☐RAM的组成
☐1.静态RAM(StaticRAM)
(1)基本电路
优点:
不需要动态刷新,外部电路简单,存取速度高。
缺点:
集成度低;
功耗大
静态RAM的结构
2.动态RAM(DynamicRAM)
动态RAM的结构
5.2.2内存的种类-RAM
☐1.RAM的特点
(1)可读可写。
读出时不破坏原数据。
(2)随机存取。
存取任一单元所需时间相同。
(3)易失性(挥发性)。
断电后数据丢失。
5.2.2内存的种类-SRAM
2.SRAM
☐SRAM没有刷新问题。
只要有电源正常供电,触发器就能稳定地存储数据,因此称为静态存储器。
不需刷新,速度快,外围电路比较简单。
集成度低,功耗大。
☐SRAM的存取速度在5ns以下,单片容量256KB左右。
在PC机中,SRAM被广泛地用作高速缓冲存储器Cache。
5.2.2内存的种类-DRAM
☐2.DRAM
☐DRAM是靠MOS电路中的栅极电容来存储信息的。
☐由于电容上的电荷会逐渐泄漏,需要定时充电以维持存储内容不丢失(称为动态刷新,每隔1-2ms刷新一次)。
集成度高,功耗低。
需要刷新,速度慢,外围电路就较为复杂。
☐DRAM广泛应用于微机系统中的内存条(主存)。
在微机应用中,与用户关系最密切的是DRAM,也就是内存条。
近几年来,随着微机速度的不断提升,内存条的种类也经历了从PMDRAM、EDODRAM到SDRAM、RDRAM和DDR的发展历程。
5.2.2内存的种类-SDRAM
(1)SDRAM
☐SDRAM-同步式DRAM(SynchronousDRAM)。
SDRAM在一个CPU时钟周期内即可完成数据的访问和刷新,即可与CPU的时钟同步工作,极大地提高了存储器的存取速度(采用了双存储体结构,交替存取,自动切换)。
☐SDRAM的存取时间约为6~10ns,是Pll/Plll微机中流行的标准内存类型配置
5.2.2内存的种类-RDRAM
(2)RDRAM
☐RDRAM(RambusDRAM)是由Rambus公司开发的高速DRAM。
RDRAM有两种:
一种是base/concurrentRDRAM;
另一种是directRDRAM。
Ø
基于base:
频率600MHz,位宽8位,带宽600MB/s
基于direct:
频率800MHz,位宽16位,带宽1.6GB/s
PC133SDRAM:
最高150MHz,位宽64位,带宽900MB/s
☐微机中采用的是DirectRambus内存,共有184条引脚,工作电压为2.5/1.8V。
RambusDRAM内存条
☐(3)DDRSDRAM
☐DDRSDRAM(DualdaterateSDRAM双倍速率SDRAM),简称DDR。
☐可以在时钟触发沿的上、下沿都能进行数据传输。
☐它的制造成本比SDRAM略高一些(约为10%左右),但要远小于RAMBUS的价格。
DDRSDRAM内存条
(4)DDRⅡ
☐DDRⅡ内存将是现有DDRⅠ内存的换代产品,它们的工作时钟预计将为400MHz或更高。
DDRⅡ内存将采用200、220、240针脚。
☐DDRⅡ内存采用了四倍带宽内存技术(QuadBandMemory,简称QBM)。
一个QBM模块由两个DDR内存模块组成,其中一个模块运行在正常频率的速度,而另外一个的模块的时钟周期比前一个模块时钟周期正好慢90度的相位差,也就是说两者的工作起始时间相差1/4个时钟周期,通过这种方法来让QBM一个时钟周期实现了4次数据读写。
5.2.2内存的种类-ROM
☐3.ROM的特点
☐ROM(ReadOnlyMemory)
特点:
只能读出,计算机用户不能写入;
计算机断电后数据不丢失。
☐ROM主要用于固化某些在使用中不需变更和很少变更的程序或数据。
例如微机中的BIOS芯片、某些专用设备中的控制程序等等。
☐ROM可分为掩模ROM、PROM、EPROM和EEPROM等类型。
(1)掩模ROM
掩模ROM(MaskedROM)由制造厂家按照事先设计好的线路生产出来,存储内容已经固化在ROM内,不能改变。
其优点是成本低,适用于已定型的、成批生产的产品。
(2)PROM(熔丝型)
PROM是可编程只读存储器(ProgrammableReadOnlyMemory),只允许写入一次,写入的内容不会丢失,也不会被替换。
主要用于针对用户专门需求来烧制其中的内容。
因此PROM大都固化某些在使用中不需变更的程序或数据。
(3)EPROM
EPROM是可擦除的可编程只读存储器(ErasableProgrammableReadOnlyMemory)。
EPROM中的内容可用,紫外光通过芯片上的一个窗口照射擦除。
写入则是通过专门的EPROM写入器实现的。
EPROM在系统开发人员中得到了广泛的应用。
(4)EEPROM(也写成E2PROM):
EEPROM是电可擦除的可编程只读存储器(ElectricallyErasableProgrammableReadonlyMemory)。
EEPROM用电就可以在线擦除,而且可以按字节单元来擦除信息。
一般写入和擦除不论多少都只要10ms的时间。
☐4.NVRAM(Non-VolatileRAM,非易失性RAM)
NVRAM既能快速存取,断电时又不丢失数据。
其内部结构分为两部分:
一部分是高速静态RAM阵列;
另一部分是与之逐位对应(bit-by-bit)的非易失E2PROM备份阵列。
系统正常工作时,CPU访问SRAM部分以完成快速读写。
当系统断电或者正常关机时,芯片内部的数据保护电路测出电源电压降至4V,就立即关闭写入电路,而迅速地把SRAM中的内容转移到E2PROM中。
电源电压恢复后,E2PROM中的内容又自动放回SRAM阵列中。
这种转储操作能可靠地进行10000次,非易失能力保证能存储10年以上。
☐5.Flashmemory:
快擦型存储器(也译为闪速存储器,简称“闪存”)。
非挥发性。
借用了EPROM结构简单,又吸收了E2PROM电擦除的特点
高速性(可达70ns)
可区块电擦除(256KB~20GB)
耗电低、集成度高、可靠性高、无需后备电池支持(不加电信息可储存10年以上)
可重新改写、反复使用(10万次以上)
无机械运动部件,抗震性好
5.2.3内存的扩展
☐用多片存储芯片构成所需的内存容量和位数,每个芯片在内存中占据不同的地址范围,任一时刻仅有一片(或一组)被选中。
位扩展
字扩展
字位扩展
⏹存储芯片的存储容量等于:
单元数×
每单元的位数:
(M×
W)
1.存储器的位扩展
☐位扩展就是对存储芯片的位数进行扩展。
方法:
地址线和控制线(片选、行选、列选、读/写控制)并联,数据线分别引出。
2.存储器的字扩展
☐字扩展就是地址空间的扩展。
地址线、数据线、读/写控制端,片选端分别引出。
3.字位扩展
(1)根据内存容量及芯片容量确定所需存储芯片数;
(2)进行位扩展以满足字长要求→单元存储体;
(3)对“单元存储体”进行字扩展以满足容量要求。
☐若已有存储芯片的容量为L×
K,要构成容量为M×
N的存储器,需要的芯片数为:
(M/L)×
(N/K)
5.2.4内存新技术
☐双通道内存技术
☐双通道内存技术就是双通道内存控制技术。
☐它的技术核心:
芯片组(北桥)可以在两个不同的数据通道上分别寻址、读取数据,内存可以达到64×
2的位宽。
☐双通道体系包含了两个独立的、具备互补性的智能内存控制器,两个内存控制器都能够在彼此间零等待时间的情况下同时工作,等同于一个128bit内存体系所提供的带宽。
☐例如,当控制器B准备进行下一次存取内存的时候,控制器A就在读/写主内存,反之亦然。
两个内存控制器的这种互补性可以让等待时间缩减50%
双通道技术是一种关系到主板芯片组的技术,与内存自身无关,只要在芯片内部整合两个内存控制器,就可以构成双通道DDR系统。
主板厂商需要按照内存通道将内