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1、南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 第 四 章 存 儲(chǔ) 器 系 統(tǒng) 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳v存 儲(chǔ) 器 的 分 類 及 分 層 結(jié) 構(gòu)分 類 、 工 作 原 理 及v輔 助 存 儲(chǔ) 器 的 分 類 及 工 作 原 理v并 行 存 儲(chǔ) 系 統(tǒng)v虛 擬 存 儲(chǔ) 器 本 章 學(xué) 習(xí) 內(nèi) 容 1. 存 儲(chǔ) 器 的 分 類1） 按 與 CPU的 連 接 和 功 能 分 類4.1 存 儲(chǔ) 器 概 述 2） 按 存 取 方 式 分 類 隨 機(jī) 存 取 存 儲(chǔ) 器 （ RAM） 存 儲(chǔ) 器 單 元 的 內(nèi) 容 可 。 只 讀 存 儲(chǔ)

2、器 （ ROM） 存 儲(chǔ) 器 單 元 的 內(nèi) 容 只 能 。 用 于 存 放 不 變 的 程 序 和 數(shù) 據(jù) ， 或 用 作 固 定 存 儲(chǔ) 器 （ 如存 放 微 程 序 的 控 制 存 儲(chǔ) 器 、 存 放 字 符 點(diǎn) 陣 圖 案 的 字 符發(fā) 生 器 等 ） 。 順 序 存 取 存 儲(chǔ) 器 （ SAM） 信 息 的 排 列 、 尋 址 和 讀 寫 操 作 均 是 ， 信 息在 載 體 上 。 。 直 接 存 取 存 儲(chǔ) 器 （ DAM） 半 順 序 存 儲(chǔ) 器 存 取 方 式 介 于 RAM和 SAM之 間 的 存 儲(chǔ) 器 ， 既 不 是 完全 的 隨 機(jī) 存 取 ， 也 不 是 完 全 的

3、 順 序 存 取 。 典 型 如 磁 盤 。 當(dāng) 進(jìn) 行 信 息 存 取 時(shí) 先 進(jìn) 行； 然 后 在 磁 道 中 。如 ： 磁 帶 。 信 息 以 文 件 或 數(shù) 據(jù) 塊 形 式 按 順 序 存 放 ， 按 順 序 存 放或 讀 取 。 3） 按 存 儲(chǔ) 介 質(zhì) 分 類 磁 存 儲(chǔ) 器 采 用 磁 性 材 料 制 成 存 儲(chǔ) 器 磁 存 儲(chǔ) 器 是 利 用 磁 性 材 料 的 的 兩 個(gè) 不 同 剩 磁 狀 態(tài) 存 放二 進(jìn) 制 代 碼 “ 0”和 “ 1”。 早 期 有 磁 芯 存 儲(chǔ) 器 。 現(xiàn) 多 為磁 表 面 存 儲(chǔ) 器 ， 如 磁 盤 、 磁 帶 等 。 半 導(dǎo) 體 存 儲(chǔ) 器 半

4、 導(dǎo) 體 器 件 組 成 的 存 儲(chǔ) 器 根 據(jù) 工 藝 不 同 ， 可 分 為 雙 極 型 和 MOS型 雙 極 型 速 度 快 ， 集 成 度 高 ， 成 本 低 ， 功 耗 小 光 存 儲(chǔ) 器 利 用 光 學(xué) 原 理 制 成 的 存 儲(chǔ) 器 通 過 能 量 高 度 集 中 的 激 光 束 照 在 基 體 表 面 引 起 物 理 的或 化 學(xué) 的 變 化 ， 記 憶 二 進(jìn) 制 信 息 。 如 光 盤 存 儲(chǔ) 器 。 4） 按 信 息 的 可 保 存 性 分 類 易 失 性 存 儲(chǔ) 器 電 源 掉 電 后 信 息 自 動(dòng) 丟 失 ， 如 半 導(dǎo) 體 RAM。 非 易 失 性 存 儲(chǔ) 器 電

5、 源 掉 電 后 信 息 仍 能 繼 續(xù) 保 存 ， 如 ROM、 磁盤 、 光 盤 等 。 1） 基 本 概 念 存 儲(chǔ) 元 件 （ 存 儲(chǔ) 元 /存 儲(chǔ) 位 ） 最 小 的 存 儲(chǔ) 單 位 存 儲(chǔ) 一 位 二 進(jìn) 制 信 息 的 物 理 器 件 。 存 儲(chǔ) 元 件 的 條 件v 有 兩 個(gè) 穩(wěn) 定 狀 態(tài) ， 可 以 存 儲(chǔ) “ 0”、 “ 1” 。v 在 外 界 的 激 勵(lì) 下 ， 能 夠 可 以 寫 入 “ 0”、 “ 1”。v 能 夠 識(shí) 別 器 件 當(dāng) 前 的 狀 態(tài) ， 可 以 讀 出 所 存 的 “ 0”、 “ 1”。2. 主 存 的 組 成 和 基 本 操 作如 ： 一 個(gè)

6、CMOS晶 體 管 等 。 存 儲(chǔ) 單 元 可 以 同 時(shí) 進(jìn) 行 讀 寫 操 作 的 的 集 合 。 存 儲(chǔ) 體 （ 存 儲(chǔ) 陣 列 ） 把 按 一 定 形 式 起 來 ， 一 般 排 列成 陣 列 形 式 ， 即 構(gòu) 成 存 儲(chǔ) 體 ， 又 稱 存 儲(chǔ) 陣 列 。 存 儲(chǔ) 單 元 的 地 址 /地 址 碼 存 儲(chǔ) 體 中 每 個(gè) 存 儲(chǔ) 單 元 被 賦 予 的 一 個(gè) 以 區(qū)別 不 同 的 存 儲(chǔ) 單 元 。 要 對 某 一 存 儲(chǔ) 單 元 進(jìn) 行 存 取 操 作 ， 必 須 首 先 給 出 被 訪問 的 存 儲(chǔ) 單 元 的 地 址 。 存 儲(chǔ) 單 元 的 編 址 單 位 可 尋 址 的

7、最 小 單 位 按 字 節(jié) 編 址 ： 相 鄰 的 兩 個(gè) 單 元 是 兩 個(gè) 字 節(jié) 。 按 字 編 址 ： 相 鄰 的 兩 個(gè) 單 元 是 兩 個(gè) 字 。字 長 16位字 地 址 字 節(jié) 地 址 111098 7654 3210840 字 節(jié) 地 址字 地 址 45 23 01420字 長 32位設(shè) 地 址 線 24 根 按 字 節(jié) 尋 址按 字 尋 址若 字 長 為 16 位若 字 長 為 32 位 2 24 = 16 M按 字 尋 址 8 M4 M 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 2） 主 存 的 最 基 本 組 成時(shí) 序 控 制 電 路 數(shù)據(jù)寄存器

8、地址寄存器 存儲(chǔ)體 /陣列存 放 要 訪 問的 存 儲(chǔ) 單 元的 地 址地址總線 地址譯碼與驅(qū)動(dòng)電路 根 據(jù) CPU發(fā) 出 的 讀 寫控 制 命 令 ， 控 制 對 存儲(chǔ) 單 元 的 讀 寫讀寫電路用 于 對 地 址 寄 存 器 中的 地 址 進(jìn) 行通 過 對 應(yīng) 的 地 址 選 擇線 到 存 儲(chǔ) 陣 列 中所 要 訪 問 的 存 儲(chǔ) 單 元驅(qū) 動(dòng) 其完 成 指 定 的 存 取 操 作R/W MFC 用 于 暫 存 從 存 儲(chǔ) 器 讀 出(輸 出 )或 向 存 儲(chǔ) 器 中 寫 入(輸 入 )的 信 息 R/W 存 儲(chǔ) 器 操 作 完 成 信 號MFC讀 主 存 ： 寫 主 存 ：1） 被 讀

9、單 元 的 地 址 MAR 1） 被 寫 單 元 的 地 址 MAR2） 發(fā) 讀 命 令 2） 要 寫 入 的 數(shù) 據(jù) MDR3） 讀 出 的 數(shù) 據(jù) MDR 3） 發(fā) 寫 命 令3） 主 存 與 CPU的 連 接 及 主 存 的 操 作MDRMARCPU 主 存數(shù) 據(jù) 總 線地 址 總 線 1） 存 儲(chǔ) 容 量 ： 存 儲(chǔ) 器 所 能 存 儲(chǔ) 的 二 進(jìn) 制 信 息 總 量 。 存 儲(chǔ) 容 量 的 表 示 M N M表 示 存 儲(chǔ) 單 元 個(gè) 數(shù) ， N表 示 每 個(gè) 存 儲(chǔ) 單 元 可 以 存 放 的二 進(jìn) 制 位 數(shù) 。 在 以 字 節(jié) 為 編 址 單 位 的 機(jī) 器 中 常 用 字 節(jié)

10、 表 示 存 儲(chǔ) 容 量 。3. 主 存 的 主 要 技 術(shù) 指 標(biāo)如 ： 512k 16， 表 示 主 存 有 512k個(gè) 單 元 ， 每 個(gè) 單 元 可 以 存放 16個(gè) 二 進(jìn) 制 位 。如 ： 512k 16 = 512k 16/8=1KB。 存 儲(chǔ) 容 量 的 主 要 計(jì) 量 單 位 ： 1K= 210 = 1024 1M= 220= 1024K = 1048576 1G = 230= 1024M= 1073741824 存 儲(chǔ) 器 容 量 與 地 址 線 的 關(guān) 系 1K= 210 需 要 10根 地 址 線 1M= 220 需 要 20根 地 址 線 256M=2 28 需 要

11、28根 地 址 線 2） 速 度 訪 問 時(shí) 間 TA（ 讀 寫 時(shí) 間 / 取 數(shù) 時(shí) 間 ） 一 次 存 儲(chǔ) 器 存 取 的 啟 動(dòng) 完 成 所 需 的 全 部 時(shí) 間即 ： 從 接 到 CPU發(fā) 出 的 地 址 信 號 和 讀 寫 命 令 開 始 數(shù) 據(jù) 讀 入 MDR / 從 MDR寫 入 主 存 結(jié) 束 存 取 周 期 TM （ 存 儲(chǔ) 周 期 / 讀 寫 周 期 ） 相 鄰 兩 次 存 取 操 作 所 需 的 由 于 半 導(dǎo) 體 存 儲(chǔ) 器 一 次 存 取 操 作 后 需 要 有 一 定的 ， 即 TM =TA + T恢 復(fù) ， 所 以如 ： MOS型 存 儲(chǔ) 器 的 TM約 10

12、0ns雙 極 型 TTL存 儲(chǔ) 器 的 TM約 10ns 3） 帶 寬 （ 存 儲(chǔ) 器 數(shù) 據(jù) 傳 輸 率 、 頻 寬 Bm） 存 儲(chǔ) 器 單 位 時(shí) 間 所 存 取 的 二 進(jìn) 制 信 息 的 位 數(shù) 。 帶 寬 Bm= W/TM （ KB/S、 MB/S）W存 儲(chǔ) 器 總 線 的 寬 度 ， 對 于 單 體 存 儲(chǔ) 器 ， W就 是 數(shù) 據(jù) 總 線 的 根 數(shù) 。v 提 高 存 儲(chǔ) 器 速 度 的 途 徑 提 高 總 線 寬 度 W， 如 采 用 。 減 少 T M， 如 引 入 。如 W=16位 ， TM=500ns， 則 Bm=32Mbit/s=4MB/s 4） 價(jià) 格 用 每 位 的

13、 價(jià) 格 來 衡 量 設(shè) 存 儲(chǔ) 器 容 量 為 S位 ， 總 價(jià) 格 為 C總 ， 每 位 價(jià) 格 c c = C總 / S C總 不 僅 包 含 存 儲(chǔ) 器 組 件 本 身 的 價(jià) 格 ， 也 包 括 為 該 存 儲(chǔ)器 操 作 服 務(wù) 的 外 圍 電 路 的 價(jià) 格 。 存 儲(chǔ) 器 總 價(jià) 與 存 儲(chǔ) 容 量 成 正 比 ， 與 存 儲(chǔ) 周 期 成 反 比 。v 影 響 存 儲(chǔ) 器 性 能 的 還 有 功 耗 、 可 靠 性 等 因 素 。 4. 存 儲(chǔ) 器 層 次 結(jié) 構(gòu) 高低小大快慢輔存寄 存 器緩 存主 存磁 盤光 盤磁 帶光 盤磁 帶 速 度 容 量 價(jià) 格 位1） 存 儲(chǔ) 器 三

14、 個(gè) 主 要 特 性 的 關(guān) 系CPU CPU 主機(jī) 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳CacheCPU 主 存 輔 存Cache 主 存 輔 存主 存虛 擬 存 儲(chǔ) 器 10 ns 20 ns 200 ns ms虛 地 址邏 輯 地 址實(shí) 地 址物 理 地 址主 存 儲(chǔ) 器 （ 速 度 ） （ 容 量 ）2） 緩 存 -主 存 層 次 和 主 存 -輔 存 層 次 4.2 半 導(dǎo) 體 存 儲(chǔ) 器SRAM（ 靜 態(tài) 隨 機(jī) 存 取 存 儲(chǔ) 器 ）DRAM（ 動(dòng) 態(tài) 隨 機(jī) 存 取 存 儲(chǔ) 器 ）固 定 掩 膜 ROM可 編 程 ROM（ PROM）可 擦 除 可

15、 編 程 ROM（ EPROM）電 可 擦 除 可 編 程 ROM（ EEPROM）閃 爍 存 儲(chǔ) 器 （ 閃 存 ， Flash Memory）RAMROM 雙 極 型MOS型半 導(dǎo) 體 存 儲(chǔ) 器 的 分 類非 易 失 性 RAM路 由 器 中 可 使 用 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 1. 靜 態(tài) RAM工 作 原 理 及 其 芯 片 結(jié) 構(gòu)1） 6管 靜 態(tài) 基 本 MOS存 儲(chǔ) 單 元 電 路 1位 DD（ 位 線 ） W（ 字 線 ）T 5 T6VccQ QT1 T2T3 T4讀 ： W=高 電 平 ， T5、 T6導(dǎo) 通 ，數(shù) 據(jù) 通 過 位

16、 線 D讀 出 。寫 ： W=高 電 平 ， T5、 T6導(dǎo) 通 ，數(shù) 據(jù) 通 過 位 線 D寫 入 。 若 寫 0， D加 低 電 平 ； 若 寫1， D加 高 電 平 。保 持 ： W=低 電 平 ， T5、 T6截止 ， Q的 狀 態(tài) 不 變 。Q=1， Q=0信 息 =1 Q=0， Q=1信 息 =0一 個(gè) M N的 芯 片字 線 地 址 選 擇 線 （ 地 址 譯 碼 輸 出 ）位 線 數(shù) 據(jù) 線 （ 實(shí) 際 輸 出 一 條 位 線 D） 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳2） 靜 態(tài) RAM芯 片 的 結(jié) 構(gòu) 存 儲(chǔ) 器 芯 片 把 存 儲(chǔ) 體 及

17、其 外 圍 電 路 （ 包 括地 址 譯 碼 與 驅(qū) 動(dòng) 電 路 、 讀 寫 放 大 電 路 及 時(shí) 序 控制 電 路 等 ） 集 成 在 一 塊 硅 片 上 ， 經(jīng) 過 封 裝 ， 引出 地 址 線 、 數(shù) 據(jù) 線 、 控 制 線 、 電 源 、 地 線 等 。 存 儲(chǔ) 器 芯 片 一 般 做 成 雙 列 直 插 形 式 。 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 半 導(dǎo) 體 存 儲(chǔ) 芯 片 的 基 本 結(jié) 構(gòu)譯碼驅(qū)動(dòng) 存儲(chǔ)矩陣 讀寫電路片 選 線 讀 /寫 控 制 線地址線 數(shù)據(jù)線片 選 線 讀 /寫 控 制 線 （ 低 電 平 寫 高 電 平 讀 ）（ 允 許

18、 讀 ）CS CEWE （ 允 許 寫 ）WEOE 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 v半 導(dǎo) 體 存 儲(chǔ) 器 芯 片 一 般 有 兩 種 結(jié) 構(gòu) 字 片 式 結(jié) 構(gòu) （ 線 選 式 /一 維 /單 譯 碼 ）控 制 一 個(gè) 存 儲(chǔ) 單 元v對 一 個(gè) 存 儲(chǔ) 單 元 的 所 有 位 同 時(shí) 讀 寫 位 片 式 結(jié) 構(gòu) （ 重 合 式 /二 維 /雙 譯 碼 ）一 個(gè) 存 儲(chǔ) 單 元v可 對 一 根 行 選 擇 線 控 制 的 一 組 存 儲(chǔ) 單 元 同 時(shí) 進(jìn) 行 讀 寫 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 D1D1W1 T5

19、 T6VccQ QT1 T2T3 T4 D2D2T5 T6VccQ QT1 T2T3 T4 W2 T5 T6VccQ QT1 T2T3 T4 T5 T6VccQ QT1 T2T3 T4u 同 一 存 儲(chǔ) 單 元 的 不同 位 ， 字 線 相 同u 不 同 存 儲(chǔ) 單 元 的 相同 位 ， 位 線 相 同u M個(gè) 存 儲(chǔ) 單 元 就 有M個(gè) 字 線 ， 每 個(gè) 存儲(chǔ) 單 元 的 N個(gè) 二 進(jìn)制 位 都 具 有 2條 位 線 字 片 式 結(jié) 構(gòu)下 靜 態(tài) RAM的 矩 陣 特 點(diǎn) W1W2D1 D0 0,015,0 15,70,7 讀 /寫 控 制 電 路 地址譯碼器 字 線015 16 8矩 陣

20、 0 7D 0 7D 位 線 讀 / 寫 選 通 A 3A 2A 1A 0 0000讀 寫 選 通字 片 式 結(jié) 構(gòu) 的 存 儲(chǔ) 器 芯 片 (16 8位 ) 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 字 片 式 結(jié) 構(gòu) 的 存 儲(chǔ) 器 芯 片 (64 8位 )1111110 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 字 片 式 結(jié) 構(gòu) 的 缺 點(diǎn)v單 譯 碼 的 方 案 使 得 ， 有 多 少 個(gè) 存 儲(chǔ) 單 元 就 有多 少 個(gè) 譯 碼 驅(qū) 動(dòng) 電 路 ， 所 需 的 譯 碼 驅(qū) 動(dòng) 電 路較 多 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院

21、計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 位 片 式 結(jié) 構(gòu) 下 靜 態(tài) RAM基 本 電 路位 線 D列 地 址 選 擇行 地 址 選 擇 T1 T4T5 T6T7 T8Q寫 放 大 器 寫 放 大 器D IN 寫 選 擇 讀 選 擇 DOUT讀 放 Q D 位 片 式 結(jié) 構(gòu) 的 存 儲(chǔ) 器 芯 片 (1K 1位 )A 3A 2A 1A 0A 4 0,310,031,0 31,31 Y 地 址 譯 碼 器 X地址譯碼器 32 32 矩 陣 A 9 I/OA 8 A 7 A 56AY0 Y31X 0X 31 D讀 /寫0 0 0 0 000000 讀 位 片 式 結(jié) 構(gòu) 的 存 儲(chǔ) 器 芯 片 (4K 1

22、位 )100000 0 0 0 0 0 00 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 譯 碼 驅(qū) 動(dòng) 電 路 對 比譯 碼 方 式 驅(qū) 動(dòng) 電 路 數(shù) （ 4K*1）字 片 式 4K=212=4096位 片 式 26+26=128 3） 靜 態(tài) RAM舉 例 Intel 2114(1K*4位 )雙 列 直 插 式 ， 18個(gè) 引 腳 10根 地 址 線 ， 用 于 尋址 1024個(gè) 存 儲(chǔ) 單 元4根 雙 向 數(shù) 據(jù) 線讀 /寫 控 制 線片 選 信 號 線 讀 寫 電 路 A3A4A5A6A7A8A0A1A2A9 150 3116 4732 6348150 311

23、6 4732 6348讀 寫 電 路 讀 寫 電 路 讀 寫 電 路 讀 寫 電 路 0163015行地址譯碼列地址譯碼 I/O 1 I/O2 I/O3 I/O4WECS 第 一 組 第 二 組 第 三 組 第 四 組 2114的 內(nèi) 部 矩 陣 結(jié) 構(gòu)000000000 15 31 47 6364*64矩 陣 （ 1K*4=210*4=26*24*4=64 * 16 *4）64行 64根 行 選 擇 線 ， 一 次 選 中 64個(gè) 存 儲(chǔ) 單 元64列分 成 4組 每 組 1個(gè) 讀 寫 電 路 ， 1位 輸 出每 組 16列 16根 列 選 擇 線 ， 一 次 選 中 每 組 的 1列 ，共

24、 選 中 4列 1） 單 管 動(dòng) 態(tài) MOS存 儲(chǔ) 電 路CS有 電 荷 信 息 = 1 CS無 電 荷 信 息 =0D線 CsTW字 線 01無 電 流有 電 流2. 動(dòng) 態(tài) RAM工 作 原 理 及 其 芯 片 結(jié) 構(gòu)讀 ： W=高 電 平 ， T導(dǎo) 通 。 若 D線 有電 流 ， 則 為 1， 否 則 為 0；寫 ： W=高 電 平 ， T導(dǎo) 通 。 若 D線 加高 電 平 ， 對 CS充 電 ， 則 為 寫 1；若 D線 加 低 電 平 ， 使 CS經(jīng) T放 電 ，則 為 寫 0 。保 持 ： W=低 電 平 ， T截 止 ， C S上 的電 荷 不 變 。u 讀 出 信 息 的 過

25、程 是 CS的 放 電過 程 ， 讀 操 作 結(jié) 束 時(shí) ， CS放電 完 畢 ， 所 以 是 破 壞 性 讀 出u CS上 不 可 避 免 會(huì) 有 漏 電 流 ，故 電 荷 只 能 維 持 12msu 需 要 對 存 儲(chǔ) 單 元 恢 復(fù) 狀 態(tài) ，稱 為 再 生 （ ） 2） 動(dòng) 態(tài) RAM舉 例 4116 (16K*1位 )時(shí) 序 與 控 制 RAS CAS 基 準(zhǔn) 單 元行譯碼 列 譯 碼 器128個(gè)讀 出 再 生 放 大 器列 譯 碼 器讀出放大 基 準(zhǔn) 單 元行譯碼 I/O緩 存 器數(shù) 據(jù) 輸 出驅(qū) 動(dòng)數(shù) 據(jù) 輸 入寄 存 器 DINDOUT R/WA6A0 行 地 址緩 存 器列

26、地 址緩 存 器 TMS4116引 腳 v因 為 電 容 電 荷 的 泄 放 會(huì) 引 起 信 息 的 丟 失 ， 因 此 動(dòng) 態(tài) MOS存儲(chǔ) 器 每 隔 一 定 時(shí) 間 需 進(jìn) 行 一 次 操 作 。v刷 新 的 間 隔 時(shí) 間 主 要 根 據(jù) 電 容 電 荷 泄 放 速 度 決 定 。設(shè) 存 儲(chǔ) 電 容 為 C， 其 兩 端 電 壓 為 u， 電 荷 Q=Cu，則 泄 漏 電 流 為3） 動(dòng) 態(tài) RAM的 刷 新I =Q u t t= Ct u I= C 電 容 兩 端 的 電 壓 變 化泄 露 電 流若 C=0.2pf， u=1V， I=0.1nA t=2ms動(dòng) 態(tài) MOS元 件 每 隔

27、2m s必 須 刷 新 一 次 ！ ！ 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 刷 新 方 法 按 行 刷 新 。 每 次 由 刷 新 地 址 計(jì) 數(shù) 器 給 出 刷 新 的行 地 址 ， 每 刷 新 一 行 ， 刷 新 地 址 計(jì) 數(shù) 器 加 1。 刷 新 方 式 集 中 式 刷 新 分 散 式 刷 新 異 步 式 刷 新 透 明 式 刷 新 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳v 按 照 存 儲(chǔ) 器 芯 片 容 量 的 大 小 對 所 有 存儲(chǔ) 電 路 進(jìn) 行 刷 新 。 在 刷 新 時(shí) 間 內(nèi) ， 存 儲(chǔ) 器 停 止 讀 /寫 操

28、 作（ 不 允 許 CPU訪 問 ） 。v CPU的 “ 死 區(qū) ” 存 儲(chǔ) 器 刷 新 時(shí) 間 。v 優(yōu) 點(diǎn) 系 統(tǒng) 的 存 取 周 期 不 受 刷 新 工 作 的 影 響 ， 讀 寫 操 作 和 刷新 工 作 在 最 大 刷 新 周 期 內(nèi) 分 開 進(jìn) 行 ， 控 制 簡 單 。v 缺 點(diǎn) 在 “ 死 區(qū) ” 內(nèi) CPU必 須 停 止 訪 存 操 作 ， CPU利 用 率 低 。 集 中 式 刷 新 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 以 4116芯 片 為 例 ， 其 存 儲(chǔ) 矩 陣 為 128 128（ 128行 ） ，每 個(gè) 存 儲(chǔ) 單 元 電 路 都

29、 刷 新 一 次 需 128個(gè) 周 期 ， 故 在 刷新 最 大 周 期 內(nèi) 留 出 128個(gè) 周 期 專 用 于 刷 新 。刷 新 最 大 周 期 =2ms， 存 儲(chǔ) 器 的 存 取 周 期 為 500ns，則 刷 新 時(shí) 間 =128*500ns=64000ns=64s， 專 用 于 刷 新 ，其 余 1936 s為 讀 寫 時(shí) 間 。 刷 新64 s存 儲(chǔ) 器 讀 寫 操 作1936s2ms 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳v將 系 統(tǒng) 的 存 取 周 期 變 成 2倍 的 存 取 周 期 第 一 個(gè) 存 取 周 期 為 正 常 的 第 二 個(gè) 存 取

30、周 期 為 ， 每 次 刷 新 一 行 。v優(yōu) 點(diǎn) 沒 有 “ 死 區(qū) ” ， 每 一 系 統(tǒng) 周 期 都 可 進(jìn) 行 讀 /寫 操 作 。v缺 點(diǎn) 沒 有 充 分 利 用 所 允 許 的 最 大 刷 新 間 隔 (2ms)， 且 刷 新 過于 頻 繁 ， 降 低 了 系 統(tǒng) 的 速 度 。 分 散 式 刷 新 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 以 4116芯 片 為 例 ， 其 存 儲(chǔ) 矩 陣 為 128 128（ 128行 ） ，每 個(gè) 存 儲(chǔ) 單 元 電 路 都 刷 新 一 次 需 128個(gè) 周 期 ， 故 將 128個(gè) 刷 新 周 期 分 散 到 12

31、8個(gè) 存 取 周 期 中 。存 取 周 期 為 500ns， 刷 新 時(shí) 間 為 500ns加 入 刷 新 周 期 的 存 取 周 期 =500ns*2=1000ns =1s128 s刷 新500ns讀 寫500ns1s 刷 新500ns讀 寫500ns 刷 新500ns讀 寫500ns 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 v前 兩 種 刷 新 方 式 的 折 中 ， 刷 新 一 行 。異 步 式 刷 新2ms內(nèi) 刷 新 128行 一 行 刷 新 周 期 =2ms/128=15.6s存 取 周 期 =500ns， 15.6s/500ns =31， 15.5s刷

32、新 一 行 。 前 15s即 30個(gè) 存 取 周 期 用 于 讀 /寫 操 作 ， 后 0.5s用 于 刷 新 。以 4116芯 片 為 例 ， 其 存 儲(chǔ) 矩 陣 為 128 128（ 128行 ） ， 每 個(gè) 存儲(chǔ) 單 元 電 路 都 刷 新 一 次 需 128個(gè) 周 期 。2ms刷 新0.5s讀 寫15s15.5s 刷 新0.5s讀 寫15s 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 透 明 式 刷 新v 利 用 主 存 的 空 閑 時(shí) 間 進(jìn) 行 刷 新 。 這 是 一 種 理想 的 刷 新 方 式 ， 但 由 于 控 制 復(fù) 雜 ， 所 以 目 前應(yīng) 用 不

33、 多 。v 目 前 應(yīng) 用 較 多 的 是 。 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 靜 態(tài) RAM和 動(dòng) 態(tài) RAM的 位 片 式 結(jié) 構(gòu)v 靜 態(tài) RAM的 位 片 式 ，雖 然 存 儲(chǔ) 矩 陣 有 行 列 地址 ， 但 行 列 地 址 是 一 起傳 送 的 ， 芯 片 實(shí) 現(xiàn) 時(shí) 沒有 RAS和 CAS引 腳v 芯 片 的 地 址 引 腳 和 理 論地 址 位 數(shù) 相 同 v 動(dòng) 態(tài) RAM的 位 片 式 ，存 儲(chǔ) 矩 陣 有 行 列 地 址 ，而 且 行 列 地 址 分 時(shí) 傳 送 ，有 RAS和 CAS引 腳v 芯 片 的 地 址 引 腳 =理 論地 址

34、 位 數(shù) /2 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 4） 標(biāo) 準(zhǔn) 模 式 下 動(dòng) 態(tài) RAM典 型 時(shí) 序行 地 址 列 地 址 數(shù) 據(jù)地 址RASCAS數(shù) 據(jù) 數(shù) 據(jù)WE行 地 址 有 效 信 號 先 于 列 地 址 有 效 信 號讀 時(shí) ： 行 讀 列 數(shù) 據(jù) 行 撤 消 列 撤 消 讀 撤 消 (數(shù) 據(jù) 撤 消 )寫 時(shí) ： 行 寫 數(shù) 據(jù) 列 數(shù) 據(jù) 撤 消 寫 撤 消 (列 撤 消 )行 撤 消 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳v 快 速 頁 式 DRAM（ FPM DRAM） 當(dāng) 連 續(xù) 訪 問 同 一 行 的 所

35、有 列 時(shí) ， 可 并使 RAS有 效 ， 然 后 即 可 訪 問 不 同 的 存 儲(chǔ)單 元 ， 從 而 減 少 了 送 行 地 址 的 時(shí) 間 ， 提 高 了 存 儲(chǔ) 器 的訪 問 速 度 。v 擴(kuò) 展 數(shù) 據(jù) 輸 出 DRAM（ EDO DRAM） 在 存 儲(chǔ) 器 輸 出 端 ， 從 而 使一 個(gè) 讀 寫 周 期 結(jié) 束 之 前 即 可 啟 動(dòng) 下 一 個(gè) 讀 寫 周 期 的 操作 ， 從 而 使 速 度 提 高 1/3左 右 。 5） 幾 種 常 用 的 DRAM芯 片 技 術(shù) 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 v 同 步 DRAM（ SDRAM） DR

36、AM與 CPU ， 以 相 同 的 節(jié) 奏 同 步工 作 。 每 個(gè) 時(shí) 鐘 ， 使 CPU不 需 等 待了 ， 速 度 比 EDO提 高 了 50%。v DDR SDRAM（ 雙 數(shù) 據(jù) 率 SDRAM） 是 在 SDRAM基 礎(chǔ) 上 發(fā) 展 而 來 ， 仍 然 沿 用 SDRAM生 產(chǎn)體 系 。 DDR內(nèi) 存 可 以 在 一 個(gè) 時(shí) 鐘 周 期 內(nèi) ， 在。v DDR2/3 DDR2/3也 采 用 了 在 時(shí) 鐘 的 上 升 沿 和 下 降 沿 同 時(shí) 進(jìn) 行 數(shù)據(jù) 傳 輸 的 基 本 方 式 ， 但 。 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 靜 態(tài) RAM和

37、 動(dòng) 態(tài) RAM的 對 比存 儲(chǔ)原 理 集 成度 芯 片引 腳 是 否刷 新 作 用 芯 片結(jié) 構(gòu) 功耗 容 量 速 度 價(jià) 格靜 態(tài)RAM 觸 發(fā) 器 低 多 否 高 速緩 存 字 片 式位 片 式 大 小 快816倍 高816倍動(dòng) 態(tài)RAM 電 容 高 少 是 主 存 位 片 式 小 大48倍 慢 低有 部 分 用于 刷 新 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳v 只 讀 存 儲(chǔ) 器 的 用 途1） 存 放 固 定 程 序 ， 如 操 作 系 統(tǒng) 的 核 心 部 分 。2） 作 控 制 存 儲(chǔ) 器 ， 存 放 微 程 序 。3） 用 作 函 數(shù) 發(fā) 生 器 。

38、4） 存 放 固 定 數(shù) 據(jù) ， 如 漢 字 庫 ， 字 符 發(fā) 生 器 。v 只 讀 存 儲(chǔ) 器 的 主 要 類 型1） 固 定 掩 膜 ROM2） PROM3） EPROM4） EEPROM(E2PROM)5） Flash ROM（ 閃 爍 存 儲(chǔ) 器 ） 3. 半 導(dǎo) 體 只 讀 存 儲(chǔ) 器 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 掩 膜 ROMv 每 個(gè) 存 儲(chǔ) 單 元 由 單 管 構(gòu) 成v 用 是 否 將 MOS管 接 入 電 路 表 示 信 息在 行 列 交 叉 處 接 入 MOS管 的 位 為 1未 接 入 MOS管 的 位 為 0v 制 作 時(shí) 即

39、存 入 所 需 信 息 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳VCC行 線 列線鎳 鉻 熔 絲 熔 絲 斷 為 “ 0”為 “ 1”熔 絲 未 斷 PROM (一 次 性 編 程 ) 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 EPROM (多 次 編 程 ) v 可 以 根 據(jù) 需 要 寫 入 或 擦 去 原 信 息 ， 再 寫 入 新 信 息 。v 頂 部 的 石 英 窗 口 透 過 紫 外 線 擦 除 原 有 信 息v 未 編 程 前 每 個(gè) 存 儲(chǔ) 單 元 的 信 息 都 是 1， 編 程 就 是 使用 專 門 的 編 程 器 （ 燒

40、 寫 器 ） 將 某 些 單 元 寫 入 0 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 EEPROMv 無 需 專 門 的 編 程 器 ， 用 加 電 方 法 直 接 在 電 路 中 擦 除v 有 字 節(jié) 擦 寫 、 塊 擦 寫 和 整 片 擦 寫 方 法v 擦 除 電 壓 略 高 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 FLASH ROMv 屬 于 EEPROM， 性 能 優(yōu) 于 普 通 EEPROM， 可 以 用較 快 的 速 度 和 較 低 的 電 壓 對 信 息 反 復(fù) 擦 寫 。v BIOS用 Flash ROM存 放 ， 因 此

41、 現(xiàn) 在 稱 BIOS為 Flash BIOS。 4. 半 導(dǎo) 體 存 儲(chǔ) 器 的 組 成v由 于 一 塊 存 儲(chǔ) 器 芯 片 的 容 量 總 是 有 限 的 ， 因 此 一 個(gè)存 儲(chǔ) 器 總 是 由 一 定 數(shù) 量 的 存 儲(chǔ) 器 芯 片 構(gòu) 成 。v要 組 成 一 個(gè) 主 存 儲(chǔ) 器 ， 需 要 考 慮 的 問 題 ： 芯 片 選 擇 速 度 、 容 量 、 電 壓 、 功 耗 、 成 本 等 芯 片 數(shù) 量 芯 片 連 接 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 芯 片 數(shù) 量v芯 片 容 量 M1*N1， 要 求 主 存 容 量 M2*N2v芯 片 數(shù) 量

42、=M2*N2/M1*N1例 ： 用 64K*1的 芯 片 組 成 256K*8的 芯 片所 需 芯 片 總 數(shù) =256K*8/64K*1=32 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 芯 片 連 接v 組 成 主 存 的 芯 片 之 間 的 連 接 （ 芯 片 擴(kuò) 展 ）v 主 存 和 CPU的 連 接 （ 涉 及 信 號 線 ）v 主 存 讀 寫 過 程傳 輸 位 擴(kuò) 展 （ M*N1M*N2）v芯 片 的 容 量 滿 足 要 求 ， 但 存 儲(chǔ) 位 數(shù) 不 夠所 有 芯 片 應(yīng) 同 時(shí) 工 作 同 時(shí) 被 選 中 同 時(shí) 進(jìn) 行 讀 寫 讀 寫 相 同 的 地

43、 址 單 元 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 位 擴(kuò) 展 的 連 接v各 存 儲(chǔ) 芯 片 的 片 選 線 并 聯(lián) ， 接 至 CPU 或v各 存 儲(chǔ) 芯 片 的 讀 寫 線 并 聯(lián) ， 接 至 CPU的v各 存 儲(chǔ) 芯 片 的 片 內(nèi) 地 址 線 并 聯(lián) ， 接 至 CPUv各 存 儲(chǔ) 芯 片 的 ， 接 至 CPU的 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳1） 2114容 量 1K*4， 存 儲(chǔ) 器 要 求 容 量 1K*8 所 需 芯 片 數(shù) 量 =1K*8/1K*4=22） 2片 2114的 片 選 線 CS并 聯(lián) 接 CP

44、U的MREQ 2片 2114的 讀 寫 線 WE并 聯(lián) 接 CPU的 R/W 2片 2114的 地 址 線 A0A9并 聯(lián) 接 CPU的A0A9 1片 2114的 數(shù) 據(jù) 線 D0D3接 CPU的 D0D3，另 1片 接 D4D7 例 ： 用 靜 態(tài) RAM 2114構(gòu) 成 1K*8的 存 儲(chǔ) 器 ， 畫 出 芯 片 連 接 圖 。（ CPU訪 問 存 儲(chǔ) 器 請 求 信 號 為 MREQ， 讀 寫 控 制 信 號 為 R/W，數(shù) 據(jù) 線 和 地 址 線 從 低 位 開 始 分 配 ） 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 位 擴(kuò) 展 示 意 圖 （ 1K*41K

45、*8）A0A9 MREQD 7D4D3D0 R/W D0D3CSA0A9 WE2114D0D3CSA0A9 WE2114 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 字 擴(kuò) 展 （ M1*NM2*N）v 芯 片 的 存 儲(chǔ) 位 數(shù) 滿 足 要 求 ， 但 容 量 不 夠所 有 芯 片 不 能 同 時(shí) 工 作 不 能 同 時(shí) 被 選 中 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 字 擴(kuò) 展 的 連 接 方 式v 各 存 儲(chǔ) 芯 片 的 片 選 線 接 譯 碼 器 不 同 輸 出 ，接 至 CPU ， 可 以 作 為v 各 存 儲(chǔ) 芯 片 的 片

46、內(nèi) 地 址 線 并 聯(lián) ， 接 至 CPUv 各 存 儲(chǔ) 芯 片 的 讀 寫 線 并 聯(lián) ， 接 至 CPU的v 各 存 儲(chǔ) 芯 片 的 數(shù) 據(jù) 線 并 聯(lián) ， 接 至 CPU的 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳1） 芯 片 容 量 =16K*8， 存 儲(chǔ) 器 要 求 容 量 64K*8 所 需 芯 片 數(shù) 量 =64K*8/16K*8=42） 4片 芯 片 的 讀 寫 線 WE并 聯(lián) 接 CPU的 R/W 4片 芯 片 的 數(shù) 據(jù) 線 D0D7并 聯(lián) 接 CPU的 D0D7 存 儲(chǔ) 器 總 地 址 線 =16， 片 內(nèi) 地 址 線 =14， 2根 地 址 線

47、 譯 碼 4片 芯 片 的 片 內(nèi) 地 址 線 A0A13并 聯(lián) 接 CPU的 A0A13 A14A15作 為 譯 碼 輸 入 ， 4個(gè) 輸 出 分 別 接 4片 芯 片 的 片 選端 CS， 譯 碼 器 的 低 電 平 控 制 端 接 CPU的 MREQ 例 ： 用 16K*8的 靜 態(tài) RAM的 芯 片 構(gòu) 成 64K*8的 存 儲(chǔ) 器 ， 畫 出芯 片 連 接 圖 。 （ CPU訪 問 存 儲(chǔ) 器 請 求 信 號 為 MREQ， 讀 寫 控制 信 號 為 R/W， 數(shù) 據(jù) 線 和 地 址 線 從 低 位 開 始 分 配 ， 芯 片 的 片選 和 讀 寫 控 制 信 號 同 2114） 南

48、 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 字 擴(kuò) 展 示 意 圖 （ 16K*864K*8）A0A13 MREQD 7D0 R/W D0D7CSA0A13 WE D0D7CSA0A13 WE D0D7CSA0A13 WE D0D7CSA0A13 WE 1 2 3 4譯碼器A14A15 Y1 Y0Y2Y3 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 v 對 存 儲(chǔ) 器 從 0開 始 進(jìn) 行 連 續(xù) 編 址v 片 內(nèi) 地 址 14位 ， 即 說 明 每 個(gè) 芯 片 內(nèi) 部 地 址 偏 移 量 從0000H3FFFHA15A14 A13A12A2A1A

49、0 地 址 范 圍 芯 片 00 00 0000 0000 0000 00 11 1111 1111 1111 0000H 3FFFH 第 一 片 01 00 0000 0000 0000 01 11 1111 1111 1111 4000H 7FFFH 第 二 片 10 00 0000 0000 0000 10 11 1111 1111 1111 8000H BFFFH 第 三 片 11 00 0000 0000 0000 11 11 1111 1111 1111 C000H FFFFH 第 四 片 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 字 和 位 同 時(shí) 擴(kuò)

50、展 （ M1*N1M2*N2）v 芯 片 的 存 儲(chǔ) 位 數(shù) 和 容 量 均 不 滿 足 存 儲(chǔ) 器 的 要 求v 字 和 位 同 時(shí) 擴(kuò) 展 的 連 接 方 式所 有 芯 片 的 片 內(nèi) 地 址 線 并 聯(lián) 、 讀 /寫 控 制 線 并 聯(lián) ，連 接 到 CPU 和 。 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 同 一 地 址 區(qū) 域 內(nèi) （ 位 擴(kuò) 展 ） 的 芯 片 ， 片 選 信 號 并 聯(lián) ，接 譯 碼 器 的 同 一 輸 出 端 ； 不 同 地 址 區(qū) 域 內(nèi) （ 字 擴(kuò) 展 ）的 芯 片 ， 片 選 信 號 分 別 接 到 譯 碼 器 的 不 同 輸 出

51、 端 。 同 一 地 址 區(qū) 域 內(nèi) （ 位 擴(kuò) 展 ） 的 芯 片 ， 數(shù) 據(jù) 線 單 獨(dú) 列出 ， 接 數(shù) 據(jù) 總 線 的 對 應(yīng) 位 ； 不 同 地 址 區(qū) 域 內(nèi) （ 字 擴(kuò)展 ） 的 芯 片 ， 數(shù) 據(jù) 線 并 接 ， 接 數(shù) 據(jù) 總 線 。 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 例 ： 用 2114芯 片 組 成 2K 8位 存 儲(chǔ) 器1） 2114容 量 1K*4， 存 儲(chǔ) 器 要 求 容 量 2K*8 所 需 芯 片 數(shù) 量 =2K*8/1K*4=42） 4片 芯 片 分 成 2組 ， 每 組 內(nèi) 2片 位 擴(kuò) 展 ， 2組 間 字 擴(kuò) 展2組 組

52、 內(nèi) 2片 2114的 讀 寫 線 WE并 聯(lián) 接 CPU的 R/W、 片 選 線 CS并 聯(lián) 接*、 片 內(nèi) 10根 地 址 線 并 聯(lián) 接 CPU的 A0A9、 1片 2114的 4位 輸 出 接 CPU的D0D3， 另 1片 接 D4D72組 組 間 數(shù) 據(jù) 線 、 讀 寫 線 、 片 內(nèi) 地 址 線 ： 位 擴(kuò) 展 時(shí) 已 經(jīng) 接 好 存 儲(chǔ) 器 總 地 址 線 =11， 片 內(nèi) 地 址 線 =10， 1根 地 址 線 譯 碼 （ 2個(gè) 與 非 門 ）A 10分 2路 ， 一 路 接 與 非 門 輸 入 ， 另 一 路 經(jīng) 非 門 后 接 另 一 個(gè) 與 非 門 輸 入 ，MREQ作

53、為 2個(gè) 與 非 門 的 第 二 個(gè) 輸 入 ， 2個(gè) 與 非 門 的 輸 出 分 別 接 2組 的 片選 線 CS 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳D0D3CSA0A9 WE D0D3CSA0A9 WED0D3CSA0A9 WE D0D3CSA0A9 WE A0A9D7D4D3D0 R/W 寫 “ 0”， 則 寫 周 期 中 間 電 流 方 向 不 變 。數(shù) 據(jù) 序 列 1 1 1 10 0 0 01MFM 位 周 期T 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 數(shù) 據(jù) 序 列 1 1 1 10 0 0 01RZ制 位 周 期TNR

54、Z制NRZ-1制PMFMMFM結(jié) 論 ： 寫 入 線 圈 上 的 電 流 取 決 于 磁 記 錄 方 式 和 所 要記 錄 的 信 息 。 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳活 動(dòng) 頭 固 定 盤 組活 動(dòng) 頭 可 卸 盤 組固 定 頭 固 定 盤 組固 定 頭 可 卸 盤 組按 磁 頭 與 盤 組 分 一 個(gè) 磁 頭 運(yùn) 動(dòng) 尋 道 ， 結(jié) 構(gòu) 簡 單 ， 成本 低 。 環(huán) 境 要 求 不 高 。 4. 磁 盤 存 儲(chǔ) 器軟 盤 ： 載 體 是 塑 料 ， 對 環(huán) 境 要 求 低 ， 價(jià) 格 低硬 盤 ： 載 體 是 金 屬 ， 容 量 大 ， 速 度 快按

55、盤 片 材 料 分 非 接 觸 式 ： 多 為 硬 盤 ， 讀 寫 速 度 快接 觸 式 ： 多 為 軟 盤 ， 讀 寫 速 度 慢按 磁 頭 與 盤 片接 觸 分 磁 頭 固 定 ， 每 磁 道 一 個(gè) 磁 頭 ， 環(huán) 境要 求 高 ， 沒 有 磁 頭 運(yùn) 動(dòng) ， 速 度 快 。 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳旋 轉(zhuǎn) 的 盤 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 2） 磁 盤 存 儲(chǔ) 器 的 組 成 及 邏 輯 結(jié) 構(gòu)主機(jī) 盤片磁盤控制器 磁盤驅(qū)動(dòng)器用 于 控 制 磁 頭與 盤 片 的 運(yùn) 動(dòng)及 讀 寫 。接 收 主 機(jī) 發(fā)

56、出 的 命 令 和 數(shù)據(jù) ， 轉(zhuǎn) 換 成 驅(qū) 動(dòng) 器 的 控 制命 令 和 要 求 的 數(shù) 據(jù) 格 式 存 儲(chǔ)信 息的 介質(zhì) 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 磁 盤 控 制 器v 主 機(jī) 總 線 插 槽 中 的 一 塊 印 刷 電 路 板 。v 磁 盤 控 制 器 上 的 接 口 系 統(tǒng) 級 接 口 與 主 機(jī) 的 接 口 ， 控 制 外 存 與 主 機(jī) 總 線之 間 交 換 數(shù) 據(jù) 。 設(shè) 備 級 接 口 與 設(shè) 備 的 接 口 ， 根 據(jù) 主 機(jī) 命 令 控 制 設(shè)備 的 操 作 。v 一 個(gè) 控 制 器 可 以 控 制 一 臺(tái) 或 多 臺(tái) 驅(qū) 動(dòng) 器

57、南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 磁 盤 驅(qū) 動(dòng) 器旋 轉(zhuǎn)軸 驅(qū)動(dòng) 部件 磁 頭 定 位 部 件等 數(shù) 據(jù) 轉(zhuǎn) 換 系 統(tǒng) 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 v 旋 轉(zhuǎn) 軸 驅(qū) 動(dòng) 部 件 包 括 主 軸 電 機(jī) 和 有 關(guān) 控 制 電 路 ， 其 作 用 是 安 裝 盤 片 ，并 驅(qū) 動(dòng) 它 們 以 額 定 轉(zhuǎn) 速 穩(wěn) 定 旋 轉(zhuǎn) 。v 磁 頭 定 位 部 件 由 驅(qū) 動(dòng) 部 件 、 傳 動(dòng) 部 件 、 運(yùn) 載 部 件 （ 小 車 ） 組 成 。 驅(qū)動(dòng) 磁 頭 沿 盤 面 徑 向 位 置 運(yùn) 動(dòng) 尋 找 目 標(biāo) 磁 道 的

58、位 置 。v 數(shù) 據(jù) 轉(zhuǎn) 換 系 統(tǒng) 包 括 磁 頭 、 磁 頭 選 擇 電 路 、 讀 寫 電 路 以 及 索 引 、 區(qū) 標(biāo)電 路 等 。 其 作 用 是 控 制 數(shù) 據(jù) 的 寫 入 和 讀 出 。 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 磁 盤 信 息 記 錄 格 式 及 其 讀 寫移 動(dòng) 方 向磁 頭 架 旋 轉(zhuǎn) 軸 盤 片磁 頭 活 動(dòng) 頭 磁 盤 結(jié) 構(gòu) 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 盤 片 結(jié) 構(gòu) 旋 轉(zhuǎn) 軸1號 磁 頭8號 磁 頭 0磁 道n磁 道扇 區(qū) 扇 段 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī)

59、 系 陳 琳 琳 柱 面 （ 圓 柱 面 ） n個(gè) 盤 面 上 位 于 同 一 半 徑的 磁 道 形 成 的 圓 柱 面 。 磁 盤 組 的 圓 柱 面 數(shù) 等 于盤 面 的 磁 道 數(shù) 。 在 讀 /寫 過 程 中 ， 各 個(gè) 盤面 的 磁 頭 總 是 處 于 同 一個(gè) 圓 柱 面 上 。 存 取 信 息時(shí) 可 按 圓 柱 面 順 序 地 進(jìn)行 操 作 。 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 活 動(dòng) 頭 磁 盤 組 磁 盤 地 址某 盤 片 組 有 8個(gè) 記 錄 面 ， 每 個(gè) 盤 面 256條 磁 道 ， 8個(gè) 扇 區(qū)若 主 機(jī) 要 訪 問 第 5個(gè) 記 錄

60、 面 ， 第 65條 磁 道 ， 第 7個(gè) 扇 區(qū) 的 信 息則 主 機(jī) 應(yīng) 向 磁 盤 控 制 器 提 供 的 地 址 信 息 為 ：圓 柱 面 號 盤 面 號 扇 區(qū) 號0100000l 101 111 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 扇 段 的 記 錄 格 式v 每 個(gè) 扇 段 記 錄 ， 讀 /寫 操 作 以 扇 段 為 單 位一 位 一 位 進(jìn) 行 。 每 個(gè) 扇 段 記 錄 一 個(gè) 記 錄 塊 。v 一 個(gè) 扇 段 的 記 錄 格 式本 扇 區(qū) 的 地 址 ， 并 可 作 為 磁 盤控 制 器 的 同 步 定 時(shí) 信 號 一 般 采 用 循 環(huán)

61、校 驗(yàn) 碼 地 址 定 位 緩 沖 ， 便 于 磁盤 控 制 器 作 好 讀 寫 準(zhǔn) 備 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 磁 盤 存 儲(chǔ) 器 的 主 要 技 術(shù) 指 標(biāo)v 存 儲(chǔ) 容 量 C 能 記 錄 的 ， 一 般 以 字節(jié) 為 單 位 。 格 式 化 容 量 按 照 特 定 記 錄 格 式 所 存 儲(chǔ) 的 可 使 用 的信 息 總 量 。 非 格 式 化 容 量 記 錄 面 可 以 利 用 的 磁 化 單 元 總 數(shù) 。若 磁 盤 組 有 n個(gè) 盤 面 ， 每 面 T條 磁 道 ， 每 條 磁 道 S個(gè) 扇 段 ， 每段 B個(gè) 字 節(jié) ， 則 格 式

62、化 存 儲(chǔ) 容 量 C = n T S B 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 v 平 均 尋 址 時(shí) 間 （ 平 均 存 取 時(shí) 間 ）平 均 尋 址 時(shí) 間 =平 均 磁 道 定 位 時(shí) 間 +平 均 旋 轉(zhuǎn) 等 待 時(shí) 間由 磁 頭 定 位 部 件所 需 的 時(shí) 間 。取 決 于 磁 頭 的 與間 的 距 離 。平 均 磁 道 定 位 時(shí) 間 為 和定 位 時(shí) 間 的 。 旋 轉(zhuǎn) 驅(qū) 動(dòng) 部 件的 時(shí) 間 ，也 稱 旋 轉(zhuǎn) 延 遲 。旋 轉(zhuǎn) 等 待 時(shí) 間 的平 均 值 為的 時(shí) 間 。 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳

63、v 存 儲(chǔ) 密 度v 位 密 度 線 密 度 沿 磁 道 方 向 單 位 長 度 所 能 存 儲(chǔ) 的 。 單 位 是位 /英 寸 (bpi)。v 道 密 度 沿 磁 盤 徑 向 單 位 長 度 所 包 含 的 ， 單 位 是 道 /英 寸(tpi)或 道 /毫 米 (tpm)。v 面 密 度 位 密 度 與 道 密 度 的 乘 積 。 單 位 為 位 /平 方 英 寸 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 v 數(shù) 據(jù) 傳 輸 率 Dr 單 位 時(shí) 間 內(nèi) 所 能 傳 送 的 數(shù) 據(jù) 量 。 單 位 為 字 節(jié) /秒 (B/s) 。 設(shè) 磁 盤 旋 轉(zhuǎn) 速 度 為

64、n轉(zhuǎn) /秒 ， 每 條 磁 道 容 量 為 N個(gè) 字 節(jié) ，則 Dr n N (B/秒 )。 設(shè) D為 位 密 度 ， v為 磁 盤 旋 轉(zhuǎn) 的 線 速 度 ， 則Dr D v (B/秒 ) v 誤 碼 率 出 錯(cuò) 信 息 和 讀 出 總 信 息 位 數(shù) 之 比 。v 價(jià) 格 通 常 采 用 位 價(jià) 格 來 比 較 各 種 存 儲(chǔ) 器 。 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 5. 廉 價(jià) /獨(dú) 立 冗 余 磁 盤 陣 列 （ RAID）v 把 多 塊 獨(dú) 立 的 硬 盤 （ 物 理 硬 盤 ） 按 不 同 的 方 式 組 合起 來 形 成 一 個(gè) 硬 盤 組 （

65、 邏 輯 硬 盤 ） 。v 最 大 的 優(yōu) 點(diǎn) 在 于 提 高 傳 輸 速 率 和 容 錯(cuò) 功 能 。v 組 成 磁 盤 陣 列 的 不 同 方 式 稱 為 RAID級 別 （ RAID Levels） 。 v 數(shù) 據(jù) 分 成 數(shù) 據(jù) 塊 保 存 在 N個(gè) 不 同 驅(qū) 動(dòng) 器 上 ， 所 以數(shù) 據(jù) 吞 吐 率 大 大 提 高 ， 驅(qū) 動(dòng) 器 的 負(fù) 載 也 比 較 平 衡 。容 量 是 單 個(gè) 硬 盤 的 N倍 。v 任 一 塊 硬 盤 故 障 ， 整 個(gè) 系 統(tǒng) 都 被 破 壞 ， 可 靠 性 是一 塊 硬 盤 的 1/N。 信 息 無 冗 余 ， 也 無 校 驗(yàn) 。RAID0（ 無 冗 余

66、 ） 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 RAID1（ 磁 盤 鏡 像 ）v 運(yùn) 用 磁 盤 映 射 ， 把 磁 盤 陣 列 中 的 硬 盤 分 成 相 同 的兩 組 ， 互 為 鏡 像 。v 當(dāng) 任 一 磁 盤 出 現(xiàn) 故 障 時(shí) ， 可 以 利 用 其 鏡 像 上 的 數(shù)據(jù) 恢 復(fù) ， 從 而 提 高 系 統(tǒng) 的 容 錯(cuò) 能 力 。v 實(shí) 際 容 量 為 兩 塊 硬 盤 容 量 之 和 的 一 半 ， 冗 余 度50%， 存 儲(chǔ) 成 本 較 為 昂 貴 。 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 RAID3（ 位 交 錯(cuò) 奇 偶 校 驗(yàn) ）專設(shè)校驗(yàn)盤 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 RAID5（ 塊 級 分 布 奇 偶 校 驗(yàn) ）用 特 殊 的 算 法計(jì) 算 出 任 一 帶區(qū) 校 驗(yàn) 塊 的 存放 位 置 南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 系 陳 琳 琳 6. 光 盤 存 儲(chǔ) 器v 利 用 光 學(xué) 方 式 讀 寫 信 息 的 圓 盤v 光 盤 的 優(yōu) 點(diǎn) 記 錄 密 度