數(shù)字電路chapnewPPT課件

1、目錄 主存儲(chǔ)器 只讀存儲(chǔ)器 其他存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器的層次化體系與管理 虛擬存儲(chǔ)器的概念 第1頁(yè)/共82頁(yè) 存儲(chǔ)器是用來(lái)存儲(chǔ)二值數(shù)字信息的大規(guī)模集成電存儲(chǔ)器是用來(lái)存儲(chǔ)二值數(shù)字信息的大規(guī)模集成電路，是進(jìn)一步完善數(shù)字系統(tǒng)功能的重要部件。它實(shí)路，是進(jìn)一步完善數(shù)字系統(tǒng)功能的重要部件。它實(shí)際上是將大量寄存器按一定規(guī)律結(jié)合起來(lái)的整體，際上是將大量寄存器按一定規(guī)律結(jié)合起來(lái)的整體，可以被比喻為一個(gè)由許多房間組成的大旅館。每個(gè)可以被比喻為一個(gè)由許多房間組成的大旅館。每個(gè)房間有一個(gè)號(hào)碼房間有一個(gè)號(hào)碼 （地址碼（地址碼 ），每個(gè)房間內(nèi)有一定內(nèi)），每個(gè)房間內(nèi)有一定內(nèi)容（一個(gè)二進(jìn)制數(shù)碼，又稱(chēng)為一個(gè)容（一個(gè)二進(jìn)制數(shù)碼，又稱(chēng)為一

2、個(gè)“字字” ）。）。第2頁(yè)/共82頁(yè)存儲(chǔ)器類(lèi)別 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 隨機(jī)操作存儲(chǔ)器（RAM） SRAM DRAM 只讀存儲(chǔ)器（ROM） 固定ROM 可編程ROM：PROM，EPROM，EEPROM，F(xiàn)lash-ROM 其它存儲(chǔ)器 磁表面存儲(chǔ)器 光學(xué)存儲(chǔ)器按存儲(chǔ)器件分類(lèi)按存儲(chǔ)器件分類(lèi)第3頁(yè)/共82頁(yè)存儲(chǔ)器類(lèi)別 主存儲(chǔ)器n半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 輔助存儲(chǔ)器n磁表面存儲(chǔ)器n光學(xué)存儲(chǔ)器按用途分類(lèi)按用途分類(lèi)第4頁(yè)/共82頁(yè)計(jì)算機(jī)對(duì)存儲(chǔ)器的要求 容量大 速度高 成本低主要計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器：內(nèi)存、硬盤(pán)、軟盤(pán)、光盤(pán)、U盤(pán)等第5頁(yè)/共82頁(yè)內(nèi)存第6頁(yè)/共82頁(yè)硬盤(pán)第7頁(yè)/共82頁(yè)磁盤(pán)與光盤(pán)第8頁(yè)/共82頁(yè)移動(dòng)存儲(chǔ)第9頁(yè)/共82頁(yè)5

3、.1 主存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器的基本結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器的基本結(jié)構(gòu)線性譯碼器線性譯碼器基本靜態(tài)存儲(chǔ)單元基本靜態(tài)存儲(chǔ)單元雙向譯碼方式與相應(yīng)的靜態(tài)雙向譯碼方式與相應(yīng)的靜態(tài)RAM基本存儲(chǔ)單元基本存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)器的容量擴(kuò)展存儲(chǔ)器的容量擴(kuò)展靜態(tài)靜態(tài)RAM的概念及其讀寫(xiě)過(guò)程的概念及其讀寫(xiě)過(guò)程動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)RAM的基本存儲(chǔ)單元的基本存儲(chǔ)單元第10頁(yè)/共82頁(yè)主存儲(chǔ)器的基本結(jié)構(gòu) 字與字長(zhǎng)（Word） 存儲(chǔ)矩陣（Matrix） 存儲(chǔ)地址（Address） 讀寫(xiě)操作（Access） 位與字節(jié)（Bit/Byte）地址譯碼器地址譯碼器存儲(chǔ)矩陣存儲(chǔ)矩陣讀讀/ /寫(xiě)寫(xiě)控制控制讀讀/寫(xiě)放大器寫(xiě)放大器A0An-1W0W2n-1B0B1Bm-1存儲(chǔ)器的基

4、本結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器的基本結(jié)構(gòu)第11頁(yè)/共82頁(yè)MAR和MDR隨機(jī)存取存儲(chǔ)器隨機(jī)存取存儲(chǔ)器2n個(gè)個(gè)字字每字每字m位位存儲(chǔ)器地址寄存器存儲(chǔ)器地址寄存器存儲(chǔ)器緩沖寄存器存儲(chǔ)器緩沖寄存器n位位m位位第12頁(yè)/共82頁(yè)線性譯碼器一維存儲(chǔ)矩陣靜態(tài)一維存儲(chǔ)矩陣靜態(tài)RAM第13頁(yè)/共82頁(yè)第14頁(yè)/共82頁(yè)基本靜態(tài)存儲(chǔ)單元S：選擇信號(hào)選擇信號(hào)W：寫(xiě)控制信號(hào)寫(xiě)控制信號(hào)I：輸入信號(hào)輸入信號(hào)O：輸出信號(hào)輸出信號(hào)第15頁(yè)/共82頁(yè)單向（一維）譯碼方式和雙向（二維）譯碼方式例例 2561位位 第16頁(yè)/共82頁(yè)二維存儲(chǔ)矩陣RAM及其靜態(tài)基本存儲(chǔ)單元第17頁(yè)/共82頁(yè)二維矩陣存儲(chǔ)矩陣示意圖第18頁(yè)/共82頁(yè)存儲(chǔ)器的容量及其擴(kuò)展

5、 存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量 n位地址、m位字長(zhǎng)： 存儲(chǔ)器的容量擴(kuò)展 字?jǐn)U展 位擴(kuò)展 字位擴(kuò)展m2n第19頁(yè)/共82頁(yè)字?jǐn)U展各片各片RAM對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)線聯(lián)接在一起；對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)線聯(lián)接在一起；低位地址線也并聯(lián)接起來(lái)，而高位的地址線，首先通過(guò)譯碼低位地址線也并聯(lián)接起來(lái)，而高位的地址線，首先通過(guò)譯碼器譯碼，然后將其輸出按高低位接至各片的片選控制端。器譯碼，然后將其輸出按高低位接至各片的片選控制端。第20頁(yè)/共82頁(yè)位擴(kuò)展把所有的地址線，把所有的地址線，R/W,CS連接在一起，數(shù)據(jù)線并列使用連接在一起，數(shù)據(jù)線并列使用,每一片的每一片的I/O端作為整個(gè)存儲(chǔ)器的一位。端作為整個(gè)存儲(chǔ)器的一位。第21頁(yè)/共82頁(yè)例例1：存

6、儲(chǔ)容量為：存儲(chǔ)容量為5124， 8K8和和256K1的的SRAM各有多少各有多少根地址線和數(shù)據(jù)線？根地址線和數(shù)據(jù)線？例例2：要擴(kuò)展為：要擴(kuò)展為8K8的的RAM，需要幾片，需要幾片5124的的RAM？例例3：2114是是1K4的的SRAM1）要用多少片）要用多少片2114芯片組成芯片組成4K8的的SRAM？2） 4K8的的SRAM需要多少地址線？需要多少地址線？3）擴(kuò)展是否還需要其它芯片？）擴(kuò)展是否還需要其它芯片？第22頁(yè)/共82頁(yè)A1 D1A0 D0R/W CS上圖為上圖為42集成存儲(chǔ)單元集成存儲(chǔ)單元,試將其擴(kuò)展為試將其擴(kuò)展為84的存儲(chǔ)器。的存儲(chǔ)器。此處是此處是D1和和D0，不是，不是Di和和

7、Do現(xiàn)在的存儲(chǔ)器的輸入現(xiàn)在的存儲(chǔ)器的輸入端和輸出端是公共的，即所謂端和輸出端是公共的，即所謂I/O端。端。第23頁(yè)/共82頁(yè)A1 D1A0 D0R/W CSA1 D1A0 D0R/W CSA1 A0R/WCSD3 D2 D1 D0方法：先進(jìn)行位擴(kuò)展，構(gòu)成方法：先進(jìn)行位擴(kuò)展，構(gòu)成 44再進(jìn)行字?jǐn)U展，構(gòu)成再進(jìn)行字?jǐn)U展，構(gòu)成84 （或相反）（或相反）位擴(kuò)展位擴(kuò)展地址、控制端并聯(lián)，地址、控制端并聯(lián)， 輸出端分別輸出輸出端分別輸出第24頁(yè)/共82頁(yè)A1 D1A0 D0R/W CSA1 D1A0 D0R/W CSA1 A0R/WCSD3 D2 D1 D0字?jǐn)U展字?jǐn)U展地址、地址、R/W端并聯(lián)，端并聯(lián)， 輸出

8、端分別并聯(lián)輸出端分別并聯(lián) 用高位地址控制片選端用高位地址控制片選端第25頁(yè)/共82頁(yè)A1 D1A0 D0R/W CSA1 D1A0 D0R/W CSA1 A0R/WCSD3 D2 D1 D0A1 D1A0 D0R/W CSA1 D1A0 D0R/W CSA2 1第26頁(yè)/共82頁(yè)先字?jǐn)U展（4282），再位擴(kuò)展A1 D1A0 D0R/W CSA1 D1A0 D0R/W CSA1A0R/WD1 D0 1A2兩片電路，如片兩片電路，如片選（地址）相同，選（地址）相同，輸出分開(kāi)輸出分開(kāi)位位擴(kuò)展擴(kuò)展片選（地址）不片選（地址）不同，輸出并聯(lián)同，輸出并聯(lián)字?jǐn)U展字?jǐn)U展第27頁(yè)/共82頁(yè)A1 D1A0 D0R/

9、W CSA1 D1A0 D0R/W CSA1A0R/WD1 D0 1A2A1 D1A0 D0R/W CSA1 D1A0 D0R/W CSD1 D0 1D3D2第28頁(yè)/共82頁(yè)錯(cuò)誤情況：錯(cuò)誤情況：將將84做成了做成了162第29頁(yè)/共82頁(yè)A1 D1A0 D0R/W CSA1 D1A0 D0R/W CSA1 D1A0 D0R/W CSA1 D1A0 D0R/W CSD1D0BIN/FOUR1 00 1 2EN 3A3A2&ME42162只作了字?jǐn)U只作了字?jǐn)U展展, ,未做位未做位擴(kuò)展擴(kuò)展第30頁(yè)/共82頁(yè)A1 D1A0 D0R/W CSA1 D1A0 D0R/W CSA1 D1A0 D0

10、R/W CSA1 D1A0 D0R/W CSD3D2D1D0BIN/FOUR1 00 1 2EN 3A3A2&ME42841 1位地址碼變成位地址碼變成了了2 2位地址碼位地址碼A3A2=01時(shí)選中左時(shí)選中左邊邊,A3A2=10時(shí)選中時(shí)選中右邊右邊,然則然則A3A2=00或或11時(shí)，二片皆不時(shí)，二片皆不工作工作,電路無(wú)輸出電路無(wú)輸出.第31頁(yè)/共82頁(yè)A1 D1A0 D0R/W CSA1 D1A0 D0R/W CSD3D2D1D0 1A3A3=0時(shí)時(shí)D1D0有輸出有輸出D3D2無(wú)輸出無(wú)輸出,而而A3=1時(shí)時(shí)D1D0無(wú)輸出無(wú)輸出D3D2有輸出，輸出并非有輸出，輸出并非4位，且不相同位，且

11、不相同第32頁(yè)/共82頁(yè)A1 D1A0 D0R/W CSA1 D1A0 D0R/W CSA1 D1A0 D0R/W CSA1 D1A0 D0R/W CSD3D2D1D0BIN/FOUR1 00 1 2EN 3A3A2&ME4284與前面一樣的錯(cuò)誤與前面一樣的錯(cuò)誤每一組用每一組用2只存儲(chǔ)只存儲(chǔ)器只相當(dāng)于一只存器只相當(dāng)于一只存儲(chǔ)器儲(chǔ)器第33頁(yè)/共82頁(yè)A1 D1A0 D0R/W CSA1 D1A0 D0R/W CSA1 D1A0 D0R/W CSA1 D1A0 D0R/W CSD3D2D1D0BIN/FOUR1 00 1 2EN 3A3A2&ME42第34頁(yè)/共82頁(yè)16k字節(jié)字節(jié)

12、 64k字節(jié)字節(jié)字?jǐn)U展字?jǐn)U展第35頁(yè)/共82頁(yè)8k18k8位擴(kuò)展位擴(kuò)展第36頁(yè)/共82頁(yè)靜態(tài)隨機(jī)操作存儲(chǔ)器（SRAM） 以R-S觸發(fā)器為核心 在保證電源和沒(méi)有新內(nèi)容寫(xiě)入操作時(shí)，狀態(tài)能永久保持 優(yōu)點(diǎn)：速度快、操作簡(jiǎn)單 缺點(diǎn)：功耗大、集成度低、成本高一維矩陣的靜態(tài)基本存儲(chǔ)單元一維矩陣的靜態(tài)基本存儲(chǔ)單元第37頁(yè)/共82頁(yè)SRAM讀周期工作波形時(shí)序第38頁(yè)/共82頁(yè)SRAM寫(xiě)周期工作波形時(shí)序第39頁(yè)/共82頁(yè)SRAM的特點(diǎn)(1) 非破壞性的讀出非破壞性的讀出(2) 速度較快速度較快: 與與CPU一樣都是用門(mén)或觸發(fā)器等邏輯器件構(gòu)成一樣都是用門(mén)或觸發(fā)器等邏輯器件構(gòu)成的的,其延遲時(shí)間與其延遲時(shí)間與CPU在同

13、一數(shù)量級(jí)在同一數(shù)量級(jí)(3) 功耗大功耗大: 構(gòu)成它的觸發(fā)器中的構(gòu)成它的觸發(fā)器中的MOS管任何情況下總有一管任何情況下總有一個(gè)是導(dǎo)通的個(gè)是導(dǎo)通的,那么電源和地之間總有電流流過(guò)那么電源和地之間總有電流流過(guò),因此功耗大因此功耗大,妨妨礙了集成度提高礙了集成度提高(4) 所用管子數(shù)目多所用管子數(shù)目多: 制作時(shí)占用硅片面積較大制作時(shí)占用硅片面積較大,影響集成影響集成,且且成本高成本高第40頁(yè)/共82頁(yè)動(dòng)態(tài)隨機(jī)操作存儲(chǔ)器（DRAM） 以電容為儲(chǔ)能核心 MOS晶體管負(fù)責(zé)電容充放電回路的通斷 存儲(chǔ)信號(hào)有漏電問(wèn)題，需要定時(shí)刷新（Refreshing） 信號(hào)讀出有破壞性，需要補(bǔ)充再生（Regeneration）D

14、RAM與與SRAM的主要區(qū)別是的主要區(qū)別是DRAM的存儲(chǔ)元不能長(zhǎng)期保持信息（盡管電的存儲(chǔ)元不能長(zhǎng)期保持信息（盡管電源不變）源不變）單管存儲(chǔ)單元單管存儲(chǔ)單元第41頁(yè)/共82頁(yè)DRAM工作波形時(shí)序第42頁(yè)/共82頁(yè)DRAM工作邏輯圖第43頁(yè)/共82頁(yè)SRAM和DRAM比較 DRAM之所以稱(chēng)之為動(dòng)態(tài)，是因?yàn)镈RAM在儲(chǔ)存數(shù)據(jù)時(shí)，利用的是MOS管的柵極電容存儲(chǔ)電荷的原理，實(shí)際操作時(shí)，一直在重復(fù)著充放電的過(guò)程，因此會(huì)產(chǎn)生時(shí)間的延遲 SRAM一般采用6個(gè)MOS管來(lái)儲(chǔ)存1個(gè)位元，不需要反復(fù)充電，所以速度會(huì)比較快，因此稱(chēng)之為靜態(tài)，即表示只要電源不斷，SRAM的數(shù)據(jù)就不會(huì)丟失第44頁(yè)/共82頁(yè)SRAM和DRAM

15、的比較種類(lèi)種類(lèi)用途用途存取速存取速度度成本成本 基本元件基本元件 揮發(fā)性揮發(fā)性充電充電耗電量耗電量 集成度集成度SRAMCache較較快快高高觸發(fā)器觸發(fā)器否否不需要不需要高高低低DRAM主存主存較較慢慢低低電容電容是是需要需要低低高高第45頁(yè)/共82頁(yè)只讀存儲(chǔ)只讀存儲(chǔ)器器ROM固定固定ROM可編程可編程ROMEPROM （erasable PROM（紫外線擦除）（紫外線擦除）E2PROM（electrically EPROM）反熔絲反熔絲只讀存儲(chǔ)器是存放固定程序信息的器件，它的信息是在制造時(shí)只讀存儲(chǔ)器是存放固定程序信息的器件，它的信息是在制造時(shí)或用專(zhuān)門(mén)的寫(xiě)入裝置寫(xiě)入的。這種器件在正常工作時(shí)只能

16、讀出或用專(zhuān)門(mén)的寫(xiě)入裝置寫(xiě)入的。這種器件在正常工作時(shí)只能讀出而不能寫(xiě)入信息，即使切斷電源，器件中的信息也不會(huì)消失。而不能寫(xiě)入信息，即使切斷電源，器件中的信息也不會(huì)消失。只讀存儲(chǔ)器（只讀存儲(chǔ)器（ROM）第46頁(yè)/共82頁(yè)地址譯碼器地址譯碼器存儲(chǔ)矩陣存儲(chǔ)矩陣讀出讀出控制控制讀出放大器讀出放大器A0An-1W0W2n-1B0B1Bm-1只讀存儲(chǔ)器在正常工作狀態(tài)下只能從中讀取數(shù)據(jù)，不能快只讀存儲(chǔ)器在正常工作狀態(tài)下只能從中讀取數(shù)據(jù)，不能快速地修改或重新寫(xiě)入數(shù)據(jù)。速地修改或重新寫(xiě)入數(shù)據(jù)。優(yōu)點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，斷電后數(shù)據(jù)不會(huì)丟失優(yōu)點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，斷電后數(shù)據(jù)不會(huì)丟失缺點(diǎn)：只適用于那些存儲(chǔ)固定數(shù)據(jù)的場(chǎng)合缺點(diǎn)：只適

17、用于那些存儲(chǔ)固定數(shù)據(jù)的場(chǎng)合ROM基本結(jié)基本結(jié)構(gòu)構(gòu)l非易失性非易失性l過(guò)去只能讀出、過(guò)去只能讀出、不能寫(xiě)入不能寫(xiě)入l現(xiàn)在寫(xiě)入機(jī)制不現(xiàn)在寫(xiě)入機(jī)制不斷完善斷完善l分兩大類(lèi)分兩大類(lèi)l固定固定ROMl可編程可編程ROM第47頁(yè)/共82頁(yè)固定ROM字線字線位線位線掩模工藝掩模工藝一次性制造一次性制造成本低成本低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)高設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)高12345 678第48頁(yè)/共82頁(yè)輸出輸出電路電路存儲(chǔ)存儲(chǔ)矩陣矩陣字線字線位線位線A1A0A1A0A1A0A1A0A1A0D3D2D1D0譯譯碼碼器器K: 輸出輸出控制端控制端W3W0W2W1第49頁(yè)/共82頁(yè)000101111100110011001001地地 址址A1A0D

18、3D2D1D0內(nèi)內(nèi) 容容A1A0A1A0A1A0A1A0A1A0D3D2D1D00譯譯碼碼器器K: 輸出輸出控制端控制端 給出任意一個(gè)地址碼，給出任意一個(gè)地址碼，譯碼器與之對(duì)應(yīng)的字線譯碼器與之對(duì)應(yīng)的字線變?yōu)楦唠娖?，進(jìn)而從位變?yōu)楦唠娖?，進(jìn)而從位線上便可輸出四位數(shù)字線上便可輸出四位數(shù)字量。量。字線字線位線位線圖中存儲(chǔ)器的內(nèi)容圖中存儲(chǔ)器的內(nèi)容如左表如左表第50頁(yè)/共82頁(yè)掩膜掩膜ROM 又稱(chēng)固定又稱(chēng)固定ROM，生產(chǎn)廠利用掩膜技術(shù)把信息寫(xiě)入存儲(chǔ)器中。按使用的器，生產(chǎn)廠利用掩膜技術(shù)把信息寫(xiě)入存儲(chǔ)器中。按使用的器件可分為二極管件可分為二極管ROM、雙極型三極管、雙極型三極管ROM和和MOS管管ROM三種類(lèi)

19、型。在這里三種類(lèi)型。在這里主要介紹二極管掩膜主要介紹二極管掩膜ROM。（1）ROM電路的結(jié)構(gòu)電路的結(jié)構(gòu) 存儲(chǔ)矩陣存儲(chǔ)矩陣存儲(chǔ)單元可以用二極管、雙極存儲(chǔ)單元可以用二極管、雙極型三極管或型三極管或MOS管構(gòu)成。管構(gòu)成。 地址譯碼器地址譯碼器 輸出緩沖器輸出緩沖器 輸出緩沖器的作用有兩個(gè)，一是能提高輸出緩沖器的作用有兩個(gè)，一是能提高存儲(chǔ)器的帶負(fù)載能力，二是實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出狀存儲(chǔ)器的帶負(fù)載能力，二是實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出狀態(tài)的三態(tài)控制，以便與系統(tǒng)的總線連接。態(tài)的三態(tài)控制，以便與系統(tǒng)的總線連接。第51頁(yè)/共82頁(yè)A1 A0D3 D2 D1 D00 0 0 1 0 10 1 1 0 1 11 0 0 1 0 01 1 1

20、1 1 0A1 A0W0 W1 W2 W30 0 1 0 0 00 10 1 0 01 00 0 1 01 10 0 0 1010100011011第52頁(yè)/共82頁(yè)可編程只讀存儲(chǔ)器（PROM） 一次編程ROM EPROM EEPROM即E2PROM Flash ROM第53頁(yè)/共82頁(yè)一次編程ROM（PROM）（1）熔絲工藝）熔絲工藝（2）反熔絲工藝）反熔絲工藝 有一種可編程序的有一種可編程序的 ROM ，在出廠時(shí)全部存，在出廠時(shí)全部存儲(chǔ)儲(chǔ) “1”，用戶(hù)可根據(jù)需，用戶(hù)可根據(jù)需要將某些單元改寫(xiě)為要將某些單元改寫(xiě)為 “0”,然而只能改寫(xiě)一次，然而只能改寫(xiě)一次，稱(chēng)其為稱(chēng)其為 PROM。 若將熔絲燒

21、斷，若將熔絲燒斷，該單元?jiǎng)t變成該單元?jiǎng)t變成“0”。顯然，一。顯然，一旦燒斷后不能再旦燒斷后不能再恢復(fù)?；謴?fù)。第54頁(yè)/共82頁(yè)EPROM工藝FAMOS(Floating-gate Avalanche-injection MOS) EPROM的另外一種廣泛使用的存儲(chǔ)器。的另外一種廣泛使用的存儲(chǔ)器。EPROM可以根據(jù)用戶(hù)要求寫(xiě)入可以根據(jù)用戶(hù)要求寫(xiě)入信息，從而長(zhǎng)期使用。當(dāng)不需要原有信息時(shí)，也可以擦除后重寫(xiě)。若要信息，從而長(zhǎng)期使用。當(dāng)不需要原有信息時(shí)，也可以擦除后重寫(xiě)。若要擦去所寫(xiě)入的內(nèi)容，可用擦去所寫(xiě)入的內(nèi)容，可用EPROM擦除器產(chǎn)生的強(qiáng)紫外線，對(duì)擦除器產(chǎn)生的強(qiáng)紫外線，對(duì)EPROM照照射射20分鐘左

22、右，使全部存儲(chǔ)單元恢復(fù)分鐘左右，使全部存儲(chǔ)單元恢復(fù)“1”，以便用戶(hù)重新編寫(xiě)。，以便用戶(hù)重新編寫(xiě)。第55頁(yè)/共82頁(yè)4. E2PROM E2PROM是近年來(lái)被廣泛重視的一種只讀存儲(chǔ)器，它稱(chēng)為電擦除可編是近年來(lái)被廣泛重視的一種只讀存儲(chǔ)器，它稱(chēng)為電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器，又可寫(xiě)為程只讀存儲(chǔ)器，又可寫(xiě)為EEPROM。其主要特點(diǎn)是能在應(yīng)用系統(tǒng)中進(jìn)。其主要特點(diǎn)是能在應(yīng)用系統(tǒng)中進(jìn)行在線改寫(xiě)，并能在斷電的情況下保存數(shù)據(jù)而不需保護(hù)電源。特別是行在線改寫(xiě)，并能在斷電的情況下保存數(shù)據(jù)而不需保護(hù)電源。特別是最近的最近的+5V電擦除電擦除E2PROM，通常不需單獨(dú)的擦除操作，可在寫(xiě)入過(guò)，通常不需單獨(dú)的擦除操作，可在寫(xiě)入過(guò)

23、程中自動(dòng)擦除，使用非常方便。程中自動(dòng)擦除，使用非常方便。第56頁(yè)/共82頁(yè)ROM的應(yīng)用舉例的應(yīng)用舉例1. 用于存儲(chǔ)固定的專(zhuān)用程序用于存儲(chǔ)固定的專(zhuān)用程序2. 利用利用ROM可實(shí)現(xiàn)查表或碼制變換等功能可實(shí)現(xiàn)查表或碼制變換等功能 查表查表功能功能 查某個(gè)角度的三角函數(shù)查某個(gè)角度的三角函數(shù) 把變量值（角度）作為地址碼，其對(duì)應(yīng)的函數(shù)值把變量值（角度）作為地址碼，其對(duì)應(yīng)的函數(shù)值作為存放在該地址內(nèi)的數(shù)據(jù)，這稱(chēng)為作為存放在該地址內(nèi)的數(shù)據(jù)，這稱(chēng)為 “造表造表”。使。使用時(shí)，根據(jù)輸入的地址用時(shí)，根據(jù)輸入的地址(角度角度)，就可在輸出端得到所，就可在輸出端得到所需的函數(shù)值，這就稱(chēng)為需的函數(shù)值，這就稱(chēng)為“查表查表”。

24、 碼制變換碼制變換 把欲變換的編碼作為地址，把最終的把欲變換的編碼作為地址，把最終的目的編碼作為相應(yīng)存儲(chǔ)單元中的內(nèi)容即可。目的編碼作為相應(yīng)存儲(chǔ)單元中的內(nèi)容即可。第57頁(yè)/共82頁(yè)3.實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)例例 :試用試用ROM實(shí)現(xiàn)下列各函數(shù)：實(shí)現(xiàn)下列各函數(shù)：ABCCBACBACBAY1CABCY2ABCDDCABDCBADBCACDBADCBAY3BCDACDABDABCY4第58頁(yè)/共82頁(yè)RAM和ROM之比較種類(lèi)種類(lèi)RAMROM讀取數(shù)據(jù)讀取數(shù)據(jù) 可可可可寫(xiě)入數(shù)據(jù)寫(xiě)入數(shù)據(jù) 可可傳統(tǒng)的通過(guò)掩模工藝生產(chǎn)的傳統(tǒng)的通過(guò)掩模工藝生產(chǎn)的ROM只能一次性制造，只能一次性制造，EPROM、EEPOM、Fl

25、ash-ROM等可等可編程編程的的ROM可可透透過(guò)特殊方式重新寫(xiě)入數(shù)據(jù)過(guò)特殊方式重新寫(xiě)入數(shù)據(jù)記憶資料記憶資料隨外部電源關(guān)閉而消失隨外部電源關(guān)閉而消失（易失性）（易失性）不隨外部電源關(guān)閉而消失不隨外部電源關(guān)閉而消失（非易失性）（非易失性）功能功能儲(chǔ)存計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)用到儲(chǔ)存計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)用到的一般的數(shù)據(jù)和資料的一般的數(shù)據(jù)和資料儲(chǔ)存固定不變的數(shù)據(jù)和程序，儲(chǔ)存固定不變的數(shù)據(jù)和程序，如開(kāi)機(jī)程序如開(kāi)機(jī)程序第59頁(yè)/共82頁(yè)l計(jì)算機(jī)的外存儲(chǔ)器又稱(chēng)磁表面存儲(chǔ)設(shè)備。所謂磁計(jì)算機(jī)的外存儲(chǔ)器又稱(chēng)磁表面存儲(chǔ)設(shè)備。所謂磁表面存儲(chǔ)，是用某些磁性材料薄薄地涂在金屬鋁表面存儲(chǔ)，是用某些磁性材料薄薄地涂在金屬鋁或塑料表面作載磁體來(lái)

26、存儲(chǔ)信息。磁盤(pán)存儲(chǔ)器、或塑料表面作載磁體來(lái)存儲(chǔ)信息。磁盤(pán)存儲(chǔ)器、磁帶存儲(chǔ)器均屬于磁表面存儲(chǔ)器。磁帶存儲(chǔ)器均屬于磁表面存儲(chǔ)器。l磁表面存儲(chǔ)器由于存儲(chǔ)容量大，位成本低，在計(jì)磁表面存儲(chǔ)器由于存儲(chǔ)容量大，位成本低，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中作為輔助大容量存儲(chǔ)器使用，用以存算機(jī)系統(tǒng)中作為輔助大容量存儲(chǔ)器使用，用以存放系統(tǒng)軟件、大型文件、數(shù)據(jù)庫(kù)等大量程序與數(shù)放系統(tǒng)軟件、大型文件、數(shù)據(jù)庫(kù)等大量程序與數(shù)據(jù)信息據(jù)信息EPROM。磁表面存儲(chǔ)器磁表面存儲(chǔ)器 第60頁(yè)/共82頁(yè)l優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：l存儲(chǔ)容量大，位價(jià)格低；存儲(chǔ)容量大，位價(jià)格低；l記錄介質(zhì)可以重復(fù)使用；記錄介質(zhì)可以重復(fù)使用；l記錄信息可以長(zhǎng)期保存而不丟失，甚至可以脫記錄信

27、息可以長(zhǎng)期保存而不丟失，甚至可以脫機(jī)存檔；機(jī)存檔；l非破壞性讀出，讀出時(shí)不需要再生信息非破壞性讀出，讀出時(shí)不需要再生信息 。l缺點(diǎn)：存取速度較慢，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)缺點(diǎn)：存取速度較慢，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)工作環(huán)境要求較高工作環(huán)境要求較高。第61頁(yè)/共82頁(yè)磁表面存儲(chǔ)器第62頁(yè)/共82頁(yè)磁表面存儲(chǔ)器寫(xiě)電流寫(xiě)電流 磁環(huán)磁化磁環(huán)磁化 磁環(huán)缺口處形成漏磁場(chǎng)磁環(huán)缺口處形成漏磁場(chǎng) 磁層小區(qū)域磁化磁層小區(qū)域磁化 撤去寫(xiě)電流，剩磁仍存在撤去寫(xiě)電流，剩磁仍存在 寫(xiě)入信寫(xiě)入信息息第63頁(yè)/共82頁(yè)磁層在磁頭下高速運(yùn)動(dòng)磁層在磁頭下高速運(yùn)動(dòng)磁通不斷變化磁通不斷變化讀線圈感應(yīng)電勢(shì)讀線圈感應(yīng)電勢(shì)放大整形處理放大整形處理磁化元的

28、磁力線通過(guò)磁頭形成閉合磁通回路磁化元的磁力線通過(guò)磁頭形成閉合磁通回路 讀出信讀出信息息磁頭與磁表磁頭與磁表面存儲(chǔ)器磁面存儲(chǔ)器磁層之間的相層之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)對(duì)運(yùn)動(dòng)第64頁(yè)/共82頁(yè)非歸零碼的讀出波形（a） 歸零碼歸零碼（b） 歸偏碼歸偏碼（c） 非歸零碼非歸零碼第65頁(yè)/共82頁(yè)非歸零碼的讀出技術(shù)第66頁(yè)/共82頁(yè)歸零碼與歸偏碼的讀出波形第67頁(yè)/共82頁(yè)磁表面存儲(chǔ)器的特點(diǎn)磁表面存儲(chǔ)器的特點(diǎn)（1）非破壞性讀出）非破壞性讀出（2）非易失性存儲(chǔ)、可重復(fù)使用）非易失性存儲(chǔ)、可重復(fù)使用（3）記錄密度高，容量大，價(jià)格）記錄密度高，容量大，價(jià)格/位低位低（4） 存取速度慢，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜存取速度慢，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜

29、 第68頁(yè)/共82頁(yè)光學(xué)存儲(chǔ)原理與光學(xué)存儲(chǔ)器 激光穿孔代替機(jī)械穿孔 存儲(chǔ)密度高、信息保存時(shí)間長(zhǎng) 成本不斷下降 可寫(xiě)/可擦除光盤(pán)（CD-R/CD-RW）已推廣第69頁(yè)/共82頁(yè) 1. 類(lèi)型：類(lèi)型： a. 只讀光盤(pán)存儲(chǔ)器只讀光盤(pán)存儲(chǔ)器,如，如，CD-ROM b. 只寫(xiě)一次型光盤(pán)存儲(chǔ)器，如，只寫(xiě)一次型光盤(pán)存儲(chǔ)器，如，CD-R c. 可擦除型光盤(pán)存儲(chǔ)器，如，可擦除型光盤(pán)存儲(chǔ)器，如，MO、PC 2 . 存儲(chǔ)原理存儲(chǔ)原理 利用激光束在記錄表面上存儲(chǔ)信息利用激光束在記錄表面上存儲(chǔ)信息:將激光束聚焦成將激光束聚焦成1m左右的左右的微小光點(diǎn)，使能量高度集中，在記錄介質(zhì)上產(chǎn)生物理或化學(xué)變微小光點(diǎn)，使能量高度集中，

30、在記錄介質(zhì)上產(chǎn)生物理或化學(xué)變化而存儲(chǔ)信息。讀出時(shí)，激光束在介質(zhì)上掃描，根據(jù)反射光的化而存儲(chǔ)信息。讀出時(shí)，激光束在介質(zhì)上掃描，根據(jù)反射光的變化判斷記錄的數(shù)據(jù)。變化判斷記錄的數(shù)據(jù)。第70頁(yè)/共82頁(yè)寫(xiě)入方式寫(xiě)入方式:(1) 形變形變 ：只讀型和只寫(xiě)一次寫(xiě)入情況。：只讀型和只寫(xiě)一次寫(xiě)入情況。 (2) 相變（相變（PC）：）： 可擦除型可擦除型 (3) 磁光（磁光（MO）存儲(chǔ)：可擦除型）存儲(chǔ)：可擦除型 存儲(chǔ)介質(zhì)為吸光能力很強(qiáng)、熔點(diǎn)較低的金屬薄膜。激光照射存儲(chǔ)介質(zhì)為吸光能力很強(qiáng)、熔點(diǎn)較低的金屬薄膜。激光照射能形成凹坑。能形成凹坑。有些光存儲(chǔ)介質(zhì)在激光照射下，晶體結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化。從晶態(tài)有些光存儲(chǔ)介質(zhì)在激光

31、照射下，晶體結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化。從晶態(tài)變?yōu)榉蔷B(tài)。變?yōu)榉蔷B(tài)。擦除時(shí)，用較長(zhǎng)時(shí)間、光度稍弱些的光脈沖使它恢復(fù)原狀。擦除時(shí)，用較長(zhǎng)時(shí)間、光度稍弱些的光脈沖使它恢復(fù)原狀。存儲(chǔ)介質(zhì)是易于垂直磁化的磁性薄膜。利用激光照射降低介存儲(chǔ)介質(zhì)是易于垂直磁化的磁性薄膜。利用激光照射降低介質(zhì)的嬌頑力。在弱磁場(chǎng)下，使磁化翻轉(zhuǎn)。質(zhì)的嬌頑力。在弱磁場(chǎng)下，使磁化翻轉(zhuǎn)。擦除時(shí)，外加與寫(xiě)入相反的磁場(chǎng)，使它恢復(fù)原狀。擦除時(shí)，外加與寫(xiě)入相反的磁場(chǎng)，使它恢復(fù)原狀。第71頁(yè)/共82頁(yè)存儲(chǔ)器的層次化體系解決存儲(chǔ)器速度與成本之間的矛盾解決存儲(chǔ)器速度與成本之間的矛盾光盤(pán)光盤(pán)機(jī)外機(jī)外機(jī)內(nèi)機(jī)內(nèi)磁帶磁帶輔存（磁表面存儲(chǔ)器）輔存（磁表面存儲(chǔ)器）主存（半導(dǎo)體存儲(chǔ)器）主存（半導(dǎo)體存儲(chǔ)器）超高速緩存超高速緩存SRAMCPUDRAM第72頁(yè)/共82頁(yè)超高速緩存與主存之間的數(shù)據(jù)交換超高速緩存與主存之間的數(shù)據(jù)交換輔存輔存主存主存CacheCPUCacheCache能高速向能高速向CPU提供指令和數(shù)據(jù)，加快程序的執(zhí)行速度提供指令和數(shù)據(jù)，加快程序的執(zhí)行速度l超高速緩存數(shù)據(jù)調(diào)回主存原則超高速緩存數(shù)據(jù)調(diào)回主存原則l先進(jìn)先出原則（先進(jìn)先出原則（FIFO）l最少使用者先出（最少使用者先出（Least Recently Used）第73頁(yè)/共82頁(yè)命中率與平均訪問(wèn)時(shí)間Cache的命中率的命中率H