【笔记】微机原理及接口技术2 -- 存储器与IO接口技术

存储器

存储器分类

按照材料分类：半导体存储器、磁性存储器、光盘存储器

只读存储器（readonlymemory, ROM）：存储的内容固定不变，即只能读出不能写入
随机存取存储器（randomaccessmemory, RAM）：既能读出又能写入的存储器称为随机存取存储器

按作用分类

• 主存储器：在主机内部，用来存放当前正在运行的程序和数据
• 辅助存储器：计算机外部设备
• 高速缓冲存储器 cache：很贵、高速、容量小

存储器常用性能指标

1. 吞吐量(throughput):单位时间内处理的数据量,常用 MB/s 或 IOPS(每秒 IO 操作数)表示。
2. 带宽(bandwidth):存储器能支持的最大数据传输速率,使用 bps(比特/秒)计量。
3. 延迟(latency):数据访问的时间间隔,主要指读取或写入的数据要花多长时间。单位通常为毫秒(ms)。低延迟意味着性能更高。
4. I/O Operations Per Second(IOPS):单位时间内执行的输入/输出(读/写)操作次数。
5. 随机读写比例(random read/write ratio):存储器是否支持随机读写,随机读写性能如何。
6. 可用容量(available capacity):存储器中实际可用的容量,需考虑格式化后、RAID 的副本数据等因素。
7. 容量扩展性(scalability):存储器能够扩充到多大的容量。
8. 磁盘存活时间(MTBF):平均故障间隔时间,衡量存储器的可靠性。

半导体存储器

上图展示半导体存储器的体系结构

地址译码器：接收 CPU 发出的地址信号，然后产生地址译码信号，以便选中存储矩阵中的某个存储单元

存储矩阵：能够存储二进制信息的基本存储单元的集合

数据输入/输出控制电路：多为三态双向缓冲器结构，以便使系统中各存储器芯片的数据输入/输出端能方便地挂接到系统数据总线上

随机存取存储器 RAM

较大容量的存储器中，往往把各个字的同一位组织在一个片中；同一位的这些字通常排成矩阵的形式，如 32× 32=1024 或 64×64=4096。然后，由 X 选择线（行线）和 Y 选择线（列线）的重叠来选择所需要的单元

存储容量较小，也可以把 RAM 芯片的单元阵列直接排成所需要位数的形式

存储器的内部数据通过 I/O 电路以及输入和输出的三态门与数据总线相连

RAM 与 CPU 的连接，主要有以下三个部分

1. 地址线连接
2. 数据线链接
3. 控制线链接

动态随机存储器 DRAM

行地址选通信号(Row Address Strobe,RAS)和列地址选通信号(Column Address Strobe,CAS) 对应的作用：

• RAS 信号控制行地址的写入,用来选择 DRAM 中的行。
• CAS 信号控制列地址的写入,用来选择 DRAM 中的列。
• 在行地址写入期间,列地址保持不变;在列地址写入期间,行地址保持不变。
• RAS 和 CAS 信号的时序关系严格,确定了 DRAM 的速度和性能。
• 一般情况下,必须先拉低 RAS 信号再拉低 CAS 信号。

据此，可以分析得到 DRAM 操作分为以下几个步骤:

1. 向行地址线输入一行地址,拉低 RAS 信号进入行地址写入模式。
2. 等待指定时序后,向列地址线输入一列地址,拉低 CAS 信号进入列地址写入模式。
3. 等待指定时序后,根据读/写控制信号决定进行读操作还是写操作。
4. 操作完成后,将 RAS 和 CAS 信号置高,退出当前操作模式。
<