《chapter内存储器》课件

《内存储器》课件简介本课件将深入探讨计算机系统中至关重要的组成部分-内存储器我们将学习内存储器的基本概念、工作原理以及不同类型的存储器，例如RAM和ROMdh bydhse hsfdw内存储器的定义和特点定义特点内存储器是计算机系统中用于存内存储器具有速度快、容量小、储数据和指令的部件，直接与中价格贵、易失性等特点内存储央处理器（CPU）交互，速度器是计算机系统中必不可少的组快，容量较小成部分，用于存放操作系统、应用程序、数据等作用内存储器主要用于存放正在执行的程序、数据和操作系统的部分内容，为CPU提供直接访问的存储空间，是计算机系统运行的核心部件内存储器的分类按存储介质分类按存取方式分类主要分为半导体存储器和磁存储主要分为随机存取存储器器半导体存储器以速度快、体（RAM）和只读存储器积小、功耗低著称，是现代计算（ROM）RAM支持随机存取，机的主要内存类型磁存储器则数据可读可写，但断电后数据丢以存储容量大、成本低为特点，失ROM则存储固定的数据，只主要用于外存能读取，断电后数据不会丢失按工作原理分类主要分为静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）SRAM使用触发器存储数据，速度快、功耗低，但成本高，存储容量较小DRAM使用电容存储数据，速度相对较慢，但成本低，存储容量大的特点及分类RAM特点分类RAM是计算机系统中最重要的组成部分之一RAM主要分为两类静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）它能够快速存储和访问数据SRAM使用晶体管来存储数据，速度快，功耗高RAM中的数据在断电后会丢失DRAM使用电容来存储数据，速度慢，功耗低RAM可以根据需要进行扩展的原理和结构DRAMDRAM是一种动态随机存取存储器，它利用电容来存储数据电容1存储数据晶体管2控制电容地址解码器3选择存储单元数据缓冲器4读写数据DRAM的工作原理是利用电容存储数据每一个存储单元由一个电容和一个晶体管组成晶体管用来控制电容的充放电，从而实现数据的写入和读取DRAM通过地址解码器选择特定的存储单元，并通过数据缓冲器进行读写操作的原理和结构SRAMSRAM结构1SRAM采用晶体管构成存储单元，每个存储单元由六个晶体管和一个电容组成读写过程2读操作通过将数据写入SRAM存储单元进行，写操作通过从SRAM存储单元中检索数据进行特点3SRAM具有高速度、低延迟、高成本的特点，适用于需要高速数据访问的应用的特点及分类ROM只读存储器数据不可修改ROM分类ROM存储器是一种非易失性存储器，其内ROM芯片的内容在出厂后就已固定，无法ROM存储器主要分为以下几种PROM、容在断电后仍然可以保留进行修改EPROM、EEPROM和闪存的原理和编程PROM定义可编程只读存储器PROM是一种非易失性存储器，在出厂时其内容为空，用户可以通过一次性编程过程写入数据编程方式使用专用编程设备，通过高压脉冲将数据写入PROM中的存储单元原理PROM使用熔丝或二极管作为存储单元编程时，将熔丝熔断或二极管击穿，从而改变单元的状态特点•一次性编程•非易失性•高可靠性的原理和特点EPROM可擦除可编程只读存储器1通过紫外线照射擦除数据一次性编程2写入数据后无法再次写入数据保存时间长3数据可保存10年以上EPROM是一种可擦除可编程只读存储器通过紫外线照射擦除数据，并使用专用设备编程写入数据，一次性编程后无法再次写入数据保存时间长，可保存10年以上的原理和特点EEPROM可擦写可编程只读存储器1EEPROM是一种可擦写可编程的只读存储器，可以使用电信号进行擦除和写入，并保持数据即使断电也能保字节可擦除存2与EPROM相比，EEPROM可以对单个字节进行擦除和写入，更灵活方便低功耗3EEPROM的功耗较低，适合在一些需要长时间保存数据的场合使用耐久性强4EEPROM具有较高的耐久性，可以承受多次擦写操作，但擦写次数有限，每个字节有写入次数限制广泛应用5EEPROM在各种电子设备中得到广泛应用，例如生物芯片、嵌入式系统、手机等闪存的原理和特点非易失性1即使断电，数据仍然保存高密度2存储容量更大快速访问3数据读取和写入速度更快耐用性4可承受多次读写操作闪存是基于浮栅晶体管技术的非易失性存储器，与其他存储器相比，具有高密度、快速访问、耐用性等特点内存储器的容量和速度指标内存储器的容量和速度是衡量其性能的重要指标容量是指内存能够存储的数据量，通常以字节Byte为单位速度是指内存访问数据的快慢，通常以纳秒ns为单位内存储器容量扩展的方法内存条增加内存条数量，即可增加总容量内存条有不同容量和类型，需选择与主板兼容的型号主板主板上的内存插槽数量有限，需要选择支持更多内存插槽的主板内存模块现在主流的内存模块以DIMM为主，支持更高的容量，可以满足不同的需求内存储器访问方式随机访问顺序访问CPU可以直接访问内存中任何一CPU只能按照顺序访问内存单个单元，访问时间与单元的物理元，访问时间取决于单元的物理位置无关位置直接访问关联访问CPU可以直接访问内存中任何一CPU可以根据地址的一部分直接个单元，但访问时间取决于单元访问内存，这是一种介于随机访的物理位置问和顺序访问之间的访问方式内存储器的接口电路内存接口类型内存控制器内存芯片信号传输不同类型的内存条使用不同的内存控制器位于主板上，负责内存芯片内部包含存储单元和内存接口电路使用各种信号线接口电路，例如DIMM、SIMM管理内存的读写操作，并与控制电路，用于存储数据和执来传输数据、地址和控制信等CPU进行通信行访问操作号，实现内存与其他器件之间的通信内存映射方式和地址译码内存映射方式是指将计算机系统中的所有物理地址空间映射到一个连续的逻辑地址空间，以便CPU可以方便地访问内存中的任何位置地址译码是将逻辑地址转换为物理地址的过程，确保CPU发出的逻辑地址能够被内存控制器正确理解并指向正确的物理内存单元内存映射1逻辑地址空间地址译码2物理地址空间内存控制器3内存单元地址译码的方式有很多种，常见的包括线性译码、二进制译码、组合译码等不同的译码方式对应不同的地址结构和译码电路，最终实现CPU与内存之间的通信和数据传输内存电源供应电路电源转换电压调节电源管理内存模块需要稳定可靠的电源供电内存芯片对电压要求严格，需要使用稳压器电源管理芯片负责控制内存模块的供电，提来确保电压稳定供保护和管理功能内存的检测和维护方法

11.定期检测

22.温度监控使用内存测试软件，如MemTest86+，内存运行温度过高会导致性能下降甚至进行全面的测试损坏，应安装散热器或风扇

33.清理灰尘

44.正确安装内存插槽和内存条上积累的灰尘会导致内存条安装时应注意方向和卡扣，避免接触不良，应定期清理安装错误导致接触不良内存储器的发展趋势容量不断增加速度持续提升功耗降低新型存储器兴起随着技术的进步，存储器容量存储器访问速度不断提高，例随着节能技术的应用，内存的除了传统的DRAM和大幅提升从最初的几KB到如DRAM的工作频率越来越功耗得到了有效控制，降低了SRAM，一些新型存储器，如现在的数百GB，甚至TB高，以缩短数据读取和写入的能耗，延长了设备续航时间闪存，正在逐渐取代传统的存级，满足了日益增长的数据存时间储器储需求内存技术在计算机系统中的应用主板操作系统应用程序CPU内存是CPU直接访问的存储内存是主板的重要组成部分，操作系统管理内存资源，分配应用程序运行时，需要将数据器，用于存放CPU运行时所需与主板的芯片组和CPU等进行内存空间，并负责内存的读写和代码加载到内存中，才能被的指令和数据交互操作CPU执行内存系统设计的要点性能优化可靠性成本控制可扩展性内存系统设计要充分考虑性能内存系统需要保证可靠性，防内存系统设计要兼顾性能和成内存系统设计应具备可扩展指标这包括访问速度、带止数据丢失或错误要使用可本要选择性价比高的内存芯性，以便根据需要增加内存容宽、延迟和数据吞吐量要选靠的内存芯片，设计完善的错片，优化内存控制器设计，并量要使用模块化设计，并考择合适的内存类型，优化内存误检测和纠正机制，并提供备根据实际需求选择合适的内存虑内存控制器和内存芯片的兼控制器的设计，并采用缓存技用内存模块容量容性术来提升性能微处理器与内存系统的配合地址总线微处理器通过地址总线向内存系统发出访问指令，选择内存单元数据总线数据总线用于微处理器与内存之间进行数据传输，可以双向传输数据控制总线控制总线用于传输控制信号，控制内存的读写操作，并同步数据传输DMA控制器直接内存访问控制器允许外设直接访问内存，绕过CPU，提高数据传输效率高速缓存高速缓存用于存储微处理器最常访问的数据，加速数据访问，提高系统性能虚拟存储器概述内存容量限制存储空间扩展提高系统效率虚拟存储器克服了物理内存容量的限制，允将部分数据存储在硬盘或其他辅助存储设备通过虚拟存储器，可以同时运行多个程序，许多个程序同时运行中，以扩展系统的地址空间提高系统资源利用率虚拟存储器的地址转换逻辑地址1CPU产生的地址，用于访问虚拟内存页表2存储逻辑地址和物理地址的映射关系物理地址3内存控制器使用的地址，用于访问实际物理内存虚拟内存管理策略页面置换算法页面分配策略12当内存空间不足时，需要选择决定页面在物理内存中的存放一个页面移出内存位置页面调度策略3控制页面进出内存的顺序虚拟内存实现原理页表页表是虚拟地址到物理地址的映射表，存储在内存中地址转换CPU访问虚拟地址时，通过页表查找对应的物理地址页面调入调出当虚拟页面不在内存中时，需要从磁盘调入内存页面置换算法当内存空间不足时，需要选择一个页面从内存中移出虚拟内存的性能分析指标物理内存虚拟内存速度速度快速度慢容量容量有限容量较大成本成本高成本低缓存存储器的作用和原理加速数据访问提高系统性能缓存存储器是位于CPU和主内存缓存存储器可以有效地提高系统之间的高速存储器，用于存储性能，因为它能够减少数据访问CPU频繁访问的数据它通过减延迟，使应用程序能够更快地执少CPU访问主内存的次数，从而行加速数据访问缓存工作原理缓存存储器采用了一种称为“局部性原理”的思想，即程序访问的数据通常集中在某个区域缓存存储器根据局部性原理，将近期访问的数据存储在缓存中，以便下次访问时可以直接从缓存中读取缓存体系结构及其设计单级缓存1最简单的缓存体系结构，只有一个缓存层多级缓存2多级缓存体系结构，包含多个缓存层，通常分为一级缓存、二级缓存等缓存一致性3确保多个缓存之间的数据一致性，需要使用缓存一致性协议缓存替换策略4当缓存满时，需要选择一个块进行替换，常用的策略包括LRU、FIFO等缓存体系结构的设计需要考虑多个因素，包括缓存的大小、层次结构、替换策略等设计一个有效的缓存体系结构可以显著提高系统的性能总结与展望内存储器技术不断发展，容量和速度持续提升未来，内存储器将朝着更高容量、更高速、更低功耗方向发展。