《存储器完整》课件

存储器完整存储器是计算机系统的重要组成部分,稳定可靠的存储器对于整个计算机系统的正常运行至关重要本课件将深入探讨存储器的完整性,包括数据的可靠存储和读取存储器概述内存基础容量大小存储器是计算机系统的核心组成部分,存储器的容量从几KB到数TB不等,可根用于存储程序和数据,并为CPU提供快据需求选择合适的存储介质速访问访问速度成本效率不同类型的存储器具有不同的访问速存储器的成本随着容量和速度的提升度,从几纳秒到几毫秒不等而上升,需要根据实际需求进行平衡存储器分类随机存取存储器RAM只读存储器ROM闪存Flash MemoryRAM可以快速读写数据,用于临时存储程序ROM存储的数据在制造过程中固定,无法被闪存可以在电路板上实现快速、低成本的数和数据包括静态RAM和动态RAM两种类修改或删除,用于存储基本系统程序据存储和重写,用于存储程序代码和数据型存储器位置编码地址线1用于唯一标识每个存储单元的地址内部编码2将地址线转换为内部编码进行访问行列式访问3将地址分解为行和列进行访问存储器位置编码是指将存储单元的地址转换成内部编码的过程地址线用于唯一标识每个存储单元的地址，内部编码则将这些地址转换为存储器内部的行列式访问格式通过这种编码方式，存储器能够快速定位到需要访问的存储单元位置编码的基本原理访问地址数字编码地址长度逻辑地址存储器中的每一个数据单元都为了便于计算机识别和处理,地址长度决定了存储器的容量逻辑地址是软件层面上看到的有一个唯一的地址通过给定地址以二进制数字形式表示,通常用位数来表示,如8位、16地址,是一种抽象的地址空间地址可以访问到对应的数据单这就是所谓的位置编码位、32位等实际访问时需要转换为物理元地址地址总线的作用地址传输寻址空间信息定位地址总线负责在CPU和存储器之间传输地址总线的宽度决定了CPU可访问的存地址总线用于定位需要读取或写入的存地址信息,指示存储器中的具体位置储器容量,也就是寻址空间的大小储单元,确保数据在正确的位置被访问地址总线的使用方法定义地址总线1地址总线是计算机系统中用于传输存储器或I/O设备地址信息的总线它决定了系统可以访问的最大存储空间地址信息传输2CPU通过地址总线将地址信息传输到存储器或I/O设备,以确定需要访问的具体位置地址译码和寻址3地址总线上的地址信号经过地址译码电路后,确定需要访问的具体存储单元或I/O设备数据总线的作用传输数据双向通信12数据总线用于在中央处理器和数据总线支持双向通信,允许数存储器或其他设备之间传输数据在不同部件之间自由流动据信号并行传输灵活连接34数据总线通常为并行结构,可同数据总线可以灵活连接各种不时传输多位数据,提高传输效率同的部件,增加系统的扩展性数据总线的使用方法数据传输1数据在CPU和存储器之间传输双向传输2数据可从CPU流向存储器,也可从存储器流向CPU位宽确定3数据总线的位宽决定了每次能传输的数据量时序控制4控制总线确定数据传输的时间和顺序数据总线负责在CPU和存储器之间进行双向数据传输它的位宽决定了每次能传输的数据量大小,而所有的数据传输都需要通过控制总线进行时序控制和同步这些方法确保了数据在系统中有序、可靠地流转控制总线的作用数据交换控制时序协调控制总线负责在处理器和存储器控制总线调度不同设备的活动时之间协调数据的读取和写入操作序,确保系统各部件的正常协作它确保数据能够在正确的时间它保障数据传输过程中的信号同传输到正确的目的地步状态监控控制总线传输各种状态信号,让处理器了解系统当前的工作状态,进而做出相应的控制决策控制总线的使用方法时序控制控制总线用于在CPU、内存和其他设备之间协调时序,确保数据能够正确传输读写控制通过读写信号,控制总线指示何时应该从内存读取数据或向其写入数据中断控制控制总线还用于处理来自外围设备的中断请求,确保CPU能及时响应并处理这些请求设备选择控制总线还负责选择要与CPU通信的特定外围设备,以避免数据冲突总线的分类并行总线串行总线同时传输多个数据位的总线，常用于一次只传输一个数据位的总线，适用高速数据传输于低速数据传输同步总线异步总线由主设备控制时钟信号，所有设备同各设备自行控制时序，无需主设备同步工作步控制同步总线与异步总线同步总线异步总线同步总线要求所有设备的工作时钟同步，各设备的工作必须严格异步总线不需要共享时钟信号，各设备可以独立工作这种方式按照时钟信号的节拍进行这种设计方式简单可靠，但对设备要更灵活,适用于不同速度的设备,但需要更加复杂的控制逻辑求较高串行总线与并行总线并行总线串行总线对比与应用并行总线是通过多根信号线同时传输数据的串行总线通过单根信号线顺序传输数据,传并行总线适用于主机和外围设备间的高速数方式,能实现高速数据传输,但需要更多物理输速度较慢但成本低、布线简单,广泛应用据传输,串行总线则更适合便携设备和传感线路,造价较高于短距离通信器间的低速通信同步总线的工作原理时钟同步所有设备都根据系统时钟信号工作，保持时间上的同步固定时序总线信号的传输和处理遵循固定的时序模式，确保数据完整性时间确定性每一步操作的时间长度都是预先确定的，有利于设计和调试异步总线的工作原理无需时钟同步1异步总线无需主控制器提供统一的时钟信号来协调和控制各个部件的工作时序通过握手信号协调2发送方和接收方通过交换握手信号来实现数据传输的同步，提高系统的灵活性可适应不同速度设备3异步总线可以连接速度不同的设备,因为它们可以自主协商合适的数据传输速度存储器的分类按访问方式分类按数据存储性质分类12存储器可分为随机存取存储器可分为易失性存储器和非易失RAM和只读存储器ROM性存储器前者断电后数据丢RAM可读写,ROM仅可读失,后者断电数据不丢失按集成度分类按使用介质分类34存储器可分为小规模集成SSI存储器可采用半导体、磁性介、中规模集成MSI和大规模集质、光学介质等不同介质进行成LSI等不同集成度数据存储随机存取存储器SRAM电路基础SRAM基于触发器电路构建,具有高速和低功耗特点二进制存储SRAM可以通过电路的开关状态存储二进制数据,每个存储单元存储1位数据随机访问SRAM允许对存储单元进行任意顺序的读写访问,无需按次序访问动态随机存取存储器DRAM芯片结构内存模块数据刷新DRAM芯片由由数百万个晶体管和电容器组DRAM模块由多个DRAM芯片组成,通过地址DRAM存储器需要定期刷新以保持数据完整成的矩阵阵列构成,存储单元由一个电容器总线、数据总线和控制总线与处理器相连,性,因为存储单元中的电容会因漏电而丢失和一个晶体管组成可实现高速随机存取数据只读存储器ROM定义特点分类ROM（Read-Only Memory）ROM具有存储内容稳定、访问ROM主要包括掩膜ROM、是一种只能读取不能写入的非速度快、体积小、功耗低等优PROM、EPROM和EEPROM等易失性存储器,存储内容在制点,广泛应用于计算机系统的类型,满足不同的存储需求造时就已固定,不受电源中断基本输入/输出系统BIOS和的影响嵌入式系统可编程只读存储器PROM特点编程方法可编程只读存储器PROM是一种一PROM通过专门的编程器进行数据次性可编程的存储器它通过使编程编程时会让选定的保险丝用一次性可熔断的保险丝电路实电路熔断,从而存储数据现数据的写入应用PROM常用于存储程序代码和固定数据,如BIOS、功能模块、系统参数等简单易用,广泛应用于电子产品中可擦可编程只读存储器EPROM可编程与可擦除擦除时间较长12EPROM可以通过紫外线擦除需要暴露在紫外线下约20分钟数据,然后重新编程存储新的数才能完全擦除,不像EEPROM那据,具有可重复编程的特性样可电子擦除集成电路封装应用广泛34EPROM集成电路芯片有一个EPROM广泛应用于电子产品透明的窗口,用于在擦除时暴露、嵌入式系统等需要可编程和在紫外线下可重复写入的领域电可擦可编程只读存储器EEPROM灵活编程持久保存EEPROM允许用户在电脑上进行EEPROM内的数据能够在断电状快速、简单的重复编程和修改,提态下长期保存,即便多年后也不会供了极大的灵活性丢失高可靠性EEPROM的擦除和编程次数可达10万次以上,能够满足长期使用的可靠性需求闪存高密度存储数据快速读写低功耗设计闪存采用NAND闪存技术,能够高度集成存储闪存可实现快速的数据读写,支持快速访问闪存采用先进的电路设计,可在低功耗下稳单元,实现大容量存储和高并发的应用场景定工作,适用于移动设备存储器的性能指标存储容量访问时间12衡量存储器能够存储的数据量指从读写指令发出到获取数据大小容量越大,可存储的信息所需要的时间访问时间越短,越多存储器性能越好传输速率功耗34指存储器每秒能够传输的数据指存储器在工作时的耗电量量传输速率越高,数据吞吐能功耗越低,对系统供电需求越小力越强存储容量存储容量存储器可容纳数据的最大字节数常见容量单位KB、MB、GB、TB等容量与价格容量越大通常价格越高,需要平衡成本与需求容量与应用不同应用对存储器容量有不同要求,如视频编辑需要大容量存储容量是衡量存储器性能的重要指标之一足够的存储容量可以满足各种应用的需求,如大容量硬盘可以存储海量数据,高容量内存可以支撑复杂的运算存储容量的选择需要权衡成本与实际需求访问时间传输速率1Gbps千兆位每秒高速数据传输所需的带宽允许快速传输大型文件和流式媒体10Gbps万兆位每秒超高速网络和数据中心所需的极速传输处理大规模数据流和视频100Mbps百兆位每秒现代家庭和办公网络的标准，足以支持4K视频流和高速下载功耗低功耗设备在低能耗模式下运行,可大幅降低电力消耗,延长使用时间这对于便携式设备和节能应用尤为重要高性能某些应用需要消耗更多电能来支持强大的处理性能和先进功能,如游戏、视频编辑等动态调整一些设备可根据实际负载动态调整功耗,在不影响性能的情况下尽量降低能源消耗总结与思考存储器知识总结未来发展方向创新应用思路本课程全面介绍了存储器的分类、工作原理随着技术的不断进步,存储器的性能将不断学习存储器知识不仅可以应用于计算机系统和性能指标等关键知识,为学习者奠定了扎提升,设计更加智能和高效的计算机系统是设计,也可以启发我们的创新思维,应用于更实的基础值得思考的方向广泛的领域。