《存儲(chǔ)器完整》課件

存儲(chǔ)器完整存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分,穩(wěn)定可靠的存儲(chǔ)器對(duì)于整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的正常運(yùn)行至關(guān)重要。本課件將深入探討存儲(chǔ)器的完整性,包括數(shù)據(jù)的可靠存儲(chǔ)和讀取。存儲(chǔ)器概述內(nèi)存基礎(chǔ)存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心組成部分,用于存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù),并為CPU提供快速訪問(wèn)。容量大小存儲(chǔ)器的容量從幾KB到數(shù)TB不等,可根據(jù)需求選擇合適的存儲(chǔ)介質(zhì)。訪問(wèn)速度不同類型的存儲(chǔ)器具有不同的訪問(wèn)速度,從幾納秒到幾毫秒不等。成本效率存儲(chǔ)器的成本隨著容量和速度的提升而上升,需要根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行平衡。存儲(chǔ)器分類隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)RAM可以快速讀寫數(shù)據(jù),用于臨時(shí)存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。包括靜態(tài)RAM和動(dòng)態(tài)RAM兩種類型。只讀存儲(chǔ)器(ROM)ROM存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)在制造過(guò)程中固定,無(wú)法被修改或刪除,用于存儲(chǔ)基本系統(tǒng)程序。閃存(FlashMemory)閃存可以在電路板上實(shí)現(xiàn)快速、低成本的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和重寫,用于存儲(chǔ)程序代碼和數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器位置編碼1地址線用于唯一標(biāo)識(shí)每個(gè)存儲(chǔ)單元的地址2內(nèi)部編碼將地址線轉(zhuǎn)換為內(nèi)部編碼進(jìn)行訪問(wèn)3行列式訪問(wèn)將地址分解為行和列進(jìn)行訪問(wèn)存儲(chǔ)器位置編碼是指將存儲(chǔ)單元的地址轉(zhuǎn)換成內(nèi)部編碼的過(guò)程。地址線用于唯一標(biāo)識(shí)每個(gè)存儲(chǔ)單元的地址，內(nèi)部編碼則將這些地址轉(zhuǎn)換為存儲(chǔ)器內(nèi)部的行列式訪問(wèn)格式。通過(guò)這種編碼方式，存儲(chǔ)器能夠快速定位到需要訪問(wèn)的存儲(chǔ)單元。位置編碼的基本原理訪問(wèn)地址存儲(chǔ)器中的每一個(gè)數(shù)據(jù)單元都有一個(gè)唯一的地址。通過(guò)給定地址可以訪問(wèn)到對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)單元。數(shù)字編碼為了便于計(jì)算機(jī)識(shí)別和處理,地址以二進(jìn)制數(shù)字形式表示。這就是所謂的位置編碼。地址長(zhǎng)度地址長(zhǎng)度決定了存儲(chǔ)器的容量,通常用位數(shù)來(lái)表示,如8位、16位、32位等。邏輯地址邏輯地址是軟件層面上看到的地址,是一種抽象的地址空間。實(shí)際訪問(wèn)時(shí)需要轉(zhuǎn)換為物理地址。地址總線的作用地址傳輸?shù)刂房偩€負(fù)責(zé)在CPU和存儲(chǔ)器之間傳輸?shù)刂沸畔?指示存儲(chǔ)器中的具體位置。尋址空間地址總線的寬度決定了CPU可訪問(wèn)的存儲(chǔ)器容量,也就是尋址空間的大小。信息定位地址總線用于定位需要讀取或?qū)懭氲拇鎯?chǔ)單元,確保數(shù)據(jù)在正確的位置被訪問(wèn)。地址總線的使用方法1定義地址總線地址總線是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中用于傳輸存儲(chǔ)器或I/O設(shè)備地址信息的總線。它決定了系統(tǒng)可以訪問(wèn)的最大存儲(chǔ)空間。2地址信息傳輸CPU通過(guò)地址總線將地址信息傳輸?shù)酱鎯?chǔ)器或I/O設(shè)備,以確定需要訪問(wèn)的具體位置。3地址譯碼和尋址地址總線上的地址信號(hào)經(jīng)過(guò)地址譯碼電路后,確定需要訪問(wèn)的具體存儲(chǔ)單元或I/O設(shè)備。數(shù)據(jù)總線的作用1傳輸數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線用于在中央處理器和存儲(chǔ)器或其他設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)。2雙向通信數(shù)據(jù)總線支持雙向通信,允許數(shù)據(jù)在不同部件之間自由流動(dòng)。3并行傳輸數(shù)據(jù)總線通常為并行結(jié)構(gòu),可同時(shí)傳輸多位數(shù)據(jù),提高傳輸效率。4靈活連接數(shù)據(jù)總線可以靈活連接各種不同的部件,增加系統(tǒng)的擴(kuò)展性。數(shù)據(jù)總線的使用方法1數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)在CPU和存儲(chǔ)器之間傳輸2雙向傳輸數(shù)據(jù)可從CPU流向存儲(chǔ)器,也可從存儲(chǔ)器流向CPU3位寬確定數(shù)據(jù)總線的位寬決定了每次能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量4時(shí)序控制控制總線確定數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間和順序數(shù)據(jù)總線負(fù)責(zé)在CPU和存儲(chǔ)器之間進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸。它的位寬決定了每次能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大小,而所有的數(shù)據(jù)傳輸都需要通過(guò)控制總線進(jìn)行時(shí)序控制和同步。這些方法確保了數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中有序、可靠地流轉(zhuǎn)。控制總線的作用數(shù)據(jù)交換控制控制總線負(fù)責(zé)在處理器和存儲(chǔ)器之間協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)的讀取和寫入操作。它確保數(shù)據(jù)能夠在正確的時(shí)間傳輸?shù)秸_的目的地。時(shí)序協(xié)調(diào)控制總線調(diào)度不同設(shè)備的活動(dòng)時(shí)序,確保系統(tǒng)各部件的正常協(xié)作。它保障數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的信號(hào)同步。狀態(tài)監(jiān)控控制總線傳輸各種狀態(tài)信號(hào),讓處理器了解系統(tǒng)當(dāng)前的工作狀態(tài),進(jìn)而做出相應(yīng)的控制決策?？刂瓶偩€的使用方法時(shí)序控制控制總線用于在CPU、內(nèi)存和其他設(shè)備之間協(xié)調(diào)時(shí)序,確保數(shù)據(jù)能夠正確傳輸。讀寫控制通過(guò)讀寫信號(hào),控制總線指示何時(shí)應(yīng)該從內(nèi)存讀取數(shù)據(jù)或向其寫入數(shù)據(jù)。中斷控制控制總線還用于處理來(lái)自外圍設(shè)備的中斷請(qǐng)求,確保CPU能及時(shí)響應(yīng)并處理這些請(qǐng)求。設(shè)備選擇控制總線還負(fù)責(zé)選擇要與CPU通信的特定外圍設(shè)備,以避免數(shù)據(jù)沖突。總線的分類并行總線同時(shí)傳輸多個(gè)數(shù)據(jù)位的總線，常用于高速數(shù)據(jù)傳輸。串行總線一次只傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)位的總線，適用于低速數(shù)據(jù)傳輸。同步總線由主設(shè)備控制時(shí)鐘信號(hào)，所有設(shè)備同步工作。異步總線各設(shè)備自行控制時(shí)序，無(wú)需主設(shè)備同步控制。同步總線與異步總線同步總線同步總線要求所有設(shè)備的工作時(shí)鐘同步，各設(shè)備的工作必須嚴(yán)格按照時(shí)鐘信號(hào)的節(jié)拍進(jìn)行。這種設(shè)計(jì)方式簡(jiǎn)單可靠，但對(duì)設(shè)備要求較高。異步總線異步總線不需要共享時(shí)鐘信號(hào)，各設(shè)備可以獨(dú)立工作。這種方式更靈活,適用于不同速度的設(shè)備,但需要更加復(fù)雜的控制邏輯。串行總線與并行總線并行總線并行總線是通過(guò)多根信號(hào)線同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)的方式,能實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸,但需要更多物理線路,造價(jià)較高。串行總線串行總線通過(guò)單根信號(hào)線順序傳輸數(shù)據(jù),傳輸速度較慢但成本低、布線簡(jiǎn)單,廣泛應(yīng)用于短距離通信。對(duì)比與應(yīng)用并行總線適用于主機(jī)和外圍設(shè)備間的高速數(shù)據(jù)傳輸,串行總線則更適合便攜設(shè)備和傳感器間的低速通信。同步總線的工作原理時(shí)鐘同步所有設(shè)備都根據(jù)系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)工作，保持時(shí)間上的同步。固定時(shí)序總線信號(hào)的傳輸和處理遵循固定的時(shí)序模式，確保數(shù)據(jù)完整性。時(shí)間確定性每一步操作的時(shí)間長(zhǎng)度都是預(yù)先確定的，有利于設(shè)計(jì)和調(diào)試。異步總線的工作原理1無(wú)需時(shí)鐘同步異步總線無(wú)需主控制器提供統(tǒng)一的時(shí)鐘信號(hào)來(lái)協(xié)調(diào)和控制各個(gè)部件的工作時(shí)序。2通過(guò)握手信號(hào)協(xié)調(diào)發(fā)送方和接收方通過(guò)交換握手信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐?，提高系統(tǒng)的靈活性。3可適應(yīng)不同速度設(shè)備異步總線可以連接速度不同的設(shè)備,因?yàn)樗鼈兛梢宰灾鲄f(xié)商合適的數(shù)據(jù)傳輸速度。存儲(chǔ)器的分類1按訪問(wèn)方式分類存儲(chǔ)器可分為隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)和只讀存儲(chǔ)器(ROM)。RAM可讀寫,ROM僅可讀。2按數(shù)據(jù)存儲(chǔ)性質(zhì)分類可分為易失性存儲(chǔ)器和非易失性存儲(chǔ)器。前者斷電后數(shù)據(jù)丟失,后者斷電數(shù)據(jù)不丟失。3按集成度分類存儲(chǔ)器可分為小規(guī)模集成(SSI)、中規(guī)模集成(MSI)和大規(guī)模集成(LSI)等不同集成度。4按使用介質(zhì)分類存儲(chǔ)器可采用半導(dǎo)體、磁性介質(zhì)、光學(xué)介質(zhì)等不同介質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。隨機(jī)存取存儲(chǔ)器SRAM電路基礎(chǔ)SRAM基于觸發(fā)器電路構(gòu)建,具有高速和低功耗特點(diǎn)。二進(jìn)制存儲(chǔ)SRAM可以通過(guò)電路的開(kāi)關(guān)狀態(tài)存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)據(jù),每個(gè)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)1位數(shù)據(jù)。隨機(jī)訪問(wèn)SRAM允許對(duì)存儲(chǔ)單元進(jìn)行任意順序的讀寫訪問(wèn),無(wú)需按次序訪問(wèn)。動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器DRAM芯片結(jié)構(gòu)DRAM芯片由由數(shù)百萬(wàn)個(gè)晶體管和電容器組成的矩陣陣列構(gòu)成,存儲(chǔ)單元由一個(gè)電容器和一個(gè)晶體管組成。內(nèi)存模塊DRAM模塊由多個(gè)DRAM芯片組成,通過(guò)地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線與處理器相連,可實(shí)現(xiàn)高速隨機(jī)存取。數(shù)據(jù)刷新DRAM存儲(chǔ)器需要定期刷新以保持?jǐn)?shù)據(jù)完整性,因?yàn)榇鎯?chǔ)單元中的電容會(huì)因漏電而丟失數(shù)據(jù)。只讀存儲(chǔ)器ROM定義ROM（Read-OnlyMemory）是一種只能讀取不能寫入的非易失性存儲(chǔ)器,存儲(chǔ)內(nèi)容在制造時(shí)就已固定,不受電源中斷的影響。特點(diǎn)ROM具有存儲(chǔ)內(nèi)容穩(wěn)定、訪問(wèn)速度快、體積小、功耗低等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本輸入/輸出系統(tǒng)(BIOS)和嵌入式系統(tǒng)。分類ROM主要包括掩膜ROM、PROM、EPROM和EEPROM等類型,滿足不同的存儲(chǔ)需求?？删幊讨蛔x存儲(chǔ)器PROM特點(diǎn)可編程只讀存儲(chǔ)器PROM是一種一次性可編程的存儲(chǔ)器。它通過(guò)使用一次性可熔斷的保險(xiǎn)絲電路實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的寫入。編程方法PROM通過(guò)專門的編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)編程。編程時(shí)會(huì)讓選定的保險(xiǎn)絲電路熔斷,從而存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。應(yīng)用PROM常用于存儲(chǔ)程序代碼和固定數(shù)據(jù),如BIOS、功能模塊、系統(tǒng)參數(shù)等。簡(jiǎn)單易用,廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品中?？刹量删幊讨蛔x存儲(chǔ)器EPROM1可編程與可擦除EPROM可以通過(guò)紫外線擦除數(shù)據(jù),然后重新編程存儲(chǔ)新的數(shù)據(jù),具有可重復(fù)編程的特性。2擦除時(shí)間較長(zhǎng)需要暴露在紫外線下約20分鐘才能完全擦除,不像EEPROM那樣可電子擦除。3集成電路封裝EPROM集成電路芯片有一個(gè)透明的窗口,用于在擦除時(shí)暴露在紫外線下。4應(yīng)用廣泛EPROM廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品、嵌入式系統(tǒng)等需要可編程和可重復(fù)寫入的領(lǐng)域。電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器EEPROM靈活編程EEPROM允許用戶在電腦上進(jìn)行快速、簡(jiǎn)單的重復(fù)編程和修改,提供了極大的靈活性。持久保存EEPROM內(nèi)的數(shù)據(jù)能夠在斷電狀態(tài)下長(zhǎng)期保存,即便多年后也不會(huì)丟失。高可靠性EEPROM的擦除和編程次數(shù)可達(dá)10萬(wàn)次以上,能夠滿足長(zhǎng)期使用的可靠性需求。閃存高密度存儲(chǔ)閃存采用NAND閃存技術(shù),能夠高度集成存儲(chǔ)單元,實(shí)現(xiàn)大容量存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)快速讀寫閃存可實(shí)現(xiàn)快速的數(shù)據(jù)讀寫,支持快速訪問(wèn)和高并發(fā)的應(yīng)用場(chǎng)景。低功耗設(shè)計(jì)閃存采用先進(jìn)的電路設(shè)計(jì),可在低功耗下穩(wěn)定工作,適用于移動(dòng)設(shè)備。存儲(chǔ)器的性能指標(biāo)1存儲(chǔ)容量衡量存儲(chǔ)器能夠存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量大小。容量越大,可存儲(chǔ)的信息越多。2訪問(wèn)時(shí)間指從讀寫指令發(fā)出到獲取數(shù)據(jù)所需要的時(shí)間。訪問(wèn)時(shí)間越短,存儲(chǔ)器性能越好。3傳輸速率指存儲(chǔ)器每秒能夠傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。傳輸速率越高,數(shù)據(jù)吞吐能力越強(qiáng)。4功耗指存儲(chǔ)器在工作時(shí)的耗電量。功耗越低,對(duì)系統(tǒng)供電需求越小。存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)器可容納數(shù)據(jù)的最大字節(jié)數(shù)常見(jiàn)容量單位KB、MB、GB、TB等容量與價(jià)格容量越大通常價(jià)格越高,需要平衡成本與需求容量與應(yīng)用不同應(yīng)用對(duì)存儲(chǔ)器容量有不同要求,如視頻編輯需要大容量存儲(chǔ)容量是衡量存儲(chǔ)器性能的重要指標(biāo)之一。足夠的存儲(chǔ)容量可以滿足各種應(yīng)用的需求,如大容量硬盤可以存儲(chǔ)海量數(shù)據(jù),高容量?jī)?nèi)存可以支撐復(fù)雜的運(yùn)算。存儲(chǔ)容量的選擇需要權(quán)衡成本與實(shí)際需求。訪問(wèn)時(shí)間從圖中可以看出,不同類型的存儲(chǔ)器有著不同的訪問(wèn)時(shí)間。SRAM和閃存的訪問(wèn)時(shí)間最快,DRAM次之,ROM、PROM、EPROM和EEPROM則較慢。這是由于它們的工作原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同而造成的。傳輸速率1Gbps千兆位每秒高速數(shù)據(jù)傳輸所需的帶寬。允許快速傳輸大型文件和流式媒體。10Gbps萬(wàn)兆位每秒超高速網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心所需的極速傳輸。處理大規(guī)模數(shù)據(jù)流和視頻。100Mbps百兆位每秒現(xiàn)代家庭和辦公網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)，足以支持4K視頻流和高速下載。功耗低功耗設(shè)備在低能耗模式下運(yùn)行,可大幅降低電力消耗,延長(zhǎng)使用時(shí)間。這對(duì)于便攜式設(shè)備和節(jié)能應(yīng)用尤為重要。高性能某些應(yīng)用需要消耗更多電能