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存儲器是計算機系統(tǒng)中必不可少的組成部分，用來存放計算機系統(tǒng)工作時所用的信息——程序和數(shù)據(jù)。根據(jù)其在計算機系統(tǒng)中的地位可分為內(nèi)存儲器（簡稱內(nèi)存）和外存儲器（簡稱外存），內(nèi)存儲器又稱為主存儲器（簡稱主存），外存儲器又稱為輔助存儲器（簡稱輔存）。內(nèi)存儲器通常由半導(dǎo)體存儲器組成，而外存儲器的種類較多，通常由磁盤存儲器、光盤存儲器及磁帶存儲器等組成。

3.1.1 半導(dǎo)體存儲器的分類

半導(dǎo)體存儲器的特點是：（1）速度快、存取時間可為ns級；（2）集成化，不僅存儲單元所占的空間小，而且譯碼電路和緩沖寄存器以及存儲單元都制作在同一芯片中，體積特別小；（3）非破壞性讀出，特別是半導(dǎo)體靜態(tài)存儲器，不僅讀操作不破壞原來的信息，而且不

需要再生，這樣既縮短了讀寫周期，又簡化了控制操作。

從器件組成的角度來分類，半導(dǎo)體存儲器可分為單極型存儲器和雙極型存儲器兩種。雙

極型存儲器是用TTL（Transistor-Transistor Logic，晶體管-晶體管邏輯）電路制成的存

儲器，其特點是速度快、功耗不大，但集成度較低；單極型存儲器是用MOS（MetaOxide-Semiconductor，金屬氧化物半導(dǎo)體）電路制成的存儲器，其特點是集成度高、功耗低、價格便宜，而且隨著半導(dǎo)體集成工藝和技術(shù)的長足進展，目前MOS存儲器的速度已經(jīng)

可以同雙極型TTL存儲器媲美。

從存儲器工作特點、作用和制作工藝的角度來看，又可分為如下幾種：

1．隨機存取存儲器 RAM（Random Access Memory）

RAM的特點是存儲器中信息能讀能寫，且對存儲器中任一存儲單元進行讀寫操作所需時間基本上是一樣的，RAM中信息在關(guān)機后即消失。又可分為靜態(tài)RAM（SRAM）和動態(tài)RAM（DRAM）兩種。

（1）SRAM。SRAM是利用半導(dǎo)體觸發(fā)器的兩個穩(wěn)定狀態(tài)表示“1”和“0”，最簡單的TTL電路組成的SRAM是由兩個雙發(fā)射極晶體管和兩個電阻構(gòu)成的觸發(fā)器電路；而MOS管組成的單極型SRAM是由6個MOS管組成的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路。SRAM的特點是只要電源不撤除，寫入SRAM的信息將不會消失，不需要刷新電路。同時再讀出時不破壞原存信息，一經(jīng)寫入可多次讀出。SRAM的功耗較大，容量較小，存取速度較快。

（2）DRAM。DRAM是利用MOS管的柵極對其襯底間的分布電容來保存信息，以儲存電荷的多少，即電容端電壓的高低來表示“1” 和“0”。DRAM的每個存儲單元所需的MOS管較少，可以由4管、3管和單管MOS組成，因此DRAM的集成度較高、功耗也低。但缺點是保存在DRAM中的信息——MOS管柵極分布電容上的電荷會隨著電容器的漏電而逐漸消失，一般信息保存時間為2ms左右。為了保存DRAM中的信息，每隔1ms～2ms要對其刷新一次，因此采用DRAM的計算機必須配置刷新電路。另外，DRAM的存取速度較慢，容量較大。一般微機系統(tǒng)中的內(nèi)存都采用DRAM。

2．只讀存儲器（Read only Memory）

ROM的特點是用戶在使用時只能讀出其中信息，不能修改和寫入新的信息，存儲單元中的信息由ROM制造廠在生產(chǎn)時一次性寫入，ROM中的信息在關(guān)機后不會消失。這種ROM稱為掩膜ROM（Masked ROM）。此外，ROM還有如下幾種類型。

（1）PROM（Programmable ROM，可編程ROM）。PROM中的程序和數(shù)據(jù)是由用戶自行寫入的，但一經(jīng)寫入，就無法更改，是一次性寫入的ROM。

（2）EPROM（Erasable Programmable ROM，可擦除可編程ROM）EPROM可由用戶自行寫入程序和數(shù)據(jù)，寫入后的內(nèi)容可由紫外線照射擦除，然后可重新寫入新的內(nèi)容，EPROM可多次擦除，多次改寫。這種由紫外線擦除的EPROM可寫為UVEPROM（UVUltra Violet）。

（3）E2PROM（E1ectrically Erasable Programmable ROM電可擦除可編程ROM）。可用電信號進行清除和改寫的存儲器，使用方便，芯片不離開插件板便可擦除或改寫其中的數(shù)據(jù)。又可表示為EEPROM或 EAPROM（Electrically Alterable ROM，電可改寫的ROM）。

E2PROM使用方便，但存取速度較慢，價格較貴。

3.1.2  半導(dǎo)體存儲器的主要技術(shù)指標(biāo)

1.存儲容量

一個半導(dǎo)體存儲器芯片的存儲容量是指存儲器可以容納的二進制信息量，以存儲器中存

儲地址寄存器MAR的編址數(shù)與存儲字位數(shù)的乘積表示。例如，某存儲器芯片的MAR為16位，存儲字長為8位，則其存儲容量為2∧16 *8位=64K*8位，64K即16位的編址數(shù)；20位MAR的編址數(shù)為1M。圖3-1中M位地址總線、N位數(shù)據(jù)總線的半導(dǎo)體存儲器芯片的存儲容量為2∧M * N位。

 圖3-1 內(nèi)存儲器的墓本結(jié)構(gòu)

對于一個微機系統(tǒng)而言，有關(guān)存儲容量還需搞清兩個概念，一個是由系統(tǒng)地址總線決定的內(nèi)存最大容量，另一個是內(nèi)存的實際裝機容量，例如，一個PC486機，其地址總線為32位，

則內(nèi)存允許的最大容量為2∧32=4GB，而實際裝機容量可能只有4MB或2MB。

2．存儲速度

存儲器的存儲速度可以用兩個時間參數(shù)表示，一個是“存取時間”（access rime）Ta，

定義為從啟動一次存儲器操作，到完成該操作所經(jīng)歷的時間。例如，在存儲器讀操作時，從

給出讀命令到所需要的信息穩(wěn)定在MDR（存儲數(shù)據(jù)寄存器）的輸出端之間的時間間隔，即為“存取時間”，另一個是“存儲周期”（Memory Cycle）Tmc，定義為啟動兩次獨立的存儲器操作之間所需的最小時間間隔。通常存儲周期Tmc略大于存取時間Ta。存儲速度取決于內(nèi)存儲器的具體結(jié)構(gòu)及工作機制。

3．可靠性

存儲器的可靠性用MTBF（Mean Time Between Failures），平均故障間隔時問來衡量，

MTBF越長，可靠性越高，內(nèi)存儲器常采用糾錯編碼技術(shù)來延長MTBF以提高可靠性。

4．性能/價格比

這是一個綜合性指標(biāo)，性能主要包括上述三項指標(biāo)——存儲容量、存儲速度和可靠性。對不同用途的存儲器有不同的要求。例如，有的存儲器要求存儲容量，則就以存儲容量為主，有的存儲器如高速緩沖器，則要求以存儲速度為主。

3.1.3 內(nèi)存儲器的基本結(jié)構(gòu)

計算機系統(tǒng)中內(nèi)存儲器的基本結(jié)構(gòu)如圖3-1所示，圖中還畫出了內(nèi)存儲器與CPU的連接和信息在其間流動的概貌。

圖3-1中，虛線框為內(nèi)存儲器，其中MB為存儲體，是存儲單元的集合體，內(nèi)存儲器通過M位地址線、N位數(shù)據(jù)線和一些有關(guān)的控制線同CPU交換信息。 M位地址線用來指出所需訪問的存儲單元的地址，N位數(shù)據(jù)線用來在CPU與內(nèi)存之間傳送數(shù)據(jù)信息，而控制線用來協(xié)調(diào)和控制CPU與內(nèi)存之間的讀寫操作。當(dāng)CPU啟動一次存儲器讀操作時，先將地址碼中CPU通過地址線送入地址寄存器MAR，然后是控制線中的讀信號線READ線有效，MAR中地址碼經(jīng)過地址譯碼后選中該地址對應(yīng)的存儲單元，并通過讀寫驅(qū)動電路，將選中單元的數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)寄存器MDR，然后通過數(shù)據(jù)總線讀入CPU。

3.1.4 存儲器中的數(shù)據(jù)組織

計算機系統(tǒng)中，作為一個整體一次存放或取出內(nèi)存儲器的數(shù)據(jù)稱為“存儲字”，例如8位機的存儲字是8位字長（即一個字節(jié)）；16位機的存儲字是16位字長；32位機的存儲字是32位字長……。在現(xiàn)代計算機系統(tǒng)中，特別是微機系統(tǒng)中，內(nèi)存儲器一般都以字節(jié)編址，即一個存儲地址對應(yīng)一個8位存儲單元。這樣一個16位存儲字就占了兩個連續(xù)的8位存儲單元。在Intel 80X86系統(tǒng)中，16位存儲字或32位存儲字的地址是2個或4個存儲單元中最低端的存儲單元中的地址，而此最低端存儲單元中存放的是32位字中最低8位。例如，32位存儲字12345678H存放在內(nèi)存中的情況如圖3-2（a）所示，占有24300H～24303H4個地址的存儲單元，其中最低字節(jié)78H存放在24300H中，則該32位存儲字的地址即24300H。32M存儲字在內(nèi)存中的存放情況也有相反排列的情況、如在Motorola的680X0系統(tǒng)中，該32位存儲字的存放情況如圖3-2（b）所示，最高8位信息12H存放在最低地址24300H，32位存儲字的地址24300H指向最 高8位的存儲單元。