微机原理与存储系统：半导体存储器详解

"这是一份关于微机原理的课件，由刘廷章教授在2011年9月的自动化系课程中讲解。主要内容涵盖了微型计算机存储系统的层次结构、半导体存储器的分类、结构以及主要技术指标。" 在微机原理中，存储系统是计算机硬件的重要组成部分，它分为多个层次，包括CPU内的寄存器、内部Cache、外部Cache、主存储器（内存）和辅助存储器（外存）。这种层次结构设计的主要目的是平衡速度与容量之间的关系。内存，因其容量小但速度快，用于存放当前运行的程序和数据；而外存则因为其大容量但速度较慢，通常用于存储未运行的程序和大量数据。 半导体存储器是构成内存和Cache的基础，它们按照制造工艺和工作方式可以分为两大类：双极型和MOS型。双极型存储器速度快但功耗大，而MOS型存储器虽然速度相对较慢，但功耗低且集成度高。根据工作方式，半导体存储器又可分为RAM（随机存取存储器），如静态RAM (SRAM) 和动态RAM (DRAM)，以及只读存储器ROM，包括掩膜ROM、PROM、EPROM和EEPROM等不同种类。SRAM速度快但功耗大，常用于高速缓存，而DRAM则因为功耗小、集成度高，常用于主存储器，但需要定期刷新以保持数据。 存储器的结构通常包括地址寄存器、译码驱动电路、读/写电路和存储元。地址寄存器接收并存储来自CPU的地址，译码驱动电路将地址解码为选通信号来选择特定的存储单元，读/写电路负责数据的读取和写入操作。存储元则构成了存储器的基本存储单位，通过二维矩阵形式组织成存储单元。 半导体存储器的关键技术指标包括存储容量和存取时间。存储容量是指存储芯片能容纳的二进制位数，由存储单元的数量和每个单元的字长决定。例如，6116SRAM为2K*8bit，即2KB。存取时间（TA）是衡量存储器读取或写入数据速度的一个重要参数，是CPU对存储器进行有效操作时必须考虑的因素。例如，如果一个存储器的存取时间为20纳秒，这意味着在最短的时间间隔内，CPU可以访问到存储器中的数据。 理解这些基本概念对于学习微机原理至关重要，它们不仅帮助我们了解计算机如何高效存储和处理信息，而且对于硬件设计、系统优化以及故障排查等领域都有深远的影响。