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再存儲器

發布時間: 2022-07-06 05:49:14

存儲器的分類

一、RAM(Random Access Memory,隨機存取存儲器)
RAM的特點是:電腦開機時,操作系統和應用程序的所有正在運行的數據和程序都會放置其中,並且隨時可以對存放在裡面的數據進行修改和存取。它的工作需要由持續的電力提供,一旦系統斷電,存放在裡面的所有數據和程序都會自動清空掉,並且再也無法恢復。

根據組成元件的不同,RAM內存又分為以下十八種:

01.DRAM(Dynamic RAM,動態隨機存取存儲器)
這是最普通的RAM,一個電子管與一個電容器組成一個位存儲單元,DRAM將每個內存位作為一個電荷保存在位存儲單元中,用電容的充放電來做儲存動作,但因電容本身有漏電問題,因此必須每幾微秒就要刷新一次,否則數據會丟失。存取時間和放電時間一致,約為2~4ms。因為成本比較便宜,通常都用作計算機內的主存儲器。

02.SRAM(Static RAM,靜態隨機存取存儲器)
靜態,指的是內存裡面的數據可以長駐其中而不需要隨時進行存取。每6顆電子管組成一個位存儲單元,因為沒有電容器,因此無須不斷充電即可正常運作,因此它可以比一般的動態隨機處理內存處理速度更快更穩定,往往用來做高速緩存

03.VRAM(Video RAM,視頻內存)

它的主要功能是將顯卡的視頻數據輸出到數模轉換器中,有效降低繪圖顯示晶元的工作負擔。它採用雙數據口設計,其中一個數據口是並行式的數據輸出入口,另一個是串列式的數據輸出口。多用於高級顯卡中的高檔內存。

04.FPM DRAM(Fast Page Mode DRAM,快速頁切換模式動態隨機存取存儲器)
改良版的DRAM,大多數為72Pin或30Pin的模塊。傳統的DRAM在存取一個BIT的數據時,必須送出行地址和列地址各一次才能讀寫數據。而FRM DRAM在觸發了行地址後,如果CPU需要的地址在同一行內,則可以連續輸出列地址而不必再輸出行地址了。由於一般的程序和數據在內存中排列的地址是連續的,這種情況下輸出行地址後連續輸出列地址就可以得到所需要的數據。FPM將記憶體內部隔成許多頁數Pages,從512B到數KB不等,在讀取一連續區域內的數據時,就可以通過快速頁切換模式來直接讀取各page內的資料,從而大大提高讀取速度。在96年以前,在486時代和PENTIUM時代的初期, FPM DRAM被大量使用。

05.EDO DRAM(Extended Data Out DRAM,延伸數據輸出動態隨機存取存儲器)
這是繼FPM之後出現的一種存儲器,一般為72Pin、168Pin的模塊。它不需要像FPM DRAM那樣在存取每一BIT 數據時必須輸出行地址和列地址並使其穩定一段時間,然後才能讀寫有效的數據,而下一個BIT的地址必須等待這次讀寫操作完成才能輸出。因此它可以大大縮短等待輸出地址的時間,其存取速度一般比FPM模式快15%左右。它一般應用於中檔以下的Pentium主板標准內存,後期的486系統開始支持EDO DRAM,到96年後期,EDO DRAM開始執行。。

06.BEDO DRAM(Burst Extended Data Out DRAM,爆發式延伸數據輸出動態隨機存取存儲器)
這是改良型的EDO DRAM,是由美光公司提出的,它在晶元上增加了一個地址計數器來追蹤下一個地址。它是突發式的讀取方式,也就是當一個數據地址被送出後,剩下的三個數據每一個都只需要一個周期就能讀取,因此一次可以存取多組數據,速度比EDO DRAM快。但支持BEDO DRAM內存的主板可謂少之又少,只有極少幾款提供支持(如VIA APOLLO VP2),因此很快就被DRAM取代了。

07.MDRAM(Multi-Bank DRAM,多插槽動態隨機存取存儲器)
MoSys公司提出的一種內存規格,其內部分成數個類別不同的小儲存庫 (BANK),也即由數個屬立的小單位矩陣所構成,每個儲存庫之間以高於外部的資料速度相互連接,一般應用於高速顯示卡或加速卡中,也有少數主機板用於L2高速緩存中。

08.WRAM(Window RAM,窗口隨機存取存儲器)
韓國Samsung公司開發的內存模式,是VRAM內存的改良版,不同之處是它的控制線路有一、二十組的輸入/輸出控制器,並採用EDO的資料存取模式,因此速度相對較快,另外還提供了區塊搬移功能(BitBlt),可應用於專業繪圖工作上。

09.RDRAM(Rambus DRAM,高頻動態隨機存取存儲器)
Rambus公司獨立設計完成的一種內存模式,速度一般可以達到500~530MB/s,是DRAM的10倍以上。但使用該內存後內存控制器需要作相當大的改變,因此它們一般應用於專業的圖形加速適配卡或者電視游戲機的視頻內存中。

10.SDRAM(Synchronous DRAM,同步動態隨機存取存儲器)
這是一種與CPU實現外頻Clock同步的內存模式,一般都採用168Pin的內存模組,工作電壓為3.3V。 所謂clock同步是指內存能夠與CPU同步存取資料,這樣可以取消等待周期,減少數據傳輸的延遲,因此可提升計算機的性能和效率。

11.SGRAM(Synchronous Graphics RAM,同步繪圖隨機存取存儲器)
SDRAM的改良版,它以區塊Block,即每32bit為基本存取單位,個別地取回或修改存取的資料,減少內存整體讀寫的次數,另外還針對繪圖需要而增加了繪圖控制器,並提供區塊搬移功能(BitBlt),效率明顯高於SDRAM。

12.SB SRAM(Synchronous Burst SRAM,同步爆發式靜態隨機存取存儲器)
一般的SRAM是非同步的,為了適應CPU越來越快的速度,需要使它的工作時脈變得與系統同步,這就是SB SRAM產生的原因。

13.PB SRAM(Pipeline Burst SRAM,管線爆發式靜態隨機存取存儲器)
CPU外頻速度的迅猛提升對與其相搭配的內存提出了更高的要求,管線爆發式SRAM取代同步爆發式SRAM成為必然的選擇,因為它可以有效地延長存取時脈,從而有效提高訪問速度。

14.DDR SDRAM(Double Data Rate二倍速率同步動態隨機存取存儲器)
作為SDRAM的換代產品,它具有兩大特點:其一,速度比SDRAM有一倍的提高;其二,採用了DLL(Delay Locked Loop:延時鎖定迴路)提供一個數據濾波信號。這是目前內存市場上的主流模式。

15.SLDRAM (Synchronize Link,同步鏈環動態隨機存取存儲器)
這是一種擴展型SDRAM結構內存,在增加了更先進同步電路的同時,還改進了邏輯控制電路,不過由於技術顯示,投入實用的難度不小。

16.CDRAM(CACHED DRAM,同步緩存動態隨機存取存儲器)
這是三菱電氣公司首先研製的專利技術,它是在DRAM晶元的外部插針和內部DRAM之間插入一個SRAM作為二級CACHE使用。當前,幾乎所有的CPU都裝有一級CACHE來提高效率,隨著CPU時鍾頻率的成倍提高,CACHE不被選中對系統性能產生的影響將會越來越大,而CACHE DRAM所提供的二級CACHE正好用以補充CPU一級CACHE之不足,因此能極大地提高CPU效率。

17.DDRII (Double Data Rate Synchronous DRAM,第二代同步雙倍速率動態隨機存取存儲器)
DDRII 是DDR原有的SLDRAM聯盟於1999年解散後將既有的研發成果與DDR整合之後的未來新標准。DDRII的詳細規格目前尚未確定。

18.DRDRAM (Direct Rambus DRAM)
是下一代的主流內存標准之一,由Rambus 公司所設計發展出來,是將所有的接腳都連結到一個共同的Bus,這樣不但可以減少控制器的體積,已可以增加資料傳送的效率。

二、ROM(READ Only Memory,只讀存儲器)

ROM是線路最簡單半導體電路,通過掩模工藝,一次性製造,在元件正常工作的情況下,其中的代碼與數據將永久保存,並且不能夠進行修改。一般應用於PC系統的程序碼、主機板上的 BIOS (基本輸入/輸出系統Basic Input/Output System)等。它的讀取速度比RAM慢很多。

根據組成元件的不同,ROM內存又分為以下五種:

1.MASK ROM(掩模型只讀存儲器)
製造商為了大量生產ROM內存,需要先製作一顆有原始數據的ROM或EPROM作為樣本,然後再大量復制,這一樣本就是MASK ROM,而燒錄在MASK ROM中的資料永遠無法做修改。它的成本比較低。

2.PROM(Programmable ROM,可編程只讀存儲器)
這是一種可以用刻錄機將資料寫入的ROM內存,但只能寫入一次,所以也被稱為「一次可編程只讀存儲器」(One Time Progarmming ROM,OTP-ROM)。PROM在出廠時,存儲的內容全為1,用戶可以根據需要將其中的某些單元寫入數據0(部分的PROM在出廠時數據全為0,則用戶可以將其中的部分單元寫入1), 以實現對其「編程」的目的。

3.EPROM(Erasable Programmable,可擦可編程只讀存儲器)
這是一種具有可擦除功能,擦除後即可進行再編程的ROM內存,寫入前必須先把裡面的內容用紫外線照射它的IC卡上的透明視窗的方式來清除掉。這一類晶元比較容易識別,其封裝中包含有「石英玻璃窗」,一個編程後的EPROM晶元的「石英玻璃窗」一般使用黑色不幹膠紙蓋住, 以防止遭到陽光直射。

4.EEPROM(Electrically Erasable Programmable,電可擦可編程只讀存儲器)
功能與使用方式與EPROM一樣,不同之處是清除數據的方式,它是以約20V的電壓來進行清除的。另外它還可以用電信號進行數據寫入。這類ROM內存多應用於即插即用(PnP)介面中。

5.Flash Memory(快閃記憶體)
這是一種可以直接在主機板上修改內容而不需要將IC拔下的內存,當電源關掉後儲存在裡面的資料並不會流失掉,在寫入資料時必須先將原本的資料清除掉,然後才能再寫入新的資料,缺點為寫入資料的速度太慢。

⑵ 存儲器的簡介

存儲器的主要功能是存儲程序和各種數據,並能在計算機運行過程中高速、自動地完成程序或數據的存取。存儲器是具有「記憶」功能的設備,它採用具有兩種穩定狀態的物理器件來存儲信息。這些器件也稱為記憶元件。在計算機中採用只有兩個數碼「0」和「1」的二進制來表示數據。記憶元件的兩種穩定狀態分別表示為「0」和「1」。日常使用的十進制數必須轉換成等值的二進制數才能存入存儲器中。計算機中處理的各種字元,例如英文字母、運算符號等,也要轉換成二進制代碼才能存儲和操作。
存儲器:存放程序和數據的器件
存儲位:存放一個二進制數位的存儲單元,是存儲器最小的存儲單位,或稱記憶單元
存儲字:一個數(n位二進制位)作為一個整體存入或取出時,稱存儲字
存儲單元:存放一個存儲字的若干個記憶單元組成一個存儲單元
存儲體:大量存儲單元的集合組成存儲體
存儲單元地址:存儲單元的編號
字編址:對存儲單元按字編址
位元組編址:對存儲單元按位元組編址
定址:由地址尋找數據,從對應地址的存儲單元中訪存數據。
以存儲體(大量存儲單元組成的陣列)為核心,加上必要的地址解碼、讀寫控制電路,即為存儲集成電路;再加上必要的I/O介面和一些額外的電路如存取策略管理,則形成存儲晶元,比如手機中常用的存儲晶元。得益於新的IC製造或晶元封裝工藝,現在已經有能力把DRAM和FLASH存儲單元集成在單晶元里。存儲晶元再與控制晶元(負責復雜的存取控制、存儲管理、加密、與其他器件的配合等)及時鍾、電源等必要的組件集成在電路板上構成整機,就是一個存儲產品,如U盤。從存儲單元(晶體管陣列)到存儲集成電路再到存儲設備,都是為了實現信息的存儲,區別是層次的不同。

⑶ 計算機中存儲器分哪兩類,它們的特點是什麼

內部存儲器和外部存儲器兩類。

內部存儲器速度快,但斷電後存儲的數據丟失。如內存。

外部存儲器速度相對慢,但斷電後數據仍然保存。如硬碟

在計算機中採用只有兩個數碼「0」和「1」的二進制來表示數據。記憶元件的兩種穩定狀態分別表示為「0」和「1」。日常使用的十進制數必須轉換成等值的二進制數才能存入存儲器中。

計算機中處理的各種字元,例如英文字母、運算符號等,也要轉換成二進制代碼才能存儲和操作。

(3)再存儲器擴展閱讀:

伺服器在存儲器環境按這樣的方法分配存儲器:在某個環境分配的存儲器可以被環境析構器釋放而不會影響其他環境中分配的存儲器。

所有存儲器分配(通過 palloc 等)都被當作在當前環境的區域中分配存儲器.如果你試圖釋放(或再分配)不在當前環境的存儲器,你將得到不可預料的結果。

當確定了存儲程序代碼和數據所需要的存儲空間之後,設計工程師將決定是採用內部存儲器還是外部存儲器。通常情況下,內部存儲器的性價比最高但靈活性最低,因此設計工程師必須確定對存儲的需求將來是否會增長,以及是否有某種途徑可以升級到代碼空間更大的微控制器。

基於成本考慮,人們通常選擇能滿足應用要求的存儲器容量最小的微控制器,因此在預測代碼規模的時候要必須特別小心,因為代碼規模增大可能要求更換微控制器。

⑷ 存儲器可分為哪兩種

存儲器可分為即內存儲器和外存儲器,簡稱內存和外存。

內存是直接受CPU控制與管理的並只能暫存數據信息的存儲器,外存可以永久性保存信息的存儲器。存於外存中的程序必須調入內存才能運行,內存是計算機工作的舞台。內存與外存的區別是:內存只能暫存數據信息,外存可以永久性保存數據信息;

外存不受CPU控制,但外存必須藉助內存才能與CPU交換數據信息;內存的訪問速度快,外存的訪問速度慢。內存可分為:RAM與ROM。RAM的特點是:可讀可寫,但斷電信息丟失。ROM用於存儲BIOS。外存有:磁碟(軟盤和硬碟)、光碟、U盤(電子盤)。

(4)再存儲器擴展閱讀:

構成存儲器的存儲介質,目前主要採用半導體器件和磁性材料。存儲器中最小的存儲單位就是一個雙穩態半導體電路或一個CMOS晶體管或磁性材料的存儲元,它可存儲一個二進制代碼。由若干個存儲元組成一個存儲單元,然後再由許多存儲單元組成一個存儲器。

一個存儲器包含許多存儲單元,每個存儲單元可存放一個位元組。每個存儲單元的位置都有一個編號,即地址,一般用十六進製表示。一個存儲器中所有存儲單元可存放數據的總和稱為它的存儲容量。

假設一個存儲器的地址碼由20位二進制數(即5位十六進制數)組成,則可表示220,即1M個存儲單元地址。每個存儲單元存放一個位元組,則該存儲器的存儲容量為1KB。

⑸ 常見的外存儲器和內存儲器有哪些它們有何聯系

按照與CPU的接近程度,存儲器分為內存儲器與外存儲器,簡稱內存與外存。內存儲器又常稱為主存儲器(簡稱主存),屬於主機的組成部分;外存儲器又常稱為輔助存儲器(簡稱輔存),屬於外部設備。CPU不能像訪問內存那樣,直接訪問外存,外存要與CPU或I/O設備進行數據傳輸,必須通過內存進行。在80386以上的高檔微機中,就是現在所有的微機,還配置了高速緩沖存儲器,這時內存包括主存與高速緩存兩部分。
半導體存儲器速度快,但價格高,容量不宜做得很大,因此僅用作與CPU頻繁交流信息的內存儲器。

磁碟存儲器價格較便宜,可以把容量做得很大,但存取速度較慢,因此用作存取次數較少,且需存放大量程序、原始數據(許多程序和數據是暫時不參加運算的)和運行結果的外存儲器。計算機在執行某項任務時,僅將與此有關的程序和原始數據從磁碟上調入容量較小的內存,通過CPU與內存進行高速的數據處理,然後將最終結果通過內存再寫入磁碟。這樣的配置價格適中,綜合存取速度則較快。
內存儲器速度快,但由於成本問題不能做到太大容量,而且有個致命弱點,就是需要電力維持數據,一旦斷電,數據將會消失。比如CMOS是一種內存儲器,在主板上保存BIOS設置的數據,例如主板的開機密碼。所以我們可以拔掉主板上的電池來清除開機密碼(所謂的清CMOS),就是利用內存這個弱點。沒有了電池,保存在CMOS里的數據就丟失了,包括密碼。

外存儲器速度慢,但成本很低(80G硬碟才400元),容量可以做到很大。而且有內存沒有的優點,就是不需要電力維持數據。所以你可以帶硬碟到朋友家拷貝幾十個G的電影,然後再帶回自己家看,中途不需要背個電池來給硬碟通電維持它的數據。

⑹ 存儲器的基本結構原理

存儲器單元實際上是時序邏輯電路的一種。按存儲器的使用類型可分為只讀存儲器(ROM)和隨機存取存儲器(RAM),兩者的功能有較大的區別,因此在描述上也有所不同
存儲器是許多存儲單元的集合,按單元號順序排列。每個單元由若干三進制位構成,以表示存儲單元中存放的數值,這種結構和數組的結構非常相似,故在VHDL語言中,通常由數組描述存儲器

結構
存儲器結構在MCS - 51系列單片機中,程序存儲器和數據存儲器互相獨立,物理結構也不相同。程序存儲器為只讀存儲器,數據存儲器為隨機存取存儲器。從物理地址空間看,共有4個存儲地址空間,即片內程序存儲器、片外程序存儲器、片內數據存儲器和片外數據存儲器,I/O介面與外部數據存儲器統一編址

存儲器是用來存儲程序和各種數據信息的記憶部件。存儲器可分為主存儲器(簡稱主存或內存)和輔助存儲器(簡稱輔存或外存)兩大類。和CPU直接交換信息的是主存。
主存的工作方式是按存儲單元的地址存放或讀取各類信息,統稱訪問存儲器。主存中匯集存儲單元的載體稱為存儲體,存儲體中每個單元能夠存放一串二進制碼表示的信息,該信息的總位數稱為一個存儲單元的字長。存儲單元的地址與存儲在其中的信息是一一對應的,單元地址只有一個,固定不變,而存儲在其中的信息是可以更換的。
指示每個單元的二進制編碼稱為地址碼。尋找某個單元時,先要給出它的地址碼。暫存這個地址碼的寄存器叫存儲器地址寄存器(MAR)。為可存放從主存的存儲單元內取出的信息或准備存入某存儲單元的信息,還要設置一個存儲器數據寄存器(MDR)

⑺ 存儲器是什麼

存儲器(Memory)是現代信息技術中用於保存信息的記憶設備。在數字系統中,只要能保存二進制數據的都可以是存儲器。

在集成電路中,一個沒有實物形式的具有存儲功能的電路也叫存儲器,如RAM、FIFO等。

在系統中,具有實物形式的存儲設備也叫存儲器,計算機中全部信息,包括輸入的原始數據、計算機程序、中間運行結果和最終運行結果都保存在存儲器中。

(7)再存儲器擴展閱讀:

1、分類

cf快閃記憶體卡:一種袖珍快閃記憶體卡。像pc卡那樣插入數碼相機,它可用適配器,使之適應標準的pc卡閱讀器或其他的pc卡設備。

sd快閃記憶體卡:存儲的速度快,非常小巧,外觀和MMC一樣,市面上較多數數碼相機使用這種格式的存儲卡。

數字膠卷:一種數碼相機的存儲介質,同日立的sm卡、松下的sd卡、索尼的memorystick屬同類的數字存儲媒體。

2、特性

優異性能支持高並發、帶寬飽和利用。存儲系統將控制流和數據流分離,數據訪問時多個存儲伺服器同時對外提供服務,實現高並發訪問。

無論系統是採用電池供電還是由市電供電,應用需求將決定存儲器的類型以及使用目的。另外,在選擇過程中,存儲器的尺寸和成本也是需要考慮的重要因素。

⑻ 儲存器可分為哪三類

儲存器可分為隨機存儲器、只讀存儲器和外存儲器三類。

一、隨機存儲器:隨機存取存儲器(random access memory)又稱作「隨機存儲器」,是與CPU直接交換數據的內部存儲器,也叫主存(內存)。它可以隨時讀寫,而且速度很快,通常作為操作系統或其他正在運行中的程序的臨時數據存儲媒介。

二、只讀存儲器:其英文簡稱是ROM,它所存儲的數據通常都是裝入主機之前就寫好的,在工作的時候只能讀取而不能像隨機存儲器那樣隨便寫入,但是只讀存儲器有的所存儲的數據十分穩定。而且只讀存儲器的結構十分簡單,讀出很簡便,因此一般用於存儲各種的程序與數據的地方。

三、外存儲器:外存儲器包括軟盤存儲器、硬碟存儲器、移動存儲器、快閃記憶體檔(優盤)、移動硬碟、固態硬碟(SSD)、光碟存儲器等。外儲存器是指除計算機內存及CPU緩存以外的儲存器,此類儲存器一般斷電後仍然能保存數據。

(8)再存儲器擴展閱讀

儲存器主要採用半導體器件和磁性材料。存儲器中最小的存儲單位就是一個雙穩態半導體電路或一個CMOS晶體管或磁性材料的存儲元,它可存儲一個二進制代碼。由若干個存儲元組成一個存儲單元,然後再由許多存儲單元組成一個存儲器。

一個存儲器包含許多存儲單元,每個存儲單元可存放一個位元組。每個存儲單元的位置都有一個編號,即地址,一般用十六進製表示。一個存儲器中所有存儲單元可存放數據的總和稱為它的存儲容量。

⑼ 存儲器的原理是什麼

存儲器講述工作原理及作用

介紹

存儲器(Memory)是現代信息技術中用於保存信息的記憶設備。其概念很廣,有很多層次,在數字系統中,只要能保存二進制數據的都可以是存儲器;在集成電路中,一個沒有實物形式的具有存儲功能的電路也叫存儲器,如RAM、FIFO等;在系統中,具有實物形式的存儲設備也叫存儲器,如內存條、TF卡等。計算機中全部信息,包括輸入的原始數據、計算機程序、中間運行結果和最終運行結果都保存在存儲器中。它根據控制器指定的位置存入和取出信息。有了存儲器,計算機才有記憶功能,才能保證正常工作。計算機中的存儲器按用途存儲器可分為主存儲器(內存)和輔助存儲器(外存),也有分為外部存儲器和內部存儲器的分類方法。外存通常是磁性介質或光碟等,能長期保存信息。內存指主板上的存儲部件,用來存放當前正在執行的數據和程序,但僅用於暫時存放程序和數據,關閉電源或斷電,數據會丟失。

2.按存取方式分類

(1)隨機存儲器(RAM):如果存儲器中任何存儲單元的內容都能被隨機存取,且存取時間與存儲單元的物理位置無關,則這種存儲器稱為隨機存儲器(RAM)。RAM主要用來存放各種輸入/輸出的程序、數據、中間運算結果以及存放與外界交換的信息和做堆棧用。隨機存儲器主要充當高速緩沖存儲器和主存儲器。

(2)串列訪問存儲器(SAS):如果存儲器只能按某種順序來存取,也就是說,存取時間與存儲單元的物理位置有關,則這種存儲器稱為串列訪問存儲器。串列存儲器又可分為順序存取存儲器(SAM)和直接存取存儲器(DAM)。順序存取存儲器是完全的串列訪問存儲器,如磁帶,信息以順序的方式從存儲介質的始端開始寫入(或讀出);直接存取存儲器是部分串列訪問存儲器,如磁碟存儲器,它介於順序存取和隨機存取之間。

(3)只讀存儲器(ROM):只讀存儲器是一種對其內容只能讀不能寫入的存儲器,即預先一次寫入的存儲器。通常用來存放固定不變的信息。如經常用作微程序控制存儲器。目前已有可重寫的只讀存儲器。常見的有掩模ROM(MROM),可擦除可編程ROM(EPROM),電可擦除可編程ROM(EEPROM).ROM的電路比RAM的簡單、集成度高,成本低,且是一種非易失性存儲器,計算機常把一些管理、監控程序、成熟的用戶程序放在ROM中。

3.按信息的可保存性分類

非永久記憶的存儲器:斷電後信息就消失的存儲器,如半導體讀/寫存儲器RAM。

永久性記憶的存儲器:斷電後仍能保存信息的存儲器,如磁性材料做成的存儲器以及半導體ROM。

4.按在計算機系統中的作用分

根據存儲器在計算機系統中所起的作用,可分為主存儲器、輔助存儲器、高速緩沖存儲器、控制存儲器等。為了解決對存儲器要求容量大,速度快,成本低三者之間的矛盾,目前通常採用多級存儲器體系結構,即使用高速緩沖存儲器、主存儲器和外存儲器。

能力影響

從寫命令轉換到讀命令,在某個時間訪問某個地址,以及刷新數據等操作都要求數據匯流排在一定時間內保持休止狀態,這樣就不能充分利用存儲器通道。此外,寬並行匯流排和DRAM內核預取都經常導致不必要的大數據量存取。在指定的時間段內,存儲器控制器能存取的有用數據稱為有效數據速率,這很大程度上取決於系統的特定應用。有效數據速率隨著時間而變化,常低於峰值數據速率。在某些系統中,有效數據速率可下降到峰值速率的10%以下。

通常,這些系統受益於那些能產生更高有效數據速率的存儲器技術的變化。在CPU方面存在類似的現象,最近幾年諸如AMD和 TRANSMETA等公司已經指出,在測量基於CPU的系統的性能時,時鍾頻率不是唯一的要素。存儲器技術已經很成熟,峰值速率和有效數據速率或許並不比以前匹配的更好。盡管峰值速率依然是存儲器技術最重要的參數之一,但其他結構參數也可以極大地影響存儲器系統的性能。

影響有效數據速率的參數

有幾類影響有效數據速率的參數,其一是導致數據匯流排進入若干周期的停止狀態。在這類參數中,匯流排轉換、行周期時間、CAS延時以及RAS到CAS的延時(tRCD)引發系統結構中的大部分延遲問題。

匯流排轉換本身會在數據通道上產生非常長的停止時間。以GDDR3系統為例,該系統對存儲器的開放頁不斷寫入數據。在這期間,存儲器系統的有效數據速率與其峰值速率相當。不過,假設100個時鍾周期中,存儲器控制器從讀轉換到寫。由於這個轉換需要6個時鍾周期,有效的數據速率下降到峰值速率的 94%。在這100個時鍾周期中,如果存儲器控制器將匯流排從寫轉換到讀的話,將會丟失更多的時鍾周期。這種存儲器技術在從寫轉換到讀時需要15個空閑周期,這會將有效數據速率進一步降低到峰值速率的79%。表1顯示出針幾種高性能存儲器技術類似的計算結果。

顯然,所有的存儲器技術並不相同。需要很多匯流排轉換的系統設計師可以選用諸如XDR、RDRAM或者DDR2這些更高效的技術來提升性能。另一方面,如果系統能將處理事務分組成非常長的讀寫序列,那麼匯流排轉換對有效帶寬的影響最小。不過,其他的增加延遲現象,例如庫(bank)沖突會降低有效帶寬,對性能產生負面影響。

DRAM技術要求庫的頁或行在存取之前開放。一旦開放,在一個最小周期時間,即行周期時間(tRC)結束之前,同一個庫中的不同頁不能開放。對存儲器開放庫的不同頁存取被稱為分頁遺漏,這會導致與任何tRC間隔未滿足部分相關的延遲。對於還沒有開放足夠周期以滿足tRC間隙的庫而言,分頁遺漏被稱為庫沖突。而tRC決定了庫沖突延遲時間的長短,在給定的DRAM上可用的庫數量直接影響庫沖突產生的頻率。

大多數存儲器技術有4個或者8個庫,在數十個時鍾周期具有tRC值。在隨機負載情況下,那些具有8個庫的內核比具有4個庫的內核所發生的庫沖突更少。盡管tRC與庫數量之間的相互影響很復雜,但是其累計影響可用多種方法量化。

存儲器讀事務處理

考慮三種簡單的存儲器讀事務處理情況。第一種情況,存儲器控制器發出每個事務處理,該事務處理與前一個事務處理產生一個庫沖突。控制器必須在打開一個頁和打開後續頁之間等待一個tRC時間,這樣增加了與頁循環相關的最大延遲時間。在這種情況下的有效數據速率很大程度上決定於I/O,並主要受限於DRAM內核電路。最大的庫沖突頻率將有效帶寬削減到當前最高端存儲器技術峰值的20%到30%。

在第二種情況下,每個事務處理都以隨機產生的地址為目標。此時,產生庫沖突的機會取決於很多因素,包括tRC和存儲器內核中庫數量之間的相互作用。tRC值越小,開放頁循環地越快,導致庫沖突的損失越小。此外,存儲器技術具有的庫越多,隨機地址存取庫沖突的機率就越小。

第三種情況,每個事務處理就是一次頁命中,在開放頁中定址不同的列地址。控制器不必訪問關閉頁,允許完全利用匯流排,這樣就得到一種理想的情況,即有效數據速率等於峰值速率。

第一種和第三種情況都涉及到簡單的計算,隨機情況受其他的特性影響,這些特性沒有包括在DRAM或者存儲器介面中。存儲器控制器仲裁和排隊會極大地改善庫沖突頻率,因為更有可能出現不產生沖突的事務處理,而不是那些導致庫沖突的事務處理。

然而,增加存儲器隊列深度未必增加不同存儲器技術之間的相對有效數據速率。例如,即使增加存儲器控制隊列深度,XDR的有效數據速率也比 GDDR3高20%。存在這種增量主要是因為XDR具有更高的庫數量以及更低的tRC值。一般而言,更短的tRC間隔、更多的庫數量以及更大的控制器隊列能產生更高的有效帶寬。

實際上,很多效率限制現象是與行存取粒度相關的問題。tRC約束本質上要求存儲器控制器從新開放的行中存取一定量的數據,以確保數據管線保持充滿。事實上,為保持數據匯流排無中斷地運行,在開放一個行之後,只須讀取很少量的數據,即使不需要額外的數據。

另外一種減少存儲器系統有效帶寬的主要特性被歸類到列存取粒度范疇,它規定了每次讀寫操作必須傳輸的數據量。與之相反,行存取粒度規定每個行激活(一般指每個RAS的CAS操作)需要多少單獨的讀寫操作。列存取粒度對有效數據速率具有不易於量化的巨大影響。因為它規定一個讀或寫操作中需要傳輸的最小數據量,列存取粒度給那些一次只需要很少數據量的系統帶來了問題。例如,一個需要來自兩列各8位元組的16位元組存取粒度系統,必須讀取總共32位元組以存取兩個位置。因為只需要32個位元組中的16個位元組,系統的有效數據速率降低到峰值速率的50%。匯流排帶寬和脈沖時間長度這兩個結構參數規定了存儲器系統的存取粒度。

匯流排帶寬是指連接存儲器控制器和存儲器件之間的數據線數量。它設定最小的存取粒度,因為對於一個指定的存儲器事務處理,每條數據線必須至少傳遞一個數據位。而脈沖時間長度則規定對於指定的事務處理,每條數據線必須傳遞的位數量。每個事務處理中的每條數據線只傳一個數據位的存儲技術,其脈沖時間長度為1。總的列存取粒度很簡單:列存取粒度=匯流排寬度×脈沖時間長度。

很多系統架構僅僅通過增加DRAM器件和存儲匯流排帶寬就能增加存儲系統的可用帶寬。畢竟,如果4個400MHz數據速率的連接可實現 1.6GHz的總峰值帶寬,那麼8個連接將得到3.2GHz。增加一個DRAM器件,電路板上的連線以及ASIC的管腳就會增多,總峰值帶寬相應地倍增。

首要的是,架構師希望完全利用峰值帶寬,這已經達到他們通過物理設計存儲器匯流排所能達到的最大值。具有256位甚或512位存儲匯流排的圖形控制器已並不鮮見,這種控制器需要1,000個,甚至更多的管腳。封裝設計師、ASIC底層規劃工程師以及電路板設計工程師不能找到採用便宜的、商業上可行的方法來對這么多信號進行布線的矽片區域。僅僅增加匯流排寬度來獲得更高的峰值數據速率,會導致因為列存取粒度限制而降低有效帶寬。

假設某個特定存儲技術的脈沖時間長度等於1,對於一個存儲器處理,512位寬系統的存取粒度為512位(或者64位元組)。如果控制器只需要一小段數據,那麼剩下的數據就被浪費掉,這就降低了系統的有效數據速率。例如,只需要存儲系統32位元組數據的控制器將浪費剩餘的32位元組,進而導致有效的數據速率等於50%的峰值速率。這些計算都假定脈沖時間長度為1。隨著存儲器介面數據速率增加的趨勢,大多數新技術的最低脈沖時間長度都大於1。

選擇技巧

存儲器的類型將決定整個嵌入式系統的操作和性能,因此存儲器的選擇是一個非常重要的決策。無論系統是採用電池供電還是由市電供電,應用需求將決定存儲器的類型(易失性或非易失性)以及使用目的(存儲代碼、數據或者兩者兼有)。另外,在選擇過程中,存儲器的尺寸和成本也是需要考慮的重要因素。對於較小的系統,微控制器自帶的存儲器就有可能滿足系統要求,而較大的系統可能要求增加外部存儲器。為嵌入式系統選擇存儲器類型時,需要考慮一些設計參數,包括微控制器的選擇、電壓范圍、電池壽命、讀寫速度、存儲器尺寸、存儲器的特性、擦除/寫入的耐久性以及系統總成本。

選擇存儲器時應遵循的基本原則

1、內部存儲器與外部存儲器

一般情況下,當確定了存儲程序代碼和數據所需要的存儲空間之後,設計工程師將決定是採用內部存儲器還是外部存儲器。通常情況下,內部存儲器的性價比最高但靈活性最低,因此設計工程師必須確定對存儲的需求將來是否會增長,以及是否有某種途徑可以升級到代碼空間更大的微控制器。基於成本考慮,人們通常選擇能滿足應用要求的存儲器容量最小的微控制器,因此在預測代碼規模的時候要必須特別小心,因為代碼規模增大可能要求更換微控制器。目前市場上存在各種規模的外部存儲器器件,我們很容易通過增加存儲器來適應代碼規模的增加。有時這意味著以封裝尺寸相同但容量更大的存儲器替代現有的存儲器,或者在匯流排上增加存儲器。即使微控制器帶有內部存儲器,也可以通過增加外部串列EEPROM或快閃記憶體來滿足系統對非易失性存儲器的需求。

2、引導存儲器

在較大的微控制器系統或基於處理器的系統中,設計工程師可以利用引導代碼進行初始化。應用本身通常決定了是否需要引導代碼,以及是否需要專門的引導存儲器。例如,如果沒有外部的定址匯流排或串列引導介面,通常使用內部存儲器,而不需要專門的引導器件。但在一些沒有內部程序存儲器的系統中,初始化是操作代碼的一部分,因此所有代碼都將駐留在同一個外部程序存儲器中。某些微控制器既有內部存儲器也有外部定址匯流排,在這種情況下,引導代碼將駐留在內部存儲器中,而操作代碼在外部存儲器中。這很可能是最安全的方法,因為改變操作代碼時不會出現意外地修改引導代碼。在所有情況下,引導存儲器都必須是非易失性存儲器。

可以使用任何類型的存儲器來滿足嵌入式系統的要求,但終端應用和總成本要求通常是影響我們做出決策的主要因素。有時,把幾個類型的存儲器結合起來使用能更好地滿足應用系統的要求。例如,一些PDA設計同時使用易失性存儲器和非易失性存儲器作為程序存儲器和數據存儲器。把永久的程序保存在非易失性ROM中,而把由用戶下載的程序和數據存儲在有電池支持的易失性DRAM中。不管選擇哪種存儲器類型,在確定將被用於最終應用系統的存儲器之前,設計工程師必須仔細折中考慮各種設計因素。

⑽ 存儲器的構成

構成存儲器的存儲介質,存儲元,它可存儲一個二進制代碼。由若干個存儲元組成一個存儲單元,然後再由許多存儲單元組成一個存儲器。一個存儲器包含許多存儲單元,每個存儲單元可存放一個位元組(按位元組編址)。每個存儲單元的位置都有一個編號,即地址,一般用十六進製表示。一個存儲器中所有存儲單元可存放數據的總和稱為它的存儲容量。假設一個存儲器的地址碼由20位二進制數(即5位十六進制數)組成,則可表示2的20次方,即1M個存儲單元地址。每個存儲單元存放一個位元組,則該存儲器的存儲容量為1MB。