计算机原理与应用：第五章 存储器及其与CPU 接口（1）.pdf

计算机原理与应用是IT领域的基础课程，其中第五章主要探讨了存储器及其与CPU的接口。存储器在计算机系统中扮演着至关重要的角色，它分为两大类：主存储器（内存）和辅助存储器（外存）。 主存储器位于主板上，包括ROM（只读存储器）、RAM（随机存取存储器）以及高速缓冲存储器Cache。主存储器的特点是存取速度快，但容量相对较小，成本较高。其中，ROM存储固定的、不可修改的数据，如系统固件；RAM则用于临时存储运行中的程序和数据，断电后数据会丢失；Cache则是用来缓解CPU与主存之间速度差异的高速缓冲，它存储最频繁访问的数据，以提高系统性能。 辅助存储器，如磁盘和磁带、光盘等，虽然存取速度慢，但拥有更大的容量和更低的成本，适合存储不常用或需要长期保存的数据。 存储器的性能指标主要有三个方面：存储容量、存取速度和错误校验。存储容量是存储单元的数量，一般以字节为单位；存取速度通过存取时间和存储周期来衡量，是影响系统响应速度的关键因素；错误校验则包括奇偶校验和ECC（纠错码）校验，用于检测和纠正数据传输中的错误。 存储器系统通常采用分级组织结构，以实现速度、价格和容量的平衡。这一结构包括CPU内部的高速缓存（L1 Cache）、片外的L2 Cache、主存（包括ROM和RAM）以及外部的辅助存储器。这种层次化的结构允许快速访问最近使用的数据，同时利用大容量的外存来存储大量信息。 只读存储器ROM有多种类型，包括固定ROM、可编程ROM（PROM）、光可擦可编程ROM（EPROM）和电可擦可编程ROM（EEPROM）。ROM的特性是数据一旦写入，除非特殊操作，否则不能更改。其中，EPROM可以通过紫外线擦除并重新编程，而EEPROM则可以直接通过电子方式进行改写。 存储器的硬件结构包括存储体、地址译码器、输入/输出电路和控制电路。地址译码器根据CPU提供的地址信息找到对应的存储单元，I/O电路则负责数据的读写操作，通过控制信号如CS（片选信号）和WE（写允许信号）来控制读写操作。 在实际应用中，例如EPROM 2764，是一种8Kx8bit的芯片，兼容于RAM芯片6264，可以用于软件调试，调试完成后，将程序固化到EPROM，以替代RAM，使得程序能够长期保存。 理解存储器的分类、性能指标和工作原理对于理解和优化计算机系统的性能至关重要。此外，掌握存储器与CPU的接口设计，有助于深入理解计算机系统如何高效地存储和处理信息。