《存储器及存储系统》PPT课件

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双向的(MDR总线) MAC控制线:含读、写和表示存储器功能完成的线
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M A R
M D R
CPU
地址总线K位
数据总线n位 Read Write MAC
控制总线
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主存容量 2K字
字长n位
MEM
读操作过程: CPU发出指定存储器地址(通过MAR到总线),并
发出Read有效,之后等待主存储器的应答信号(MAC 控制线,若为1,表示主存储器已将数据送入数据总 线),送入MDR,完成一次读操作。
存储信
依靠双稳态电路内部交叉反馈的机制存
息原理 储信息。 功耗较大,速度快,作Cache。
动态存储器DRAM (动态MOS型):
依靠电容存储电荷的原理存储信息。
功耗较小,容量大精,选速ppt 度较快,作主存。
一、①T静1、态T2M是OS工存作储管器,(使得SRAA、M)B点为互补(一个为 1.1静,态另M一O个S存一储定单0)元。
(2)串行访问存储器(SAS) 在存储器中按某种顺序来存取,也就是存取时间与存储单 元的物理位置有关。又分为顺序存取存储器(SAM)和直接 存取存储器(DAM) 主要用途:磁带(SAM)和磁盘(DAM)。用于外部存储器。
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(3)只读存储器(ROM) 只能读,不能写的,其内容已经预先一次写入,
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② 地址译码器 地址译码器把用二进制表示的地址转换为译码输入 线上的高电位,以便驱动相应的读写电路。
两种地址译码方式: 1)单译码方式,适用于小容量存储器;
地址译码器只有一个,其输出叫字选线,选择某个 字的所有位。
地址输入线n=4,经地址译码器译码后,产生16个字 选线,分别对应16个地址。
特点:存储体积大且不易丢失含磁盘存储器、磁带存储 器等 (3) 激光存储器
特点:集上述两种优点
只读型光盘(CD-ROM)、只写一次型光盘(WORM) 和磁光盘(MOD)
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2)按存取方式分类 (1)随机存储器(RAM)
在存储器中任何存储单元的内容都能随机存取,且存取时 间与存储单元的物理位置无关。 主要用途:存放各种输入/输出的程序、数据、中间结果以及 存放与外界交换的信息和做堆栈用。一般充当高速缓冲存 储器和主存储器。
I/O控制
y0
y1 ...
y 63
Y地址译码
采用双译码结构的4096×1的存储单元矩阵;对4096 个单元选址,需要12根地精选址ppt线:A0—A11。
③ 驱动器 一条X方向的选择线要控制在其上的各个存储单元的 字选线,负载较大,要在译码器输出后加驱动器。
④ I/O控制 它处于数据总线和被选用的单元之间,用以控制被 选中的单元读出或写入,并具有放大信息的作用。
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存储体

m位 数据寄存器
m位 (CPU)
三、主存储器的基本操作
主存储器用来暂时存储CPU正在使用的指令和数据, 它们的连接是通过总线实现的。
总线有三类:数据总线、地址总线和控制总线 存储器地址寄存器(在CPU中,MAR):传送地址的,
单向的CPU发出,连接的总线(MAR总线) 存储器数据寄存器(在CPU中,MDR):传送数据的,
T4
T1
T2
T7 (I/O)
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接 Y 地址译码线
B T6
D T8
(I/O)
一2)、读静操态作 MOS存储器(SRAM) 于1是.A读静点操、态作B时点MO,与S若位存某线储个D、存单储相元元D连被,选存中储,元则的T5信、息T6被、送T7到、IT/8O四线管和均导通, 下I 图/ O 是线上一,位I/O的及六I / O管线静连接态着M一O个S存差动储读单出元放大电器路,从图其:电流方向,
下图②T是3、一T4位是的负六载管管,静起态限M流OS电存阻储作单用元电路图:
③T5、T6、T7、T8为控制管或开门管,由它们实现按地址 选择存储单元。
X 地址
译码线
V CC
T5 A D
T3
T4
T1
T2
T7 (I/O)
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接 Y 地址译码线
B T6
D T8
(I/O)
一1位1),、.写并如静静操开果作态态通写T入MM5OO、“SS1T存存6”、,储储T则7、器单在TI8(元/四OS线个R上MAO输SM管)入,高把电高位、,低而电在位I分/ O线别上加输入入A点低和电B
可以判断所存信息是“1”和“0”;也可以只有一个输出端连接到外
部,从其有无电流通过,判断出所存信息是“1”还是“0”。
X 地址
译码线
V CC
T5 A D
T3
T4
T1
T2
T7 (I/O)
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接 Y 地址译码线
B T6
D T8
(I/O)
2. 静态MOS存储器的组成
A0 A1
. . .
A5
16
….
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0 存储单元
A5
1
A4
A3 译
A2 码 A1 器 A0
64个单元
63
单译码 精选ppt
2)双译码方式,适用于容量较大的存储器。 地址译码器分为X和Y两个译码器。每一个译码器有 n/2个输入端,可以译出2 n/2个状态,两译码器交叉 译码的结果,可产生 2 n/2 × 2 n/2 个输出状态。
4×4 阵列构成的16×1位存储器
X1 X
X0 译 码
4×精4选p位pt 存储器
I/O电路
D3 DDD210
① 存储体(存储矩阵) 存储体是存储单元的集合。在容量较大的存储器中 往往把各个字的同一位组织在一个集成片中; 图芯片是4096*1位,由这样的8个芯片可组成4096字 节的存储器。 4096个存储单元排成64*64的矩阵。 由X选择线(行选择线)和Y选tel 2114静态MOS芯片逻辑结构图,该芯片是 一个1K×4位的静态RAM,片上共有4096个六管存储元 电路,排成64×64的矩阵,有地址总线10根(A0~A9) ,其中六根(A3~A8)用于行译码,产生64根行选择线 ,四根用于列译码,产生64/4条选择线,即16条列选 择线,每条线同时接矩阵的4位。
第三章 存储器及存储系统
3.1 存储器概述 3.2 主存储器 3.3 半导体存储器芯片 3.4 主存储器组织 3.5 存储保护和校验技术
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3.1 存储器概述
1.存储器分类
1)按存储介质分类
(1)半导体存储器
特点:集成高、容量大、体积小、存取速度快、功耗低、 价格便宜、维护简单。
又分两类:双极性存储器(TTL型和ECL型)和金属氧 化物半导体存储器(MOS)(分为静态MOS存储器和动 态MOS存储器) (2) 磁表面存储器
和数据,主要用双极型半导体存储器组成。 (2)主存储器(主存)
是计算机主要存储器,用来存放计算机运行期 间的大量数据和程序。它是和快存交换数据和指令, 快存再与CPU打交道。由MOS存储器组成。 (3)外存储器(外存)
又称辅助存储器,主要是存储容量大,用来存 放系统程序和大型数据文件及数据库。
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⑤ 片选控制 将一定数量的芯片按一定方式连接成一个完整的存 储器;芯片外的地址译码器产生片选控制信号,选中 要访问的存储字所在的芯片。
⑥ 读/写控制 根据CPU给出的信号是读命令还是写命令,控制被选 中存储单元的读写。 精选ppt
D
D
I/O
&
R/W
&
CS
片选和读写控制电路
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3.静态MOS存储器芯片实例
存储器的访问时间(存取时间,用TA表示,多数在 ns级):从存储器接收到读(或写)命令到从存储 器读出(写入)信息所需的时间。
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3、存取周期 存取周期(用TM表示):存储器作连续访问
操作过程中完成一次完整存取操作所需的全部时 间。也是指连续启动两次独立的存储器操作所需 间隔的最小时间。TM>TA
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写操作过程: CPU发出指定存储器地址(通过MAR到总线),
并将数据(通过MDR到总线),同时发出Write有效, 之后等待主存储器的应答信号(MAC控制线);主 存储器从数据总线接收到信息并按地址总线指定的 地址存储。然后经过MAC控制线发回存储器操作完 成的信号。完成一次写操作。
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3.3 半导体存储器芯片
3.3.1 静态MOS存储器(SRAM) 3.3.2 动态MOS存储器(DRAM) 3.3.3 半导体只读存储器
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半导体存储器
工艺
双极型 速度很快、功耗大、容量小
MOS型
静态MOS 功耗小、容量大 动态MOS (静态MOS除外)
静态存储器SRAM(双极型、静态MOS型):


译 码 器
6
. . .
X 译 码 器
. . .
驱1 动 器…
64
2
1
64×64=4096
存储矩阵
1
… 64
I/O电路
输出驱动器
Y译码电路
… 地址反相器 6

A6 A7
A11
控制电路 读/写 片选
输出 输入
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X1 X
X0 译 码
地址译码器
存储体
I/O电路
Y译码
Y1
Y 精选ppt 0
D D
带宽 取的信息量。
率技术指标 字节/秒
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二、主存储器的基本结构
它接由收来存自储C体PU加的上n位一地些址外信号围,电经路过构译成码。、 外驱中围动一后个电形地路成址包2。n括个地地址址选译择码信驱号动,器每次、选数据寄存器和 存储器控制电路等。
地址 n 位 (CPU)


译 码
2n



(CPU) R/W 控 制 线 路
三级结构有关系有下图表示:
CPU
Cache
高速缓冲

存储器







主机
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3.2 主存储器
一、主存储器的技术指标 1、存储容量
存放一个机器字的存储单元,称为字存储单元, 相应的单元地址叫字地址,若计算机中可编址最小 单元为字,称该计算机为按字编址的计算机;存放 一个字节的单元,称为字节存储单元,相应的单元 地址叫字节地址,若计算机中可编址最小单元为字 节,称该计算机为按字节编址的计算机。
是存放固定不变的信息。 主要用途:微程序控制器、BIOS等
又分为掩模ROM(MROM)、 可编程ROM(PROM)、 可擦除可编程ROM(EPROM和E2PROM))
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3)按信息的可保存性分类
非永久记忆的存储器:断电后信息即消失的存储器。 (主存中的RAM)
永久记忆性存储器:断电后仍能保存信息的存储器。 (辅存,ROM)
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主存储器的主要几项技术指标
指标
存储容 量
存取时 间
存储周 期
含义
表现
单位
在一个存储器中可以容 存储空间的 字数,字
纳的存储单元总数
大小
节数
启动到完成一次存储器 操作所经历的时间
主存的速度
ns
连续启动两次操作所需 间隔的最小时间
主存的速度
ns
存储器 单位时间里存储器所存 数据传输速 位/秒,
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在一个存储器中可以容纳的主存储器的单元总 数称为该存储器的存储容量,通常用字节(B,1B=8b)
表示。 1K=1024, 1M=1024K, 1G=1024M和 1T=1024G, 单位为MB、GB、TB
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2、存取时间 写操作:信息存入存储器的操作。 读操作:从存储器取出信息的操作。 访 问:读/写操作。
4)按在计算机系统中的作用分类
根据存储器在计算机系统中所起的作用,可分为 主存储器、辅助存储器、高速缓冲存储器、控制 存储器等。
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存储器分类综述
RAM SRAM →Cache DRAM
主存储器
MROM

ROM PROM

EPROM

E2PROM
软盘
磁盘 硬盘
辅助存储器 磁带 CD-ROM
光盘 WORM
EOD
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2.存储器的分级管理 通常采用三级存储器结构(高速缓冲存储器、主 存储器和辅助存储器),CPU能直接访问存储器 (高速缓冲存储器、主存储器)称为内存储器 (内存),不能直接访问称为外存储器(外存)
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(1)高速缓冲存储器(Cache、快存) 是一个高速的小容量的存储器,临时存放指令
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A3 A4 A5


64×64
VCC GND
A6


存储矩阵
A7

A8
……
I/O1
I/O2
下点上图,是从一而使位T1的管截六止管,静T2管态导M通O。S存当输储入单信元号及电地路址选图择:信号消失
后,T5、T6、T7、T8管都截止,T1和T2管就保持被强迫写入的状态不
变,从而将“1”写入存储元,各种干扰信号不会影响T1和T2管;写
“0”同上原理一样。
X 地址
译码线
V CC
T5 A D
T3
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0
1 A2 行 A1 译 A0 码
7
64个单元
01
7
列译码
双译码
A3A4A5
采用双译码结构的8×8的存储矩阵构成的64×1位的
存储器
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...
... ... ...
X0
X1
X 地 址 X63 译 码
0,0 1,0
63,0
0,1 1,1
63,1
0,63 1,63
...
63,63
双地址译码 存储结构
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