第3章存储器层次结构-1
数字逻辑与计算机组成原理:第三章 存储器系统(1)

A3 0
字线
地0 A2 0 址
译
A1
0码 器
A0 0
15
读 / 写选通
… …
…
0,0 … 0,7
16×8矩阵
15,0 … 15,7
0
…
7 位线
读/写控制电路
D0
… D7
(2) 重合法(双译码方式)
0 A4
0,00
…
0 A3
阵
A2
译
0码
31,0
…
A1
器 X 31
0 A0
… …
或低表示存储的是1或0。 T5和T6是两个门控管,读写操作时,两管需导通。
六管存储单元
保持
字驱动线处于低电位时,T5、T6 截止, 切断了两根位线与触发器之间的 联系。
六管存储单元
单译码方式
读出时: 字线接通 1)位线1和位线2上加高电平; 2)若存储元原存0,A点为低电
平,B点为高电平,位线2无电 流,读出0。
3)若存储元原存1,A点为高电 平,B点为低电平,位线2有电
流,读出1。
静态 RAM 基本电路的 读 操作(双译码方式)
位线A1
A T1 ~ T4 B
位线2
T5
行地址选择
T6
行选
T5、T6 开
列选
T7、T8 开
T7
T8
读选择有效
列地址选择 写放大器
写放大器
VA
T6
读放
读放
DOUT
T8 DOUT
DIN
1.主存与CPU的连接
是由总线支持的; 总线包括数据总线、地址总线和控制总线; CPU通过使用MAR(存储器地址寄存器)和MDR(存储
第三章 微机存储器

联机外存储器 脱机外存储器
两大类——内存、外存
• 内存——存放当前运行的程序和数据。
– 特点:快,容量小,随机存取,CPU可直接访问。 – 通常由半导体存储器构成 – RAM、ROM
• 外存——存放非当前使用的程序和数据。
– 特点:慢,容量大,顺序存取/块存取。需调入内存后 CPU才能访问。 – 通常由磁、光存储器构成,也可以由半导体存储器构成 – 磁盘、磁带、CD-ROM、DVD-ROM、固态盘
16
读0过程
17
写入数据1的过程
18
写0过程
19
2、存储器芯片的基本组成
20
三、存储器与系统的连接
1、数据线、地址线和控制线的连接
存储芯片通过地址线、数据线和控制线与外部连接。 地址线是单向输入的,其数目与芯片容量有关。CPU发 出的地址信号,部分使芯片的片选端有效,称为“片 选”,部分再选中芯片内部的存储单元实现“字选”。 如容量为1024×4时,地址线有10根。
8
2.常用半导体存储器的特点
(1)静态存储器SRAM
用双稳态触发器存储信息。 速度快(<5ns),不需刷新,外围电路比较简单, 但集成度低(存储容量小,约1Mbit/片),功耗 大。 在PC机中,SRAM被广泛地用作高速缓冲存储Cache。 典型SRAM芯片:CMOS RAM芯片6264(8K*8)
14
二、存储器芯片的基本组成
1、基本存储电路 静态存储器SRAM存储原理:双稳态触发器保存信 息。 T1 通,T2 止存0 ;T1 止,T2 通存1 ; 保持信息时,不送地址信号; 读出:送地址,发读命令; 写入:送地址,送数据发写命令。
8088存储系统课程设计

8088存储系统课程设计一、课程目标知识目标:1. 理解8088存储系统的基本组成和工作原理,掌握存储器的层次结构和功能;2. 掌握8088微处理器的存储器寻址方式,了解存储器接口技术;3. 了解8088存储系统的扩展方法,掌握存储器容量和速度对系统性能的影响。
技能目标:1. 能够运用所学知识,设计简单的8088存储系统电路;2. 学会使用相关软件工具,进行存储系统仿真和调试;3. 培养分析问题和解决问题的能力,能够针对特定需求,提出合理的存储系统设计方案。
情感态度价值观目标:1. 培养学生对计算机硬件的兴趣,激发学习热情,提高自主学习能力;2. 培养学生团队合作精神,学会倾听、交流、分享,尊重他人意见;3. 引导学生认识到存储系统在计算机发展中的重要性,增强对科技进步的敏感性和责任感。
课程性质:本课程为计算机硬件基础课程,以8088存储系统为核心,结合实际应用,注重理论与实践相结合。
学生特点:学生为高年级本科生,已具备一定的计算机硬件基础,具有较强的逻辑思维能力和动手能力。
教学要求:教师应采用案例教学、任务驱动等方法,引导学生主动参与,注重实践操作,提高学生的实际应用能力。
同时,关注学生的学习过程,及时评估学习成果,调整教学策略,确保课程目标的实现。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分:1. 存储系统概述:介绍存储系统的基本概念、发展历程、层次结构,使学生了解存储系统在计算机系统中的作用。
2. 8088微处理器存储器寻址方式:讲解8088微处理器的存储器寻址方式,包括直接寻址、间接寻址、寄存器间接寻址等,帮助学生掌握存储器访问方法。
3. 存储器接口技术:介绍存储器接口电路的设计原理,包括地址译码器、数据缓冲器等,让学生了解如何实现存储器与微处理器的连接。
4. 存储器扩展方法:讲解存储器扩展的原理和实现方法,包括存储器分页、存储器容量扩展等,培养学生解决实际问题的能力。
5. 存储器性能分析:分析存储器容量、速度等参数对系统性能的影响,使学生能够根据实际需求选择合适的存储器配置。
白中英计算机组成原理第3章_内部存储器

存储器带宽
每秒从存储器进出信息的最大数量; 单位为位/秒或者字节/秒。
2014年12月14日星期日 12
求存储器带宽的例子
设某存储系统的存取周期为500ns,每个存取周期可 访问16位,则该存储器的带宽是多少? 存储带宽= 每周期的信息量 / 周期时长 = 16位/(500 ╳10-9)秒 = 3.2 ╳ 107 位/秒 = 32 ╳ 106 位/秒 = 32M位/秒
第三章 内部存储器
目录
3.1 存储器概述
3.2 SRAM存储器 3.3 DRAM存储器 3.4 只读存储器和闪速存储器 3.5 并行存储器 3.6 CACHE存储器
(理解)
(理解) (掌握) (理解) (理解) (掌握)
2014年12月14日星期日
2
学习要求
理解存储系统的基本概念 熟悉主存的主要技术指标 掌握主存储器与CPU的连接方法
半导体存储器:用半导体器件(MOS管)组成的存储器; 软盘
磁表面存储器:用磁性材料(磁化作用)做成的存储器; 光盘存储器:用光介质(光学性质)构成的存储器; 光盘 按存取方式分 随机存储器:存取时间和存储单元的物理位臵无关; 顺序存储器:存取时间和存储单元的物理位臵有关;
半导体 存储器 磁带 硬盘 磁带
数据总线 MDR
•••
驱动器
•••
译码器
控制电路
•••
MAR
地址总线
2014年12月14日星期日
读
写
23
32K×8位的SRAM逻辑结构图
X方向: 8根地址线 输出选中 256行
动画演示: 3-3.swf
三维存储 阵列结构
输入输出时 分别打开不 同的缓冲器
读写、 选通 控制
《计算机组成原理》教案

《计算机组成原理》教案一、教学目标1. 了解计算机硬件系统的组成及功能2. 掌握数据的表示和运算方法3. 理解存储器的层次结构和工作原理4. 掌握中央处理器(CPU)的工作原理和性能指标5. 了解计算机的输入输出系统及其接口技术二、教学内容1. 计算机硬件系统计算机的组成输入输出设备存储器中央处理器(CPU)2. 数据的表示和运算数制转换计算机中的数据类型算术运算逻辑运算3. 存储器层次结构随机存储器(RAM)只读存储器(ROM)硬盘存储器虚拟存储器4. 中央处理器(CPU)CPU的组成和结构指令集和指令系统指令执行过程CPU性能指标5. 输入输出系统输入输出设备I/O接口技术中断和直接内存访问(DMA)总线和接口三、教学方法1. 采用讲授法,讲解基本概念、原理和方法。
2. 结合实例分析,让学生更好地理解计算机组成原理。
3. 使用实验和实训,培养学生的实际操作能力。
4. 开展课堂讨论和小组合作,提高学生的分析和解决问题的能力。
四、教学资源1. 教材:《计算机组成原理》2. 课件:PowerPoint或其他教学软件3. 实验设备:计算机、内存条、硬盘等4. 网络资源:相关在线教程、视频、论文等五、教学评价1. 平时成绩:课堂表现、作业、实验报告等(30%)2. 期中考试:测试计算机组成原理的基本概念、原理和方法(30%)3. 期末考试:综合测试计算机组成原理的知识点和实际应用(40%)六、教学安排1. 课时:共计48课时,每课时45分钟。
第一章:8课时第二章:6课时第三章:10课时第四章:10课时第五章:4课时第六章:6课时第七章:6课时第八章:4课时第九章:4课时第十章:4课时2. 教学方式:讲授、实验、课堂讨论、小组合作等。
七、教学重点与难点1. 教学重点:计算机硬件系统的组成及功能数据的表示和运算方法存储器的层次结构和工作原理中央处理器(CPU)的工作原理和性能指标输入输出系统及其接口技术2. 教学难点:存储器的工作原理中央处理器(CPU)的指令执行过程输入输出系统的接口技术八、教学进度计划1. 第一周:计算机硬件系统概述2. 第二周:数据的表示和运算3. 第三周:存储器层次结构4. 第四周:中央处理器(CPU)5. 第五周:输入输出系统6. 第六周:综合练习与实验九、教学实践活动1. 实验:实验一:计算机硬件组成认识实验二:数据表示与运算实验三:存储器测试实验四:CPU性能测试实验五:输入输出系统实验2. 课堂讨论:讨论话题:计算机硬件技术的未来发展讨论形式:小组合作、课堂分享1. 课程结束后,对教学效果进行自我评估和反思。
计算机组成原理试读稿_第3章存储器系统的层次结构_(初稿)【王道考研系列】2012计算机考研

大纲内容
(待补充)
已考真题分布
(待补充)
3.1 存储器的分类 3.1.1 考点精析
1. 存储器的分类(★)
存储器种类繁多,可以从不同的角度对存储器进行分类。 (1)按在计算机中的作用(层次)分类 1)主存储器:简称主存,又称内存储器(内存),用来存放计算机运行期间所需的大 量程序和数据,CPU可以直接随机地对其进行访问,也可以和高速缓冲存储器(Cache)以 及辅助存储器交换数据。其特点是容量较小、存取速度较快、每位价格较高。 2)辅助存储器:简称辅存,又称外存储器(外存),是主存储器的后援存储器,用来 存放当前暂时不用的程序和数据,以及一些需要永久性保存的信息,它不能与 CPU 直接交 换信息。其特点是容量极大、存取速度较慢、单位成本低。 3)高速缓冲存储器:简称Cache,位于主存和CPU之间,用来存放正在执行的程序段和 数据,以便CPU能高速地使用它们。Cache的存取速度可以与CPU的速度相匹配,但存储容量 小、价格高。目前的高档微机通常将它们或它们的一部分制作在CPU芯片中。 (2)按存储介质分类 按存储介质可分为磁表面存储器(磁盘、磁带)、半导体存储器(MOS 型存储器、双 极型存储器)和光存储器。 (3)按存取方式分类 1)随机存储器(RAM):存储器的任何一个存储单元的内容都可以随机存取,而且存 取时间与存储单元的物理位置无关。其优点是读写方便、使用灵活,主要用做主存或高速缓 冲存储器。 2)只读存储器(ROM):存储器的内容只能随机读出而不能写入。信息一旦写入存储 器就固定不变了,即使断电,内容也不会丢失。因此,通常用它存放固定不变的程序、常数 和汉字字库,甚至用于操作系统的固化。它与随机存储器可共同作为主存的一部分,统一 构成主存的地址域。
计算机中的存储器层次结构及其特点是什么

计算机中的存储器层次结构及其特点是什么计算机的存储器层次结构是指由多个不同速度和容量的存储器组成的层次化结构,其目的是在满足性能和成本的要求下,提供高效的数据存储和访问。
存储器层次结构包括高速缓存、主存储器和辅助存储器,每个层次的存储器都有其特定的特点和用途。
1. 高速缓存高速缓存是位于计算机中央处理器(CPU)内部的一种特殊存储器,用于存放最常用的数据和指令。
它具有以下特点:- 高速访问:由于其接近CPU,高速缓存能够以更快的速度提供数据,从而减少CPU的等待时间,提高系统性能。
- 小容量:高速缓存的容量相对较小,一般只能存储少量的数据和指令。
- 自动管理:高速缓存采用自动管理机制,通过缓存替换算法和预取策略来提高数据访问效率。
2. 主存储器主存储器属于计算机系统的核心组成部分,用于暂时存储正在执行的程序和数据。
主存储器具有以下特点:- 大容量:相比于高速缓存,主存储器的容量较大,可以存储更多的数据和指令。
- 较低的访问速度:相对于高速缓存,主存储器的访问速度慢一些,但仍然比辅助存储器快得多。
- 动态随机存取:主存储器采用动态随机存取存储器(DRAM)作为存储单元,具有读写功能。
3. 辅助存储器辅助存储器用于长期存储和备份数据和程序,其特点如下:- 大容量:辅助存储器具有非常大的容量,可以存储大量的数据和程序。
- 相对较慢的访问速度:辅助存储器的访问速度相对较慢,但它能够长期保存数据,并且可以进行离线操作。
- 持久性存储:与高速缓存和主存储器不同,辅助存储器是非易失性存储器,即断电后数据仍然会被保留。
通过这三个层次的存储器结构,计算机系统能够根据数据的访问频率和容量需求进行智能管理和分配,从而提高系统性能和运行效率。
高速缓存作为最接近CPU的快速存储器,能够快速提供数据,减少CPU的等待时间。
主存储器作为快速存取存储器,存储正在执行的程序和数据。
而辅助存储器则用于长期保存数据和进行离线操作。
总结起来,计算机中的存储器层次结构通过高速缓存、主存储器和辅助存储器的组合,实现了性能和成本的平衡。
(蔡老师提供)第3章 多层次的存储器习题参考答案

第3章 多层次的存储器习题参考答案1、设有一个具有20位地址和32位字长的存储器,问 (1) 该存储器能存储多少字节的信息?(2) 如果存储器由512K ×8位SRAM 芯片组成,需要多少片? (3) 需要多少位地址作芯片选择? 解:(1) 该存储器能存储:字节4M 832220=⨯(2) 需要片8823228512322192020=⨯⨯=⨯⨯K (3) 用512K ⨯8位的芯片构成字长为32位的存储器,则需要每4片为一组进行字长的位数扩展,然后再由2组进行存储器容量的扩展。
所以只需一位最高位地址进行芯片选择。
2、已知某64位机主存采用半导体存储器,其地址码为26位,若使用4M ×8位的DRAM 芯片组成该机所允许的最大主存空间,并选用内存条结构形式,问; (1) 若每个内存条为16M ×64位,共需几个内存条? (2) 每个内存条内共有多少DRAM 芯片?(3) 主存共需多少DRAM 芯片? CPU 如何选择各内存条? 解:(1) 共需条4641664226=⨯⨯M 内存条 (2) 每个内存条内共有32846416=⨯⨯M M 个芯片(3) 主存共需多少1288464648464226=⨯⨯=⨯⨯M M M 个RAM 芯片, 共有4个内存条,故CPU 选择内存条用最高两位地址A 24和A 25通过2:4译码器实现;其余的24根地址线用于内存条内部单元的选择。
3、用16K ×8位的DRAM 芯片构成64K ×32位存储器,要求: (1) 画出该存储器的组成逻辑框图。
(2) 设存储器读/写周期为0.5μS ,CPU 在1μS 内至少要访问一次。
试问采用哪种刷新方式比较合理?两次刷新的最大时间间隔是多少?对全部存储单元刷新一遍所需的实际刷新时间是多少?解:(1) 用16K ×8位的DRAM 芯片构成64K ×32位存储器,需要用16448163264=⨯=⨯⨯K K 个芯片,其中每4片为一组构成16K ×32位——进行字长位数扩展(一组内的4个芯片只有数据信号线不互连——分别接D 0~D 7、D 8~D 15、D 16~D 23和D 24~D 31,其余同名引脚互连),需要低14位地址(A 0~A 13)作为模块内各个芯片的内部单元地址——分成行、列地址两次由A 0~A 6引脚输入;然后再由4组进行存储器容量扩展,用高两位地址A 14、A 15通过2:4译码器实现4组中选择一组。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
1KB=210B
1GB=230B
1MB=220B
1TB=240B
存储容量越大,能存储的信息就越多;
计算机组成原理
7
2019/1/5
3.1.3 主存储器的技术指标
(2)存取时间(又访问时间):一次读操作命令发出到该操作 完成,将数据读出到数据总线上所经历的时间。 通常取写 操作时间等于读操作时间,故称存储器存取时间; (3)存储周期:连续启动两次读操作所需间隔的最小时间。 通常,存储周期略大于存取时间,其时间单位为ns; (4)存储器带宽:单位时间里存储器所存取的信息量,用来 衡量数据传输速度。通常以位/秒或字节/秒做度量单位;
计算机组成原理
13
2019/1/5
3.2.2 基本的SRAM逻辑结构
结构分析:
A0~A7为行地址译码线:输出256行; A8~A14为列地址译码线:输出128行;
存储器数据宽度:8位
存储容量(32K × 8位):
256行×128列×8位=28行× 27列× 8位 =215 个(存储单元)× 8位 =32K × 8位
计算机组成原理
8
2019/1/5
3.2 SRAM存储器
3.2.1 基本的静态存储元阵列 3.2.2 基本的SRAM逻辑结构 3.2.3 读/写周期波形图
计算机组成原理
9
2019/1/5
3.2 SRAM存储器
主存(内部存储器)是半导体存储器,根据信息存储 的机理不同分为两类: 静态读写存储器(SRAM):存取速度快,一般用作cache。
(3)控制线:R/W,控制读写操作;读写不会同时发生。
计算机组成原理 11
2019/1/5
3.2.1 基本的静态存储元阵列
3、基本的静态存 储元阵列
存储位元 三组信号线 地址线 • 行线
数据线
控制线
计算机组成原理
12
2019/1/5
3.2.2 基本的SRAM逻辑结构
SRAM芯片大多采用双译码方式,以便组织更大的存储容 量。采用了二级译码:将地址分成x向、y向两部分。
2019/1/5
第3章 存储器层次结构
3.1 存储器概述 3.1.1 存储器的分类 3.1.2 存储器的分级 3.1.3 主存储器的技术指标 3.2 SRAM存储器 3.2.1 基本的静态存储元阵列 3.2.2 基本的SRAM逻辑结构 3.2.3 读/写周期波形图 3.3 DRAM存储器 3.4 只读存储器和闪速存储器 3.4.1 只读存储器ROM 3.4.2 FLASH存储器 3.5 并行存储器 3.5.1 双端口存储器 3.5.2 多模块交叉存储器 3.6 cache存储器 3.6.1 cache基本原理 3.6.2 主存与cache的地址映射 3.6.3 替换策略 3.6.4 cache的写操作策略 3.6.5 Pentium 4的cache组织
5、字存储单元:存放一个字的存储单元,相应的单元地址叫字地址。 6、字节存储单元:存放一个字节的存储单元,相应的单元地址叫字节地址 7、按字寻址计算机:可编址的最小单位是字存储单元的计算机。 8、按字节寻址计算机:可编址的最小单位是字节的计算机。 9、存储体:存储单元的集合,是存放二进制信息的地方
2019/1/5
计算机组成原理 14
2019/1/5
3.2.2 基本的SRAM逻辑结构
片选信号CS:低电平有效时门G1G2均被打开,选择该芯片 写入时:写使能信号WE低电平有效,G1开启使输入缓冲 器打开,G2关闭使输出缓冲器关闭,数据线上数据写入存 储阵列中锁存器; 读出时:读使能信号OE低电平有效,G1关闭使输入缓冲器 关闭,G2打开使输出缓冲器打开,存储阵列中锁存器中的 数据读出到数据线; 注意:每时每刻WE和OE最多只有一个处于低电平;
字节存储单元:存放一个字节的单元,相应的地址称为字 节地址,按字节编址的机器称之为字节寻址计算机;
一个机器字可包含多个字节,所以一个存储单元也可包含 多个能够单独编址的字节地址。
计算机组成原理
6
2019/1/5
3.1.3 主存储器的技术指标
2、几个技术指标:
(1)存储容量:指一个存储器中可以容纳的存储单元总数, 以字节B为单位:KB、MB、GB、TB;
动态读写存储器(DRAM):存储容量大,一般用作主存。
计算机组成原理
10
2019/1/5
3.2.1 基本的静态存储元阵列
1、存储位元:一个锁存器(双稳态触发器),供电时可无 限期保存数据 (0或1),断电则数据丢失; 2、三组信号线:
(1)地址线:经地址译码器接每个存储单元的选择线(行线),从 而打开存储元的输入与非门,有数据输入时,锁存器记忆输入 数据; A0-A5,可指定26=64个存储单元 (2)数据线:I/O0,I/O1 ,I/O2 ,I/O3,根数等于机器字长; 总存储位元64*4=256;
3.3.1 DRAM存储位元的记忆原理 3.3.2 DRAM芯片的逻辑结构 3.7 虚拟存储器 3.3.3 读/写周期、刷新周期 3.3.4 存储器容量的扩充 3.8 奔腾系列的虚存组织 3.3.5 高级的DRAM结构 3.3.6 DRAM主存读/写的正确性校 计算机组成原理
4
2019/1/5
计算机组成原理
——存储器层次结构(1)
2016-3-18
2019/1/5
几个基本概念
1、存储器:计算机系统中的记忆设备,用来存放程序和数据。 2、存储元:存储器的最小组成单位,用以存储1位二进制代码。 3、存储单元:CPU访问存储器的基本单位,由若干个具有相同操作属性的存 储元组成。
4、单元地址:存储器中标识存储单元的唯一编号,CPU通过该编号访问相应 的存储单元。
3.1 存储器概述
3.1.1 存储器的分类(将第3章存储器层次结构-2) 3.1.2 存储器的层次结构(将第3章存储器层次结构-2) 3.1.3 主存储器的技术指标
计算机组成原理
5
2019/1/53.1.3 Fra bibliotek存储器的技术指标
1、几个基本概念: 字存储单元:存放一个机器字的存储单元,相应的单元地 址叫字地址,按字编址的机器称之为字寻址计算机;