最新计算机组成原理第三章课件白中英版
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白中英 第五版 计算机组成原理第3章.
• 按字节编址：一个存储单元存放一个字节。 • 按字编址：一个存储单元存放一个字。
例如一个16位二进制字存储单元可以存放两个字节。
计算机组成原理
11
3.1.3 主存储器的技术指标
1、存储容量
指一个存储器所能容纳的二进制信息的总量。
•以比特表示容量。（bit）
•以字节数表示容量。（Byte） 如：某计算机存储器的容量为 16K ×16。
计算机组成原理
40
字和位同时扩展的连接方式： ＊ 各芯片的片内地址线、读/写控制线均对应地并接在地址和控制总线的 对应位上； ＊ 由高位地址（n位）译码产生2n个片选信号，决定芯片分成2n个组； ＊ 由数据线决定每组的芯片片数。
存储器模块条
存储器通常以插槽用模块条形式供应市场。这种模块条常称 为内存条，它们是在一个条状形的小印制电路板上，用一定 数量的存储器芯片，组成一个存储容量固定的存储模块。 内存条有 30 脚、 72 脚、 100 脚、 144 脚、 168 脚、 184 脚、 240 脚等多种形式。
• SDRAM与CPU的数据交换同步于外部的系统时钟信号，
并且以 CPU/存储器总线的最高速度运行，而不需要插入 等待状态。
数不满足存储器单元数要求时，需进行字扩展。
字位同时扩展法
• 当芯片的单元数和单元的数据位均不满足存储器的要求
时需要进行字和位的同时扩展。
存储器系统的存储容量： 2M×N位
使用芯片的存储容量：2L×K位(L≤M，K≤N)
需要存储器芯片个数：(2M×N)/(2L×K)
计算机组成原理
35
1．位扩展
当芯片的单元数满足存储器单元数的要求，但单元 中的位数不满足要求时，需要进行位扩展。
计算机组成原理第三章课件
A、电路图： 由两个MOS反相器交叉耦合而成的双稳态触发器。
字线
V
位/读出线 BS0 读/写“0” T2 T0 T1 A T4 T5 B T3 位/读出线 BS1 读/写“1”
6管MOS存储电路
静态MOS存储器
基本存储元—6管静态MOS存储元 B、存储元的工作原理
字线
①写操作。在字线上加一个正电压的字脉 冲，使 T2 、 T3 管导通。若要写“ 0”， 位/读出线 无论该位存储元电路原存何种状态， BS0 只需使写“ 0”的位线 BS0 电压降为地 电位（加负电压的位脉冲），经导通 读/写“0” T2 的Ｔ2 管，迫使节点Ａ的电位等于地电 位，就能使Ｔ1 管截止而Ｔ0 管导通。 写入1，只需使写1的位线BS1 降为地电 位，经导通的 T3 管传给节点Ｂ，迫使 T0 管截止而T1 管导通。 写入过程是字线上的字脉冲和位线上 的位脉冲相重合的操作过程。
静态MOS存储器
用静态MOS存储片组成RAM
字位同时扩展法： 一个存储器的容量假定为 M×N位，若使用l×k位的芯片（l＜M,k＜N）需 要在字向和位向同时进行扩展。此时共需要（M ／l）×（N ／k）个存 储器芯片。 其中， M ／ l 表示把 M×N 的空间分成（ M ／ l ）个部分（称为页或区）， 每页（N／k）个芯片。 地址分配： （A）用log2 l位表示低位地址：用来选择访问页内的l个字 （B ） 用log2 （M／l）位表示高位地址：用来经片选译码器产生片 选信号。
• 片选有效，才可以对芯片进行读/写操作 • 无效时，数据引脚呈现高阻状态，并可降低功耗
读控制（OE*）
• 芯片被选中有效，数据输出到数据引脚 • 对应存储器读MEMR*
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
计算机组成原理课件第3章
主存储器
辅助存储器
5. 按在计算机系统中的作用分
5
高速缓冲存储器
控制存储器
3.1.2 存储器的分级结构
为了解决对存储器要求容量大，速度快，成本低三者之间的矛 盾，目前通常采用多级存储器体系结构，即使用高速缓冲存储器、 主存储器和外存储器。
6
表3.1
名
存储器的用途和特点
称 简称 用 途 特 点 存储介质
21
3.2.2 DRAM存储元
22
23
3. DRAM芯片的逻辑结构
24
3. DRAM芯片的逻辑结构
25
读/写周期、刷新周期
1、读/写周期 读周期、写周期的定义是从行选通信号 RAS下降沿开始，到下一个RAS信号的下降沿为止 的时间，也就是连续两个读周期的时间间隔。通常 为控制方便，读周期和写周期时间相等。
14
2) 字扩展法：
目的:用多个芯片扩大存储单元数，每个存储单元的位数已满足使 用要求，单元数为各芯片的单元数之和。 例：用16K×8的RAM存储器芯片,组成64K×8位的存储器
连接方法：
CPU的数据线 D0~D7 共8根 分别接到每一个芯片
CPU的地址线 A0~A13 共14根 分别接到每一个芯片 CPU的地址线A14A15经2:4译码器产生4根片选信号线分别接 到4个芯片的CE（或CS)
EPROM
电子通过绝缘层注入硅栅，在 高压电源去除后硅栅中的电子 被绝缘层包围而无法泄漏，硅 栅变负，形成导电沟，从而使 EPROM存储元导通，输出为 “0”。 芯片封装于石英玻璃窗口 内，当用紫外线照射该窗口时， 浮空栅中的电子会形成光电流 泄漏，从而使EPROM管恢复 初态。
43
EPROM内部结构＿＿以2716为例
计算机组成原理 白中英 精品课程
计算机组成原理白中英精品课程摘要：一、计算机组成原理概述1.计算机组成原理的重要性和发展历程2.计算机组成原理的核心概念和基本原理二、白中英教授及其对计算机组成原理的贡献1.白中英教授的简介和学术成就2.白中英教授对计算机组成原理的教学和研究的贡献三、计算机组成原理精品课程1.计算机组成原理精品课程的概述和目标2.计算机组成原理精品课程的主要内容和教学方法3.计算机组成原理精品课程的适用对象和学习方式四、计算机组成原理在实际应用中的意义1.计算机组成原理与现实生活的联系2.计算机组成原理在现代科技领域中的应用和价值五、结论1.对计算机组成原理的理解和应用2.对白中英教授及其贡献的敬意3.对计算机组成原理精品课程的推荐和期待正文：计算机组成原理是计算机科学的基础，它研究和探讨了计算机系统的工作原理和基本构成。
自古以来，人类就一直在追求更高效、更智能的工具，计算机正是这种追求的结晶。
随着计算机技术的飞速发展，计算机组成原理也得到了广泛的关注和深入的研究。
在这一领域，白中英教授是一位杰出的学者和教育家，他为计算机组成原理的教学和研究做出了巨大的贡献。
白中英教授是我国计算机科学领域的知名专家，他长期从事计算机组成原理的教学和科研工作，成果斐然。
他编写的《计算机组成原理》教材被广泛采用，成为了许多高校的指定教材。
此外，他还致力于计算机组成原理精品课程的建设，力求让更多的人了解和掌握计算机组成原理的知识。
计算机组成原理精品课程是白中英教授团队精心打造的一门在线课程，旨在帮助学生更好地理解和应用计算机组成原理。
该课程内容丰富，涵盖了计算机组成原理的基本概念、核心原理和实际应用等方面的知识。
课程采用现代化的教学手段和方法，包括在线视频、实时互动、小组讨论等，旨在激发学生的学习兴趣和主动性。
此外，课程还为学生提供了丰富的学习资源和实践机会，使他们在学习过程中能够不断提高自己的能力和素质。
计算机组成原理在现代科技领域中有着广泛的应用和价值。
计算机组成原理(本全PPT)白中英
6第二节 计算机的发展
1、计算机五代变化 2、半导体存储器芯片的发展 3、微处理器的发展 4、计算机体系结构的变化 计算机体系结构是在冯•诺依曼结构的基础上，围 绕提高速度、提高字长、扩大存储容量、降低成本、 提高系统可靠性和方便使用等诸方面，通过新器件和 新软件提高计算机性能。 体系结构上，从指令系统、微程序设计、流水线 结构、多级存储器体系结构、输入/输出体系结构、并 行体系结构、分布式体系结构等方面的形成和发展。 体系结构发展趋势：网络化、智能化、模块化、多媒体 应用。
31
阶码和尾数各占用的位数确定了浮点数的格式 对二进制数而言： 1110.011＝0.1110011×2100 0.001110011＝0.1110011×2－10 － 0.001110011＝－0.1110011×2－10 在将上面的数以浮点数格式存放时，只需将 红色部分按照浮点数格式要求的位数，化为相应 的补码或移码，按照浮点数格式存放。
16
(347) 8 =3×82+4×81+7×80=(103)10 (347.5) 8 =3×82+4×81+7×80+5×8-1 =(231.625)10 (34E.5) 16 =3×162+4×161+14×160+5×16-1 =(846.3125)10
17
2、不同数制间的转换 1＞十进制八，十六进制二进制 法则 整数部分：除8（16）取余数 小数部分：乘8（16）取整 重复循环
本课程是计算机及相关专业的核心专业基础课， 对后续课程（操作系统、接口与通信等）的学习十分 重要。考研必考课程。
通过课程的学习主要掌握以下内容
本课程主要讲授单处理机系统的组成及工作原 理。分析和说明计算机由哪些功能部件组成（结构）， 各功能部件在整机中的作用，以及它们如何完成各自 所分配的任务（工作原理）。
1、计算机五代变化 2、半导体存储器芯片的发展 3、微处理器的发展 4、计算机体系结构的变化 计算机体系结构是在冯•诺依曼结构的基础上，围 绕提高速度、提高字长、扩大存储容量、降低成本、 提高系统可靠性和方便使用等诸方面，通过新器件和 新软件提高计算机性能。 体系结构上，从指令系统、微程序设计、流水线 结构、多级存储器体系结构、输入/输出体系结构、并 行体系结构、分布式体系结构等方面的形成和发展。 体系结构发展趋势：网络化、智能化、模块化、多媒体 应用。
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阶码和尾数各占用的位数确定了浮点数的格式 对二进制数而言： 1110.011＝0.1110011×2100 0.001110011＝0.1110011×2－10 － 0.001110011＝－0.1110011×2－10 在将上面的数以浮点数格式存放时，只需将 红色部分按照浮点数格式要求的位数，化为相应 的补码或移码，按照浮点数格式存放。
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(347) 8 =3×82+4×81+7×80=(103)10 (347.5) 8 =3×82+4×81+7×80+5×8-1 =(231.625)10 (34E.5) 16 =3×162+4×161+14×160+5×16-1 =(846.3125)10
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2、不同数制间的转换 1＞十进制八，十六进制二进制 法则 整数部分：除8（16）取余数 小数部分：乘8（16）取整 重复循环
本课程是计算机及相关专业的核心专业基础课， 对后续课程（操作系统、接口与通信等）的学习十分 重要。考研必考课程。
通过课程的学习主要掌握以下内容
本课程主要讲授单处理机系统的组成及工作原 理。分析和说明计算机由哪些功能部件组成（结构）， 各功能部件在整机中的作用，以及它们如何完成各自 所分配的任务（工作原理）。
计算机组成原理_白中英_教案
x=1－2－n x=2－n x=－2－n x=－（1－2－n ）
最大 最接近0的正数 最接近0的负数 最小
定点纯整数
• x0 x1 x2 x3 … xn-1 xn
符号 量值 小数点固定于最后一位之后， 不需专门存放位置
• 表示数的范围是
？：最小数、最大数、最接近0的正数、最接近0的负数呢
n 0≤|ｘ|≤2 －1
阶符 阶码 数符 尾数
IEEE754标准
– IEEE754标准(规定了浮点数的表 示格式,运算规则)
• 规则规定了单精度(32)和双精度(64) 的基本格式. • 规则中,尾数用原码,指数用移码(便于 对阶和比较)
IEEE754标准
• 按照移码的定义应为E=e+128,为什么书上?? • 原因:规格化的32位浮点数尾数第一位应为1 • 如数+0.111*220(规格化数)
（证明）
-n [-y] [-y] = 乛 [y] +2 为了求得同时 补，需要证明 补 补 （意义是[-y]补等于[y]补取反，末位加1）
2.2.1补码加减法
– 如： y=0.0111 [y]补=0.0111 [-y]补=1.1001
从右边到左边，除了第一个1和右边的0保 持不变以外，其它按位取反,很重要哟！
• • • • 操作系统 各种服务程序 语言程序 数据库管理系统
– 应用软件
返回
发展演变（以系统软件为例）
• • • • 手编程序 汇编程序 算法语言 操作系统
– – – – BPOS TSOS RTOS NWOS
返回
§1.4计算机系统的层次结构
高级语言机器 虚拟机M4
• 多 级 组 成 的 计 算 机 系 统
计算机组成原理第三章课件白中英版
衡量磁盘存储器性能的 指标，如转速、传输速 率和平均寻道时间。
4 容量扩展方法
5 磁盘数组及其RAID技术
扩展磁盘存储器容量的方法，如分区、数 据压缩和虚拟磁盘。
利用多个磁盘构建磁盘阵列，提升数据安 全性和性能的RAID技术。
其他存储器
彩色显存
了解彩色显存在图形显示 中的作用和相关概念，如 像素和颜色深度。
光盘及光盘存储
介绍光盘的工作原理和光 盘存储技术，如CD、DVD 和蓝光光盘。
USB闪存存储
探究USB闪存存储器的优 势和应用场景，如便携存 储和数据传输。
FLASH存储器
了解闪存存储器的工作原理和特点，如快速 擦除和低功耗。
EEPROM存储器
探索可擦写可编程只读存储器的结构和应用， 如BIOS芯片和电子车钥匙。
工作原理
SRAM和DRAM的工作机制，解释内部电路如何 实现数据的存储和读取。
优缺点
SRAM和DRAM的优点和缺点对比，帮助选择合 适的存储器方案。
磁盘存储器
1 组成
2 工作原理
3 性能指标
磁盘存储器的构成和各 个组件的作用，如盘片、 读写头和控制器。
磁盘存储器的读写过程， 如何将数据从磁盘读取 到内存或写入磁盘。
概述
存储器层次结构概念和目的，为什么 需要多层次的存储器。
存储器分类
主存、辅存和高速缓存的区别，各种 存储器分类的特点。
半导体随机访问存储器
SRAM和DRAM的结构及特点
静态随机访问存储器和动态随机访问存储器的 构造和特点比较。
应用领域
SRAM和DRAM在不同领域的应用，如计算机内 存和图形处理。
5 实例
通过实际的存储器系统例子，深入了解设 计和优化的过程。
白中英计算机组成原理第3章内部存储器
字扩展
总结词
字扩展是通过增加存储器芯片的数量来扩展存储容量的方法。
详细描述
字扩展是指通过增加存储器芯片的数量来扩展存储容量的方法。例如，将两个8 位存储器芯片组合成一个16位存储器，存储容量将增加一倍。
字位扩展
总结词
字位扩展是通过同时增加存储器的字 和位数来扩展存储容量的方法。
详细描述
字位扩展是指同时增加存储器的字和位 数来扩展存储容量的方法。例如，将两 个8位16字存储器芯片组合成一个16位 32字存储器，存储容量将增加一倍。
DRAM的特点和工作原理
集成度高
由于每个存储单元只有一 个电容和一个晶体管， DRAM的集成度较高。
功耗低
DRAM的功耗较低，因 为不需要像SRAM那样 不断刷新存储单元。
速度较慢
由于电容需要充电和放 电，DRAM的读写速度
较慢。
价格低
由于制造成本较低， DRAM的价格较低。
高速缓冲存储器（Cache）
主存通过地址总线、数据总线 和控制总线与CPU和其他设备 进行通信。
辅助存储器（硬盘、光盘等）
辅助存储器的容量较大，但访问速度较慢。
辅助存储器通常用于存储操作系统、应用程序、用户 数据等，当计算机关闭时，数据仍然保留在辅助存储
器中。
辅助存储器是计算机中用于长期存储数据的设 备，如硬盘、光盘、磁带等。
05
存储器的层次结构
高速缓存（Cache）
高速缓存是一种特殊类型的存 储器，用于存储CPU经常访问
的数据和指令。
高速缓存通常由静态随机存取存 储器（SRAM）构成，具有高速 访问速度，通常位于CPU内部或
与CPU紧密相邻。
高速缓存分为一级缓存（L1 Cache）、二级缓存（L2 Cache） 等，各级缓存容量和访问速度不 同。
计算机组成原理白中英计算机系统结构
2020年1月10日2时25分
计算机的发展
类型 时期
主要器件
重要特征
第一代 1946-1957 第二代 1958-1964 第三代 1965-1971 第四代 1972-
2020年1月10日2时25分
电子管
晶体管
中、小规模 集成电路
中、大及超 大规模集成 电路
机器语言，汇编语言 速度低，体积大，价格昂贵 可靠性差，用于科学计算。
计算机应用于科学计算、数据处理、工业控制、 实时控制、人工智能、虚拟现实、远程教育、电 子商务等多种领域。
2020年1月10日2时25分
计算机发展史
计算机的发展——第一台电子计算机（ENIAC）
2020年1月10日2时25分
5000次加法/秒 体重28吨 占地170M2 18800只电子管 1500个继电器 7000个电阻 10000个电容 耗电150KW
• 一、平时成绩（出勤+作业） 40% • 二、期末笔试 60% • 三、课堂表现积极,平时成绩有额外加分
第一章 计算机系统结构
简介 计算机的发展 计算机体系结构和组织 计算机的硬件结构 计算机软件 计算机的层次结构 计算机的功能 计算机的技术指标
2020年1月10日2时25分
网络结构
列
2020年1月10日2时25分
微电子与计算机
年份 1971 1972 1974 1978 1982 1985 1989
型号 4004 8008 8080 8086 80286 386DX 486DX
管数 2300 3500 6000 29000 13万 27.5万 120万
年份 型 号
1993
PENTIUM
计算机组成原理第三章课件(白中英版)
03
比较
CISC注重提高指令的功能和灵活性，而RISC注重提高指令的执行速度
和效率。
MIPS指令系统介绍
MIPS（无互锁流水线微处理器 ）
一种基于RISC架构的处理器，采用简单的 指令集和流水线技术。
指令格式
MIPS指令采用固定长度的32位格式，包括 操作码、寄存器地址等部分。
寻址方式
流水线技术
MIPS支持多种寻址方式，如立即数寻址、 寄存器寻址、基址寻址等。
高级语言是一种面向问 题或面向过程的语言， 更加接近人类的自然语 言，需要经过编译器或 解释器转换成机器代码 才能执行。
02
CATALOGUE
运算方法和运算器
数据的表示方法和转换
数据的表示方法
包括原码、反码、补码等表示方 法，以及移码表示法。
数据之间的转换
介绍不同数据表示方法之间的转 换方法，如原码到补码的转换、 补码到移码的转换等。
THANKS
感谢观看
计算机组成原理第 三章课件白中英版
contents
目录
• 计算机系统概述 • 运算方法和运算器 • 存储系统 • 指令系统 • 中央处理器 • 总线系统
01
CATALOGUE
计算机系统概述
计算机系统的基本组成
01
02
03
硬件
包括中央处理器、存储器 、输入输出设备等，提供 基本的计算、存储和通信 功能。
VS
总线标准
常见的总线标准有ISA总线、EISA总线、 VESA总线和PCI总线等。
PCI总线和USB总线介绍
PCI总线
PCI（Peripheral Component Interconnect）总线是一种高性能的32位 或64位局部总线，用于连接高速的外部设 备。
陕西师范大学_计算机组成原理_课件ppt_白中英第5版_chp3
∙31/171∙ 陕西师范大学 计算机科学学院
图(a)表示写1到存储 位元。此时输出缓 冲器关闭、刷新缓 冲器关闭，输入缓 冲器打开（R/W为 低），输入数据 DIN=1送到存储元位 读放 线上，而行选线为 高，打开MOS管， 于是位线上的高电 平给电容器充电， 表示存储了1。
播放I
MOS管
∙27/171∙ 陕西师范大学 计算机科学学院
3.2 SRAM存储器
∙28/171∙ 陕西师范大学 计算机科学学院
3.2 SRAM存储器
∙29/171∙ 陕西师范大学 计算机科学学院
3.3 DRAM存储器
一、DRAM存储位元的记忆原理
› ›
SRAM存储器的存储位元是锁存器，它具 有两个稳定的状态。 DRAM存储器的存储位元是由一个MOS 晶体管和电容器组成的记忆电路，如图 3.6所示。
图(c)表示从存储位 元读出1。输入缓冲 器和刷新缓冲器关闭， 输出缓冲器/读放打 开（R/W为高）。行 选线为高，打开 MOS管，电容上所 存储的1送到位线上， 通过输出缓冲器读出 放大器发送到DOUT, 即DOUT=1。
∙34/171∙ 陕西师范大学 计算机科学学院
图(d)表示(c)读出1后 存储位元重写1。由于 (c)中读出1是破坏性 读出，必须恢复存储 位元中原存的1。此时 输入缓冲器关闭，刷 新缓冲器打开，输出 缓冲器读放打开， DOUT=1经刷新缓冲器 送到位线上，再经 MOS管写到电容上。
∙14/171∙ 陕西师范大学 计算机科学学院
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可以分为两类： 相对而言 › 静态读写存储器(SRAM)： 存取速度快，一般用作Cache › 动态读写存储器(DRAM)： 存储容量大，一般用作主存
计算机组成原理第三章课件白中英版
计算机组成原理第三章课件白中英版第一节分区与进程1.1 分区概念在计算机系统中，磁盘被划分为多个区域，每个区域称为分区。
每个分区都可以独立使用，保存不同的文件和数据。
1.2 分区方式常见的磁盘分区方式有主分区、扩展分区和逻辑分区。
•主分区：每个磁盘上可以有最多4个主分区，其中一个可以设为活动分区。
•扩展分区：一个磁盘上只能有一个扩展分区，扩展分区可以进一步分为多个逻辑分区。
•逻辑分区：位于扩展分区内的分区，可以有多个逻辑分区。
1.3 进程概念•进程是操作系统中资源分配的基本单位，是一个程序在执行中的实例。
•一个进程可以包含一个或多个线程，进程之间相互独立，拥有独立的内存空间。
第二节指令系统与编址方式2.1 指令系统指令系统由计算机的指令集构成，是计算机执行指令的基本规范。
指令系统包含了指令的格式、寻址方式以及指令的执行过程。
2.2 编址方式常见的编址方式有直接寻址、间接寻址和相对寻址。
•直接寻址：指令中直接给出操作数的地址。
•间接寻址：指令中给出的是操作数地址的地址，通过这个地址再找到操作数的地址。
•相对寻址：指令中给出的是当前指令地址与操作数相对地址的偏移量。
第三节存储器的层次与层次化结构3.1 存储器的层次结构•寄存器：位于CPU内部，速度最快，容量最小，主要用于暂存数据。
•高速缓存：位于CPU内部或靠近CPU，速度较快，容量较小，存放最常用的数据和指令。
•主存储器：位于CPU外部，速度较慢，容量较大，存放程序和数据。
•辅助存储器：容量最大，速度最慢，用于长期存储大量的程序和数据。
3.2 存储器的层次化结构存储器的层次化结构可以提高存储器的访问速度和效率，减少了CPU需要等待数据的时间。
层次化结构中，速度快、容量小、价格昂贵的存储器放在上层，速度慢、容量大、价格低廉的存储器放在下层。
第四节总线4.1 总线的概念总线是计算机各个部件之间传输数据和信号的通道。
它可以分为三种类型：数据总线、地址总线和控制总线。
相关主题
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计算机组成原理第三章 课件白中英版
3.1 存储器概述
❖ 存储器的两大功能： 1、 存储（写入Write） 2、 取出（读出Read）
❖ 三项基本要求： 1、大容量 2、高速度 3、低成本
计算机组成原理
6
计算机组成原理
8
3.2 随机读写存储器
SRAM（静态RAM：Static RAM）
T7 ，这样存储体管子增加不多，但是双向地址译码选择， 因为对Ｙ选择线选中的一列只是一对控制管接通，只有X选 择线也被选中，该位才被重合选中。
X选择线
V 位/读出线
BS0 读/写“0”
A T4
T5
T2
T0
T1
T6
位/读出线
B T3
BS1 读/写“1”
T7
I/O
Y选择线
I/O
6管双向选择MOS存储电路
（2）字结构是2度存储器：只需使用具有两个功能端的基本存储电路：字 线和位线
（3）优点：结构简单，速度快：适用于小容量M
（4）缺点：外围电路多、成本昂贵，结构不合理结构。
计算机组成原理
17
静态MOS存储器
BS0
BS1
FF
FF
FF
16 地址 选
W0
1
A0
地 字线
址
FF
FF
FF
译
……
A1
码 W1 器
：： A2
•以触发器为基本存储单元 •不需要额外的刷新电路 •速度快，但集成度低，功耗和价格较高
DRAM（动态RAM：Dynamic RAM）
•以单个MOS管为基本存储单元 •要不断进行刷新（Refresh）操作 •集成度高、价格低、功耗小，但速度较SRAM慢
计算机组成原理
9
3.2.1 SR位信息
计算机组成原理
14
静态MOS存储器
基本存储元—6管静态MOS存储元 B、存储元的工作原理
②读操作。 点A、只B需分字别线连上到加位高线电。位若的该字位脉存冲储，电使路T原2 存、“T30”管，导节通点，Ａ把是节 低产地电压电）生，位。一经，“个差经0流”动一入位放外B线S大加0上器负线B检载S的0测而小就出接从电“在平流０位时（”线的流信Ｂ高向号Ｓ电节。0 位上点Ｖ的Ａ下外经降加T0一电导个源通很，管小就的入会 BS1 位若线该上位产原生存电“压1”降，，就经会差在动“放1大”器位检线测BS出1 读中“流1入”电信流号，。在 读出过程中，位线变成了读出线。读取信息不影响触发器 原来状态，故读出是非破坏性的读出。
FF A3
W15
FF
FF
读选通
计算机组成原理
读写电路
读写电路
读写电路
b7
读出
写入
b1
写入
读出
字结构或单译码方式的RAM
b0
写入
读出
写选通
18
静态MOS存储器
RAM结构与地址译码—位结构或双译码方式
（1） 结构：
(A) 容量：N（字）×b（位）的RAM，把每个字的同一位组织在一个 存储片上，每片是N×1；再把b 片并列连接，组成一个N×b的存储体，就 构成一个位结构的存储器。
(B) 在每一个N×1存储片中，字数Ｎ被当作基本存储电路的个数。 若把N＝２n 个基本存储电路排列成Nx行与Ny列的存储阵列，把CPU送来的n 位选择地址按行和列两个方向划分成nx 和ny 两组，经行和列方 向译码器， 分别选择驱动行线Ｘ与列线Ｙ。
(C) 采用双译码结构，可以减少选择线的数目。
（2）优：驱动电路节省，结构合理，适用于大容量存储器。
10
SRAM的控制信号
片选（CS*或CE*）
•片选有效，才可以对芯片进行读/写操作 •无效时，数据引脚呈现高阻状态，并可降低功耗
读控制（OE*）
•芯片被选中有效，数据输出到数据引脚 •对应存储器读MEMR*
写控制（WE*）
•芯片被选中的前提下，若有效，将数据写入 •对应存储器写MEMW*
计算机组成原理
N(=1/4/8/16/32)个存储元组成一个存储单元
存储器芯片的大量存储单元构成存储体
存储器芯片结构：
存储单元数×每个存储单元的数据位数
＝2M×N＝芯片的存储容量 举例
M＝芯片地址线的个数 N＝数据线的个数
存储结构2K×8
➢16K位存储容量 ➢11个地址引脚 ➢8个数据引脚
计算机组成原理
m×1的关系来确定位扩展所需要的芯片数。共需8片，每一芯片的数据线 分别接到数据总线的相应位。
计算机组成原理
13
静态MOS存储器
基本存储元—6管静态MOS存储元 B、存储元的工作原理
①写若操要作写。“在0”字，线无上论加该一位个存正储电元压电的路字原脉存冲何，种使状T2态、，T只3 需管使导通写。 “导截经导通止0”通的而的的ＴＴ位T20 3线管管管B导，S传0通迫给电。使节压写节点降入点Ｂ为1Ａ，，地的迫只电电使需位位T使（0等写管加于1截负地的止电电位而压位线T的B，1S位管1就脉降导能冲为通使）地。Ｔ，电1 位经管， 写入过程是字线上的字脉冲和位线上的位脉冲相重合的操作 过程。
计算机组成原理
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静态MOS存储器
X1 A0
X
A1
地址
译码
A2
A3
A4
X64
A5
1, 1 64, 1
1, 64 64, 64
计算机组成原理
I/O
Y1
Y64
Y地址译码
A6 A7 A8 A9 A10 A11
位结构双译码方式的RAM 20
静态MOS存储器
用静态MOS存储片组成RAM
• 位扩展法： 例 如 ： 用 8 Ｋ × １ 的 RAM 存 储 芯 片 ， 组 成 8K×8 位 的 存 储 器 ， 按 8 位 ＝
③若A、字B线结不点加与正位脉／冲读出，线说隔明离此，存存储储元元没存有储选并中保，存T2原，存T信3 管息截。止，
计算机组成原理
15
计算机组成原理
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静态MOS存储器
RAM结构与地址译码—字结构或单译码方式
（1）结构： (A) 存储容量Ｍ=Ｗ行×b列； (B) 阵列的每一行对应一个字，有一根公用的字选择线Ｗ； (C) 每一列对应字线中的一位，有两根公用的位线BS0 与BS1 。 (D) 存储器的地址不分组，只用一组地址译码器。
SRAM 2114
11
静态MOS存储器
基本存储元—6管静态MOS存储元
A、电路图： 由两个MOS反相器交叉耦合而成的双稳态触发器。
字线
V 位/读出线
BS0 读/写“0”
A
T3
T4
T5
T1
T2
位/读出线
B T6
BS1 读/写“1”
6管MOS存储电路
计算机组成原理
12
基本存储元—6管双向选择MOS存储元 在纵向一列上的6管存储元共用一对Y选择控制管T6 、
3.1 存储器概述
❖ 存储器的两大功能： 1、 存储（写入Write） 2、 取出（读出Read）
❖ 三项基本要求： 1、大容量 2、高速度 3、低成本
计算机组成原理
6
计算机组成原理
8
3.2 随机读写存储器
SRAM（静态RAM：Static RAM）
T7 ，这样存储体管子增加不多，但是双向地址译码选择， 因为对Ｙ选择线选中的一列只是一对控制管接通，只有X选 择线也被选中，该位才被重合选中。
X选择线
V 位/读出线
BS0 读/写“0”
A T4
T5
T2
T0
T1
T6
位/读出线
B T3
BS1 读/写“1”
T7
I/O
Y选择线
I/O
6管双向选择MOS存储电路
（2）字结构是2度存储器：只需使用具有两个功能端的基本存储电路：字 线和位线
（3）优点：结构简单，速度快：适用于小容量M
（4）缺点：外围电路多、成本昂贵，结构不合理结构。
计算机组成原理
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静态MOS存储器
BS0
BS1
FF
FF
FF
16 地址 选
W0
1
A0
地 字线
址
FF
FF
FF
译
……
A1
码 W1 器
：： A2
•以触发器为基本存储单元 •不需要额外的刷新电路 •速度快，但集成度低，功耗和价格较高
DRAM（动态RAM：Dynamic RAM）
•以单个MOS管为基本存储单元 •要不断进行刷新（Refresh）操作 •集成度高、价格低、功耗小，但速度较SRAM慢
计算机组成原理
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3.2.1 SR位信息
计算机组成原理
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静态MOS存储器
基本存储元—6管静态MOS存储元 B、存储元的工作原理
②读操作。 点A、只B需分字别线连上到加位高线电。位若的该字位脉存冲储，电使路T原2 存、“T30”管，导节通点，Ａ把是节 低产地电压电）生，位。一经，“个差经0流”动一入位放外B线S大加0上器负线B检载S的0测而小就出接从电“在平流０位时（”线的流信Ｂ高向号Ｓ电节。0 位上点Ｖ的Ａ下外经降加T0一电导个源通很，管小就的入会 BS1 位若线该上位产原生存电“压1”降，，就经会差在动“放1大”器位检线测BS出1 读中“流1入”电信流号，。在 读出过程中，位线变成了读出线。读取信息不影响触发器 原来状态，故读出是非破坏性的读出。
FF A3
W15
FF
FF
读选通
计算机组成原理
读写电路
读写电路
读写电路
b7
读出
写入
b1
写入
读出
字结构或单译码方式的RAM
b0
写入
读出
写选通
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静态MOS存储器
RAM结构与地址译码—位结构或双译码方式
（1） 结构：
(A) 容量：N（字）×b（位）的RAM，把每个字的同一位组织在一个 存储片上，每片是N×1；再把b 片并列连接，组成一个N×b的存储体，就 构成一个位结构的存储器。
(B) 在每一个N×1存储片中，字数Ｎ被当作基本存储电路的个数。 若把N＝２n 个基本存储电路排列成Nx行与Ny列的存储阵列，把CPU送来的n 位选择地址按行和列两个方向划分成nx 和ny 两组，经行和列方 向译码器， 分别选择驱动行线Ｘ与列线Ｙ。
(C) 采用双译码结构，可以减少选择线的数目。
（2）优：驱动电路节省，结构合理，适用于大容量存储器。
10
SRAM的控制信号
片选（CS*或CE*）
•片选有效，才可以对芯片进行读/写操作 •无效时，数据引脚呈现高阻状态，并可降低功耗
读控制（OE*）
•芯片被选中有效，数据输出到数据引脚 •对应存储器读MEMR*
写控制（WE*）
•芯片被选中的前提下，若有效，将数据写入 •对应存储器写MEMW*
计算机组成原理
N(=1/4/8/16/32)个存储元组成一个存储单元
存储器芯片的大量存储单元构成存储体
存储器芯片结构：
存储单元数×每个存储单元的数据位数
＝2M×N＝芯片的存储容量 举例
M＝芯片地址线的个数 N＝数据线的个数
存储结构2K×8
➢16K位存储容量 ➢11个地址引脚 ➢8个数据引脚
计算机组成原理
m×1的关系来确定位扩展所需要的芯片数。共需8片，每一芯片的数据线 分别接到数据总线的相应位。
计算机组成原理
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静态MOS存储器
基本存储元—6管静态MOS存储元 B、存储元的工作原理
①写若操要作写。“在0”字，线无上论加该一位个存正储电元压电的路字原脉存冲何，种使状T2态、，T只3 需管使导通写。 “导截经导通止0”通的而的的ＴＴ位T20 3线管管管B导，S传0通迫给电。使节压写节点降入点Ｂ为1Ａ，，地的迫只电电使需位位T使（0等写管加于1截负地的止电电位而压位线T的B，1S位管1就脉降导能冲为通使）地。Ｔ，电1 位经管， 写入过程是字线上的字脉冲和位线上的位脉冲相重合的操作 过程。
计算机组成原理
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静态MOS存储器
X1 A0
X
A1
地址
译码
A2
A3
A4
X64
A5
1, 1 64, 1
1, 64 64, 64
计算机组成原理
I/O
Y1
Y64
Y地址译码
A6 A7 A8 A9 A10 A11
位结构双译码方式的RAM 20
静态MOS存储器
用静态MOS存储片组成RAM
• 位扩展法： 例 如 ： 用 8 Ｋ × １ 的 RAM 存 储 芯 片 ， 组 成 8K×8 位 的 存 储 器 ， 按 8 位 ＝
③若A、字B线结不点加与正位脉／冲读出，线说隔明离此，存存储储元元没存有储选并中保，存T2原，存T信3 管息截。止，
计算机组成原理
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计算机组成原理
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静态MOS存储器
RAM结构与地址译码—字结构或单译码方式
（1）结构： (A) 存储容量Ｍ=Ｗ行×b列； (B) 阵列的每一行对应一个字，有一根公用的字选择线Ｗ； (C) 每一列对应字线中的一位，有两根公用的位线BS0 与BS1 。 (D) 存储器的地址不分组，只用一组地址译码器。
SRAM 2114
11
静态MOS存储器
基本存储元—6管静态MOS存储元
A、电路图： 由两个MOS反相器交叉耦合而成的双稳态触发器。
字线
V 位/读出线
BS0 读/写“0”
A
T3
T4
T5
T1
T2
位/读出线
B T6
BS1 读/写“1”
6管MOS存储电路
计算机组成原理
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基本存储元—6管双向选择MOS存储元 在纵向一列上的6管存储元共用一对Y选择控制管T6 、