第七章 存储器
存储系统
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7.2.4 多层次Cache存储器 1.指令Cache和数据Cache 开始实现Cache时，是将指令和数据存放在同一Cache 中的。后来随着计算机技术的发展和处理速度的加快, 存取数据的操作经常会与取指令的操作发生冲突，从而 延迟了指令的读取。发展的趋势是将指令Cache和数据 Cache分开而成为两个相互独立的Cache。 2. 多层次Cache结构 当芯片集成度提高后，可以将更多的电路集成在一个 微处理器芯片中于是近年来新设计的快速微处理芯片都 将Cache集成在片内，片内cache的读取速度要比片外 Cache快得多。 Pentium微处理器的片内包含有8KB数 据 Cache和 8KB指令Cache。Cache行的长度为32B，采 取两路组相联组织。
m=t+c 标记 标记
主存储器 cache 存储器
字块 0 字块 1
…
字块 0 字块 1
…
字块 i
c
标记
字块 2 -1
…
字块 2m-1
主存地址 主存字 字块内 地址 块标记 b位
12
m = t +c 位
例如某机主存为1MB,划分2048页，每页512B，;Cache 为8KB, 划分16页，每页1KB。 11位 Cache 主存 主存地址 标记 0页 11位 9位 0页 标记 1页 . . . . . . 标记 15页 1页
…
块标记 字块地址 地址 t位 c位 m位 b位
命中
不命中
字块 92m-1
例如某机主存为1MB,划分2048页，每页512B，共分 0~127组，每组16页;Cache为8KB,划分16页，每页1KB 7位 Cache 主存 主存地址 0页 标记 0页 0组 7位 4位 9位 标记 1页 . . . . . . 标记 15页
数字电子技术基础PPT第7章 存储器
存储器是一种能存储大量二进制信息的电子器件，它是由许多 存储单元组成的。每个存储单元都有唯一的地址代码加以区分，能 存储1位（或1组）二进制信息，存储器被大量用在嵌入式（单片机） 系统中。本章主要介绍只读存储器与随机存储器的结构、工作原理 与实际的存储器
7.1 只读存储器 7.1.1 只读存储器概述 只读存储器（ROM）的特点是存储单元断电后，数据不会丢失。 1．不可写入数据的只读存储器 （1）二极管ROM 以二极管作为存储单元的存储器。 （2）掩模存储器（MROM，Mask ROM） 掩模只读存储器是数据在存储器的制作过程中就永久地保存在存储阵列中的只读存 储器。 2．可写入数据的存储器 （1）一次编程存储器（PROM，Programmable ROM） 一次编程存储器是用户使用专用编程设备可以进行一次编程的只读存储器。 （2）可擦除存储器（EPROM，Erasable Programmable ROM） 可擦除只读存储器，常用的紫外线可擦除可编程只读存储器（UV EPROM）是可 用紫外线擦除数据、用专用编程设备写入数据的只读存储器。擦除数据时，需要将 该存储器芯片用紫外光照射几十分钟。 （3）电擦除存储器（E2PROM，Electrical Erasable Programmable ROM） 电可擦除可写入的只读存储器，是电擦除、写入数据的只读存储器。数据的擦除与 写入在毫秒数量级。 （4）快闪存储器（FLASH ROM） 快闪电可擦除、写入存储器，是读写速度更快、容量更大的电可擦除可写入的只读 存储器。
（4）闪速存储器 闪速（FLASH）存储器按照存储矩阵的结构不同，分为NOR及NAND两类，其 矩阵结构与前述掩模存储器基本相同。 FLASH与E2PROM的主要区别是E2PROM具有位擦除能力，而FLASH存储器不 具有这个能力，只能块或字节擦除，因此存储单元可以使用一个浮栅MOS管实现， 占有更小的面积，具有更大的容量。 NOR FLASH读写速度较NAND FLASH快，可以块或字节为单位读写. NAND FLASH的单元尺寸比NOR FLASH的小，因此同样大小的芯片面积， NAND FLASH的容量比NOR FLASH大得多。
第七章 半导体存储器 半导体存储器的分类
第七章 半导体存储器数字信息在运算或处理过程中，需要使用专门的存储器进行较长时间的存储，正是因为有了存储器，计算机才有了对信息的记忆功能。
存储器的种类很多，本章主要讨论半导体存储器。
半导体存储器以其品种多、容量大、速度快、耗电省、体积小、操作方便、维护容易等优点，在数字设备中得到广泛应用。
目前，微型计算机的内存普遍采用了大容量的半导体存储器。
存储器——用以存储一系列二进制数码的器件。
半导体存储器的分类根据使用功能的不同，半导体存储器可分为随机存取存储器（RAM —Random Access Memory ）和只读存储器（ROM —Read-Only memory ）。
按照存储机理的不同，RAM 又可分为静态RAM 和动态RAM 。
存储器的容量存储器的容量=字长（n ）×字数（m ）7.1随机存取存储器（RAM ）随机存取存储器简称RAM ，也叫做读/写存储器，既能方便地读出所存数据，又能随时写入新的数据。
RAM 的缺点是数据的易失性，即一旦掉电，所存的数据全部丢失。
一． RAM 的基本结构由存储矩阵、地址译码器、读写控制器、输入/输出控制、片选控制等几部分组成。
存储矩阵读/写控制器地址译码器地址码输片选读/写控制输入/输出入图7.1—1 RAM 的结构示意框图1. 存储矩阵RAM 的核心部分是一个寄存器矩阵，用来存储信息，称为存储矩阵。
图7.1—5所示是1024×1位的存储矩阵和地址译码器。
属多字1位结构，1024个字排列成32×32的矩阵，中间的每一个小方块代表一个存储单元。
为了存取方便，给它们编上号，32行编号为X 0、X 1、…、X 31，32列编号为Y 0、Y 1、…、Y 31。
这样每一个存储单元都有了一个固定的编号（X i 行、Y j 列），称为地址。
11113131131********列 译 码 器行译码器...........位线位线位线位线位线位线.......X X X Y Y Y 0131131A A A A A A A A A A 地 址 输 入地址输入0123456789D D数据线....图7.1－5 1024×1位RAM 的存储矩阵2． 址译码器址译码器的作用，是将寄存器地址所对应的二进制数译成有效的行选信号和列选信号，从而选中该存储单元。
以下习题来自《计算机系统结构》第七章 存储体系。
以下习题来自《计算机系统结构》第七章存储体系。
7．1解释下列术语直接映像：每个主存地址映像到Cache中的一个指定地质的方式称为直接映像。
全相联映像：任何主存地址可映像到任何Cache地址的方式称为全相联映像。
组相联映像：组相联映像指的是将存储空间的页面分成若干组，各组之间是直接映像，而组内各块之间是全相联映像。
全写法：全写法也称直达法，即写操作将数据同时写入Cache和缓存。
写回法：写Cache时不写主存，仅当被写Cache数据块要被替换出去时才写回主存。
虚拟存储器：虚拟存储器是主存的扩展，当主存的容量不能满足要求时，数据可存放在外存中，在程序中仍然按地址访问外存空间。
大小取决于计算机的访存能力。
段式管理：把主存按段分配的存储管理方式称为段式管理。
页式管理：把虚拟存储空间和实际存储空间等分成固定大小的页，各虚拟页可装入主存中不同的实际页面位置。
段页式管理：段页式管理式段式管理和页式管理的结合，他将存储空间按逻辑模块分成段，每段又分成若干个页，访存通过一个段表和若干个页表进行。
段的长度必须是页的长度的整数倍，段的起点必须是某一页的起点。
快表：为了提高页表中常用项的访问速度，采用快速硬件构成的比全表小的多的部分表格。
慢表：存放在主存中的整个页表。
高速缓存：高速缓冲存储器是位于CPU和主存之间的高层存储子系统。
时间局部性：如果一个存储项被访问，则可能该项会很快再次被访问。
空间局部性：如果一个存储项被访问，则该项及其邻近的相也可能很快被访问。
段表：在对虚拟内存进行管理时，系统中用于指明各段在主存中的位置的表，表中包括段名或段号、段起点、装入位和段长等。
页表：在对虚拟内存进行管理时，系统中用于指明各页在主存中的位置的表，表中包括页号、每页在主存中的起始位置、表示该页是否已装入主存的装入位等。
块表：存储系统中的一个用于解决块和页的定位、标志、和寻址问题的表。
7.2 有人认为,随着存储器芯片集成度的提高，主存的容量将越来越大，虚拟存贮器将被淘汰，未来的计算机中将不采用虚拟存储器。
第七章 存储器
存 储 器
存储器是大多数数字系统和计算机中 不可缺少的部分， 不可缺少的部分，本章首先通过实训使读 者了解电可编程只读存储器EPROM的使 EPROM 者了解电可编程只读存储器EPROM的使 用方法，然后详细介绍RAM和ROM的种 用方法，然后详细介绍RAM和ROM的种 类及工作原理， 类及工作原理，最后介绍几种常用的集成 存储器芯片以及存储器的具体应用。 存储器芯片以及存储器的具体应用。
内
7.1 概述
容
提
要
7.2 存储器的种类
7.2.1 随机存取存储器RAM 随机存取存储器RAM 7.2.2 ROM
7.3 存储器的应用 7.4 存储器实用芯片简介
20102010-9-14 存储器— 存储器— 2
7.1 概述
在实训中，我们对存储器有了一个定性的认识， 在实训中，我们对存储器有了一个定性的认识，它能够将 信息存储起来，并且可以按照需要从相应的地址取出信息。 信息存储起来，并且可以按照需要从相应的地址取出信息。 在实际应用中，存储器也是数字系统和计算机中不可缺少 在实际应用中， 的组成部分，用来存放数据、资料及运算程序等二进制信息。 的组成部分，用来存放数据、资料及运算程序等二进制信息。 若干位二进制信息（例如实训中所使用的2764就是 位的存储器） 就是8 若干位二进制信息（例如实训中所使用的2764就是8位的存储器） 构成一个字节。一个存储器能够存储大量的字节，实训中2764 构成一个字节。一个存储器能够存储大量的字节，实训中2764 能够存储8K个字节 其存储容量为8K×8=64KB。 2764”中的 个字节， 能够存储8K个字节，其存储容量为8K×8=64KB。“2764”中的 64”就代表了存储器芯片的容量 就代表了存储器芯片的容量。 “64”就代表了存储器芯片的容量。 大规模集成电路存储器的种类很多，不同的存储器，存储 大规模集成电路存储器的种类很多，不同的存储器， 容量不同，具有的功能也有一定的差异， 容量不同，具有的功能也有一定的差异，掌握和使用不同的存 储器，是学习数字电路和今后工作中十分重要的内容。 储器，是学习数字电路和今后工作中十分重要的内容。
第七章：存储系统
第七章：存储系统一、选择题1、外存储器与内存储器相比，外存储器( 速度慢，容量大，成本低)。
2、EPROM是指(光擦除可编程只读存储器)。
3、没有外存储器的计算机初始引导程序可以放在(ROM ) 。
4、存储单元是指(存放一个机器字的所有存贮元集合)。
5、主存储器是计算机系统中的记忆设备，它主要用来(存放数据和程序)。
6、软磁盘、硬磁盘、磁带机、光盘属于(外存储器)设备。
7、主存贮器和CPU之间增加cache的目的是(解决CPU和主存之间的速度匹配问题)。
8、采用虚拟存贮器的主要目的是(扩大主存贮器的存贮空间，并能进行自动管理和调度)。
9、单片机或单板机要扩展8K的EPROM需要（ 13）条地址线。
10、假设V1和V2是用DW定义的变量，下列指令中正确的是（ A ）。
A、MOV V1，20HB、MOV AL，V1C、MOV V1，V2D、MOV 2000H，V211.下列（ A ）指令不合法。
A、IN AX，0278HB、RCR DX，CLC、CMPSBD、RET 412.为了使MOV AX，VAR指令执行后，AX寄存器中的内容为4142H，数据定义（C ）是错误的。
A、VAR DW 4142H B、VAR DW 16706C、VAR DB 42H，41HD、VAR DW，‘AB’13.在下列指令中，隐含使用AL寄存器的指令有（ 4）条。
SCASB；XLAT；MOVSB；DAA；NOP；MUL BH；14.下列描述不正确的是（ A ）。
A.汇编语言即是机器语言B.汇编语言程序不可直接运行C.汇编语言的指令语句与机器指令一一对应D.汇编语言程序运行速度快，阅读方便，但仍属于面向机器的程序设计语言15.下列描述正确的是（ B ）。
A.汇编语言是由若干条指令语句构成B.汇编语言包括指令语句和伪指令语句C.指令语句和伪指令语句的格式是完全相同的D.指令语句和伪指令语句需经汇编语言翻译成机器代码后才能运行16.汇编语言程序经汇编后不能直接生成（ A ）。
微机原理习题集第七章存贮器
第七章内存储器一、填空题1、内存储器是计算机系统中的装置，用来存放和。
2、CPU对RAM存贮器进行读/写操作时，应送出的方向控制命令有和命令。
3、Intel 2114 RAM存贮芯片引脚中用于片选的控制引脚为，用于读/写控制引脚为。
4、Intel 4116 RAM芯片容量为2K 8，访问该芯片须用根地址线。
5、存贮芯片存贮的信息会，必须定时刷新，刷新的时间间隔为。
6、存贮器分为、、、。
7、逻辑地址为2000H：1234H的存储单元的物理地址是。
8、8086CPU写入一个规则字，数据线的高8位写入存储体，低8位写入存储体。
9 、将存储器与系统相连的译码片选方式有法和法。
10、对6116进行读操作，6116引脚= ，= ，= 。
二、单项选择题1、随机存贮器即RAM是指（）A.存贮单元中所存信息是随机的。
B.存贮单元中的地址是随机的。
C.用户的程序和数据可随机的放在内存的任何地方。
D.存贮器中存取操作与时间存贮单元物理位置顺序无关。
2、CPU对主存进行操作，下面哪种说法是不能实现的（）A.按地址并能读/写一个字节代码B.按地址串行1位1位进行读/写操作C.按地址并行读/写一个字长代码D.按地址进行并行读出而不能实现并行写入3、动态存贮器刷新，下面哪种说法正确（）A.刷新可在CPU执行程序过程中进行B.刷新在外电路控制下，定时刷新，但刷新时，信息不读出C.在正常存贮器读操作时也会发生刷新，可防止刷新影响读出信息，故读操作时，应关闭电路工作。
D.刷新过程一定伴随着信息输出，无法控制，故刷新时不要进行读出操作。
4、用4K×8的存贮芯片，构成64K×8的存贮器，需使用多少4K×8的存贮芯片，正确答案为（）A.128片B.16片C.8片D.32片5、在存贮器读周期时，根据程序计数器PC提供的有效地址，使用从内存中取出（）6、动态存贮器的主要缺点是（）A.存贮容量少B.存取速度低C.功耗大D.外围电路复杂7、动态RAM芯片容量为16K×1位，要构成32K字节的RAM存贮器，需要该芯（）A.4片B.8片C.16片D.32片8、堆栈操作时，段地址由（）寄存器指出，段内偏移量由（）寄存器指出。
计算机原理存储器
计算机原理存储器
计算机原理中，存储器是指计算机用来存储数据和程序的部件。
存储器一般分为内存和外存两种类型。
内存是计算机中用于存储当前运行程序和数据的存储器。
它分为主存和辅存两部分。
主存是计算机中最主要的存储器，由半导体存储芯片构成，通常包括随机访问存储器（RAM）和只
读存储器（ROM）。
RAM具有读写功能，用于临时存储运行
程序和数据，数据可以快速读取和写入。
而ROM是只读存储器，其中的数据是固化的，无法进行修改。
主存的容量通常较小，但速度快。
外存主要是指硬盘、光盘等可以作为辅助存储器使用的设备。
相比主存，外存容量大，但速度较慢。
外存被用于长期存储程序和数据，能够持久保存。
计算机在运行过程中，通常需要将外存中的数据加载到主存中进行操作。
存储器在计算机中起到了至关重要的作用，它直接影响到计算机的性能和数据的处理速度。
不同类型的存储器在容量、速度和价格等方面有所差异，计算机系统需要根据不同的需求来选择合适的存储器组合。
数电-第七章-第2部分随机存取存储器(RAM)讲解
信息工程学院 1. RAM存储单元 • 静态SRAM(Static RAM)
Xi (行选择线)
本单元门控制管:控 制触发器与位线的 接通。Xi =1时导通
VDD VGG 存储 单元 T6
来自行地址译码 器的输出
T3 位 线 T5 T1
T4 T2
B
来自列地址译码 器的输出
数 据 线 D
T7
双稳态存储单元 电路
（b）
信息工程学院 3.SRAM的写操作及时序图 写操作时序图
tWC 地址 CE WE tSA 地址有效 tSCE tAW tSD 数据 输入数据有效
tWC 地址 CE WE tSA 数据 tAW tSD 输入数据有效 tHD tHA 地址有效
tHA tHD
信息工程学院
7.2.2 同步静态随机存取存储器（SSRAM）
片 选 无 效
开始 I/O输 I/O输 读A4 出A4 入A5 地址 数据; 数据; 单元 开始 开始 数据 写A5 写A6 数据, 数据
I/O输 出A6 数据; 开始 读A7 数据
ADV=1:丛发模式读写 丛发模式读写模式：在有新地址输入后,自动产生后续地址 进行读写操作,地址总线让出
1 CP CE ADV WE A I/O A1 A2
信息工程学院 32K×8位存储器系统的地址分配表
各 RAM 芯片 Ⅰ
译码器 有效输 出端
扩展的地 址输入端 A14 A13 0 0
8K×8位RAM芯片地址输入端
A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
对应的十 六进制地 址码
0000H 0001H 0002H ┇ 1FFFH 2000H 2001H 2002H ┇ 3FFFH 4000H 400H 4002H ┇ 5FFFH 6000H 6001H 6002H ┇ 7FFFH
第七章MEMORY_MANAGEMENT
7.1 Memory Management Requirements (存储器管理需求 )
• Relocation(重定位)
• Memory Protection(存储保护)
• Memory Sharing(存储共享) • Logical Organization(逻辑组织) • Physical Organization(物理组织)
• 何谓重定位？ 把在装入时对目标程序中指令和数据的变换过 程称为重定位。 • 地址变换是在装入时一次完成的，以后不再改 变，故称为静态重定位。 • 将目标模块装入内存后，并不立即把装入模块 中的相对地址转换为绝对地址，而是把这种地 址转换推迟到程序执行时进行，在硬件地址变 换机构的支持下，随着对每条指令或数据的访 问自动进行地址变换，故称为动态重定位。
• Virtual-Memory Segmentation(虚拟存储分段)
7.2 Memory Partitioning
• 存储器管理最基本的操作是由处理器把 程序装入主存执行。
• Fixed Partitioning (固定分区)
1.系统初始启动时将内存划分为数目固定、 尺寸固定的多个分区。 2.这些分区的尺寸可以相等也可以不等。
• Unequal-size partitions(大小不等分区 )
– can assign each process to the smallest partition within which it will fit(把每个进程指定到适应它的 最小分区 ) – queue for each partition – processes are assigned in such a way as to minimize wasted memory within a partition(可以使一个分区 内部浪费的空间最少 ).
半导体存储器
第七章半导体存储器7.1 概述半导体存储器是一种能存储大量二值信息(或称为二值的数据)的半导体器件。
在电子计算机以及其他一些数字系统的工作过程中，都需要对大量的数据进行存储。
因此，存储器也就成了这些数字系统不可少的组成部分。
由于计算机处理的数据量越来越大，运算速度越来越快，这就要求存储器具有更大的容量和更快的存取速度。
通常都把存储量和存取速度作为评价存储器性能的重要指标。
目前动态存储器的容量已达到109位每片，一些高速随机存储器的存取时间为10ns左右。
因为半导体存储器的存储单元数目极其庞大而器件的引脚数目有限，所以在电路结构上就不可能像寄存器那样把每个存储单元的输入和输出直接引出。
为了解决这个问题，在存储器中给每个存储单元编了一个地址，只有被输入地址代码指定的那些存储单元才能与公共的输入/输出引脚接通，进行数据的读出或写入。
半导体存储器的种类很多，从功能上可以分为只读存储器和随机存储器两大类。
只读存储器在正常工作状态上只能从中读取数据，不能快速地随时修改或重新写入数据。
ROM的优点是电路结构简单，而且在断电以后数据不会丢失，它的缺点是只适用于存储那些固定数据的场合。
只读存储器中又有掩模ROM、可编程ROM和可擦除的可编程ROM几种不同类型。
掩模ROM 中的数据在制作时已经确定，无法更改。
PROM中的数据可以由用户根据自己的需要写入，但一经写入以后就不能再修改了。
EPROM里的数据则不但可以由用户根据自己的需要写入，而且还能擦除重写，所以具有更大的使用灵活性。
随机存储器与只读存储器的根本区别在于，正常工作状态下就可以随时向存储器里写入数据或从中读出数据。
根据所采用的存储单元工作原理的不同，又将随机存储器分为静态存储器和动态存储器。
由于动态存储器存储单元的结构非常简单，所以它能达到的集成度远高于静态存储器。
但是动态存储器的存取速度不如静态存储器快。
7.2 只读存储器(ROM)7.2.1掩模只读存储器ROM根据用户要求专门设计的掩模板把数据：“固化”在ROM中电路结构ROM的电路结构框图地址译码器：将输出的地址代码翻译成相应的控制信号，把指定单元选出，其数据送输出缓冲器输出缓冲器❖提高存储器带负载的能力❖实现输出状态三态控制，与系统总线连接地址译码器存储矩阵输出缓冲器WW1W2－1nAA1An－1三态控制信息单元(字)存储单元……………存储矩阵是存放信息的主体，它由许多存储单元排列组成。
第七章半导体存储器
（RAM） 动态RAM（Dynamic RAM）
双极性型 按制造工艺分
CMOS型
只读存储器ROM：用于存储固定信息的器件，在断电 后所保存的信息不会丢失。把数据写入到存储器以后， 正常工作时它存储的数据是固定不变的，只能根据地址 读出，不能写入。只读存储器主要应用于数据需要长期 保留并不需要经常改变的场合，如各种函数表、需要固 化的程序等。
在扩展时应将各片存储器的地址线、片选信号线和读/ 写信号线对应地并接在一起，而各片的数据线作为扩展后 每个字的各位数据线。
7.4.2 字扩展方式
字扩展是指扩展成的存储器字数增加而数据位数不变。
例：用4片256 x 8位RAM→1024 x 8位 存储器
I O0 .......... .......... .. I O7
例7.5.1 用ROM产生组合逻辑函数： Y1=ABC+ABC Y2=ABCD+BCD+ABCD Y3=ABCD+ABCD Y4=ABCD+ABCD
解： 将原函数化成最小项之和形式：
Y1=m2+m3+m6+m7 Y2=m6+m7+m10+m14 Y3=m4+m14 Y4=m2+m15 列出数据表：
7.2.1 掩模只读存储器ROM
根据用户要求专门设计的掩模板，把数据 “固化”在ROM
例1 ：地存址储线容量为224位的中ROM。
A1A0：两位地址代码，能指定 四个不同地址
地址译码器（二极管与门电路）： 将四个地址译成W0W3四个高电 平输出信号
字线
位线
A1 A0 00 01 10
11
W0 W1
7.2 只读存储器ROM
国开作业计算机组成原理-第七章+测试
国开作业计算机组成原理-第七章+测试
第七章存储器原理
存储器是计算机系统最重要的组成部分，它为计算机系统提供了存储和读取信息的能力。
在存储器中，信息可以存储在一段时间内，供计算机读取处理。
本章重点介绍了存储器原理，以及不同类型的存储器在计算机系统中的应用。
在计算机系统中，存储器是用来保存信息的硬件设备，包括内存、硬盘和光盘。
它们的目的是存储计算机需要处理的数据和指令，以及计算机任务完成后所需要的结果。
内存主要由主存和器件组成，它是计算机最重要的一部分，用来存储和管理数据和程序。
而硬盘和光盘主要用于永久存储信息，它可以持久存储大量的信息。
存储器都是由多个字节组成地址，每个字节包含八位二进制数据，每个字节可以表示一个字或一个数字，这有助于计算机对存储器中的数据进行快速查找，处理和存储。
另外，存储器也可以通过两种不同的编码方式实现文本存储。
其中，ASCII 是最常用的文本编码，它可以将图像、文本等内容的符号存储为0和1的二进制编码。
另外，存储器不仅可以用于存储信息，它还可以用于运行程序和处理指令。
程序存储在存储器中，当CPU接收到一条指令后，它会去存储器中查找程序，以便运行程序。
存储器中的信息也可以分为两类：可擦除和不可擦除。
可擦除存储器中的信息可以随时删除，而不可擦除存储器上的信息可以永久保留，这对于长期存储信息具有重要的意义。
总而言之，存储器是计算机系统的重要组成部分，根据它的类型，它可以存储文本、处理程序和指令，也可以用来持久存储大量的信息。
它的运行状态会改变整个计算机系统，因此正确的使用存储器是计算机系统能够有效运行的关键因素。
计算机操作系统第七章 - 存 储 管 理
分页系统中的地址映射
图5-16 分页系统的地址转换机构 每个进程平均有半个页面的内部碎 片
页面尺寸
设进程的平均大小为s字节，页面尺寸为p字节 ，每个页表项占e字节。那么，每个进程需要的 页数大约为s/p，占用 s . e /p 字节的页表空间。 每个进程的内部碎片平均为p/2。 因此，由页表和内部碎片带来的总开销是： s . e /p+p/2
• • •
虚拟存储器的特征
① ② ③ ④
虚拟扩充。 部分装入。 离散分配。 多次对换。
地址重定位( 地址重定位(地址映射）
• • • • • • • • • • • •
MOV AX,1234 ；立即数寻址 MOV [1000],AX 存储器直接寻址 MOV BX,1002 ；立即数寻址 MOV BYTE PTR[BX],20 ；基址寻址 MOV DL,39 ；立即数寻址 INC BX ；寄存器寻址 MOV [BX],DL ；基址寻址 DEC DL ；寄存器寻址 MOV SI,3 ；立即数寻址 MOV [BX+SI],DL ；基址加变址寻址 MOV [BX+SI+1],DL ；基址+变址+立即数寻址 ；基址+变址+ MOV WORD PTR[BX+SI+2],2846 ；基址+变址+立即数寻址 ；基址+变址+
页面置换算法
页面置换
1．页面置换过程
图5-35 页面置换
需要解决的问题
• 系统抖动 • 缺页中断
•
在学汇编时，很多初学者对PC的寻址方式和很 在学汇编时，很多初学者对PC的寻址方式和很 不理解，甚至是很难理解。的确，这方面的知识 是很抽象的，需要比较强的空间想象能力。尤其 是我们在输入字符串时，那这些字符是如何进行 排列的呢？对于，这个问题，我相信很多初学者 也是很难想象是如何排列。但是，我可以这样比 喻：内存就是有很多栋“楼房” 喻：内存就是有很多栋“楼房”，“楼房”又是 楼房” 由“单元号”，“门户号”组成，那“楼房”就 单元号” 门户号”组成，那“楼房” 相当于内存地址的段地址，“单元号” 相当于内存地址的段地址，“单元号”就相当于 内存的的 偏移地址，“门户号(家)”就相当于“变 偏移地址，“门户号( 就相当于“ 地址”，而每个单元有16个 门户号( )",又当我 地址”，而每个单元有16个"门户号(家)",又当我 们找到"门户号( )"后 走进这个"门户号( )"就会 们找到"门户号(家)"后,走进这个"门户号(家)"就会 见到里面会有" ",而我们所说的人就是寄存器所 见到里面会有"人",而我们所说的人就是寄存器所 指的"内容" 指的"内容"了,
第07章_存储器习题答案
第七章习题答案7.1.1 指出下列存储系统各具有多少个存储单元，至少需要几根地址线和数据线。
（1）64K×1 （2）256K×4 （3）lM×1 （4）128K×8解：求解本题时，只要弄清以下几个关系就能很容易得到结果：存储单元数=字数×位数地址线根数（地址码的位数）n与字数N的关系为：N=2n数据线根数＝位数（1）存储单元〓64K×1〓64K（注：lK＝1024）；因为，64K〓2’。
，即亢〓16，所以地址线为16根；数据线根数等于位数，此处为1根。
同理得：（2）1M个存储单元，18根地址线，4根数据线。
（3）1M个存储单元，18根地址线，1根数据线。
！＿（4）lM个存储单元，17根地址线，8根数据线。
7.1.2 设存储器的起始地址为全0，试指出下列存储系统的最高地址为多少？（1）2K×1 （2）16K×4 （3）256K×32解：因为存储系统的最高地址＝字数十起始地址一1，所以它们的十六进制地址是：（1）7FFH （2）3FFFH （3）3FFFFH ＇7，2．4 一个有1M×1位的DRAM，采用地址分时送人的方法，芯片应具有几条地址线？解：由于1M=210×210，即行和列共需20根地址线。
所以，采用地址分时送人的方法，芯片应具有10根地址线。
7．2．5 试用一个具有片选使能CE、输出使能OE、读写控制WE、容量为8 K×8位的sRAM 芯片，设计一个16K×16位的存储器系统，试画出其逻辑图。
解：采用8K×8位的sRAM构成16K×16位的存储器系统，必须同时进行字扩展和位扩展。
用2片8K×8位的芯片，通过位扩展构成8K×16位系统，此时需要增加8根数据线。
要将8K×16位扩展成16K×16位的存储器系统，还必须进行字扩展。
存储器的介绍
EEPROM(Electrically EPROM)
7.1. DRAM(dynamic RAM)
7.1.1快速頁模式 (Fast Page Mode; FPM)DRAM
快速頁模式DRAM的存取 ,是分別利用行(ROW)及列(COLUMN) . FPM 模式即將行位置定 ,只 改變列位址 ,以便連續位址之存取 ﹒一般以1K~2K作為單位 ,如1MB DRAM為例 ﹒它有10條列位址 線及10條行位址線(2^20=1MB) ,若行位置固定 ，列位址線可定出(2^10=1024=1K)位址 ,此時稱列位 址線定出之位址為1個PAGE . 故1MB DRAM 可分為1 K個PAGE(每一個PAGE大小為1K).故若CPU 存取之資料在同一PAGE ,只需送一個列訊號﹒
7.3.1 cache 原 理 使用cache改善系統性能的依据是根据程序的局部性原理﹐即程序的地址訪問流有很強的時序
相關性﹐未來的訪問模式与最近的訪問模式相似﹒在任一給定的時間間隔內﹐對不同的地址區域 其訪問概率是不同的﹐有的區域高﹐有的區域低﹒另一种可能是訪問概率隨著離當前執行指令的 遠近而變化﹐離當前執行指令越近﹐其概率越高﹒ 根据局部性原理﹐把主存儲器中訪問概率高的內容存放在cache中﹐當 CPU 需要讀數据時就 首先在cache中查找是否有需要的內容﹐如果有的話就直接在cache中讀取﹔如果沒有再從主存儲 器中讀取該數据﹐然后同時送往 CPU 和cache﹒如果 CPU 需要的內容大多都能在cache中找到 （稱為訪問命中﹐hit）﹐則可以大大提高系統的性能﹒ 如果以h代表對cache的訪問命中率﹐t1表示cache的周期時間﹐t2表示主存儲器的周期時間﹐ 使用cache和主存儲器的時間為t3﹐則﹕
Cache 的存儲器組織結构与主存儲器不同﹐它以行為基本單元﹒每一行又分為標志項和數据域
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ROM n×m
数 据 线 VCC(电源线)
ROM的信号引线
„
„
GND
2. ROM容量的扩展 一个存储器的容量就是字线与位线（即字长或位数）的乘积。
当所采用的ROM容量不满足需要时，可将容量进行扩展。 扩展又分
为字扩展和位扩展。 位扩展（即字长扩展）：位扩展比较简单，只
需要用同一地址信号控制n个相同字数的ROM，即可达到扩展的目 的。 由256×1 ROM扩展为256×8 ROM的存储器，如图所示， 即
第七章 半导体存储器
第一节 存储器 一、概述
存储器是数字系统中用于存储大量二进制信息的部件， 可以存放各种程序、 数据和资料。 半导体存储器按照内部信 息的存取方式不同分为只读存储器（ROM）和随机存取存储
器（RAM）两大类。每个存储器的存储容量为字线×位线。
二、只读存储器（ROM）
只读存储器（ROM）有掩膜ROM、可编程 ROM、 可改写ROM。 只读存储器（ROM）是在 制造时把信息存放在此存储器中，使用时不再重 新写入，需要时读出即可；它只能读取所存储信 息，而不能改变已存内容，并且在断电后不丢失 其中存储内容， 故又称固定只读存储器。ROM主 要由地址译码器、存储矩阵和输出缓冲器三部分 组成， 如图所示。
A0 A1
„
地 址 译 码 器
W0 W1
„
n W2－1
信息单元 (字)
存储矩阵 „ „ 存储单元
An－1 三态控制
输出缓冲器 „ Dm－1 D0
ROM框图
每个存储单元中固定存放着由若干位组成 的二进制数码——称为“字”。为了读取不 同存储单元中所存的字，将各单元编上代 码——称为地址。在输入不同地址时，就能 在存储器输出端读出相应的字, 即“地址”的 输入代码与“字”的输出数码有固定的对应 关系。 如图所示， 它有2n个存储单元，每个 单元存放一个字，一共可以存放2n个字；每 字有m位， 即容量为2n×m（字线×位线）。
将八块256×1ROM的所有地址线、（片选线）分别对应并接在一起， 而每一片的位输出作为整个ROM输出的一位。
256×8 ROM需 256×1ROM的芯片数为
总存储容量 256 8 N 8 一片存储容量片 256 1
A0 A1 A6 A7
…
256×1Leabharlann 256×1256×1
当地址码A1A0=01时，字线W1为高电平，在 位线输出端D3D2D1D0读到字0111， 任何时候， 地址译码器的输出决定了只有一条字线是高电平， 所以在ROM的输出端只会读到惟一对应的一个字。 在对应的存储单元内存入1还是0，是由接入或不 接入相应的二极管来决定的。
2. 如何实现组合逻辑电路 如图下所示， ROM中的地址译码器形成了输 入变量的最小项, 即实现了逻辑变量的“与”运算； ROM中的存储矩阵实现了最小项的或运算，即形成 了各个逻辑函数；与阵列中的垂直线Wi代表与逻辑， 交叉圆点代表与逻辑的输入变量；或阵列中的水平 线D代表或逻辑，交叉圆点代表字线输入。
根据上式，可画出全加器的ROM阵列图如图 所示， Ci-1为低位进位，Ci为本位进位。
全加器真值表
A B Ci-1 S Ci-1
0 0 0 0 1 1 1 1
0 0 1 1 0 0 1 1
0 1 0 1 0 1 0 1
0 1 1 0 1 0 0 1
0 0 0 1 0 1 1 1
A B C i－ 1 1 1 1 S Ci
四、ROM容量的扩展 1. ROM的信号引线 如图6.7所示，除了地址线和数据线（字输出 线）外，ROM还有地线（GND）、电源线（VCC） 以及用来控制ROM工作的控制线为芯片使能控制 线（ CS ），使能输出控制线称片选线。当 CS =1时，芯片处于等待状态，ROM不工作，输出呈 高阻态；当 CS =0时，ROM工作。
译 W3 码 W2 器 W 1 W0 1
CS 2
CS 3
CS 4
CS
A0 A1
1024×8 D0 D1 … D7 …
1024×8 D0 D1 … D7 …
1024×8 D0 D1 … D7 …
1024×8 D0 D1 … D7 … D0 D1 D7
…
…
…
…
A8 A9
…
ROM字扩展
…
…
…
【思考题】 1. 存储器有哪几种？ 它们的存储容量如何计算？
如果想对一个ROM芯片反复编程，多次使用， 需用可擦除编程ROM即EPROM。常用的MOS工艺 制造的EPROM用注入电荷的办法编程， 此过程可 逆，当用紫外光照射以后，旧内容被擦除。 擦除后 的芯片内容可能是全1, 也可能是全0，视制造工艺 而不同，之后可再次编程。
片 选 线
地 址 线 CS
全加器阵列图
例 2 用ROM实现下列逻辑函数。 F1 AB AB
F2 AB AB
F3 AB
解 由表达式画出ROM的阵列图如图所示。
A A B B F3 F2 F1
三、 可编程只读存储器 而可编程ROM常称PROM在出厂时，存储体 的内容为全0或全1，用户可根据需要将某些内容 改写，也就是编程。常用的双极型工艺ROM，采 用烧毁熔断丝的方法使三极管由导通变为截止， 三极管不起作用，存储器变为“0”信息；而未被熔 断熔丝的地方，即表示为“1”信息。PROM只实现 一次编写的目的，写好后就不可更改。
256×1
256×1
256×1
256×1
256×1
…
…
…
…
…
…
…
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
ROM位扩展
字扩展：如图所示是由四片1024×8 ROM扩展为 4096×8ROM。图中每片ROM有10根地址输入线， 其寻址范围为210=1024个信息单元，每一单元为八位 二进制数。这些ROM均有片选端。当其为低电平时， 该片被选中才工作；为高电平时，对应ROM不工作, 各片ROM的片选端由2线/4线译码器控制；译码器的 输入是系统的高位地址A11、A10，其输出是各片ROM 的片选信号。
例 1 用ROM实现一位二进制全加器。 解 全加器的真值表， A、B为两个加数,Ci-1 为低位进位，S为本位的和，Ci为本位的进位。 可写出最小项表达式为：
S ABCi 1 ABCi 1 ABCi 1 ABCi 1
Ci ABCi 1 ABCi 1 ABC i 1 ABCi 1
A0 A1 A7 R/W
…
A8 A9 Y0 Y1 Y2 A1 Y3 2-4译码器 A0
256×8 RAM扩展成1024×8存储器
【思考题】
1. 随机存取的存储器与只读存储器有什么不同？
2. 扩展为1024×8存储器需要多少块256×4的存
储器？
A1 A0
R
R
R
R
D3 ′ 三态控制 D3
D2 ′
D1′
D0′
输出缓冲器 D2 D1 D0
二极管ROM结构图
1. 如何读字 当地址码A1A0=00时，译码输出使字线W0为 高电平，与其相连的二极管都导通，把高电平“1” 送到位线上，于是D3、D0端得到高电平“1”， W0和D1、D2之间没有接二极管，故D1、D2端是 低电平“0”。这样，在D3D2D1D0端读到一个字 1001，它就是该矩阵第一行的字输出。在同一时 刻，由于字线W1、 W2、 W3都是低电平，与它 们相连的二极管都不导通， 所以不影响读字结果。
若A11A10=10，则ROM(3)片的有效为“0”，各片 ROM的片选信号无效为“1”，故选中第三片，只有 该片的信息可以读出，送到位线上，读出的内容则 由低位地址A9~A0决定，四片ROM轮流工作，完成 字扩展。字扩展的方法将地址线、输出线对应连接， 片选线分别与译码器的输出连接
A11 A10
I/O0
…
I/O7 I/O0 … I/O7 256×8 (1) RAM A0 A1 …A7 R/W CS … … I/O7 256×8 (2) RAM A0 A1 …A7 R/W CS … I/O0 I/O0 … I/O7 256×8 (3) RAM A0 A1 …A7 R/W CS … I/O0 … I/O7 256×8 (4) RAM A0 A1 …A7 R/W CS
2. 256×8的存储器有多少根地址线、 字线、
位线？
3. 存储器进行位扩展、 字扩展时如何连接？
第二节 随机存取的存储器(RAM)
随机存取的存储器RAM可以在任意时刻、任意选中的存储
单元进行信息的存入（写）或取出（读）的信息操作。当电源断 电时， 这种存储器存储的信息便消失。 随机存取存储器一般由 存储矩阵、 地址译码器、 片选控制和读/写控制电路等组成。 其 容量也为字线×位线，同样可以利用I/O（输入/输出）线、 R/W （读/写）线及 (片选)线来实现容量的扩展，如图所示为256×8 RAM扩展成1024×8 RAM， 其连接方法与ROM的相同，只是多 了读/写控制端（R/W）。
存储体可以由二极管、三极管和MOS管来 实现。二极管矩阵ROM如下图所示， W0、 W1、W2、W3是字线， D0、 D1、D2、D3是 位线，ROM的容量即为字线×位线， 所以图 中所示ROM的容量为4×4=16，即存储体有 16个存储单元。
存储矩阵 W0 地 W1 址 译 码 W2 器 W3