计算机组成原理存储器资料共59页文档
计算机组成原理-存储系统
1K*4bits扩展成4K*32bits的存储器
00
A10
译 01
A11
码 10 器 11
… … … …
CPU
A0
CE
A1 1K*4
A9
WE
WR
D0~D31
CE 1K*4
T3，T4是负载管； T1，T2构成基本RS 触发器，存储信息。
写工作过程： 存储的0写为1
0
1. A=1、B=0时，T2导通T1截止使得触发 器处于稳定状态；A=0、B=1时，T1导 通T2截止使得触发器处于稳定状态。
2. .结构特点：T3，T4是负载管；T1，T2 构成基本RS触发器；T5，T6，T7，T8 是控制管/开门管。
数据信号
AB K 位（给出地址）
CPU
DB n 位（传送数据） 主
READ
存
WRITE
READY
返回
• 位扩展法 用NxM位（N个存储单元，每个存储单元有M
个存储元）的存储器芯片 构成NxW位的存储 器，需要L=W/M个这样的存储器芯片；CPU每 次访问同时选中这L个芯片上的同一个存储单 元；连接实例
WE
CE 1K*4
WE
CE 1K*4
WE
一、静态存储器（SRAM）
5. SRAM存储器的读写操作及时序
➢ 读操作
➢写操作
• 读的过程：
• 写的过程：
（1）CPU送地址信号 （1）CPU送地址信号及
及读控制信号；
写控制信号；
（2）SRAM地址译码 （2）SRAM地址译码；
计算机组成原理第四章存储器
8
片选11
片的片选有效
2. 半导体存储芯片的译码驱动方式
(1) 线选法
16X1字节
A3 0
字线
地0 A2 0 址
译
A1
0码 器
A0 0
15
读读// 写写选选通通
… …
…
0,0 … 0,7
16×8矩阵
15,0 … 15,7
0
…
7 位线
读//写写控控制制电电路路
D0
… D7
特点： 用一根 字选择 线，直 接选中 一个存 储单元 中的各 位，即 1字节。
读（取）操作 ：从CPU送来的地址所指定的存 储单元中取出信息，再送给CPU。
（1）地址->AR->AB 线
CPU将地址信号送至地址总
（2） Read
CPU发读命令
（3）Wait for MFC 等待存储器工作完成信号
（4）(AR)->DB->DR 读出信息经数据总线送至CPU
写（存）操作 ：将要写入的信息存入CPU所指 定的存储单元中。
*读出时间：指从CPU向MEM发出有效地址和读命令
开始，直到将被选单元的内容读出为止所用的时间。
*写入时间：指从CPU向MEM发出有效地址和写命令
开始，直到信息写入被选中单元为止所用的时间。
（3） 存储周期（又称读/写周期，或访问周期） CPU连续启动两次独立的存储器操作所需间隔的最
小时间。（目前一般存储器可达几纳秒（ns））
度的作用，有效解决CPU速度与主存速度的不匹 配问题。
辅助存储器（如硬盘、软盘）也称为外存， 用来存放暂时不参加运行的程序和数据，以及永 久存储信息。辅助存储器的容量很大，但存取速 度慢，并且不能为CPU直接访问，必须先将其中 信息调入主存后，才能为CPU所访问。
计算机组成原理(存储器)
存储器分类
相联存储器：是一种特殊存储器，是基 于数据内容进行访问的存储设备。
写入数据时CAM能自动选择一个未用空单 元进行存储。 读取数据时CAM用所给数据同时对所有存 储单元中的数据进行比较标记符合条件的数 据。 比较是同时进行的，所以读取速度比基于地 址进行读写的速度快。
存储体
单元地址
00…00 00…01
. . . . . . . .
存储元 存储单元
存储体Βιβλιοθήκη 存储容量XX…XX
地址线：决定了存储器的存储容量 数据线：一次访问存储器所得到数据位数
计算机组成原理
College of Computer Science, SWPU
23
地址译码电路
1、译码器（decoder）：
兼有RAM和 ROM的特点,可代替软盘和硬盘。
擦写次数可达10万次以上。读取时间小于 10ns。 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU
存储器性能指标
存取时间TA（Memory Access Time）：是存 储器收到读或写的地址到从存储器读出（写入） 信息所需的时间 存取周期TM（Memory Circle Time）：指连续 启动二次独立的存储器操作（例连续2次读） 所需间隔的最小时间.一般TM> TA
5. 掌握Ｃache和虚拟存储器的工作原理
重点：半导体存储器，存储系统的层次结构、各类存储器的特点、主 存储器的组织方法（与CPU的连接方法），cache，虚拟存储器 难点：主存储器的组织方法，Ｃache、虚拟存储器的工作原理
计算机组成原理
College of Computer Science, SWPU
计算机组成原理存储器
Quiz
某一RAM芯片，容量为128K × 16位，除
电源和接地端外，该芯片管脚的最少数目
是（
）
A.25
B.33
C.34
D.35
地址线17+数据线16+片选线1+读写 控制线1=35
2、半导体芯片的译码驱动方式
线选法 重合法
如何由地址信息选中某存储单元
(1) 线选法
4.2
A3 0
字线
地0 A2 0 址
0,31
0 A3
X 地
X0
32×32
… …
0址
A2
译
0码
重能线合 够 数3法大目1,0有量，什减简矩么少化…阵好地芯处址片3呢译设1,3？码计1
A1
器 X 31
0 A0
Y0 Y 地址译码器 Y31 A 9 0A 8 0A 7 0A 6 0A 5 0
练习1：某机字长16位，存储容量为64KB，若按字编址
，它的寻址范围是_____。
A 、 0-(64K-1) B、 0-(32K-1)
C 、0- 64K
D 、 0- 32K
练习2：某机字长32位，存储容量为4MB，若按字编址， 它的寻址范围是_____。
A、 0-(1M-1) B 、 0-(512K-1) C 、 0-(256K-1) D 、 0-256K
信息量。位/秒
为了提高存储器带宽，可以采用以下措 施：
缩短存取周期
增加存储字长，使每个存取周期可读/写更 多的二进制位数
增加存储体
二、半导体存储芯片简介
1. 半译读导码 /写体驱电动存路：储：能芯包把括片地读的址出基总放线本大送结器来构和的写地入址电信路号，翻用译
计算机组成原理存储器
计算机组成原理存储器存储器的种类有很多，包括主存（内存）、辅助存储器（磁盘、光盘、固态硬盘等）和高速缓存等。
其中主存是计算机系统中最重要的存储器，用于存储正在被处理的数据和指令。
主存一般采用半导体存储器技术，主要有静态存储器（SRAM）和动态存储器（DRAM）。
主存的容量被分为一定大小的存储单元，每个存储单元用于存储一个二进制字节（Byte），这些存储单元按照地址从0开始编址。
字长（Word Length）是指每个存储单元的位数，字长决定了存储器能够存储的数据的范围和精度。
字长一般为8位、16位、32位或64位。
存储器可以按照读写速度分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
随机存储器是一种可以读写的存储设备，它的读取速度较快，但是数据不永久保存。
只读存储器用于存储固定不变的数据和指令，一般由芯片制成，其内容在断电后保持不变。
存储器的访问方式可以分为随机访问和串行访问。
随机访问存储器的访问速度是不受存储单元的物理位置限制的，可以根据存储单元的地址直接访问。
而串行访问存储器则需要按照存储单元的顺序进行逐个读取。
计算机系统中的数据传输通常是以字节为单位进行的。
存储器的读写操作包括将数据从存储单元读取到CPU或写入存储单元的操作。
读操作和写操作的时间称为存储器的访问时间，通常以纳秒（ns）为单位。
存储器的可靠性也是很重要的。
为了提高存储器的可靠性，常采用冗余技术，如奇偶校验、循环冗余校验等，可以检测和纠正存储单元中的错误数据。
存储器的组织方式也有很多种类，如线性寻址、分页式寻址、分段式寻址等。
线性寻址是最简单的一种存储器组织方式，每个存储单元都有一个唯一的地址。
分页式寻址是将存储器划分为若干个固定大小的页，通过页表将逻辑地址映射到物理地址。
分段式寻址是将存储器划分为若干个不同大小的段，每个段都有一个基地址和长度。
总之，存储器是计算机系统中的重要组成部分，它的设计和性能对整个系统的性能和可靠性有着重要的影响。
计算机组成原理唐朔飞存储器
包括硬盘、软盘等，具有存储容量大、 价格相对较低、存储速度较慢等特点。
包括存储容量、数据传输速率、寻道 时间等。
磁盘存储器的读写原理
通过磁头在磁盘表面的读写操作，实 现对数据的存储和读取。
光盘存储器
光盘存储器的类型和特点
01
包括CD、DVD、蓝光光盘等，具有存储容量大、价格适中、可
携带性好等特点。
存储体
主存储器的主要部分，由大量的 存储单元组成，用于存储数据和 指令。
控制电路
根据控制总线上的控制信号，控 制存储器的读写操作。
主存储器的编址方式
1 2 3
线性编址
将主存空间看作一维的线性空间，地址从0开始 顺序编址。这是最简单、最常用的编址方式。
段式编址
将主存空间划分为若干个段，每个段内独立编址。 这种方式可以方便地实现不同程序或数据块的保 护和共享。
先进先出（FIFO）算法
选择最早进入Cache的数据块进行替换。这 种算法实现简单，但未考虑数据块的使用频 率，可能导致命中率降低。
最近最少使用（LRU）算法
选择最近一段时间内最少被访问的数据块进行替换 。这种算法考虑了数据块的使用频率，能够较好地 提高命中率。
最不经常使用（LFU）算 法
选择访问次数最少的数据块进行替换。这种 算法考虑了数据块的历史访问信息，但可能 受到初次访问数据块的影响。
CPU通过程序直接控制存储器的读写操作，这种方式简单直接，但效率较低。
中断控制传输
CPU通过中断方式控制存储器的读写操作，这种方式可以提高CPU的利用率，但需要额外 的中断处理程序。
DMA传输
DMA（Direct Memory Access）传输方式允许存储器和CPU之间直接进行数据传输，而不 需要CPU的干预，这种方式可以显著提高数据传输的效率。
计算机组成原理_存储器
计算机组成原理_存储器1. 存储器的分类2. 存储器的层次结构⼀般来说，存储器的速度越快，价格越昂贵，相应的容量越⼩。
存储器的层次结构主要体现在缓存-主存和主存-辅存这两个存储层次上。
① CPU和缓存、主存能够直接交换信息；②缓存能直接和CPU、主存交换信息；③主存可以和CPU、缓存、辅存直接交换信息；④辅存只能和主存直接交换信息。
缓存-主存层次主要解决CPU与主存速度不匹配的问题。
由于缓存的速度⽐主存的速度⾼，只要将CPU近期要⽤到的信息调⼊缓存，CPU就可以直接从缓存中获取信息，从⽽提⾼了访存速度。
主存-辅存层次主要解决存储系统的容量问题。
辅存的速度很低，不能直接与CPU进⾏信息交换，但其容量很⼤，可以⽤来存放⼤量暂时不需要信息。
缓存、主存、辅存的关系。
缓存、主存、辅存为当前计算机的三级存储系统，CPU⾸先访问速度最快的缓存Cache，⽽缓存中的数据由主存提供，称缓存中的数据为主存中数据的映射，主存中的数据是由速度最慢的辅存中获得的。
采⽤三级存储系统后，可以⼤⼤提⾼CPU⼯作效率。
3. 存储器的主要技术指标存储容量存储容量是指存储器中能存放⼆进制代码的总位数。
存储容量 = 存储单元个数 × 存储字长（单位为bit）存储容量 = 存储单元个数 × 存储字长 / 8 （单位为Byte）若MDR的位数为n，MAR的位数为m，则最⼤存储容量为 2^n × m存储速度存储速度是由存取时间和存取周期来表⽰的。
存取时间是指启动⼀次存储器读/写操作到完成该操作所需的全部时间。
存储周期是指存储器进⾏连续两次独⽴的存储器操作所需的最⼩时间间隔。
通常存取周期⼤于存取时间，存取周期 = 存取时间 +恢复时间存储器带宽存储器带宽指单位时间内存取的信息量，单位可以是Byte/s，bit/s等。
存储器的带宽决定了以存储器为中⼼的机器获得信息的速率。
4. 存储器的扩展由于单⽚存储芯⽚的容量总是有限的，很难满⾜实际的需要，因此必须将若⼲存储芯⽚连在⼀起，以扩展存储容量。
计算机组成原理
计算机组成原理存储器的种类：1.主存储器（主存）：也称为内存，是计算机最主要的存储介质之一、主存储器可以以随机存取的方式读取和写入数据，数据保存在存储单元中，每个存储单元都有唯一的地址。
主存储器分为RAM（Random Access Memory）和ROM（Read Only Memory）两种形式。
-RAM是一种易失性存储器，数据在断电后会丢失，用于存储临时数据和正在运行的程序。
-ROM是一种非易失性存储器，数据在断电后也会保持，主要用于存储固化的程序和常量数据。
2.辅助存储器：也称为外存，是计算机的扩展存储器，容量比主存储器大得多，主要用于长期存储数据和程序。
常见的辅助存储器包括硬盘、光盘和闪存。
3.高速缓存（Cache）：位于主存储器和中央处理器（CPU）之间，用于加快数据的读写速度。
高速缓存分为多级缓存，根据距离CPU的远近，分为L1、L2和L3缓存，缓存容量逐级递增。
存储器的层次结构：计算机存储器的层次结构由多个层次组成，每个层次在存储容量和速度上都有所不同。
在运行程序时，计算机会根据存储器层次结构来进行数据的读取和存储。
1.寄存器：位于CPU内部，速度非常快，容量非常小，用来存储指令和执行运算。
2.高速缓存：位于CPU和主存储器之间，速度较快，容量适中。
3.主存储器：容量较大，速度较慢。
4.辅助存储器：容量最大，速度最慢。
存储器的工作原理：计算机中的数据主要以二进制的形式存储和处理。
存储器的工作原理可以分为存储、读取和修改三个过程。
1.存储：将数据写入到存储器中。
数据被拆分成字节或字，然后以二进制形式存储在存储单元中，每个存储单元都有唯一的地址。
2.读取：根据地址将数据从存储单元中读取出来，并送到CPU或其他部件进行处理。
读取数据时，需要指定读取地址，并且将读取到的数据传送给请求的部件。
3.修改：修改存储器中的数据。
数据可以通过指定修改地址，将新的数据写入到指定的存储单元中。
存储器的性能指标：1.存储容量：存储器的容量即存储单元的数量，单位通常为字节。