4 存储器1
第4章 存储器
2.数据总线匹配和存储器接口
奇 存 储 体 （512KB） 偶 存 储 体 （512KB）
00001H 00003H 00005H · · ·
00000H 00002H 00004H · · ·
FFFFFHH
FFFFEHH
A19～A1
D15～D8
BHE
D7～D0
A0
图4.23 8086的存储体组织
字选择线
。
位 线
T1
C
D
图4.8
单管动态存储元
2. DRAM存储芯片实例（见图4.9）
4.2.3 存储器芯片的读/写时序
tCYC tRAS RAS
CAS
tCAS
地址
行地址 tRCS
列地址 tRCH
tCYC：读周期时间 tRAS：RAS脉冲宽度 tCAS：CAS脉冲宽度 tRCS：读命令建立时间 tRCH：读命令保持时间 tDOH：数据输出保持时间
4.1 存储器系统概述
4.1.0 存储器系统的Cache—主存层次结构
硬件管理
CPU
Cache
主存储器
图4.0 Cache—主存存储层次
4.1.1 存储器分类
1.按存储介质分类 （1）半导体存储器 （2）磁表面存储器 （3）光盘存储器 2.按存取方式分类 （1）随机存储器RAM （2）只读存储器ROM （3）顺序存储器SAM （4）相联存储器 3. 按在计算机中的作用分类 （1）主存储器 （2）外存储器 （3）高速度缓冲存储器（Cache） （4）控制存储器 4. 按信息的可保存性分类
R/W 32K×8
D7～D0
R/W D7 ～D0
图4.26
内存与CPU的连接框图
第四章-存储器04-高速缓冲存储器
Cache 000 001 010 011 100 101 110 111 000 001 010 011 100 101 110 111
调入
4.1、地址映象——直接映像
例2：设一个Cache中有8块，访问主存进行读操作的块地址依次为： 10110、11010、10110、11010、10000、00100、10010， 求每次访问时Cache的内容。
硬件完成功能： 访存地址 转成 Cache地址 辅助存储器
Cache 的全部功能都是 由硬件完成的， 对程序员来说是透明的。
4.1、地址映象
映象：其物理意义就是位置的对应关系，将主存地址变成Cache地址。
常见的映象方式主要有三种： 1）直接映象 2）全相联映象 3）组相联映象
CPU Cache 字 数据总线 字
2位 主存区号标记 00 主存块号 比较 3位 区内块号 100 Cache块号 未命中 访问内存 000 001 010 011 100 101 110 111 块内地址 块内地址
Cache
000 001 010 011 100 101 110 111
调入
块表 000 001 010 011 100 101 110 111
4、高速缓冲存储器（Cache）
考研试题精选：
假设：CPU执行某段程序时，共访问Cache 3800 次，访问主存200 次，已知Cache存取周期为50ns，主存存取周期为250ns。
求：Cache—主存系统的平均存取时间和效率。 解： 系统命中率 h = 3800 / 3800 + 200 = 0.95
Cache
000 001 010 011 100 101 110 111 调入
块表 000 10 001 010 11 011 100 101 110 10 111
第四章存储器习题
第四章存储器一、填空题1. 计算机中的存储器是用来存放的，随机访问存储器的访问速度与无关。
√2. 主存储器的性能指标主要是、存储周期和存储器带宽。
√3. 存储器中用来区分不同的存储单元，1GB= KB。
√4. 半导体存储器分为、、只读存储器（ROM）和相联存储器等。
√5. 地址译码分为方式和方式。
√6. 双译码方式采用个地址译码器，分别产生和信号。
√7. 若RAM芯片内有1024个单元，用单译码方式，地址译码器将有条输出线；用双译码方式，地址译码器有条输出线。
√8. 静态存储单元是由晶体管构成的，保证记忆单元始终处于稳定状态，存储的信息不需要。
√9. 存储器芯片并联的目的是为了，串联的目的是为了。
10. 计算机的主存容量与有关，其容量为。
11. 要组成容量为4M×8位的存储器，需要片4M×1位的存储器芯片并联，或者需要片1M×8位的存储器芯片串联。
12. 内存储器容量为6K时，若首地址为00000H，那么末地址的十六进制表示是。
13 主存储器一般采用存储器件，它与外存比较存取速度、成本。
14 三级存储器系统是指这三级、、。
15 表示存储器容量时KB= ，MB= ；表示硬盘容量时，KB= ，MB= 。
16一个512KB的存储器，其地址线和数据线的总和是。
17 只读存储器ROM可分为、、和四种。
18 SRAM是；DRAM是；ROM是；EPROM是。
19半导体SRAM靠存储信息，半导体DRAM则是靠存储信息。
20半导体动态RAM和静态RAM的主要区别是。
21MOS半导体存储器可分为、两种类型，其中需要刷新。
22 广泛使用的和都是半导体③存储器。
前者的速度比后者快，但不如后者高，它们的共同缺点是断电后保存信息。
23 EPROM属于的可编程ROM，擦除时一般使用，写入时使用高压脉冲。
24 单管动态MOS型半导体存储单元是由一个和一个构成的。
25 动态半导体存储器的刷新一般有、和三种方式。
存储器的基本原理及分类
存储器的基本原理及分类存储器是计算机中非常重要的组成部分之一，其功能是用于存储和读取数据。
本文将介绍存储器的基本原理以及常见的分类。
一、基本原理存储器的基本原理是利用电子元件的导电特性实现数据的存储和读取。
具体来说，存储器通过在电子元件中存储和读取电荷来实现数据的储存和检索。
常见的存储器技术包括静态随机存取存储器（SRAM）和动态随机存取存储器（DRAM）。
1. 静态随机存取存储器（SRAM）静态随机存取存储器是一种使用触发器（flip-flop）来存储数据的存储器。
它的特点是不需要刷新操作，读写速度快，但容量较小且功耗较高。
SRAM常用于高速缓存等需要快速读写操作的应用场景。
2. 动态随机存取存储器（DRAM）动态随机存取存储器是一种使用电容来存储数据的存储器。
它的特点是容量大，但需要定期刷新以保持数据的有效性。
DRAM相对SRAM而言读写速度较慢，功耗较低，常用于主存储器等容量要求较高的应用场景。
二、分类根据存储器的功能和使用方式，可以将存储器分为主存储器和辅助存储器两大类。
1. 主存储器主存储器是计算机中与CPU直接交互的存储器，用于存储正在执行和待执行的程序以及相关数据。
主存储器通常使用DRAM实现，是计算机的核心部件之一。
根据存储器的访问方式，主存储器可分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）两种。
- 随机存取存储器（RAM）随机存取存储器是一种能够任意读写数据的存储器，其中包括SRAM和DRAM。
RAM具有高速读写的特点，在计算机系统中起到临时存储数据的作用。
- 只读存储器（ROM）只读存储器是一种只能读取数据而不能写入数据的存储器。
ROM 内部存储了永久性的程序和数据，不随断电而丢失，常用于存储计算机系统的固件、基本输入输出系统（BIOS）等。
2. 辅助存储器辅助存储器是计算机中用于长期存储数据和程序的设备，如硬盘、固态硬盘等。
与主存储器相比，辅助存储器容量大、价格相对低廉，但读写速度较慢。
第4章存储逻辑
4.5.1 字长位数扩展
例：利用64K×8位ROM芯片，设计一个64K×16 位的ROM。 解：两个芯片的地址总线公用，控制总线也公 用，而数据线分成高８位和低８位。
4.5.1 字长位数扩展
例：SRAM字长位数扩展
1M×4位 1M×8位
4.5.2 字存储容量扩展
给定的芯片存储容量较小，不满足设计要求的总 存储容量，此时需要用多片给定芯片来扩展字 数。 方法：数据总线和低位地址总线公用，控制总线 中R/W公用，使能端EN不能公用，它由地址总线 的高位段译码来决定片选信号。 所需芯片数：设计要求存储容量除以已知芯片存 储容量。
3、ROM结构的点阵图表示法
最小项表达式 G3=∑(8,9,10,11,12,13,14,15) G2=∑(4,5,6,7,8,9,10,11) G1=∑(2,3,4,5,10,11,12,13) G0=∑(1,2,5,6,9,10,13,14)
4.3.2 可编程ROM
1、EPROM存储元 2、E2PROM存储元
4.4 FLASH存储器
FLASH存储器也译成闪速存储器，它是高密度非易 失性的读／写存储器。它既有RAM的优点，又有 ROM的优点。 闪速存储器中的存储元，由单个MOS晶体管组 成： 漏极S和源极D，控制栅和浮空栅。
4.4 FLASH存储器
FLASH存储器的基本操作
无电流，读出为0
4.2.2 地址译码方法
存储器按存储矩阵组织方式不同，可分为： 单译 码结构和双译码结构。 1、单译码结构 需要一个译码器。 每个存储元只有一条选择线（字线）。 单译码结构（也称字结构）：每次读／写时，选 中一个字的所有存储元。
4.2.2 地址译码方法
存储器的基础知识第四组1 (1)
计算机存储信息的大小,最基本的单位是字节,一个汉 字由两个字节组成,字母和数字由一个字节组成. 容量的单位从小到大依次是：字节（B）、KB、MB、 GB、TB.它们之间的关系是: 1TB=1024GB 1GB=1024MB 1MB=1024KB 1KB=1024字节 通常人们都使用简便的叫法,把后面的“B”去掉.
光盘是以光信息做为存储的载体并用来存储数据的一 种物品。 分为： 1.不可擦写光盘，如CD-ROM、DVD-ROM等；2.可擦写光 盘，如CD-RW、DVD-RAM等。 光盘是利用激光原理进行读、写的设备，是迅速发展 的一种辅助存储器，可以存放各种文字、声音、图形、图 像和动画等多媒体数字信息。 光盘定义：即高密度光盘（Compact Disc）是近代发展起 来不同于完全磁性载体的光学存储介质（例如：磁光盘也 是光盘），用聚焦的氢离子激光束处理记录介质的方法存 储和再生信息，又称激光光盘。
在计算机诞生初期并不存在内存条的概念.
最早的内存是以磁芯的形式排列在线路上，每个磁芯与晶体管组成的一个双稳态电 路作为一比特（BIT)的存储器,每一比特都要有玉米粒大小，可以想象一间的机房只能 装下不超过百k字节左右的容量。 后来才出现了焊接在主板上集成内存芯片，以内存芯片的形式为计算机的运算提供 直接支持。那时的内存芯片容量都特别小，最常见的莫过于256K×1bit、1M×4bit，虽 然如此，但这相对于那时的运算任务来说却已经绰绰有余了。
硬盘是电脑主要的存储媒介之一，由一个或者 多个铝制或者玻璃制的碟片组成。碟片外覆盖有铁 磁性材料。 硬盘有固态硬盘、机械硬盘、混合硬盘，混合 硬盘是把磁性硬盘和闪存集成到一起的一种硬盘。 绝大多数硬盘都是固定硬盘，被永久性地密封固定 在硬盘驱动器中。 磁头复位节能技术：通过在闲时对磁头的复位来节 能。 多磁头技术：通过在同一碟片上增加多个磁头同时 的读或写来为硬盘提速，或同时在多碟片同时利用 磁头来读或写来为磁盘提速，多用于服务器和数据 库中心。
计算机组成原理4第四章存储器PPT课件精选全文
4.2
11
4.2
请问： 主机存储容量为4GB，按字节寻址，其地址线 位数应为多少位？数据线位数多少位？ 按字寻址（16位为一个字）,则地址线和数据线 各是多少根呢？
12
数据在主存中的存放
设存储字长为64位（8个字节），即一个存 取周期最多能够从主存读或写64位数据。
读写的数据有4种不同长度:
字节 半字 单字 双字
34
3. 动态 RAM 和静态 RAM 的比较
主存
DRAM
SRAM
存储原理
电容
触发器
集成度
高
低
芯片引脚
少
多
功耗
小
大
价格
低
高
速度
慢
快
刷新
有
无
4.2
缓存
35
内容回顾: 半导体存储芯片的基本结构 4.2
…… ……
地
译
存
读
数
址
码
储
写
据
线
驱
矩
电
线
动
阵
路
片选线
读/写控制线
地址线（单向） 数据线（双向） 芯片容量
D0
…… D 7
22
(2) 重合法（1K*1位重合法存储器芯片）
0 A4
0,00
…
0,31
0 A3
X 地
X0
32×32
… …
0址
矩阵
A2
译
0码
31,0
…
31,31
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
存储器
2 内存
2.按内存的接口（外观）分类 目前计算机配备的DRAM内存按接口（外观）分类主 要有两种： 1）SIMM（Single-In Line Memory Module，单 边接触内存模组） SIMM是486及其较早的PC机中常用的内存接口方式 ，一般30线、72线。
2 内存
2）DIMM（Dual In-Line Memory Module，双边 接触内存模组） DIMM接口内存的插板两边都有数据接口触片，这种 接口模式的内存广泛应用于现在的计算机中，常见有168 线SDRAM内存条、184线DDR内存条、240线DDR2/3 内存条。
2 内存
2.3 DDR SDRAM 内存的物理结构 下面以一品牌为威刚(A-DATA)的DDR3内存条为 例讲述DDR3内存条的结构，如图所示。
SPD
标签
PCB板 金手指
内存芯片 内存固定 卡缺口 内存引脚 缺口
DDR3 SDRAM内存条的结构
2 内存
1.PCB板。PCB板的电气性能也是决定内存稳定性 的关键，各种电子元件以及内存芯片都集中在其中一面， 导线则集中在另一面。 2. 金手指。金手指实际上是在一层铜皮（也叫覆铜 板）上通过特殊工艺再覆上一层金，因为金不易被氧化， 具有超强的导通性。 3. 内存芯片。内存上的芯片也称为内存颗粒，是内 存的灵魂所在，内存的性能、速度、容量都是由内存芯片 决定的。
2 内存
2.3 内存条品牌
（1）畅销的：金士顿（Kingston）、胜创（Kingmax）、 三星 （Samsung）. （2）热门的：金邦科技（GEIL）、宇瞻（Apacer）、现代 （Hyundai）、金士泰（KINGSETK）、勤茂（TwinMOS）、利 屏（LPT）及富豪。 （3）不常见的：海盗船（Corsair）、美光、OCZ、威刚等 。
4存储器-1概述EDAC2014
可多次编程 （紫外线擦除） EPROM：
EEPROM： 可多次编程 （电擦除）
Flash Memory（闪存）
SDR、DDR
速度指标： 存取周期或读/写周期 （来自s）作主存、高速缓存。
（3）顺序存取存储器（SAM） 访问时读/写部件按顺序查找目标地址，访 问时间与数据位置有关。 等待操作 读/写操作 平均等待时间 （ms） 数据传输率 （字节/秒）
(1)存取时间 从存储器收到读写命令，到存储器读出（写入）信息 所需要的时间，TA (2)存取周期 存储器做连续访问操作过程中一次完整的存取操作所 需的全部时间，TM (通常TM>TA) (3)数据传输率 数据传入或者传出存储器的速率，R TN=TA+N/R, 其中TN: 读写N位的平均时间, TA:平 均存取时间, N:位数, R:传输率,位数/每秒(bps)
两步操作
速度指标
（4）直接存取存储器（DAM）
访问时读/写部件先直接指向一个小区域，再在该 区域内顺序查找。访问时间与数据位置有关。 定位（寻道）操作 等待（旋转）操作 读/写操作 平均定位（平均寻道）时间 （ms） 速度指标 平均等待（平均旋转）时间 （ms） （位/秒） 数据传输率
三步操作
4.存储器系统的关键特性
3.存储器的分类(按存储介质)
（1）半导体存储器
静态存储器SRAM:利用双稳态触发器的两个稳定状态 存储信息,信息易失
动态存储器DRAM:依靠电容上的电荷暂存信息，主存 （2）磁表面存储器
利用磁层上不同方向的磁化区域表示信息,容量大, 非破坏性读出,长期保存信息,速度慢,外存
（3）光盘存储器 利用光斑的有无表示信息,容量很大，非破坏性读 出,长期保存信息,速度慢,外存
计算机组成原理第4章 存储系统
第四章存储系统4.1概述4.1.1技术指标4.1.2层次结构4.1.3存储器分类存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。
构成存储器的存储介质，目前主要采用半导体器件和磁性材料。
一个双稳态半导体电路或一个CMOS晶体管或磁性材料的存储元，均可以存储一位二进制代码。
这个二进制代码位是存储器中最小的存储单位，称为一个存储位或存储元。
由若干个存储元组成一个存储单元，然后再由许多存储单元组成一个存储器。
根据存储材料的性能及使用方法不同，存储器有各种不同的分类方法。
(1)按存储介质分作为存储介质的基本要求，必须有两个明显区别的物理状态，分别用来表示二进制的代码0和1。
另一方面，存储器的存取速度又取决于这种物理状态的改变速度。
目前使用的存储介质主要是半导体器件和磁性材料。
用半导体器件组成的存储器称为半导体存储器。
用磁性材料做成的存储器称为磁表面存储器，如磁盘存储器和磁带存储器。
(2)按存取方式分如果存储器中任何存储单元的内容都能被随机存取，且存取时间和存储单元的物理位置无关，这种存储器称为随机存储器。
半导体存储器是随机存储器。
如果存储器只能按某种顺序来存取，也就是说存取时间和存储单元的物理位置有关，这种存储器称为顺序存储器。
如磁带存储器就是顺序存储器，它的存取周期较长。
磁盘存储器是半顺序存储器。
(3)按存储器的读写功能分有些半导体存储器存储的内容是固定不变的，即只能读出而不能写入，因此这种半导体存储器称为只读存储器(ROM)。
既能读出又能写人的半导体存储器，称为随机读写存储器(RAM)。
(4)按信息的可保存性分断电后信息即消失的存储器，称为非永久记忆的存储器。
断电后仍能保存信息的存储器，称为永久性记忆的存储器。
磁性材料做成的存储器是永久性存储器，半导体读写4.2 半导体随机读写存储器主存储器由半导体存储芯片构成，容量较小时可采用SRAM芯片，容量较大时一般采用DRAM芯片。
主存中的固化区采用ROM芯片，包括PROM、EPROM、EEPROM、等。
计算机组成原理 第 4 章 存储器系统(修改版)
磁芯存储器
2013-11-14
10
3.5英寸软盘
2013-11-14
11
硬盘
2013-11-14
12
(2)半导体存储器
• 半导体存储器是用半导体器件组成的存储器。 • 根据制造工艺不同，可分为双极型和MOS型。
2013-11-14
13
U盘
2013-11-14
14
(3) 光存储器
• 利用光学原理制成的存储器，它是通过 能量高度集中的激光束照在基体表面引 起物理的或化学的变化，记忆二进制信 息。如光盘存储器。
2013-11-14
3
4.1.1
存储器分类
• 1．按与CPU的连接和功能分类
• (1) 主存储器 CPU能够直接访问的存储器。用于存 放当前运行的程序和数据。主存储器设在 主机内部，所以又称内存储器。简称内存 或主存。
2013-11-14
4
(2) 辅助存储器
• 为解决主存容量不足而设置的存储器， 用于存放当前不参加运行的程序和数据。 当需要运行程序和数据时，将它们成批 调入内存供CPU使用。CPU不能直接访问 辅助存储器。 • 辅助存储器属于外部设备，所以又称为 外存储器，简称外存或辅存。
写操作（存操作） 地址 （MAR） AB
MEM
CPU MEM MDR
MEM
CPU
CB 读命令 （Read）
MEM
存储单 元内容 （M）
DB
MEM
CB 写命令 MEM （Write） DB 存储单元 MDR M
2013-11-14
28
CPU与主存之间的数据传送控制方式
• 同步控制方式：数据传送在固定的时间间隔内 完成，即在一个存取周期内完成。 • 异步控制方式：数据传送的时间不固定，存储 器在完成读/写操作后，需向CPU回送“存储器 功能完成”信号（MFC），表示一次数据传送完 成。 • 目前多数计算机采用同步方式控制CPU与主存之 间的数据传送。 • 由于异步控制方式允许不同速度的设备进行信 息交换，所以多用于CPU与外设的数据传送中。
计算机组成原理第4章 主存储器
4.5 读/写存储器
VDD Xi
静态存储器(SRAM)
其中T1~T4组成两个反相器，构成双稳 态触发器，可存储一位二值信息。T5、 T6两只门控管相当于模拟开关，它们 的栅极接到字线上。由字选择线（行地 址译码器输出Xi ）控制该单元是否被 选中。还有两条位线连接到T5、T6 上 用来传送读写信号，T7、T8的开关状 态控制位线与输入/输出缓冲器间是否 接通,它们的开关状态受列译码器输出 Yj控制。
T3
T4
·
A
T1 T2
B
·
Bj
T8
T6
Bj
T7
D A3
Yj A1
D A2
R/W
I/O
计算机组成与结构
延安大学计算机学院
4.5 读/写存储器
计算机组成与结构
延安大学计算机学院
4.5 读/写存储器
静态存储器(SRAM)
计算机组成与结构
延安大学计算机学院
4.5 读/写存储器
动态存储器（DRAM）
计算机组成与结构
延安大学计算机学院
4.1 主存储器处于全机中心地位
在现代计算机中，主存储器处于全机中心地位，其原 因是：
当前计算机正在执行的程序和数据均存放在存储器中。 DMA(直接存储器存取)技术和输入/输出通道技术，在
存储器与输入/输出系统之间直接传送数据。
共享存储器的多处理机，利用存储器存放共享数据，
EEPROM：可用电擦除的可编程序只读存储器。
Flash Memory: 快擦型存储器(可以整块擦除，也可局部擦除)。
上述各种存储器中，RAM为“易失性存储器”，其余的 称为“非易失性存储器”(断电以后信息不会丢失)。
第四章 存储器管理(1-2)
物理地址空间
Load A data1
100
Load A 200
1100
Load A 1200
编译 连接
data1 3456 200 3456
地址映射
1200 3456 。 。
第四章 存 储 器 管 理
地址映射的方式
静态地址映射： 1）程序被装入内存时由操作系统的连接装入程序完成 程序的逻辑地址到内存地址的转换； 2）地址转换工作是在程序执行前由装入程序集中一次 完成。 假定程序装入内存的首地址为BR，程序地址为VR，内存 地址为MR，则地址映射按下式进行：MR=BR+VR
② 便于实现对目标模块的共享：将内存中的一个模块可 以连接到多个程序中。 ③ 要运行的程序都必须在装入时，全部连接调入内存。
第四章 存 储 器 管 理
3. 运行时动态链接(Run-time Dynamic Linking) 动态链接方式：将对某些模块的链接推迟到执行时才实施， 亦即，在执行过程中，当发现一个被调用模块尚未装 入内存时，立即由OS去找到该模块并将之装入内存， 把它链接到调用者模块上。特点如下： 特点：凡在执行过程中未被用到的目标模块，都不会被调 入内存和被链接到装入模块上，这样不仅可加快程序 的装入过程，而且可节省大量的内存空间。
硬件支持：在动态地址重定位机构中，有一个基地址寄存器BR和一 个程序地址寄存器VR，一个内存地址寄存器MR。
转换过程：MR=BR+VR
第四章 存 储 器 管 理
把程序装入起始地址为100的内存区
0 100
重定位寄存器 1000
…
MOV r1，[50]
0 1000 1100
… …
MOV r1பைடு நூலகம்[50]
第4章存储器讲解解析
15. 设CPU共有16根地址线，8根数据线，并用MREQ（低 电平有效）作访存控制信号，R/W作读/写命令信号（高电平 为读，低电平为写）。现有这些存储芯片： ROM（2K×8位，4K×4位，8K×8位）， RAM（1K×4位，2K×8位，4K×8位）， 及74138译码器和其他门电路（门电路自定）。 试从上述规格中选用合适的芯片，画出CPU和存储芯片的 连接图。要求如下： （1）最小4K地址为系统程序区，4096~16383地址范围为 用户程序区；（2）指出选用的存储芯片类型及数量； （3）详细画出片选逻辑。
由于存储器单 体的存取周期为T， 而CPU的总线访存 周期为（1/8）T， 故体内逻辑要支持 单体的独立工作速 率。因此在SRAM 芯片的外围加了地 址、数据的输入/输 出缓冲装置，以及 控制信号的扩展装 置。
-RD
A15~3
-OE A12~0
-WE
D7~0
8KB SRAM
D7~0 -CE
片选信号扩展
……
3片4K×8位
……
……
A15=1
65535
（2）选片：ROM：4K × 4位：2片； RAM：4K × 8位：3片；
（3）CPU和存储器连接逻辑图及片选逻辑：
+5V
MREQ A15 A14 A13 A12
C B A
G2A
Y0
G2B 74138（3：8）
Y1
G1
Y2 Y3
CPU
A11~0
CS0 4K× 4 ROM 4K× 4 ROM
8KB 1体
A12~0 -Y1
8KB 2体
A12~0 -Y2
8KB 7体
…
……
A12~0 -Y7
4-1存储器管理-作业
4-1存储器管理-作业标准化文件发布号：（9312-EUATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-第四章存储器管理1．选择题1*．固定分区存储管理中，处理器设置的地址转换机构是。
A．界限寄存器B．上限寄存器C．下限寄存器D．上限寄存器和下限寄存器2．存储保护的工作通常由实现。
A．软件B．硬件C．文件D．硬件和软件配合3．段页式存储管理中，访问快表失败时，每访问一条指令或存取一个操作数都要次访问主存。
A．1 B．2 C．3 D．44．在虚拟存储系统中，若进程在内存中占3块（开始时为空）采用先进先出页面淘汰算法，当执行访问页号序列为1、2、3、4、1、2、5、1、2、3、4、5、6时，将产生次缺页中断。
A．7 B．8 C．9 D．105．采用段页式存储管理，在CPU中应设置寄存器。
A．段表和页表控制B．段表控制C．页表控制D．界地址11．在可变分区分配方案中，在空闲区表中以空闲区长度按递减顺序排列适合于________算法。
A．最坏适应算法B．最先适应算法C．最优适应算法D．首次循环适应算法12．在存储管理中，提高内存利用率主要是通过功能实现的。
A．存储分配B．存储保护C．存储扩充D．存储共享13．在页式虚拟存储管理中，为实现地址变换，应建立。
A．空闲区表B．分区分配表C．页表D．段表14．在下述存储管理方案中，管理方式要求作业的逻辑地址与占有主存的存储区域都是连续的。
A．段页式B．页式C．段式D．可变分区15．将主存空闲区按地址顺序从小到大登记在空闲区表中，每次分配时总是顺序查找空闲区表，此种分配算法称为分配算法。
A．最先适应B．最优适应C．最坏适应D．随机适应21．支持程序浮动的地址转换机制是。
A．页式地址转换B．段式地址转换C．静态重定位D．动态重定位22．在可变分区存储管理中，最优适应分配算法要求对空闲区表项按进行排列。
A．地址从大到小B．地址从小到大C．尺寸从大到小D．尺寸从小到大23．在请求页式存储管理中，当查找的页不在中时，要产生缺页中断。
计算机组成原理第四章课后习题和答案解析[完整版]
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第4章存储器1. 解释概念：主存、辅存、Cache、RAM、SRAM、DRAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、CDROM、Flash Memory。
答：主存：主存储器，用于存放正在执行的程序和数据。
CPU可以直接进行随机读写，访问速度较高。
辅存：辅助存储器，用于存放当前暂不执行的程序和数据，以及一些需要永久保存的信息。
Cache：高速缓冲存储器，介于CPU和主存之间，用于解决CPU和主存之间速度不匹配问题。
RAM：半导体随机存取存储器，主要用作计算机中的主存。
SRAM：静态半导体随机存取存储器。
DRAM：动态半导体随机存取存储器。
ROM：掩膜式半导体只读存储器。
由芯片制造商在制造时写入内容，以后只能读出而不能写入。
PROM：可编程只读存储器，由用户根据需要确定写入内容，只能写入一次。
EPROM：紫外线擦写可编程只读存储器。
需要修改内容时，现将其全部内容擦除，然后再编程。
擦除依靠紫外线使浮动栅极上的电荷泄露而实现。
EEPROM：电擦写可编程只读存储器。
CDROM：只读型光盘。
Flash Memory：闪速存储器。
或称快擦型存储器。
2. 计算机中哪些部件可以用于存储信息？按速度、容量和价格/位排序说明。
答：计算机中寄存器、Cache、主存、硬盘可以用于存储信息。
按速度由高至低排序为：寄存器、Cache、主存、硬盘；按容量由小至大排序为：寄存器、Cache、主存、硬盘；按价格/位由高至低排序为：寄存器、Cache、主存、硬盘。
3. 存储器的层次结构主要体现在什么地方？为什么要分这些层次？计算机如何管理这些层次？答：存储器的层次结构主要体现在Cache-主存和主存-辅存这两个存储层次上。
Cache-主存层次在存储系统中主要对CPU访存起加速作用，即从整体运行的效果分析，CPU访存速度加快，接近于Cache的速度，而寻址空间和位价却接近于主存。
主存-辅存层次在存储系统中主要起扩容作用，即从程序员的角度看，他所使用的存储器其容量和位价接近于辅存，而速度接近于主存。
ddr4寻址原理(一)
ddr4寻址原理(一)DDR4寻址原理一、背景介绍•DDR4（Double Data Rate 4）是一种高速存储器，广泛应用于计算机系统中。
•DDR4的寻址原理是指在访问存储器时，如何定位存储器的具体位置。
二、DDR4基本概念1.存储单元：DDR4存储器由许多存储单元组成，每个存储单元用于存储一个数据位。
2.存储单元地址：每个存储单元都有一个唯一的地址，用于寻址和访问该存储单元。
3.地址总线：地址总线是用于传输存储单元地址的信号线。
4.数据总线：数据总线是用于传输数据的信号线。
三、DDR4寻址原理1.内存地址空间：DDR4存储器有一个内存地址空间，用于定位存储单元的位置。
2.地址位数：DDR4的地址位数决定了内存地址空间的大小，也决定了DDR4能够寻址的最大容量。
3.地址转换：DDR4寻址原理中的一项重要任务是将逻辑地址转换为物理地址。
4.地址解码：DDR4的内存控制器通过地址解码电路，将逻辑地址转换为对应的存储单元地址。
5.地址映射：DDR4还会使用地址映射技术将逻辑地址映射到物理地址，提高内存的利用率。
四、DDR4寻址过程1.地址传输：CPU通过地址总线传输逻辑地址给内存控制器。
2.地址解码：内存控制器使用地址解码电路将逻辑地址转换为存储单元地址。
3.地址映射：根据地址映射表，将存储单元地址转换为物理地址。
4.访问存储单元：内存控制器通过数据总线将数据读取或写入存储单元。
五、DDR4寻址原理的优化1.行地址和列地址：DDR4内存将地址分为行地址和列地址，通过行地址选择特定的行，再通过列地址选择特定的列，以提高访问效率。
2.预取技术：DDR4内存采用预取技术，根据访问模式预先加载一定数量的数据到缓存中，减少等待时间。
3.超级扇出驱动技术：DDR4内存还采用超级扇出驱动技术，提高存储单元的响应速度。
六、总结DDR4寻址原理是通过地址总线和数据总线将CPU的逻辑地址转换为物理地址，以访问存储单元。
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2. 存储器分类
(4) 按读写功能分类 a. 读写存储器 RWS(Read/Write Storage) b. 只读存储器 ROM(Read Only Memory)
3. 存储器的主要指标
(1)容量 (1)容量 单位： B(字节 KB(1024B), 字节) B), 单位： B(字节), KB(1024B), MB(220B), GB(230B)
2. 存储芯片的组织
(1) 一维地址译码方式
2. 存储芯片的组织
(1) 一维地址译码方式
2. 存储芯片的组织 (2) 二维地址译码位选方式
2. 存储芯片的组织
(大大减少了译码输出线 大大减少了译码输出线) (2) 二维地址译码位选方式 (大大减少了译码输出线 )
2. 存储芯片的组织
(3) 二维地址译码字选方式
外存(External Memory,辅存 辅存) d. 外存(External Memory,辅存) 存放当前不参与运行的信息。容量大，价格低，速度慢。 存放当前不参与运行的信息。容量大，价格低，速度慢。
2. 存储器分类 (2) 按用途及与 CPU 关系分类
CPU
高速缓存 主 存
I/O控制
辅 存
例如磁带。 结构简单， 例如磁带。 结构简单，不同单元共用同一套读写 线路。 线路。
2. 存储器分类
(3) 按寻址方式分类
c. 直接存取存储器 DAM(Direct Access Memory) 又称半顺序存储器。 又称半顺序存储器。 例如磁盘：寻道──可看作随机方式 例如磁盘：寻道──可看作随机方式 ── 寻扇区──顺序存取 寻扇区──顺序存取 ──
2、 Φp正脉冲过后，A、B点分开，放大器处于暂 、 正脉冲过后， 、 点分开 点分开， 正脉冲过后 时平衡状态。 时平衡状态。 3、接着行选择线送来 A正脉冲 使T8与T10管导通 、接着行选择线送来Φ 正脉冲,使 与 管导通 分别与放大器的A点和 点相连。 点和B点相连 ， Cs 与CD分别与放大器的 点和 点相连。由于参考 电压介于“ 和 之间， 上原存信息的状况， 电压介于“0”和“1”之间，按照 上原存信息的状况， 之间 按照Cs上原存信息的状况 A点的电位可能高于（存储“1”时）或低于（存储“0” 点的电位可能高于（ 点的电位可能高于 存储“ 时 或低于（存储“ 点电位。 时）B点电位。 点电位 4、紧接着 B正脉冲到来（ ΦA正脉冲还在）， 正脉冲还在）， ），T3 、紧接着Φ 正脉冲到来（ 管导通， 两点电位不等， 、T4管导通，由于 、B两点电位不等，平衡放大器就 管导通 由于A、 两点电位不等 会迅速地倒向一侧。若原存“ ， 点电位高 点电位高， 导通 会迅速地倒向一侧。若原存“1”，A点电位高，T2导通 截至， 点电位升高接近于Vcc，而使 点电位 、T1截至，使A点电位升高接近于 截至 点电位升高接近于 ，而使B点电位 降低接近于地电位。若原存“ ， 点电位高 点电位高， 截至 降低接近于地电位。若原存“0”，B点电位高，T2截至 导通， 点电位升高接近于Vcc，而使 点电位 、T1导通，使B点电位升高接近于 导通 点电位升高接近于 ，而使A点电位 降低接近于地电位。平衡放大器使Cs相对于参考电压 降低接近于地电位。平衡放大器使 相对于参考电压 的微弱读出信号被放大到正常的电平： 的微弱读出信号被放大到正常的电平：使A点电平或为 点电平或为 或为“ ， 点与之正相反。 “1”或为“0”，而B点与之正相反。 或为 点与之正相反
§ 4.3 半导体只读存储器 ROM
"0") 集成度高。 没有管的位置为"0" 造价比 MOS 型 RAM 低，集成度高。 (没有管的位置为"0")
存储器基本组成（以主存为例） 1. 存储器基本组成（以主存为例）
(2) 寻址机构 包括: MAR, 包括:存储器的地址寄存器 MAR, 地址译码器 位数 n 与寻址空间 N 的关系：N=2n 的关系： N=2
存储器基本组成（以主存为例） 1. 存储器基本组成（以主存为例）
MDR（ MBR） (3) 数据寄存器 MDR（或称数据缓冲寄存器 MBR） (4) 信息写入电路 (5) 信息读出电路
§ 4 .2 半导体读写存储器 RAM
1. 基本存储单元 两种。 型的又有静态与动态两种。 有双极型和 MOS 两种。 MOS 型的又有静态与动态两种。
(1) 双极型存储单元 靠交叉反馈式的双稳态电路保存信息。 比如可定义 T0 靠交叉反馈式的双稳态电路保存信息。 导通为"0"。 导通为"0"。 "0"
当既有列选择信号，也有行选择信号时， 当既有列选择信号，也有行选择信号时，图中被放 大的电平一方面送到与B相连的位读出线上 相连的位读出线上， 大的电平一方面送到与 相连的位读出线上，向外输出 另一方面由与A点相连的位线对 点相连的位线对Cs上原存信息进行再 ；另一方面由与 点相连的位线对 上原存信息进行再 生或重写。当无列选择信号，仅有行选择信号Φ 生或重写。当无列选择信号，仅有行选择信号 A时， 仅由图中与A相连的位线对 进行充电（或放电）。 相连的位线对Cs进行充电 仅由图中与 相连的位线对 进行充电（或放电）。 DRAM各行的列读出放大电路在行选择信号 A作用下 各行的列读出放大电路在行选择信号Φ 各行的列读出放大电路在行选择信号 均完成同样的操作，实现对整个一行的刷新。 均完成同样的操作，实现对整个一行的刷新。 为防止信息丢失，动态RAM要每隔一定时间给全 为防止信息丢失，动态 要每隔一定时间给全 部基本存储单元进行一次刷新， 部基本存储单元进行一次刷新，刷新时间间隔时间大约 2ms。 。 单管MOS基本存储电路的刷新，是以行为单位进 基本存储电路的刷新， 单管 基本存储电路的刷新 行的。结合图列放大电路及一列结构，可以看出： 行的。结合图列放大电路及一列结构，可以看出：当给 出行地址，选中一行进行读操作（但不加列选择， 出行地址，选中一行进行读操作（但不加列选择，不向 外输出） 经列放大线路能使A点电位达到正常电位 外输出）时，经列放大线路能使 点电位达到正常电位 原存“ 时 达到 达到Vcc，原存“0”时，A接近地，给各 接近地， ，原存“1”时A达到 ，原存“ 时 接近地 充电或放电， 个Cs充电或放电，完成一行的刷新。 充电或放电 完成一行的刷新。
例如，双稳态触发器（用导通状态表示“ 例如，双稳态触发器（用导通状态表示“0”或“1” ） 矩磁材料的剩磁（用磁感应强度表示“ 矩磁材料的剩磁（用磁感应强度表示“0”或“1” ）
存储媒体必须具备的条件
• 有两个稳定的能量状态，并由一个高势能 有两个稳定的能量状态， 垒将两个状态分开； 垒将两个状态分开； • 借助外部能源能使两个稳态之间进行无限 次转换（即可写）； 次转换（即可写）； • 借助外部能源能或之其状态（即可读）。 借助外部能源能或之其状态（即可读）
(2)速度 (2)速度 ①读取时间 TA: 存储器从接收读命令到信息读出所需要的时间。 存储器从接收读命令到信息读出所需要的时间。
两次访问存储器所允许的最小间隔时间。 ②存储周期 TM: CPU 两次访问存储器所允许的最小间隔时间。
B/秒 ③数据传送速率 BM: 位/秒 或 B/秒
(3)价格 (3)价格
第4章
Hale Waihona Puke 存储体系第4章存储体系
§ 4 .1 存储器概述 § 4 .2 半导体读写存储器 RAM § 4 .3 半导体只读存储器 ROM § 4 .4 主存储器与 CPU 的连接 § 4 .5 并行存储器 § 4 .6 存储体系 § 4 .7 外存简述
§ 4.1 存储器概述
存储媒体 ( 存储单元 ) ── 存储二进制代码
D,/D 为 中 间 电 位
③ 读出操作 否则为"0" 否则为"0"
W高
若存"1"(T0 截止) 则 有电流， 若存"1"(T0 截止)， /D 有电流，
(2) 静态 MOS 存储单元
(2) 静态 MOS 存储单元
读、写操作: 写操作: 保存信息: 保存信息:
为高(X,Y 为高) W 为高(X,Y 为高) 为低(X,Y 不同时为高) W 为低(X,Y 不同时为高)
(3) 动态 MOS 存储单元 靠电容存储信息。比如可定义有电荷为"1" 靠电容存储信息。比如可定义有电荷为"1"
A
B
在单管动态RAM集成芯片中，是把读出信号的放 集成芯片中， 在单管动态 集成芯片中 大输出、 大输出、读出内容的重写和对一行存储单元的刷新这三 种功能统一由列读出放大电路来进行。 种功能统一由列读出放大电路来进行。图2.8（b）是 （ ） DRAM的列读出放大电路与一列的结构图，图中只画出 的列读出放大电路与一列的结构图， 的列读出放大电路与一列的结构图 该列中的一位存储电容Cs，其余各位用虚线标出。 该列中的一位存储电容 ，其余各位用虚线标出。 DRAM有几行，就有几个图 （b）的列读出放大电路 有几行， 有几行 就有几个图2.8（ ） 列读出放大电路是一个高灵敏度的平衡放大器， 。列读出放大电路是一个高灵敏度的平衡放大器，其基 本部分是交叉耦合的触发器，两侧经T8、 管连接Cs 本部分是交叉耦合的触发器，两侧经 、T10管连接 管连接 是存储的一位信息的电容， 和CD。Cs是存储的一位信息的电容， CD为预充电电容 是存储的一位信息的电容 预充电的参考电压介于“ （地电位） ，预充电的参考电压介于“0”（地电位）与“1”（Vcc （ 之间。 ）之间。 列读出放大电路的读出放大、 列读出放大电路的读出放大、重写与刷新的过程如 下： 1、读出前 正脉冲先来，一方面使 、T6及T7管 正脉冲先来， 、读出前Φp正脉冲先来 一方面使T5、 及 管 导通， 两点等电位； 管导通， 导通，使A、B两点等电位；另一方面使 管导通，将 、 两点等电位 另一方面使T9管导通 电容C 预充电到参考电压。 电容 D预充电到参考电压。