计算机组成原理存储器课件举例讲解
合集下载
计算机组成原理 第3章_存储系统PPT课件
存取时间又称存储器访问时间，是指从启动一次存储器操作到 完成该操作所经历的时间。具体讲，从一次读操作命令发出到该操 作完成，将数据读入数据缓冲寄存器为止所经历的时间，即为存储 器存取时间。1s=103ms=106μs=109ns
存储周期是指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(纳秒）。
.
⑶ 字位同时扩展：在字向和位向上同时进行扩展 一个的容量假定为 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。 思考题：
1、32K × 16表什么意思?(32K=215,15根地址线,16根数据线) 2、构成 4M× 32存储器需要16K × 8的芯片多少片？ （ 16K= 214 , 4M= 222，故需要芯片: (4M/ 16K)*(32/8)=1024, 22根地址线中有22-14=8根用作片选线，14根地址线。）
外存储器：简称外存，它是大容量辅助存储器。目前主要使用磁盘 存储器、磁带存储器和光盘存储器。
4、主存储器的技术指标：主存储器的性能指标主要是存储容量、 存取时间、存储周期和存储器带宽。
存入一个机器字的存储单元，通常称为字存储单元，相应的单 元地址叫字地址。而存入一个字节的单元，称为字节存储单元，相 应的地址称为字节地址。
芯片的地址线、数据线、读/写控制线并联，而由片选信号来区分各片地址，故片 选信号端连接到片译在码器的输出端。图3.7所示出用16K × 8位的芯片采用字扩 展法组成64K × 8位的存储器连接图。图中4个芯片的数据线与数据总线D0-D7相 连，地址总线低位地址A0-A13与各芯片的14位地址端相连，两位高位地址A14， A15经译码器和4个选端相连。
存储周期是指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(纳秒）。
.
⑶ 字位同时扩展：在字向和位向上同时进行扩展 一个的容量假定为 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。 思考题：
1、32K × 16表什么意思?(32K=215,15根地址线,16根数据线) 2、构成 4M× 32存储器需要16K × 8的芯片多少片？ （ 16K= 214 , 4M= 222，故需要芯片: (4M/ 16K)*(32/8)=1024, 22根地址线中有22-14=8根用作片选线，14根地址线。）
外存储器：简称外存，它是大容量辅助存储器。目前主要使用磁盘 存储器、磁带存储器和光盘存储器。
4、主存储器的技术指标：主存储器的性能指标主要是存储容量、 存取时间、存储周期和存储器带宽。
存入一个机器字的存储单元，通常称为字存储单元，相应的单 元地址叫字地址。而存入一个字节的单元，称为字节存储单元，相 应的地址称为字节地址。
芯片的地址线、数据线、读/写控制线并联，而由片选信号来区分各片地址，故片 选信号端连接到片译在码器的输出端。图3.7所示出用16K × 8位的芯片采用字扩 展法组成64K × 8位的存储器连接图。图中4个芯片的数据线与数据总线D0-D7相 连，地址总线低位地址A0-A13与各芯片的14位地址端相连，两位高位地址A14， A15经译码器和4个选端相连。
计算机组成原理10存储器.ppt
改变存储器的硬件结构
存储系统组织
从存储器考虑提高系统性能的措施：
1. 采用双端口存储器 2. 采用多模块存储器 3. 并行处理机和多处理机系统 4. 采用高速缓冲存储器 5. 虚拟存储器 6. 相联存储器
寄存器1-5ns 片内CACHE 2-10ns 片外CACHE 10-20ns 主存20-100ns 硬盘10ms 磁带10ms-10s
磁记录编码方式
3、不归零1制（NRZ1） 写入规律：见1就翻 见下图写电流波形 写0时，写入电流维持原方向不变（-I 或 +I） 写1时，写入电流方向翻转（-I+I 或 +I-I ）
001101 +I
I -I
缺点：没有自同步能力：加外同步信号 优点：转变区少，密度高
磁记录编码方式
4、调相制（PM） 写入规律： 见下图写电流波形 写0，在位单元中间位置让写入电流负跳变（ +I-I ） 写1，在位单元中间位置让写入电流正跳变（-I+I ） 001101
标记 15页
把CACHE的16页分为8组 把主存的2048页分为256
组，每组8页。 把主存的每组的8页分别
和CACHE的8组对应
内存
0页 1页 … 7页 8页 9页 … 15页 … 2047页
2பைடு நூலகம்位主存地址
8位 0组
3位 9位
组地址 页内 地址
13位Cache地址 1组
…
3位
1位 9位
命中
主存
3.多体交叉存取
M0 M1 M2 M3
主存分成若干独立存储
0 4
1 5
2 6
3 7
体。
在一个存取周期中，
CPU交叉访问多个体， 缩短平均访存时间。
存储系统组织
从存储器考虑提高系统性能的措施：
1. 采用双端口存储器 2. 采用多模块存储器 3. 并行处理机和多处理机系统 4. 采用高速缓冲存储器 5. 虚拟存储器 6. 相联存储器
寄存器1-5ns 片内CACHE 2-10ns 片外CACHE 10-20ns 主存20-100ns 硬盘10ms 磁带10ms-10s
磁记录编码方式
3、不归零1制（NRZ1） 写入规律：见1就翻 见下图写电流波形 写0时，写入电流维持原方向不变（-I 或 +I） 写1时，写入电流方向翻转（-I+I 或 +I-I ）
001101 +I
I -I
缺点：没有自同步能力：加外同步信号 优点：转变区少，密度高
磁记录编码方式
4、调相制（PM） 写入规律： 见下图写电流波形 写0，在位单元中间位置让写入电流负跳变（ +I-I ） 写1，在位单元中间位置让写入电流正跳变（-I+I ） 001101
标记 15页
把CACHE的16页分为8组 把主存的2048页分为256
组，每组8页。 把主存的每组的8页分别
和CACHE的8组对应
内存
0页 1页 … 7页 8页 9页 … 15页 … 2047页
2பைடு நூலகம்位主存地址
8位 0组
3位 9位
组地址 页内 地址
13位Cache地址 1组
…
3位
1位 9位
命中
主存
3.多体交叉存取
M0 M1 M2 M3
主存分成若干独立存储
0 4
1 5
2 6
3 7
体。
在一个存取周期中，
CPU交叉访问多个体， 缩短平均访存时间。
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
计算机组成原理第三章多层次的存贮器优秀课件
1、主存的基本组成
… …
读
存储体
写 电
路
…
驱动器
…
控制电路
译码器
…
MAR
读
写
地址总线
数据总线 MDR
2、 主存和 CPU 的联系
MDR
CPU
MAR
数据总线 读 写
地址总线
主存
3、 半导体存储芯片的基本结构
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
• 主存储器简称主存，是计算 机系统的主要存储器，用来 存放计算机运行期间的大量 程序和数据。
• 外存储器简称外存，它是大 容量辅助存储器。
3.1.2 存储器分级结构
• 分层存储器系统之间的连接关系
3.1.3主存储器的技术指标
• 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。
• 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。
在计算机存储器体系结构设计时， 我们希望存储器系统的性能高、价格低， 那么在存储器系统设计时，应当在存储器 容量，速度和价格方面的因素作折中考虑， 建立了分层次的存储器体系结构如下图所 示。
3.1.2 存储器分级结构
2、分级结构 • 高速缓冲存储器简称cache，
它是计算机系统中的一个高 速小容量半导体存储器。
磁头、载磁体
非 硬磁材料、环状元件 易
失
激光、磁光材料
2. 按存取方式分类
(1) 存取时间与物理地址无关（随机访问）
计算机组成原理存储器课件
高速缓存（Cache）
要点一
总结词
高速存储器，用于要点二
详细描述
高速缓存（Cache）是一种特殊的存储器，它的读写速度 非常快，通常由静态随机存取存储器（SRAM）构成。 Cache用于暂存CPU所需的数据和指令，以减少CPU直接 访问主存的次数，从而提高计算机系统的性能。当CPU需 要访问内存时，它会首先检查所需数据是否在Cache中。 如果是，则直接从Cache中读取数据；否则，需要从主存 中读取数据，并将其复制到Cache中以便将来快速访问。
存储器。
半导体存储器
20世纪60年代出现，以其高速 、低功耗、高集成度的优点逐 渐取代了磁芯存储器。
磁表面存储器
20世纪70年代出现，以其高容 量、低成本、易维护的优点广 泛应用于外存储器领域。
光盘存储器
20世纪80年代出现，以其大容 量、非接触式读写的优点在数 据备份和多媒体领域得到广泛
应用。
02
内存储器的管理方式
• 总结词：操作系统对内存储器的分配、回收、共享、保护和扩充等管理方式的总称。
• 详细描述：内存储器的管理方式是指操作系统对内存储器的分配、回收、共享、保护和扩充等管理方式的总称。操作系统需要有效地管理内存储器，以确保程序的正常运行和系统的稳 定性。具体来说，操作系统会根据程序的运行需求为其分配适当的内存空间，并在程序运行结束后回收这些空间。此外，为了提高内存储器的利用率，操作系统还支持多个程序共享同 一内存空间。同时，为了保护每个程序的正常运行，操作系统会采取相应的保护措施来防止非法访问和修改。此外，操作系统还可以通过一些技术手段来扩充内存储器的容量，以满足 日益增长的计算需求。
03
主存与外存的容量和访问速度 存在较大差异，主存的容量较 小但访问速度较快，而外存的 容量较大但访问速度较慢。
计算机组成原理第三章-第3讲-DRAM存储器
AM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。
MOS：Metal-Oxide-Semiconductor •金属-氧化物-半导体
播放CAI
MOS管
电容器
图(b)表示写0到存储 位元。此时输出缓冲 器和刷新缓冲器关闭， 输入缓冲器打开，输 入数据DIN=0送到存 储元位线上；行选线 为高，打开MOS管， 于是电容上的电荷通 过MOS管和位线放 电，表示存储了0。
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。
3.3 DRAM存储器
五、存储器容量的扩充 （重要） 1、字长位数扩展 假如给定的存储芯片字长位数较短，不能满足 设计要求的存储器字长，此时需要用多片给定芯 片扩展字长位数。 具体实现：三组信号线中，地址线和控制线 公用而数据线单独分开连接。 所需存储芯片数量： d=设计要求的存储器字节容量 / 给定芯片存储 器字节容量
地址线10位
列选通 信号
行选通 信号
分析与SRAM不同之处：
（1）增加了行地址锁存器和列地址锁存器。 由于DRAM存储器容量很大，地址线宽度相 应要增加，这势必增加芯片地址线的管脚数 目。为避免这种情况，采取的办法是分时传 送地址码。 若地址总线宽度为10位，先传送地址码 A0～A9，由行选通信号RAS打入到行地址 锁存器；然后传送地址码A10～A19，由列 选通信号CRS打入到列地址锁存器。芯片内 部两部分合起来，地址线宽度达20位，存储 容量为1M。
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。
MOS：Metal-Oxide-Semiconductor •金属-氧化物-半导体
播放CAI
MOS管
电容器
图(b)表示写0到存储 位元。此时输出缓冲 器和刷新缓冲器关闭， 输入缓冲器打开，输 入数据DIN=0送到存 储元位线上；行选线 为高，打开MOS管， 于是电容上的电荷通 过MOS管和位线放 电，表示存储了0。
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。
3.3 DRAM存储器
五、存储器容量的扩充 （重要） 1、字长位数扩展 假如给定的存储芯片字长位数较短，不能满足 设计要求的存储器字长，此时需要用多片给定芯 片扩展字长位数。 具体实现：三组信号线中，地址线和控制线 公用而数据线单独分开连接。 所需存储芯片数量： d=设计要求的存储器字节容量 / 给定芯片存储 器字节容量
地址线10位
列选通 信号
行选通 信号
分析与SRAM不同之处：
（1）增加了行地址锁存器和列地址锁存器。 由于DRAM存储器容量很大，地址线宽度相 应要增加，这势必增加芯片地址线的管脚数 目。为避免这种情况，采取的办法是分时传 送地址码。 若地址总线宽度为10位，先传送地址码 A0～A9，由行选通信号RAS打入到行地址 锁存器；然后传送地址码A10～A19，由列 选通信号CRS打入到列地址锁存器。芯片内 部两部分合起来，地址线宽度达20位，存储 容量为1M。
计算机组成原理第5章存储器PPT课件
锁存器
译 i条
码 器
RAM单元阵列
2i × 2(2m-i)
译
码 器
2m-i条
门电路
CAS(列) WE RAS(行)
时钟发生器
特点：外部地址线是内部地址的一半
输入输出缓冲器 n条
I/On-1—I/O 0
10 2020/12/4
mwhua@
DRAM典型芯片
返回
芯片容量
I/O1 1
性随机存储器MRAM也作了必要的介绍。在介绍内存区域划分、
内存层次结构之后，重点讨论了存储器的扩展技术以及
CMOS/BIOS/Shadow RAM。
【学习目标】
1. 半导体存储器种类及性能指标，掌握SRAM、DRAM、MROM
、PROM、EPROM、EEPROM、Flash及FRAM的工作原理。
2. 了解微机内存区域划分及层次结构，了解8～64位不同结构的存
储器组织，了解内存模块、Cache、虚拟存储器等概念。
3. 掌握存储器的扩展技术
4. 了 解 COMS 、 BIOS/Shadow RAM 的 含 义 及 功 能 ， 掌 握 对
CMOS RAM的读写技术。
1
2020/12/4
mwhua@
第5章 微型计算机的存储器
5.1 存储器概述 5.2 易失性随机存取存储器 5.3 只读存储器 5.4 新型非易失性随机存取存储器 5.5 内存区域划分 5.6 存储器的扩展与组织 5.7 存储器层次结构 5.8 CMOS\ROM BIOS和Shadow RAM
半导体存储器
MROM－掩膜型只读存储器 PROM－一次可编程只读存储器
ROM EPROM－紫外线可擦除可编程只读存储器，早期ROM BIOS E2PROM-电可擦除可编程只读存储器
译 i条
码 器
RAM单元阵列
2i × 2(2m-i)
译
码 器
2m-i条
门电路
CAS(列) WE RAS(行)
时钟发生器
特点：外部地址线是内部地址的一半
输入输出缓冲器 n条
I/On-1—I/O 0
10 2020/12/4
mwhua@
DRAM典型芯片
返回
芯片容量
I/O1 1
性随机存储器MRAM也作了必要的介绍。在介绍内存区域划分、
内存层次结构之后，重点讨论了存储器的扩展技术以及
CMOS/BIOS/Shadow RAM。
【学习目标】
1. 半导体存储器种类及性能指标，掌握SRAM、DRAM、MROM
、PROM、EPROM、EEPROM、Flash及FRAM的工作原理。
2. 了解微机内存区域划分及层次结构，了解8～64位不同结构的存
储器组织，了解内存模块、Cache、虚拟存储器等概念。
3. 掌握存储器的扩展技术
4. 了 解 COMS 、 BIOS/Shadow RAM 的 含 义 及 功 能 ， 掌 握 对
CMOS RAM的读写技术。
1
2020/12/4
mwhua@
第5章 微型计算机的存储器
5.1 存储器概述 5.2 易失性随机存取存储器 5.3 只读存储器 5.4 新型非易失性随机存取存储器 5.5 内存区域划分 5.6 存储器的扩展与组织 5.7 存储器层次结构 5.8 CMOS\ROM BIOS和Shadow RAM
半导体存储器
MROM－掩膜型只读存储器 PROM－一次可编程只读存储器
ROM EPROM－紫外线可擦除可编程只读存储器，早期ROM BIOS E2PROM-电可擦除可编程只读存储器
计算机组成原理32随机读写存储器课件
计算机组成原理32随机读写存储器 课件
计算机组成原理32随机读写存储器 课件
❖3.2.4高性能的主存储器
➢1.EDRAM芯片 ➢2.EDRAM内存条 ➢3.主存物理地址的存储空间分布
计算机组成原理32随机读写存储器 课件
➢1. EDRAM芯片
EDRAM芯片又称增强型DRAM芯片，它在 DRAM 芯片上集成了一个SRAM实现的小容量 高速缓冲存储器，从而使DRAM芯片的性能得 到显著改进。
➢2.单管动态存储元
单管动态存储元电路由一个管子T1和一个电容C 构成。
写入：字选择线为“1”，T1管导通，写入信息 由位线(数据线)存入电容C中；
• 读出：字选择线为“1”，存储在电容C上的电 荷，通过T1输出到数据线上，通过读出放大器即 可得到存储信息计算。机组成原理32随机读写存储器
课件
✓单管存储元电路和四管存储元电路对比
计算机组成原理32随机读写存储器 课件
5.存储器的读、写周期
在与CPU连接时,CPU的控制信号与存储器的读、 写周期之间的配合问题是非常重要的。
读周期: 读周期与读出时间是两个不同的概念。 读出时间是从给出有效地址到外部数据总线上稳 定地出现所读出的数据信息所经历的时间。读周 期时间则是存储片进行两次连续读操作时所必须 间隔的时间，它总是大于或等于读出时间。
计算机组成原理32随机读写存储器 课件
2.SRAM存储器的组成
SRAM存储器的组成框图
存储体：存储单元的集合，通常用X选择线(行线) 和Y选择线(列线)的交叉来选择所需要的单元。
地址译码器：将用二进制代码表示的地址转换成 输出端的高电位，用来驱动相应的读写电路，以 便选择所要访问的存储单元。地址译码有两种方 式,单译码方式和双译码方式。
计算机组成原理32随机读写存储器 课件
❖3.2.4高性能的主存储器
➢1.EDRAM芯片 ➢2.EDRAM内存条 ➢3.主存物理地址的存储空间分布
计算机组成原理32随机读写存储器 课件
➢1. EDRAM芯片
EDRAM芯片又称增强型DRAM芯片，它在 DRAM 芯片上集成了一个SRAM实现的小容量 高速缓冲存储器，从而使DRAM芯片的性能得 到显著改进。
➢2.单管动态存储元
单管动态存储元电路由一个管子T1和一个电容C 构成。
写入：字选择线为“1”，T1管导通，写入信息 由位线(数据线)存入电容C中；
• 读出：字选择线为“1”，存储在电容C上的电 荷，通过T1输出到数据线上，通过读出放大器即 可得到存储信息计算。机组成原理32随机读写存储器
课件
✓单管存储元电路和四管存储元电路对比
计算机组成原理32随机读写存储器 课件
5.存储器的读、写周期
在与CPU连接时,CPU的控制信号与存储器的读、 写周期之间的配合问题是非常重要的。
读周期: 读周期与读出时间是两个不同的概念。 读出时间是从给出有效地址到外部数据总线上稳 定地出现所读出的数据信息所经历的时间。读周 期时间则是存储片进行两次连续读操作时所必须 间隔的时间，它总是大于或等于读出时间。
计算机组成原理32随机读写存储器 课件
2.SRAM存储器的组成
SRAM存储器的组成框图
存储体：存储单元的集合，通常用X选择线(行线) 和Y选择线(列线)的交叉来选择所需要的单元。
地址译码器：将用二进制代码表示的地址转换成 输出端的高电位，用来驱动相应的读写电路，以 便选择所要访问的存储单元。地址译码有两种方 式,单译码方式和双译码方式。
计算机组成原理存储器课件举例讲解
单管存储元
四 管 存 储 元
3.3.1 DRAM存储元的记忆原理
无有电电流流
位线 （数据线） 1. 读出时位线有电流 为 “1”
T
01
行线（字线）
2. 写入时CS 充电为 “1”
放电 为 “0”
Cs
动画演示： ch03/3-
6.swf
3.3.2 DRAM芯片的逻辑结构
外部地址引脚比SRAM减少一半;
与SRAM的读写周期相似，只是地址总线上的信号有所不同；
在同一个读写周期内发生变化，分别为行地址、列地址；
DRAM控制电路的构成
地址多路开关
刷新时需要提供刷新地址，非刷新时需提供读写地址；
刷新定时器 间隔固定的时间提供一次刷新请求；
动画演示： 3-7.swf
刷新地址计数器
刷新按行进行，用于提供对所要刷新的行进行计数；
3.1.2 存储器的分级结构（2/2）
存储器分级结构中应解决的问题： 当需从辅存中寻找指定内容调入主存时，如何准确定位？ 依靠相应的辅助软硬件。 当CPU访问cache，而待访问内容不在cache中时，应如何 处理？ 从主存向cache中调入相应内容。
以上过程均由操作系统管理。
3.1.3 主存储器的技术指标——存储容量
输出驱动电路 增强数据总线的驱动能力。
SRAM存储器的逻辑结构简图
存储体
•••
驱动器
•••
译码器
•••
MAR
地址总线
读
•• •
写 电 路
• • •
控制电路
读写
MDR
数据总线
32K×8位的SRAM逻辑结构图
动画演示： 3-3.swf
X方向： 8根地址线 输出选中
- 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)。
以上过程均由操作系统管理。
2021/3/11
10
3.1.3 主存储器的技术指标——存储容量
存储容量：指存储器能存放二进制代码的总数。
存储容量=存储单元个数×存储字长
用a×b表示
存储容量=存储单元个数×存储字长/8
单位为B（字节）
要求： 已知存储容量，能计算出该存储器的地址线和数据线的根数。
例如
某机存储容量为 2K×16，则该系统所需的地址线为 11根， 数据线位数为 16 根。
2021/3/11
11
3.1.3 主存储器的技术指标——存储速度
存取时间(访问时间)
从启动一次访问操作到完成该操作为止所经历的时间；
以ns为单位，存取时间又分读出时间、写入时间两种。
存取周期
存储器连续启动两次独立的访问操作所需的最小间隔时间。
硬盘 磁带
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
半导体
随机存储器：存取时间和存储单元的物理位置无关； 存储器
顺序存储器：存取时间和存储单元的物理位置有关； 磁带
半顺序存储器：存取时间部分地依赖于存储单元的物理位置；
磁盘存储器
2021/3/11
5
3.1.1 存储器分类（2/3）
2021/3/11
位线/D
18
2021/3/11
19
3.2.2 基本SRAM存储器逻辑结构
译码驱动方式
动画演示： 双地址译码器.swf
方法1：单译码
被选单元由字线直接 选定；
适用容量较小的存储 芯片。
方法2：双译码
被选单元由X、Y两个 方向的地址决定。
2021/3/11
13
3.2 SRAM存储器
3.2.0 主存储器的构成 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
2021/3/11
14
3.2.0 主存储器的构成
静态RAM（SRAM）
主要用于构成Cache
由MOS电路构成的双稳触发器保存二进制信息； 优点：访问速度快，只要不掉电可以永久保存信息；
2021/3/11
15
主存和CPU的联系
MDR
CPU MAR
数据总线
读 写 地址总线
主存
2021/3/11
16
3.2.1 基本的静态存储元阵列
基本存储元
6个MOS管形成一位存储元； 非易失性的存储元 64×4位的SRAM结构图
动画演示： 3-2.swf
存储体排列成存储元阵列，不一定以存储单元形式组织；
2021/3/11
3
3.1 存储器概述
3.1.1 存储器分类 3.1.2 存储器的分级结构 3.1.3 存储器的技术指标
2021/3/11
4
3.1.1 存储器分类（1/3）
按存储介质分
系统主存、 Cache
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；
缺点：集成度低，功耗大，价格高；
动态RAM（DRAM）
主要用于构成系统主存
由MOS电路中的栅极电容保存二进制信息；
优点：集成度高，功耗约为SRAM的1/6，价格低；
缺点：访问速度慢，电容的放电作用会使信息丢失，要长 期保存数据必须定期刷新存储单元；
主要种类有：SDRAM、DDR SDRAM
2、内存包括cache和主存
2、虚存系统包括主存和辅存
在CPU看来，容量相当于辅存容量，速度相当于CACHE速度。
2021/3/11
9
3.1.2 存储器的分级结构（2/2）
存储器分级结构中应解决的问题： 当需从辅存中寻找指定内容调入主存时，如何准确定位？ 依靠相应的辅助软硬件。 当CPU访问cache，而待访问内容不在cache中时，应如何 处理？ 从主存向cache中调入相应内容。
控制存储器 半导体存储器
CPU内部的存储单元。
2021/3/11
7
3.1.2 存储器的分级结构
动画演示： 3-1.swf
2021/3/11
8
3.1.2 存储器的分级结构（1/2）
系统对存储器的要求：大容量、高速度、低成本 三级存储系统结构
CPU
缓存
主存
辅存
缓存－主存层次 主存－辅存层次
1、加上cache的目的为提高速度 1、降低了成本，扩大了容量
以ns为单位，存取周期=存取时间+复原时间。
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。
2021/3/11
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
按存储内容可变性分
只读存储器(ROM) 只能读出而不能写入的半导体存储器；
随机读写存储器(RAM)：
半导体 存储器
既能读出又能写入的半导体存储器；
按信息易失性分
半导体
易失性存储器：断电后信息即消失的存储器； 存储器
非易失性存储器：断电后仍能保存信息的存储器；
磁盘 光盘
2021/3/11
6
3.1.1 存储器分类（3/3）
芯片封装后，3种外部信号线
地址线：2n个单元，对应有n根地址线；
地址信号经过译码电路，产生每个单元的字线选通信号；
数据线：每个单元m位，对应有m根数据线；
控制线：读写控制信号 R/W
R/W =1，为读操作；R/W =0，为写操作；
2021/3/11
17
SRAM
六 管 存 位线D 储 元 电 路
按在计算机系统中的作用分
主存储器
半导体存储器
能够被CPU直接访问，速度较快，用于保存系统当前运行 所需的所有程序和数据；
辅助存储器 磁盘、光盘存储器
不能被CPU直接访问，速度较慢，用于保存系统中的所有
的程序和数据； 高速缓冲存储器（Cache） 半导体存储器
能够被CPU直接访问，速度快，用于保存系统当前运行中 频繁使用的程序和数据；
第三章 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） ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ理解） （掌握）
2021/3/11
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 理解Cache的基本概念及工作原理 掌握Cache-主存地址映射方法
2021/3/11
10
3.1.3 主存储器的技术指标——存储容量
存储容量：指存储器能存放二进制代码的总数。
存储容量=存储单元个数×存储字长
用a×b表示
存储容量=存储单元个数×存储字长/8
单位为B（字节）
要求： 已知存储容量，能计算出该存储器的地址线和数据线的根数。
例如
某机存储容量为 2K×16，则该系统所需的地址线为 11根， 数据线位数为 16 根。
2021/3/11
11
3.1.3 主存储器的技术指标——存储速度
存取时间(访问时间)
从启动一次访问操作到完成该操作为止所经历的时间；
以ns为单位，存取时间又分读出时间、写入时间两种。
存取周期
存储器连续启动两次独立的访问操作所需的最小间隔时间。
硬盘 磁带
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
半导体
随机存储器：存取时间和存储单元的物理位置无关； 存储器
顺序存储器：存取时间和存储单元的物理位置有关； 磁带
半顺序存储器：存取时间部分地依赖于存储单元的物理位置；
磁盘存储器
2021/3/11
5
3.1.1 存储器分类（2/3）
2021/3/11
位线/D
18
2021/3/11
19
3.2.2 基本SRAM存储器逻辑结构
译码驱动方式
动画演示： 双地址译码器.swf
方法1：单译码
被选单元由字线直接 选定；
适用容量较小的存储 芯片。
方法2：双译码
被选单元由X、Y两个 方向的地址决定。
2021/3/11
13
3.2 SRAM存储器
3.2.0 主存储器的构成 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
2021/3/11
14
3.2.0 主存储器的构成
静态RAM（SRAM）
主要用于构成Cache
由MOS电路构成的双稳触发器保存二进制信息； 优点：访问速度快，只要不掉电可以永久保存信息；
2021/3/11
15
主存和CPU的联系
MDR
CPU MAR
数据总线
读 写 地址总线
主存
2021/3/11
16
3.2.1 基本的静态存储元阵列
基本存储元
6个MOS管形成一位存储元； 非易失性的存储元 64×4位的SRAM结构图
动画演示： 3-2.swf
存储体排列成存储元阵列，不一定以存储单元形式组织；
2021/3/11
3
3.1 存储器概述
3.1.1 存储器分类 3.1.2 存储器的分级结构 3.1.3 存储器的技术指标
2021/3/11
4
3.1.1 存储器分类（1/3）
按存储介质分
系统主存、 Cache
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；
缺点：集成度低，功耗大，价格高；
动态RAM（DRAM）
主要用于构成系统主存
由MOS电路中的栅极电容保存二进制信息；
优点：集成度高，功耗约为SRAM的1/6，价格低；
缺点：访问速度慢，电容的放电作用会使信息丢失，要长 期保存数据必须定期刷新存储单元；
主要种类有：SDRAM、DDR SDRAM
2、内存包括cache和主存
2、虚存系统包括主存和辅存
在CPU看来，容量相当于辅存容量，速度相当于CACHE速度。
2021/3/11
9
3.1.2 存储器的分级结构（2/2）
存储器分级结构中应解决的问题： 当需从辅存中寻找指定内容调入主存时，如何准确定位？ 依靠相应的辅助软硬件。 当CPU访问cache，而待访问内容不在cache中时，应如何 处理？ 从主存向cache中调入相应内容。
控制存储器 半导体存储器
CPU内部的存储单元。
2021/3/11
7
3.1.2 存储器的分级结构
动画演示： 3-1.swf
2021/3/11
8
3.1.2 存储器的分级结构（1/2）
系统对存储器的要求：大容量、高速度、低成本 三级存储系统结构
CPU
缓存
主存
辅存
缓存－主存层次 主存－辅存层次
1、加上cache的目的为提高速度 1、降低了成本，扩大了容量
以ns为单位，存取周期=存取时间+复原时间。
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。
2021/3/11
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
按存储内容可变性分
只读存储器(ROM) 只能读出而不能写入的半导体存储器；
随机读写存储器(RAM)：
半导体 存储器
既能读出又能写入的半导体存储器；
按信息易失性分
半导体
易失性存储器：断电后信息即消失的存储器； 存储器
非易失性存储器：断电后仍能保存信息的存储器；
磁盘 光盘
2021/3/11
6
3.1.1 存储器分类（3/3）
芯片封装后，3种外部信号线
地址线：2n个单元，对应有n根地址线；
地址信号经过译码电路，产生每个单元的字线选通信号；
数据线：每个单元m位，对应有m根数据线；
控制线：读写控制信号 R/W
R/W =1，为读操作；R/W =0，为写操作；
2021/3/11
17
SRAM
六 管 存 位线D 储 元 电 路
按在计算机系统中的作用分
主存储器
半导体存储器
能够被CPU直接访问，速度较快，用于保存系统当前运行 所需的所有程序和数据；
辅助存储器 磁盘、光盘存储器
不能被CPU直接访问，速度较慢，用于保存系统中的所有
的程序和数据； 高速缓冲存储器（Cache） 半导体存储器
能够被CPU直接访问，速度快，用于保存系统当前运行中 频繁使用的程序和数据；
第三章 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） ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ理解） （掌握）
2021/3/11
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 理解Cache的基本概念及工作原理 掌握Cache-主存地址映射方法