主存储器和CPU的连接

存储的核心概念

存储的核心概念存储是计算机系统中的一个重要组成部分，用于存储和管理数据和程序。

它允许计算机在执行指令和处理数据时进行读写操作，并且可以长期保存数据以供以后使用。

存储的核心概念包括存储层次结构、存储器层次、主存储器和辅助存储器。

一、存储层次结构计算机中的存储层次结构是根据存取速度和容量来划分的，它分为多个层次，每个层次都有自己的特点和功能。

存储层次结构从上到下分为：寄存器、高速缓存、主存储器、辅助存储器。

下面我将逐一介绍这些层次。

1. 寄存器：寄存器是存储器层次结构中最接近CPU 的一层，也是最快的一层。

它用于存放CPU 需要立即访问的数据和指令。

寄存器的容量很小，一般只有几十个字节，但是它的读写速度非常快，能够满足CPU 对数据和指令的高速处理需求。

2. 高速缓存：高速缓存是位于CPU 和主存储器之间的一层存储器，作为主存储器和寄存器之间的缓冲区，用于加速CPU 对数据和指令的访问。

高速缓存的容量比寄存器大，但比主存储器小，一般几十到几百个千字节。

它的读写速度比主存储器快，但比寄存器慢。

它通过缓存一部分主存储器中的数据和指令，提高了CPU 对存储器的访问效率。

3. 主存储器：主存储器（也叫内存）是计算机系统中最重要的存储器，用于存放程序和数据。

它的容量比高速缓存大，一般几十到几百个千兆字节。

主存储器的读写速度比高速缓存慢，但比辅助存储器快。

它能够提供给CPU 进行读写操作。

4. 辅助存储器：辅助存储器（也叫外存）是计算机系统中最大的存储器，负责长期保存数据和程序。

它的容量比主存储器大，可以达到几百个千兆字节或者更大。

辅助存储器的读写速度比主存储器慢，但它具有永久存储的特点，即使计算机断电，数据也不会丢失。

以上是存储层次结构中的几个层次，不同层次的存储器在容量、读写速度、价格等方面都有所不同，通过合理地利用这些存储器，可以提高计算机系统的性能和效率。

二、存储器层次存储器层次是指存储器在层次结构中的位置和关系。

虚拟存储器的基本构成

虚拟存储器的基本构成虚拟存储器是计算机系统中的一个重要组成部分，它扩展了计算机的存储容量，提高了系统的性能和可用性。

虚拟存储器由主存储器和辅助存储器两部分组成，通过一系列的管理机制，使得程序能够以透明的方式访问较大容量的存储空间。

1. 主存储器主存储器是虚拟存储器的核心组成部分，也是计算机系统中最快的存储器。

它通常由DRAM（动态随机存取存储器）构成，用于存储当前正在执行的程序和数据。

主存储器通过地址总线和数据总线与CPU直接连接，可以快速地读写数据。

虚拟存储器通过将主存储器的地址空间划分为若干固定大小的页面（page）来管理主存储器的使用。

2. 辅助存储器辅助存储器是虚拟存储器的扩展部分，它通常由硬盘、固态硬盘（SSD）等设备构成。

辅助存储器的容量远大于主存储器，用于存储不常用的程序和数据。

辅助存储器的读写速度较慢，但它具有持久性，数据不会因为断电而丢失。

虚拟存储器通过将辅助存储器的地址空间划分为若干固定大小的页面来管理辅助存储器的使用。

3. 页面表页面表是虚拟存储器管理的关键数据结构，用于记录主存储器和辅助存储器之间的映射关系。

每个页面表由多个页表项组成，每个页表项记录了一个页面在主存储器和辅助存储器中的对应位置。

当程序访问一个虚拟地址时，操作系统会通过页面表查找对应的物理地址，并将数据从主存储器或辅助存储器中读取出来。

4. 页面置换算法由于主存储器的容量有限，当主存储器中的页面不足以存放所有正在运行的程序和数据时，就需要使用页面置换算法将部分页面从主存储器中换出到辅助存储器中。

常用的页面置换算法有最佳（OPT）、先进先出（FIFO）、最近未使用（LRU）等。

这些算法根据页面的访问模式和重要性来决定换出哪些页面，以保证系统的性能和可用性。

5. 页面调度算法页面调度算法用于确定哪些页面应该被加载到主存储器中。

常用的页面调度算法有最低频率优先（LFU）、先进先出（FIFO）、最近最久未使用（LRU）等。

内存及其与CPU的连接资料

D7
… D1D0
6116的基本地址：000H~7FFH
D7
… D1D0
6264的基本地址:0000H~1FFFH
D3 D2 D1D0
2114的基本地址是000H~3FFH
D7
… D1D0
EPROM 27128基本地址是0000H~3FFFH
3、存储器芯片的容量扩充
用两片6116芯片（ 2K ×8）即可扩展成4K ×8位，这种扩展方式就称为字扩展。
①6116(2K×8)
②4416(16K×4)
解:
① (64K×8) ÷( 2K×8)=32(片)
② (64K×8) ÷( 16K×4)= 8 (片)
区别：芯片的存储容量和微机的存储容量
微机的存储容量 —— 由多片存储芯片成的组总存储容量。
①微机的最大内存容量 —— 由CPU的地总线址决定。
如：PC486，地址总线是32位，则，内存容许最大容量是232=4G；
分为两类：
①SRAM (Static RAM — 静态RAM) — SRA—M是利用半导体触发器的两个稳定状态表示“1”和“0”。只要电源不撤除，信息不会消失，不需要AM — 动态 —DRRAAMM)是—利用电容端电压的高低来表示“1”
和“0”，为了弥补漏电需要定时刷新。一般
第4章内存及其与CPU的连接
一、概述二、典型芯片举例三、主存储器设计
一、概述
存储器是计算机的重要组成部分，用来存放计算机系统工作时所用的信息 — 程序和数据。 1、内存和外存 2、存储器的分类 3、存储器的性能指标
1、内存和外存
（1）内存(或主存），用于存放当前正在使用的程序和数据，CPU可以对它直接访问，存取速度快，但容量较小。

2024精选计算机原理存储系统教案

智能化管理
利用人工智能和机器学习技术，实现存储系统的智能化管理，提高存储效率和数据安全性。
THANK YOU
感谢观看
存储器层次结构的组成
通常由高速缓冲存储器（Cache）、主存储器（Main Memory）和辅助存储器（Auxiliary Memory）三级组成。
存储系统性能指标
存储容量
存取时间
存储器的存储容量是指它所能存储的二进制信息的总量，通常以位（bit）或字节（Byte）为单位表示。
存取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，分为读时间和写时间。
将一段时间内被访问次数最少的数据块替换出去。考虑了数据块的使用频率，但需要记录每个数据块的访问次数，实现相对复杂。
将未来最长时间内不会被访问的数据块替换出去。理论上的最优算法，但无法实现预测未来的访问情况，仅作为评价其他算法的标准。
06
虚拟存储器
虚拟存储器概述
定义
虚拟存储器是一种计算机存储管理技术，它允许程序使用比实际物理内存更大的内存空间。
存储器接口
主存储器与CPU之间需要相应的接口电路来实现信号的转换和传输。接口电路通常包括地址译码器、数据缓冲器、读写控制逻辑等部分。
访问时序
CPU访问主存储器的时序包括读操作和写操作。读操作时，CPU向主存发送读命令和地址，主存将相应地址的数据发送给CPU；写操作时，CPU向主存发送写命令、地址和数据，主存将数据写入相应地址。
按存储介质分类
半导体存储器、磁表面存储器、磁芯存储器、光盘存储器等。
03
按存取方式分类
随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、顺序存取存储器
（SAM）、直接存取存储器（DAM）。

《计算机组成原理》第7章：存储系统

/webnew/
7.1 存储系统概论
所谓速度，通常用存取时间(访问时间)和存取周期来表示。存取时间是指从启动一次存取操作到完成该操作所经历的时间；存取周期是指对存储器进行连续两次存取操作所需要的最小时间间隔。由于有些存储器在一次存取操作后需要有一定的恢复时间，所以通常存取周期大于或等于取数时间。单位容量的价格是指每位的价格。数据传输率是指在单位时间内可以存取的二进制信息的位数，在数值上等于存储器总线宽度除以存取周期，所以又可称为存储器总线带宽或频宽。除此之外，存储器件还有一个十分重要的性能，就是它是否是挥发性的。
图7-6 2114的读/写周期波形图
/webnew/
7.2.2 静态MOS RAM芯片举例
4. 静态存储器的组织 1)位扩展
图7-7 位扩展连接方式
/webnew/
/webnew/
性能存储信息破坏性读出需要刷新行列地址运行速度
SRAM 触发器否否同时送快电容是需要分两次送慢
DRAM
集成度
发热量存储成本
低
大高
高
小低
表7-1 静态存储器和动态存储器性能比较
/webnew/
7.2 主存储器
7.2.1 7.2.2 7.2.3 7.2.4 7.2.5 7.2.6 7.2.7

基本概念静态MOS RAM芯片举例动态MOS RAM 2164芯片动态MOS RAM 4116芯片动态RAM的刷新只读存储器举例主存储器与CPU的连接
/webnew/
/webnew/
7.2.2 静态MOS RAM芯片举例
3. 读写时序为了使芯片正常工作，必须按所要求的时序关系提供地址信息、数据信息和有关控制信号，2114 的读/写周期波形图如图7-6所示。 1) 读周期 2) 写周期

14-课件-5.2_主存储器_part2

Ⅱ)国防科技大学计算机学院刘芳 5.2.2存储器与CPU的连接 COMPUTER P RINCIPLE COMPUTER P RINCIPLE 5.2.2 存储器与CPU 的连接总线连接方式 • 地址线的连接 • 数据线的连接 • 控制线的连接 MDR MAR CPU 存储器读数据总线地址总线写 COMPUTER P RINCIPLE 5.2.2 存储器与CPU 的连接 • CPU地址线数决定了整个主存空间的寻址范围 C PU地址线数>存储芯片地址引脚线 • 通常将CPU地址线的低位和存储芯片地址线相连，高位用作字扩展时的片选信号的译码总线连接方式 • 地址线的连接 • 数据线的连接 • 控制线的连接 5.2.2 存储器与CPU的连接总线连接方式 • 地址线的连接 • 数据线的连接 • 控制线的连接 • CPU数据线数决定了一次可读写的最大数据宽度 C PU数据线数>存储芯片数据引脚线 • 通常将CPU数据线连到多个位扩展的芯片中，使扩展后的位数与CPU数据线数相等 COMPUTER P RINCIPLE COMPUTER P RINCIPLE 5.2.2 存储器与CPU 的连接 CPU中的访存信号线MREQ用来确定是访问主存还是I/O端口（MREQ信号为低电平时才选择存储芯片）总线连接方式 • 地址线的连接 • 数据线的连接 • 控制线的连接 • 若CPU读/写命令线和存储芯片的读/写控制线是一根，且电平信号一致，则可直接相连 • 若CPU读/写命令线分开，则需分别进行连接 COMPUTER P RINCIPLE 5.2.2 存储器与CPU 的连接异步方式过程(需握手信号) 读操作 • CPU 送地址到地址线，主存进行地址译码 • CPU 发读命令，然后等待存储器发回“完成”信号 • 主存收到读命令后开始读数，完成后发“完成”信号给CPU • CPU 接收到“完成”信号，从数据线取数 CPU和主存之间的两种通信方式写操作过程类似 5.2.2 存储器与CPU的连接 CPU和主存之间的两种通信方式同步方式的特点 • CPU和主存由统一时钟信号控制，无需应答信号 • 主存总是在确定的时间内准备好数据 • CPU送出地址和读命令后，总是在确定的时间取数据 • 存储器芯片必须支持同步方式 COMPUTER P RINCIPLE 5.2.2 存储器与CPU的连接存储器芯片和CPU的连接举例主存空间的划分主存空间包括ROM和RAM区• R OM区用来存放系统程序、标准子程序等，选ROM芯片构造；• R AM区用来存放用户程序，选RAM芯片构造选择存储芯片的类型和数量时，须先确定ROM区和RAM区的地址范围 COMPUTER P RINCIPLE COMPUTER P RINCIPLE 5.2.2 存储器与CPU 的连接存储器芯片和CPU 的连接举例 • 例：设CPU 有16根地址线，8根数据线，并用MREQ 作访存控制信号，用WR 作读/写控制信号；• 现有下列存储芯片：1K ×4位RAM 、4K ×8位RAM 、8K ×8位R A M ，2K ×8位R O M 、4K ×8位R O M 、8K ×8位R O M 及74LS138(3-8译码器)和各种门电路；• 要求主存地址空间满足如下条件：7000H ～77FFH 为系统程序区； 7800H ～7BFFH 为用户程序区；• 试合理选择上述存储芯片，并画出CPU 与存储器的连接图。

第四章内存及其与CPU连接

选中存储芯片，即进行片选；然后再从选中
旳芯片中根据地址码选择出相应旳存储单元，
以进行数据存取，这称为字选。
• 1、线选译码法
线选法就是用除了片内寻址外旳高位地址线直接（或经反相器）接至各个存储芯片旳片选端，当某条地址线信息为“0” 时，就选中与之相应旳存储芯片。
2、全译码法
全译码法是用除了片内寻址外旳全部高位地址线作为地址译码器旳输入，把经过译码器译码后旳输出作为各芯片旳片选信号，将它们分别接到存储芯片旳片选端，以实现对存储芯片旳选择。
芯片 RAM1
RAM芯片组地址范围
A15 A14 A13 A12 A11 A10
其可存储二进制位旳数量为2x×y。 • 3)控制信号：
CS*：片选信号 OE*：输出允许信号 ME*：写入允许信号
• 存储芯片内部由存储矩阵、地址译码电路和读/写控制电路等构成。
• 1、存储矩阵
存储矩阵是存储单元旳集合，一种存储单元能够存储一位或多位二进制数数据。所以，能够把存储器芯片分为位片构造和字片构造两种类型。
• 2、地址译码电路
• 译码器将地址锁存器输入旳地址码转换成译码器输出线上相应旳有效电平，表达选中了某一存储单元，并由驱动器提供驱动电流去驱动相应旳读/写电路，完毕被选中单元旳读/写操作。
• 译码驱动方式分为一维地址译码和二维地址译码两种。
• 3、读/写控制电路
控制逻辑接受CPU送来旳开启、读、写等命令，经控制电路处理后，由控制逻辑产生一组时序信号来控制存储器旳读出和写入操作。
缓存主存辅存图1 微型计算机存储器旳三级构造
• 高速缓冲存储器（Cache）：主要由双极型半导体存储器构成，速度快。为了弥合主存和CPU旳速度上旳较大差别而设置。存储正在执行旳程序和数据，速度与CPU 相匹配。有片内片外之分。

计算机组成原理知识强化-清单

20考研·计算机组成原理全程班【知识强化】第一章计算机系统概述 [1]半导体存储芯片的基本结构□1.1 计算机发展历程 [2]SRAM和DRAM□[1]计算机系统简介□ [3]DRAM的刷新□[2]计算机软硬件的发展□ [4]读写周期□[3]计算机的分类与发展方向□ [5]半导体只读存储器ROM□1.2 计算机系统层次结构 [6]本结小结□[1]计算机的组织结构□ 3.4 主存储器与CPU的连接[2]存储器□ [1]主存模型与CPU的连接□[3]运算器控制器□ [2]主存地址分配□[4]计算机的层次结构□ [3]主存容量拓展□1.3 计算机的性能指标 [4]CPU和主存的连接□[1]计算机的性能指标□ 3.5 双口RAM和多模块存储器[2]第一章总结□ [1]双端口RAM□【知识强化】第二章数据的表示和运算 [2]多模块存储器□2.1 数制与编码 3.6 高速缓冲存储器[1]进位计数法□ [1]概述□[2]进制转换□ [2]性能分析□[3]BCD码□ [3]cache工作原理□[4]字符□ [4]地址映射①□[5]奇偶校验□ [5]地址映射②□[6]本节总结□ [6]替换算法□2.2 定点数的表示与运算 [7]写策略□[1]定点数的表示□ [8]本节小结□[2]原码□ 3.7 虚拟存储器[3]补码□ [1]虚拟存储器□[4]反码□ [2]第三章总结□[5]移码□【知识强化】第四章指令系统[6]定点移位□ 4.1 指令格式[7]定点加减和溢出判断□ [1]指令格式□[8]定点乘法□ [2]地址码□[9]定点除法□ [3]扩展操作码□[10]强制类型转换□ [4]数据类型与小结□[11]本节总结□ 4.2 指令寻址方式2.3 浮点数的表示与运算 [1]数据存放□[1]浮点数的表示□ [2]指令寻址□[2]IEEE754标准□ [3]数据寻址□[3]浮点数的加减□ [4]偏移寻址□[4]强制类型转换与运算小结□ [5]堆栈寻址□2.4 算术逻辑单元ALU 4.3 CISC和RISC的基本概念[1]ALU的功能与结构□ [1]CISC和RISC□[2]数电基础知识□ [2]第四章总结□[3]一位全加器□【知识强化】第五章中央处理器[4]加法器□ 5.1 CPU的功能和基本结构[5]小结□ [1]CPU的功能和基本结构□[6]第二章总结□ [2]运算器的基本结构□【知识强化】第三章存储系统 [3]控制器的基本结构□3.1 存储器的基本概念 5.2 指令执行过程[1]存储器的分类□ [1]指令周期□[2]存储器的性能指标□ [2]中央处理器2指令周期的数据流□3.2 存储器的层次化结构 [3]指令执行方案□ [1]多级存储系统□ 5.3 数据通路的功能和基本结构3.3 半导体随机存储器 [1]CPU内部单总线方式□[2]单总线例题□[3]专用数据通道□[4]专用数据通道例题□5.4 控制器的功能和工作原理[1]控制器的结构与功能□[2]硬布线□[3]微程序控制器概述□[4]控制存储器□[5]微指令的格式与编码方式□[6]微地址形成方式□[7]微程序控制器的设计□5.5 指令流水线[1]流水线的基本概念与性能指标□[2]影响流水线的因素□[3]流水线的分类□[4]第五章总结□【知识强化】第六章总线6.1 总线概述[1]总线的基本概念□[2]总线的分类与结构□[3]总线的性能指标□6.2 总线仲裁[1]总线仲裁□6.3 总线操作和定时[1]总线操作与定时□6.4 总线标准[1]总线标准□[2]本章小结□【知识强化】第七章输入/输出系统7.1 I/O系统基本概念[1]IO系统的基本概念□7.2 外部设备[1]输入/输出设备□[2]外存储器□7.3 I/O接口[1]I/O接口□7.4 I/O方式[1]I/O方式简介□[2]程序查询方式□[3]中断系统□[4]程序中断方式□[5]DMA方式□[6]第七章总结□。

第四章CPU与存储器相联

1.求:下列2进制数的汉明码: 1011,0101,1001,1110,1111 2.验证下面汉明码是否出错,哪位错: 1100100,1100111,1100000,1100001 3.设生成多项式是:G(X)=X3+X+1 求有效信息1010,1101,0111,1011的CRC校验码,并求循环余数,说明校验原理 4.G(X)同上,若接收到的CRC码为:1101010,试验证其是否出错,若有错,加以校正
设CPU共有16根地址线，8根数据线，并用MREQ 作访存控制信号（低电平有效），用WR作读写控制信号（高电平为读，低电平为写），现有下列存储芯片：1K×4位RAM，4K×8位RAM，2K×8位 ROM，以及74138译码器和各种门电路，画出CPU 与存储器连接图，要求：主存地址空间分配:8000H~87FFH为系统程序区,8800H~8BFFH为用户程序区合理选用上述存储芯片,说明各选几片详细画出存储芯片的片选逻辑
0000h3fffh为系统程序区4000h4fffh为系统程序工作区6000h9fffh为用户程序区请从上述芯片中选择适合芯片设计该计算机主存储器相联的设计图设cpu共有16根地址线8根数据线并用mreq作访存控制信号低电平有效用wr作读写控制信号高电平为读低电平为写现有下列存储芯片
设CPU共有16根地址线，8根数据线，并用MREQ作访存控制信号（低电平有效），用WR作读写控制信号（高电平为读，低电平为写），现有下列存储芯片： 1K×4位RAM，4K×8位RAM，2K×8位ROM，以及 74138译码器和各种门电路，画出CPU与存储器连接图，要求：主存地址空间分配：最小2K地址空间为系统程序区；相邻2K地址空间为用户程序区。合理选用上述存储芯片，说明各选几片？详细画出存储芯片的片选逻辑。

计算机组成原理——主存储器4

第4 章
主存储器
4.1 主存储器的全机中心地位主存与CPU 主存与I/O设备主存与多处理机
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) 磁芯存储器 (4) 光盘存储器 TTL 、MOS 磁头、磁头、载磁体硬磁材料、硬磁材料、环状元件激光、激光、磁光材料
4.6
非易失型半导体存储器（ROM）非易失型半导体存储器（ROM）
存储器名 ROM PROM EPROM 功能只读不能写一次性写入可多次写入、读出存储原理以元件有无表示0、1 以熔丝接通、断开表示0、1 写:以漏源极间有无导电沟道存储0、1 擦:紫外线使浮置栅电荷泄漏写：同EPROM 擦：电擦除写：同EPROM 擦：电一次性整体或分区擦除（幻灯）存储单元元件二极管或晶体管熔丝幻灯上所示的管子
3. 按在计算机中的作用分类
RAM 静态 RAM 动态 RAM MROM PROM EPROM EEPROM
主存储器
ROM
存储器
Flash Memory
高速缓冲存储器（高速缓冲存储器（Cache））辅助存储器磁盘磁带光盘
二、存储器的层次结构
1. 存储器三个主要特性的关系
／速度容量价格位 CPU 寄存器存主存 CPU 机主快小高
举例画出用16K*8位的芯片组成64K*8 16K*8位的芯片组成64K*8位存储器的连接图画出用16K*8位的芯片组成64K*8位存储器的连接图
A15 A14 A13 A0 WE
译码器
CS R/W
CS R/W
CS R/W
CS R/W D0-D7
字扩展的几点结论

芯片组分类

芯片组分类芯片组是计算机硬件的核心部件之一，它负责控制和协调计算机各个部件的工作。

按照功能的不同划分，芯片组可以分为北桥和南桥。

北桥主要负责与CPU和主存储器的通信，而南桥则负责连接其他外设和硬盘等存储设备。

北桥是芯片组中的核心部分，也是整个计算机系统中最重要的部分之一。

北桥通过前端总线将CPU和主存储器连接起来，并负责控制CPU与内存的数据传输。

它还负责控制高速缓存、图形加速和系统总线等重要部分。

北桥的性能对整个计算机的运行速度和稳定性有着很大影响。

在北桥上，还有一个重要的组件叫做内存控制器。

内存控制器是连接CPU和主存储器的桥梁，负责控制CPU和主存储器之间的数据传输和交换。

内存控制器的性能直接影响计算机的运行速度和稳定性。

南桥是芯片组中的另一个重要组成部分。

它主要负责连接其他各种外设和硬盘等存储设备。

南桥连接硬盘、光驱、声卡、网卡等设备，并负责数据传输和协调各个设备的工作。

南桥的性能对计算机的扩展性和数据传输速度有着很大的影响。

根据芯片组的功能和适用范围的不同，可以将芯片组分为几种不同的类型。

其中最常见的芯片组类型有：1. 桌面电脑芯片组：主要用于桌面电脑，包括台式机和一体机。

桌面电脑芯片组一般具有较高的性能和扩展性，可以支持多个硬盘、多个显示器和其他外设。

2. 笔记本电脑芯片组：主要用于笔记本电脑和便携式设备。

由于笔记本电脑的尺寸和功耗限制，笔记本电脑芯片组一般比桌面电脑芯片组更小巧，并具有低功耗和节能的特点。

3. 服务器芯片组：主要用于服务器和大型计算机系统。

服务器芯片组一般具有较高的性能、可靠性和扩展性，可以支持大容量的存储设备和多个处理器。

除了以上几种常见的芯片组类型外，还有一些特殊用途的芯片组，用于特定领域的应用，比如嵌入式系统和网络设备等。

这些芯片组一般具有特定的功能和特点，以满足不同领域的需求。

总的来说，芯片组是计算机硬件的核心部件之一，根据功能的不同，可以分为北桥和南桥。

根据适用范围的不同，又可以分为桌面电脑芯片组、笔记本电脑芯片组和服务器芯片组等类型。

存储器基础知识概览

存储器基础知识概览存储器是计算机中用于存储和提取数据的设备，也被称为内存。

在计算机系统中，存储器扮演着至关重要的角色，对于计算机的性能和效率有着重要影响。

本文将概览存储器的基础知识，包括存储器的分类、工作原理以及主要的存储器类型。

一、存储器的分类按照存储介质的不同，存储器可以分为两大类：主存储器和辅助存储器。

1. 主存储器：主存储器是计算机中直接与CPU进行数据交互的存储器，常见的主存储器包括随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。

RAM具有读写功能，它能快速地存储和提取数据，但是数据存储是临时的，断电后数据会丢失。

而ROM则用于存储固定的数据和程序，内容不会因断电而丢失。

2. 辅助存储器：辅助存储器用于长期存储数据和程序，主要包括硬盘、固态硬盘、光盘和磁带等。

相较于主存储器，辅助存储器的存储容量更大，但是读写速度较慢。

二、存储器的工作原理存储器的工作原理可以简单描述为：数据从CPU传输到存储器，存储器进行存储或提取操作，然后将数据返回给CPU。

1. 写操作：当CPU需要向存储器写入数据时，它会向存储器发送写操作指令和待写入的数据。

存储器接收到指令后，将数据写入指定的地址中，以便后续读取。

2. 读操作：当CPU需要从存储器读取数据时，它会向存储器发送读操作指令和待读取数据的地址。

存储器接收到指令后，将指定地址的数据读取出来，并发送给CPU进行处理。

三、主要的存储器类型存储器的类型包括RAM、ROM以及一些特殊的存储器，如高速缓存（Cache）和虚拟内存（Virtual Memory）等。

1. RAM（随机存取存储器）：RAM是计算机系统中最常见的存储器类型，它具备读和写的功能，并且数据可以快速访问。

RAM又可以分为静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）两种类型。

SRAM 的读取速度更快，但成本较高；DRAM的存储密度更高，更适合于大容量存储。

2. ROM（只读存储器）：ROM用于存储无需修改的数据和程序，内容通常是出厂时被写入的。

cpu与主存之间的数据交换的单位

cpu与主存之间的数据交换的单位
（原创实用版）
目录
1.CPU 与主存之间的数据交换概述
2.数据交换的单位：字节
3.字节的概念与换算
4.字节在数据交换中的应用实例
正文
一、CPU 与主存之间的数据交换概述
在计算机系统中，CPU（中央处理器）与主存储器（Main Memory）之间的数据交换是计算机运行过程中最基本的操作之一。

CPU 需要从主存中读取数据和指令来执行程序，同时将计算结果存回主存。

为了实现这一过程，需要确定数据交换的单位。

二、数据交换的单位：字节
在计算机系统中，数据交换的单位是字节（Byte）。

字节是计算机存储容量的基本单位，用于衡量存储设备（如硬盘、内存）的容量。

同时，字节也是数据在计算机中传输和处理的基本单位。

三、字节的概念与换算
字节是计算机中用于表示数据的基本单位，通常情况下，1 个字节等于 8 位（bit）。

根据换算关系，1KB（千字节）等于 1024 字节，1MB（兆字节）等于 1024KB，1GB（千兆字节）等于 1024MB。

四、字节在数据交换中的应用实例
在 CPU 与主存之间的数据交换过程中，字节作为基本单位起着关键作用。

例如，当 CPU 需要从主存中读取一条指令时，通常需要读取多个
字节的数据。

假设一条指令占用 4 个字节，那么 CPU 需要从主存中读取4 个字节的数据。

同样，在计算过程中，CPU 需要将计算结果存回主存。

例如，计算过程中产生的结果占用 4 个字节，那么 CPU 需要将这 4 个字节的数据存入主存。

总之，字节作为数据交换的单位，在计算机系统中具有重要作用。

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。

2020杭州电子科技大学857计算机专业综合考试大纲

杭州电子科技大学全国硕士研究生招生考试业务课考试大纲考试科目名称：计算机专业综合科目代码：857（一）数据结构部分一、数据结构的一般概念1．掌握数据结构的基本概念和术语。

2．了解抽象数据类型的概念。

3．掌握算法的特性，算法的描述和算法的分析。

二、线性表1．理解线性表的逻辑结构。

2．掌握线性表的顺序存贮结构和链式存贮结构；掌握线性表基本操作的实现。

3．了解线性表的应用。

三、其他线性结构1．掌握栈的定义、栈的存贮结构及基本操作的实现。

2．理解用栈实现表达式的求值，递归过程及其实现。

3．掌握队列的定义、存贮结构及基本操作的实现4．理解串的逻辑定义及其基本操作；理解串的存贮结构。

5．理解数组的定义、数组的顺序存贮结构及矩阵的存贮压缩。

6．理解广义表的定义及存贮结构。

四、树和二叉树1．掌握树型结构的定义。

2．掌握二叉树的定义、性质及各种存贮结构。

3．掌握遍历二叉树、线索二叉树及其他基本操作。

4．掌握树、森林与二叉树的相互转换；理解树的遍历；掌握哈夫曼树及其应用。

五、图1．掌握图的定义和术语。

2．掌握图的存贮结构；理解图的基本操作。

3．掌握图的遍历算法；了解利用图的遍历解决图的应用问题。

4．理解图的有关应用：求最小生成树、求最短路径、拓扑排序及关键路径等算法的基本思想。

六、查找1．掌握静态查找表。

2．掌握二叉排序树和平衡二叉树。

3．理解B－树；了解B＋树。

4．掌握哈希表。

5．掌握各种查找方法的时间性能分析。

七、内部排序1．掌握直接插入排序、希尔排序、冒泡排序、快速排序、简单选择排序、堆排序、归并排序；理解基数排序。

2．学会各种内部排序方法的比较（时间复杂度、空间复杂度、稳定性）。

参考书目：1. 《数据结构》（C语言版），严蔚敏吴伟民编著，清华大学出版社，2006.32. 《数据结构实用教程》（C++版），万健主编，电子工业出版社，2011.1（二）计算机组成原理部分一、计算机系统概述1．计算机系统的发展与分类。

计算机组成原理(第三版)第 3 章存储器及存储系统

16
3.2 主存储器
• 主存储器按其功能可分为RAM和 ROM。
一二随机存取存储器RAM 只读存储器ROM
INFO DEPT@ZUFE HANGZHOU.CHINA
17
一、随机存取存储器RAM
MM
Y0
Bm-1
Y1
……
B0
An-1…A0
M A R
M A D
…
Y2n-2
Y2n-1
…
CS
WE
R/W读写控制电路
INFO DEPT@ZUFE HANGZHOU.CHINA
9
三、存储器的层次结构
1.分级原理：根据程序执行的集中性和局部性原理而构建的分层结构。信息流动分规律为从低速、大容量层次向高速、小容量层次流动，解决速度、价格、价格这三者之间的矛盾，层次间信息块的调度由硬件和软件自动完成，其过程对用户透明。 2.三级存储管理系统： • Cache： • ·采用TTL工艺的SRAM，哈佛结构； • ·采用MOS工艺的SRAM，指令与数据混存，其与内存之间信息块的调度（几十字节）全由Cache控制器硬件完成。 • 主存： • ·ROM常用FROM，E2PROM等构成； • ·RAM常用DRAM构成，RAM和ROM采用统一编码。 • 虚存： • 采用磁盘存储器，主存+OS中的存储器管理软件联合构成，其信息块常用页、段表示，其间的信息块调度由管理软件完成。
字线
数据线 Cd
T
C
单管MOS动态存储器结构
INFO DEPT@ZUFE HANGZHOU.CHINA
29
（2）DRAM存储器
RAS CAS WE OE 定时和控制
4M×4位的DRAM

加速cpu和存储器之间有效传输的措施

加速cpu和存储器之间有效传输的措施提高CPU和存储器之间有效传输的效率，可以采取以下措施：1.提高总线带宽：总线是CPU和存储器之间数据传输的通道，提高总线带宽可以增加数据传输的速率。

通过采用更高速的总线技术、增加总线宽度、同时支持并行数据传输等方式，可以提高总线的带宽和数据传输速率。

2.使用高速缓存：高速缓存是CPU和存储器之间的一种中间存储区域，可以存储近期频繁访问的数据和指令，减少对主存储器的访问次数，从而提高数据传输速度。

通过增加高速缓存的容量和提高缓存的命中率，可以提高CPU和存储器之间的数据传输效率。

3.采用双通道技术：对于多通道存储器，可以将数据分散地存储在不同的存储通道上，同时进行并行读写操作，以提高数据传输速率。

双通道技术可将数据传输分成两个通道进行，并行传输，提高数据吞吐量。

4.使用高速存储介质：传统的主存储器一般采用DRAM技术，而现代存储技术如SSD和NVMe采用了闪存技术，具有更高的读写速度和较低的访问延迟。

通过使用高速存储介质替代传统的主存储器，可以极大地提高CPU和存储器之间的数据传输速度。

5.采用数据预读技术：数据预读是指在CPU访问存储器数据之前，提前将相关的数据读取到高速缓存或寄存器中。

通过预读取数据，可以减少对主存储器的访问次数，提高数据传输效率。

6.采用乱序执行技术：乱序执行是指CPU在执行指令时，可以根据指令的相关性和依赖性，在不影响程序执行结果的前提下，对指令进行乱序执行。

这样可以充分利用存储器的带宽和CPU的计算能力，提高CPU和存储器之间的数据传输效率。

7. 使用DMA技术：DMA（Direct Memory Access）是指数据直接从存储器传输到外设，或从外设传输到存储器，而不需要CPU进行中间处理。

通过使用DMA技术，可以减少CPU的介入，提高存储器和外设之间的数据传输速度。

8.采用分级存储系统：分级存储系统是指将存储器划分为多个层次，不同层次的存储器具有不同的速度和容量。

主存储器组织

_____
A CS
_____
A CS
4K× 8 4K× 8
WR* D WR* D
RD*
M REQ* A 15-0
CPU
OE*
Y 0*Y 1* A 15-12
A 15 A 14 A 13 A 12
DC B A
4-16 译码
Y 2*Y 3* Y 4*Y 5* Y 6* Y 7*
Y14* Y15*
A 11-0 A 12
5.4 主存储器的组织
本节主要内容：用存储芯片构成主存储器
5.4.1 CPU与主存储器的连接
存储器和处理器之间的接口信号
MEM
CS
CPU
RD WR A0~(k-1)
OE
WE
A0~(k-1)
SRAM 2k×n位
D0~ (n-1)
I/O 0 ~ (n-1)
主存储器的基本组织
要解决的问题：如何利用现有的芯片构造所需要的主存储器
4000H~5FFFH
保留
011
0……0 1……1
6000H~7FFFH
2片RAM
111
0……0 1……1
E000H~FFFFH
2片RAM
____________
M REQ
A 15-0
CPU
_____
CS
_____
Y0 A 15-13
A 12 A 12
3-8 译码
_____ _____ _____
U0 个芯片0000不H~3能FFF同H 时选中00。 0低0 0位000地000址0 0用000于~11片111内1 11寻11 址1111
U1
4000H~7FFFH