主存储器部件组成
动态存储器工作原理
动态存储器工作原理
动态存储器（DRAM）是计算机系统中常用的一种主存储器类型，其工作原理如下：
存储单元结构：
DRAM由许多存储单元组成，每个存储单元由一个电容器和一个晶体管组成。
电容器用于存储数据位，晶体管用于控制读取和写入操作。
电荷存储：
当电容器充电时，表示存储的是数据位1；电容器放电时，表示存储的是数据位0。
因此，电容器的充电状态表示了存储的数据。
数据读取：
当需要读取数据时，晶体管被打开，电荷从电容器流入读取线，通过放大和解码的过程，将电荷转换为电压信号，以供其他部件使用。
数据刷新：
由于电容器会逐渐失去电荷，需要定期刷新以保持数据的稳定性。
这是动态RAM（DRAM）与静态RAM（SRAM）的主要区别之一。
在刷新周期中，内存控制器会周期性地读取和重新写入所有存储单元，以更新其中的数据。
行选通和列选通：
DRAM中的存储单元被组织成行和列的结构。
在读取或写入特定单元时，首先需要选通相应的行和列。
行选通时，将特定行的数据放大并传递到输出线路上；列选通时，将输出线路上的数据发送给请求的设备。
预充电：
由于电容器的读取会导致电荷损失，需要在读取之前对其进行预充电操作，以确保准确读取数据。
总体而言，DRAM的工作原理是基于电容器的充放电来存储数据，通过晶体管控制数据的读取和写入操作，并通过周期性的刷新来维持数据的稳定性。
计算机中的存储系统的构成
计算机中的存储系统的构成计算机中的存储系统主要由以下几个部分构成：1.主存储器（Main Memory）：主存储器是计算机硬件中最重要的部分之一，负责存储和检索程序运行所需的数据和指令。
它通常由DRAM（动态随机存取存储器）或SRAM（静态随机存取存储器）组成，容量从几GB到几十GB 不等。
2.辅助存储器（Secondary Memory）：辅助存储器主要包括硬盘（HDD）和固态硬盘（SSD）。
这些设备存储大量的数据和程序，虽然存取速度比主存储器慢，但容量大且价格低。
硬盘的容量通常在几百GB到几TB之间，而固态硬盘则具有更高的读写速度和耐用性。
3.三级存储器（Tertiary Memory）：这是更低一级的存储设备，通常包括光盘、U盘和SD卡等。
这些设备具有非常小的存储容量，通常用于存储小型的程序或数据文件。
4.高速缓存（Cache Memory）：高速缓存是主存和CPU之间的临时存储器，它保存了CPU最经常访问的数据和指令。
高速缓存的存取速度非常快，通常使用SRAM实现。
5.寄存器（Registers）：寄存器是CPU内部的高速存储部件，用于存储操作数和指令。
寄存器的存取速度比高速缓存还要快，但容量通常较小。
6.输入/输出设备（I/O Devices）：这些设备包括键盘、鼠标、显示器、打印机等，用于在计算机和用户之间进行交互。
这些设备通常有自己的存储和处理能力，例如打印机的墨盒就包含了一种形式的内存，用于存储墨水浓度和打印质量等信息。
7.通信接口（Communication Interfaces）：这些接口包括USB、HDMI、Ethernet等，用于计算机与其他计算机或设备之间进行数据交换。
这些接口通常也包含自己的内存，用于临时存储传输的数据。
在以上这些组成部分中，主存储器、辅助存储器和高速缓存是计算机存储系统中的核心部分。
它们之间的协作关系直接影响了计算机的性能和效率。
例如，当CPU需要访问的数据或指令不在高速缓存中时，它会从主存储器中读取数据或指令。
存储器系统
存储器系统：概述：计算机中的存储系统是用来保存数据和程序的。
对存储器最基本的要求就是存储容量要大、存取速度快、成本价格低.为了满足这一要求,提出了多级存储体系结构。
一般可分为高速缓冲存储器、主存、外存3个层次,有时候还包括CPU内部的寄存器以及控制存储器.◆衡量存储器的主要因素：存储器访问速度、存储容量和存储器的价格;◆存储器的介质：半导体、磁介质和光存储器.◆存储器的组成：存储芯片+控制电路(存储体+地址寄存器+数据缓冲器+时序控制）;◆存储体系结构从上层到下层离CPU越来越远、存储量越来越大、每位的价格越来越便宜，而且访问的速度越来越慢存储器系统分布在计算机各个不同部件的多种存储设备组成，位于CPU内部的寄存器以及用于CU的控制寄存器。
内部存储器是可以被处理器直接存取的存储器,又称为主存储器，外部存储器需要通过I/O模块与处理器交换数据,又称为辅助存储器，弥补CPU处理器速度之间的差异还设置了CACHE，容量小但速度极快,位于CPU和主存之间，用于存放CPU 正在执行的程序段和所需数据。
整个计算机的存储器体系结构：通用寄存器堆—指令和数据缓冲栈—Cache（静态随机存储器RAM）—主存储器(动态随机存储器DRAM）—联机外部存储器（磁盘存储器)—脱机外部存储器(磁带、光盘存储器) 通常衡量主存容量大小的单位是字节或者字,而外存的容量则用字节来表示。
字是存储器组织的基本单元,一个字可以是一个字节，也可以是多个字节。
信息存取方式：信息的存取方式影响到存储信息的组织，常用的有4种，◆顺序存取存储器的数据是以记录的形式进行组织，对数据的访问必须按特定的线性顺序进行.磁带存储器的存取方式就是顺序存取。
◆直接存取共享读写装置，但是每个记录都有一个唯一的地址标识，共享的读写装置可以直接移动到目的数据块所在位置进行访问。
因此存取时间也是可变的。
磁盘存储器采用的这种方式。
◆随机存取存储器的每一个可寻址单元都具有唯一地址和读写装置，系统可以在相同的时间内对任意一个存储单元的数据进行访问，而与先前的访问序列无关。
《计算机组成原理》第7章：存储系统
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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
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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
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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
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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
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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
简述计算机存储器的组成及各部分特点
简述计算机存储器的组成及各部分特点
计算机存储器是计算机中重要的部件，用于存储和读取数据和指令。
它可以分为主存储器（内存）和辅助存储器（外存）两部分。
1. 主存储器（内存）：主存储器是计算机中最重要的存储器，用于存储正在执行和待执行的程
序和数据。
主存储器的特点包括：
- 存取速度快：主存储器与CPU之间的数据传输速度非常快，可以实现指令的快速读取和写入。
- 容量有限：主存储器的容量相对较小，一般几十GB或几百GB。
因此，主存储器只能存储当前正在使用的程序和数据。
- 断电丢失：主存储器是一种易失性存储器，当计算机断电时，存储在主存储器中的数据将会
丢失。
2. 辅助存储器（外存）：辅助存储器用于长期存储大量的数据和程序，以及备份和交换数据。
辅助存储器的特点包括：
- 容量大：辅助存储器的容量一般比主存储器大得多，可以容纳大量的数据和程序。
- 访问速度相对慢：与主存储器相比，辅助存储器的数据读取和写入速度较慢。
- 非易失性：辅助存储器是一种非易失性存储器，即使计算机断电，存储在辅助存储器中的数
据也不会丢失。
辅助存储器的常见形式包括硬盘驱动器（HDD）、固态硬盘（SSD）、光盘、磁带等。
不同的
辅助存储器具有不同的容量、访问速度和使用特点，可以根据需求进行选择和使用。
微型计算机原理与组成-第5章 储存系统
· 读取CMOS-SRAM中的设备配置，确 定硬件运行环境。
· 系统引导、启动。
· 基本的输入输出控制程序。 · 存储一些重要的数据参数。 · 部分机器还含有硬化的部分操作系统。
ROM-BIOS一般为几十KB的容量，并 有逐渐加大的趋势，常为掩膜式ROM。 目前高档PC机已采用快速擦写存储器， 使ROM BIOS 的功能由软盘软件支撑升级。
5.4.5 页式虚拟存储器 页式虚拟存储器中的基本信息传送单 位为定长的页。
5.4.6 段页式虚拟存储器简介
段式虚拟存储器和页式虚拟存储器各有 其优缺点，段页式管理综合了两者的优点， 将存储空间仍按程序的逻辑模块分成段， 以保证每个模块的独立性及便于用户公用； 每段又分成若干个页。 页面大小与实存页相同，虚存和实存之 间的信息调度以页为基本传送单位。
2．CMOS-RAM 用于记录设备配置参数，如内存容量， 显示器类型，软硬磁盘类型及时钟信息等。 CMOS-RAM采用CMOS工艺制成，功耗很 少。
3．ROM-BIOS
ROM-BIOS用于存放基本的输入输出 系统程序，是操作系统驻留在内存中的最 基本部分，其主要用于以下几个方面。
· 开机后的自检。检测对象涉及计算机 系统的各主要功能部件包括CPU、ROM、 RAM、系统接口电路和键盘、软、硬磁 盘等外设。
5.1.1存储器的分类
1. 按存储介质分 按存储介质可以将存储器分为三种：半 导体存储器、磁表面存储器和光存储器。
2. 按存取方式分
按照存储器的存取可方式分为随机存取 （读写）存储器、只读存储器、顺序存取存 储器和直接存取存储器等。
cpu基本组成部件
cpu基本组成部件CPU基本组成部件CPU，也就是中央处理器，是计算机的核心部件，它承担着控制计算机工作和处理数据的任务。
CPU的基本组成部件包括以下几个方面。
1. 控制单元控制单元是CPU的重要组成部分，它主要负责控制计算机工作的各个阶段。
控制单元的主要任务是解释指令、控制数据流的流向、协调各个部件之间的配合工作等等。
控制单元还可以根据指令的要求对数据进行处理和分析，从而完成计算机的各种操作。
2. 算术逻辑单元算术逻辑单元是CPU的另一个重要组成部分，它主要用来进行数据处理和计算。
算术逻辑单元的主要功能是实现各种算术和逻辑运算，例如加减乘除、位运算、比较等等。
算术逻辑单元还可以通过逻辑门和触发器等元器件来实现复杂的运算和控制。
3. 寄存器寄存器是CPU中最快速的存储器件，它主要用来存储指令和数据。
寄存器的主要作用是缓存CPU执行的指令和数据，从而提高CPU的运行效率。
寄存器的种类有很多，例如通用寄存器、指令寄存器、状态寄存器等等，它们各自负责着不同的任务。
4. 缓存缓存是CPU中的一种特殊存储器，它主要用来加快CPU的访问速度。
缓存的特点是容量较小但速度很快，它可以缓存CPU经常访问的数据和指令，从而避免频繁地读取主存储器。
缓存的种类有很多，例如一级缓存、二级缓存、三级缓存等等，它们的容量和速度也各有不同。
5. 总线总线是计算机中各个部件之间进行信息交换的通道。
CPU中的总线主要分为三类：地址总线、数据总线和控制总线。
地址总线用来传输指令和数据的存储地址，数据总线用来传输数据，控制总线用来传输控制信号。
总线的宽度越大，信息传输的速度就越快。
6. 时钟时钟是CPU中的一个重要组成部分，它主要用来控制CPU的工作频率。
时钟的作用是给CPU提供一个固定的时序信号，从而使CPU能够按照指定的频率进行工作。
时钟的频率越高，CPU的工作速度就越快。
以上就是CPU的基本组成部件，它们各自担负着不同的任务，共同构成了计算机的核心部件。
主存储器与存储系统
主存储器与存储系统1、存储系统的组成1.1、存储器的分类按存储器在计算机系统中的作用分类：高速缓冲存储器：高速缓冲存储器(Cache)位于主存和CPU之间，用于存放正在执行的程序段和数据，以便CPU能高速地使用它们。
Cache的存储速度与CPU的速度相匹配，但存储量较小，价格较高，一般制作在CPU芯片中主存储器：主存用来存放计算机运行期间所需要的程序和数据，CPU可直接随机地进行读写访问。
主存有一定容量，存储速度较高。
由于CPU要频繁地访问主存，所以主存的性能在很大程度上影响了整个计算机系统的性能辅助存储器：辅助存储器又称为外部存储器或后援存储器，用于存放当前暂不参与运行的程序和数据以及一些需要永久性保存的信息。
辅存设在主机外部，容量极大且成本很低，但存储速度较低，而且CPU不能直接访问它。
辅存中的信息必须通过专门的程序调入主存后，CPU才能使用1.2、存储系统的层次结构为了解决容量、存储速度和价格之间的矛盾，通常把各种不同的存储容量、不同存储速度的存储器，按一定的体系结构组织起来，形成一个统一整体的存储系统由高速缓冲存储器、主存储器、辅助存储器构成的三级存储系统可以分为两个层次，其中高速缓存和主存之间称为Cache-主存存储层次(cache存储系统)，主存-辅助存储层次(虚拟存储系统)Cache存储系统是为解决主存速度不足而提出来的。
在Cache和主存之间，增加辅助硬件，让它构成一个整体。
从CPU看，速度接近Cache的速度，容量是主存的容量。
Cache存储系统全部用硬件来调度，对应用程序员和系统程序员都是透明的虚拟存储系统是为解决主存容量不足而提出来的。
在主存和辅存之间，增加辅助的软硬件，让它们构成一个整体。
从CPU看，速度接近主存的速度，容量是虚拟的地址空间。
虚拟存储系统需要通过操作系统来调度，对系统程序员是不透明的，但对应用程序员是透明的2、主存储器的组织2.1、主存储器的基本结构主存通常由存储体、地址译码驱动电路、I/O和读写电路组成存储体是主存储器的核心，程序和数据都存放在存储体中地址译码驱动电路实际上包含译码器和驱动器两部分。
简述计算机的五大组成部分及其工作原理
简述计算机的五大组成部分及其工作原理计算机是现代社会和科技进步的产物，它的工作原理主要由五大组成部分决定，分别是中央处理器（CPU）、内存（Memory）、硬盘（Hard Disk）、输入设备和输出设备。
下面将逐一介绍这五大组成部分及其工作原理。
中央处理器（CPU）是计算机的核心部件，它负责执行所有的指令和计算任务。
CPU主要由算术逻辑单元（ALU）、控制单元（CU）和寄存器组成。
ALU负责执行算术和逻辑运算，包括加减乘除、与或非等运算，CU负责控制数据流和指令流的管理，包括从内存中获取指令、解码和执行指令等，寄存器是CPU内部的高速存储器，用于临时存储处理数据和指令。
内存（Memory）是计算机的主要存储介质，也是CPU获取数据和指令的地方。
内存主要分为主存储器和辅助存储器两部分。
主存储器是CPU能直接访问的存储器，它具有读写速度快、容量较小的特点，包括随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）两种形式。
辅助存储器主要指硬盘（Hard Disk），它在计算机启动时将操作系统和应用程序从辅助存储器中拷贝到主存储器中，提供给CPU使用，它具有容量大、读写速度慢的特点。
硬盘（Hard Disk）是计算机的主要存储介质，用于长期存储各种数据和文件。
硬盘工作原理是利用磁性材料在盘片上进行磁化和反磁化操作，通过读写磁头读取和写入数据。
硬盘的存储容量通常较大，可以存储大量的数据和文件，但相对于内存和CPU来说，读写速度较慢。
输入设备是用户与计算机之间进行信息交互的通道，它包括键盘、鼠标、扫描仪、摄像头等。
输入设备的工作原理是将用户输入的信息转化为计算机可识别的信号，然后传输给CPU进行处理。
例如，键盘上的按键操作可以通过电路将按键产生的电信号转化为计算机可识别的ASCII码，传递给CPU进行处理。
输出设备用于将计算机处理的结果显示给用户，它包括显示器、打印机、音频设备等。
输出设备的工作原理是将CPU处理的数据转化为人类可识别的形式，例如通过显示器将数据转化为图像显示出来，通过打印机将数据转化为纸质文件打印出来。
计算机组成原理——主存储器4
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
存储器概述及主存储器(SRAM)
位、字、字位扩展 6、数据校验码
奇偶校验码，海明码，CRC码
本章将解决的主要问题
1、半导体存储器的分类、组成及组成部件 的作用及工作原理、读/写操作的基本过 程。
2、SRAM芯片的组成特点、工作过程、典型 芯片的引脚信号。
3、半导体存储器的主要技术指标、芯片的 扩充、CPU与半导体存储器间的连接。
RAM
静态 RAM 动态 RAM
主存储器
MROM
PROM
存
ROM EPROM
储 Flash Memory
EEPROM
器
高速缓冲存储器（Cache）
4.1
辅助存储器 磁盘、磁带、光盘
三、存储器的层次结构
4.1
1. 存储器三个主要特性的关系
速度 容量 价格／位
快小高
CPU
寄存器
CPU 主 机
缓存
主存
磁盘 光盘 磁带
简介
在现代计算机中,存储器处于全机中心地位,其原因是:
(1) 当前计算机正在执行的程序和数据(除了暂存于CPU寄存器的) 均存放在存储器中。CPU直接从存储器取指令或存取数据。
(2) 计算机系统中输入输出设备数量增多，数据传送速度加 快，因此采用了直接存储器存取(DMA)技术和I/O通道技术， 在存储器与输入输出系统之间直接传送数据。 (3) 共享存储器的多处理机的出现，利用存储器存放共享数据， 并实现处理机之间的通信，更加强了存储器作为全机中心的地 位。
(3) 存储器的带宽 位/秒
二、半导体存储芯片简介
4.2
1. 半导体存储芯片的基本结构
地
译
存
读
解释概念：主存辅存cacheramsramdramrompromepromeepr
解释概念：主存、辅存、Cache、RAM、SRAM、DRAM、ROM、PROM、EPROM、EEPR...主存，又称内存，是计算机中重要的部件之一，它是与CPU进行沟通的桥梁。
计算机中所有程序的运行都是在内存中进行的，因此内存的性能对计算机的影响非常大。
内存（Memory）也被称为内存储器，其作用是用于暂时存放CPU 中的运算数据，以及与硬盘等外部存储器交换的数据。
只要计算机在运行中，CPU就会把需要运算的数据调到内存中进行运算，当运算完成后CPU再将结果传送出来，内存的运行也决定了计算机的稳定运行。
内存是由内存芯片、电路板、金手指等部分组成的。
辅存狭义上是我们平时讲的硬盘。
科学地说是外部存储器（需要通过I/O系统与之交换数据，又称为辅助存储器）。
存储容量大、成本低、存取速度慢，以及可以永久地脱机保存信息。
主要包括磁表面存储器、软盘存储器、磁带存储设备、光盘存储设备。
cache 高速缓冲存储器一种特殊的存储器子系统，其中复制了频繁使用的数据以利于快速访问。
存储器的高速缓冲存储器存储了频繁访问的RAM 位置的内容及这些数据项的存储地址。
当处理器引用存储器中的某地址时，高速缓冲存储器便检查是否存有该地址。
如果存有该地址，则将数据返回处理器；如果没有保存该地址，则进行常规的存储器访问。
因为高速缓冲存储器总是比主RAM 存储器速度快，所以当RAM 的访问速度低于微处理器的速度时，常使用高速缓冲存储器。
RAM（Random Access Memory）随机存取存储器主要用于存储计算机运行时的程序和数据，需要执行的程序或者需要处理的数据都必须先装入RAM内，是指既可以从该设备读取数据，也可以往里面写数据。
RAM的特点是：计算机通电状态下RAM中的数据可以反复使用，只有向其中写入新数据时才被更新；断电后RAM中的数据随之消失。
SRAM 是英文Static RAM的缩写，它是一种具有静止存取功能的内存，不需要刷新电路即能保存它内部存储的数据。
主储存器的结构与工作原理
4.2.4存储器芯片与CPU的连 接
4.2.4存储器芯片与CPU的连接
随机储存器的结构与工作原理
2.DRAM的结构及工作原理
DRAM利用MOS 管的栅极对其衬 底间的分布电容来保存信息， 并以储存电荷的多少(即电容电 压的高低)来表示1和0。DRAM的 每个存储元一般可由单个或者3 个MOS 管组成，因此DRAM的集 成度较高、功耗较低。虽然 DRAM 的存取速度比SRAM慢，但 容量大,一般微机系统中的内存 都采用DRAM
4.2.4存储器芯片与CPU的连接
2.存储芯片与CPU的连接 存储芯片与CPU芯片相连时，特别需要注意CPU与存储芯片之间地址线、数据线、读写命令 线和片选线的连接 (1)地址线的连接 (2)数据线的连接 (3)读写命令线的连接 (4)片选线的连接 (5)合理选择存储芯片
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4.2主储存器的结构与工作原 理
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01 主储存概述
02 随机储存器的结构与 工作原理
03 4.2.3只读存储器的结 构和工作原理
04
4.2.4存储器芯片与 CPU的连接
主储存概述
主储存概述
一个双稳态半导体电路或者一个MOS晶体管或磁性材料的存储单元，都可以存放一位二进 制代码。这个二进制代码称为存储元，若干个存储元组成一个存储单元，多个存储单元就 构成了一个存储器
随机储存器的结构与工作原理
主存储器原理
主存储器原理主存储器原理一、什么是主存储器主存储器（Primary Memory）是计算机系统最重要的存储设备，也被称为'主存'，是计算机执行一切操作的最快的存储器，它数据读写的速度是与机器总线(CPU)速度相同的，有时还要比机器总线速度更快。
主存储器主要用来存放计算机程序以及相关的数据，它们将被处理器读取和处理，处理器可以对主存储器中存放的内容进行操作，如算术运算和数据处理，以实现计算机系统的功能。
二、主存的组成主存储器由几大组成部分组成：1.存储单元: 主存储器由一系列的存储单元（storage cells）组成，每个存储单元都可以存放一个字或一个指令，每个存储单元都有一个唯一的地址，用来标识它。
2.存取控制器:主存储器还包括存取控制器，它是主存储器的主要组成部分，负责存取数据和指令的控制，它的任务是控制整个主存储器的工作，包括存储和取出数据、指令和地址的操作。
3.接口部件: 主存储器还包括接口部件，接口部件用来与处理器进行数据传输，它的功能是把外部设备的数据传送到主存储器，以及把主存储器的数据传送到外部设备。
4.存取时间: 指的是从CPU发出指令到主存储器可以读取或写入数据所需要的时间，这个时间一般分为读取时间和写入时间，根据不同的存储器的设计，这个存取时间是不同的。
三、主存的规格主存储器的规格有容量、深度、位宽等，它们决定了主存储器的性能。
容量: 容量是指存储器能存储的最大字数。
一般来说，主存储器的容量越大，可以存储的程序和数据就越多，分配给程序的空间就越大，操作起来也就越方便。
深度: 深度指存储器中可以存放的位数，一般来说，主存储器的深度越大，可以存储的数据和指令就越多，处理的数据也就越多，效率就会越高。
位宽: 位宽指由多少位组成一个字节，一般来说，主存储器的位宽越大，就可以存储的内容就越多，操作起来也就越方便。
四、主存的使用主存储器可以用来存放计算机程序以及相关的数据，以便处理器能够访问并处理数据。
组成计算机的各零部件
组成计算机的各零部件计算机是一种由多个零部件组成的复杂设备，每个零部件都有着不可或缺的作用。
下面将逐一介绍计算机的各个零部件。
1.中央处理器（CPU）是计算机的核心部件，负责执行各种指令和控制计算机的运行。
它由控制单元和算术逻辑单元组成，控制单元负责解析和执行指令，而算术逻辑单元则负责进行算术和逻辑运算。
2.内存是用于存储数据和指令的地方，它可以被CPU直接访问。
内存分为主存和辅助存储器，主存通常是指计算机中的随机存取存储器（RAM），而辅助存储器则包括硬盘、光盘和闪存等。
3.硬盘是计算机中用于长期存储数据的设备，它采用磁盘的形式并具有较大的容量。
硬盘的读写速度相对较慢，但容量大，适合存储大量的数据和程序。
4.主板是计算机中各个部件之间的连接中枢，它上面集成了CPU、内存插槽、扩展插槽、硬盘接口等。
主板负责将各个部件连接起来，并提供电源、时钟等信号。
5.显示器是计算机的输出设备，用于显示图像和文字。
常见的显示器有液晶显示器和CRT显示器，它们通过显示控制器接收来自CPU 的图像信号，并将其显示在屏幕上。
6.键盘和鼠标是计算机的输入设备，用于向计算机输入指令和数据。
键盘通过按下按键来输入文字和命令，而鼠标则通过移动和点击来控制光标和操作图形界面。
7.声卡是计算机的音频设备，用于处理和输出声音信号。
它可以将数字音频信号转换为模拟音频信号，并通过扬声器播放出来。
声卡还可以提供音频输入接口，用于录音和语音通信。
8.网卡是计算机的网络接口设备，用于连接计算机与局域网或互联网。
它可以将计算机产生的数字信号转换为网络传输的模拟信号，并进行数据的发送和接收。
9.电源是计算机的供电设备，为计算机提供各个零部件所需的电能。
电源通常由电源适配器和电池组成，适配器将交流电转换为直流电，并为计算机提供稳定的电压和电流。
10.光驱和打印机是计算机的外部设备，用于读取光盘和打印文件。
光驱可以读取光盘中的数据和程序，而打印机则可以将计算机中的文件打印成纸质文档。
3、存储器
3.2.2 内存的性能指标
内存储器的性能是衡量计算机性能的主要指标之一。
⑴、存储容量
存储容量是指存储器有多少个存储单元，计算容量 时常用字节（ Byte，8个二进制位，例：11000011b ）作 单位。 常用的单位： 千字节 KB （1024 Byte ）
存取时间（ns） 最高频率（ MHz ） 额定可用频率（MHz）
15
66
60
12
83
75
10
100
83
8
125
112
7
143
133
③、ECC校验
ECC校验是PC100所要求的。
④、SPD
SPD（Serial Presence Detect 串行存在探测），是 SDRAM内存条的新规范。内存条制造商将该内存条所使 用的芯片基本信息预先写入SPD内，计算机系统可以通 过SPD知道该内存条的基本信息，正确地识别，从而确 定使用正确的方法来驱动它。
①、CAS等待时间（列选通等待时间） 当一个读命令发出时至数据在输出端可以提供的时延，
这个值一般是2或者是3个时钟周期，它决定了内存的性 能，对内存系统的工作速度有很大的影响。
②、额定可用频率 了解内存的额定可用频率，一个简单易行的方法是把生产厂
商给定的最高频率下调一些，这样的值称额定可用频率GUF。 存取时间与额定可用频率的关系
任何存储芯片的容量总是有限的，要组成实际的存储 器，就要用多个芯片进行组合，以满足所需的存储容量。
组合包括位扩、字扩和字位扩。
⑴ 存储器容量的位扩展 存储器容量的位扩展就是对存储器的位数进行扩展。 位扩展的方法是：将每个存储芯片的地址线和控制线全
计算机组成原理_第三章
第三章 存储器及存储系统3.1 存储器概述3.1.1存储器分类半导体存储器 集成度高 体积小 价格便宜 易维护 速度快 容量大 体积大 速度慢 比半导体容量大 数据不易丢失按照 存储 介质 分类磁表面存储器激光存储器随机存储器 主要为高速缓冲存储器和主存储器 存取时间与存储元的物理位置无关 (RAM)按照 存取 方式 分类串行访问存 储器 SAS 只读存储器 (ROM)存取时间与存储元的物理位置有关 顺序存取器 磁带 直接存储器 磁盘 只能读 不能写 掩模ROM: 生产厂家写可编程ROM(PROM): 用户自己写 可擦除可编程ROM EPROM :易失性半导体读/写存储器按照 可保 存性 分类存储器非易失性 存储器包括磁性材料半导体ROM半导体EEPROM主存储器按照 作用 分类辅助存储器缓冲存储器 控制存储器3.1.23级结构存储器的分级结构Cache 高速缓冲 存储器 主 存 主机 外 存1 高速缓 冲存储器 2 主存 3 外存CPU 寄 存 器3.2主存储器3.2.1 主存储器的技术指标1 存储容量 字存储单元 字节存储单元 2 存取时间 字地址 字节地址访问 写操作/读操作从存储器接收到访问命令后到从存 储器读出/写 入所需的时间 用TA表示 取决于介质的物理特性 和访问类型 3 存取周期 完成一次完整的存取所需要的时间用TM表示 TM > TA, 控制线路的稳定需要时间 有时还需要重写3.2.2 主存储器的基本结构地 址 译 码 器地址 CPUn位2n位存储体 主存 m位 数据寄存器 m位 CPUR/W CPU 控制线路3.2.3 主存储器的基本操作地址总线k位MAR数据总线n位主存容量 2K字 字长n位MDRCPUread write MAC 控制总线主存3.3半导体存储芯片工 艺速度很快 功耗大 容量小 PMOS 功耗小 容量大 电路结构 NMOS 静态MOS除外 MOS型 CMOS 静态MOS 工作方式 动态MOS 静态存储器SRAM 双极型 静态MOS型 双极型依靠双稳态电路内部交叉反馈的机制存储信息TTL型 ECL型存储 信息 原理动态存储器DRAM 动态MOS型功耗较小,容量大,速度较快,作主存3.3.1 静态MOS存储单元与存储芯片1.六管单元 1 组成T1 T2 工作管 T2 T4 负载管 T5 T6 T7 T8 控制管 XY字线 选择存储单元 T7 WY地址译码线 X地址 译码线Vcc T3 T4 A T1 T2 T8 W B T6T5WW 位线完成读/写操作2 定义 “0” T1导通 T2截止“1” T1截止 T2导通X地址 译码线Vcc T3 T4 A T1 T7 T2 T8Y地址译码线3 工作 XY 加高电平 T5 T6 T7 T8 导通 选中该 单元T5T6 BWW写入 在W W上分别读出 根据W W上有 加高 低电平 写1/0 无电流 读1/04保持XY 加低电平 只要电源正常 保证向导通管提供电流 便能维 持一管导通 另一管截止的状态不变 称静态2.静态MOS存储器的组成1 存储体 2 地址译码器 3 驱动器 4 片选/读写控制电路存储器外部信号引线D0 A0传送存储单元内容 根数与单元数据位数相同 9地址线 选择芯片内部一个存储单元 根数由存储器容量决定7数据线CS片选线 选择存储器芯片 当CS信号无效 其他信号线不起作用 R/W(OE/WE)读写允许线 打开数据通道 决定数据的传送方向和传 送时刻例.SRAM芯片2114 1K 4位Vcc A7 A8 A9 D0 D1 D2 D3 WE1外特性18 12114 1K 410 9地址端 数据端A9 A0 入 D3 D0 入/出 片选CS = 0 选中芯片 控制端 = 1 未选中芯片 写使能WE = 0 写 = 1 读 电源 地线A6 A5 A4 A3 A0 A1 A2 CS GND2内部寻址逻辑寻址空间1K 存储矩阵分为4个位平面 每面1K 1位 每面矩阵排成64行 16列 64 16 64 16 6 行 位 行 译 X0 地 1K 1K 码址 X63 X63 Y0 Y1564 161K64 161K列译码 4位列地址两 级 译 码一级 地址译码 选择字线 位线 二级 一根字线和一组位线交叉 选 择一位单元W W W WXi读/写线路 Yi存储器内部为双向地址译码 以节省内部 引线和驱动器 如 1K容量存储器 有10根地址线 单向译码需要1024根译码输出线和驱动器双向译码 X Y方向各为32根译码输出线和 驱动器 总共需要64根译码线和64个驱动器3.3.2 动态MOS存储单元与存储芯片1.四管单元 1 组成T1 T2 记忆管 C1 C2 柵极电容 T3 T4 控制门管W T3 T1C1 C2W A B T2 T4字线 W W 位线 Z 2 定义 “0” T1导通 T2截止 C1有电荷 C2无电荷 “1” T1截止 T2导通 C1无电荷 C2有电荷 3 工作 Z 加高电平 T3 T4导通 选中该单元Z写入 在W W上分别加高 低电平 写1/0 读出 W W先预 充电至高电平 断开充电回路 再根据W W上有 无电流 读1/0 W T3 T1C1 C2T4 T2W4保持Z 加低电平 需定期向电容补充电荷 动态刷新 称动态 四管单元是非破坏性读出 读出过程即实现刷新Z2.单管单元 C 记忆单元 T 控制门管 1 组成Z 字线 W 位线 W T Z C2定义“0” C无电荷 电平V0 低 “1” C有电荷 电平V1 高3工作写入 Z加高电平 T导通 读出 W先预充电 断开充电回路 Z加高电平 T导通 根据W线电位的变化 读1/0 4 保持 Z 加低电平 单管单元是破坏性读出 读出后需重写3.存储芯片例.DRAM芯片2164 64K 1位 外特性GND CAS Do A6 16 1 A3 A4 A5 A7 9 82164 64K 1空闲/刷新 Di WE RAS A0 A2 A1 VccA7—A0 入 分时复用 提供16位地址 数据端 Di 入 Do 出 = 0 写 写使能WE 高8位地址 = 1 读 控制端 行地址选通RAS =0时A7—A0为行地址 片选 列地址选通CAS =0时A7—A0为列地址 电源 地线 低8位地址 1脚未用 或在新型号中用于片内自动刷新 地址端动态存储器的刷新1.刷新定义和原因 定期向电容补充电荷 刷新动态存储器依靠电容电荷存储信息 平时无电源 供电 时间一长电容电荷会泄放 需定期向电容 补充电荷 以保持信息不变 注意刷新与重写的区别 破坏性读出后重写 以恢复原来的信息 非破坏性读出的动态M 需补充电荷以保持原来的 信息2.最大刷新间隔 2ms 3.刷新方法各动态芯片可同时刷新 片内按行刷新 刷新一行所用的时间 刷新周期 存取周期4.刷新周期的安排方式 1 集中刷新 2ms内集中安排所有刷新周期R/W R/W50ns刷新 刷新 2ms 死区用在实时要 求不高的场 合2分散刷新用在低速系 统中各刷新周期分散安排在存取周期中 R/W 刷新 R/W 刷新100ns3异步刷新 各刷新周期分散安排在2ms内 每隔一段时间刷新一行每隔15.6微秒提一次刷新请求 刷新一行 2毫秒内刷新完所有 15.6 微秒 行例. 2ms 128行R/W R/W 刷新 R/W R/W 刷新 R/W 15.6 微秒 15.6 微秒 15.6 微秒 刷新请求 刷新请求 DMA请求 DMA请求用在大多数计算机中3.3 只读存储器1掩模式只读存储器 MROM采用MOS管的1024 8位的结构图 UDDA0 A1 A90 地 址 译 1 码 驱 动 1023 器读出放大器读出放大器cs D7D0D12可编程读存储器 PROM用户可进行一次编程 存储单元电路由熔丝 相连 当加入写脉冲 某些存储单元熔丝熔 断 信息永久写入 不可再次改写3.EPROM 可擦除PROM用户可以多次编程 编程加写脉冲后 某些存 储单元的PN结表面形成浮动栅 阻挡通路 实 现信息写入 用紫外线照射可驱散浮动栅 原 有信息全部擦除 便可再次改写4.EEPROM 可电擦除PROM 既可全片擦除也可字节擦除 可在线擦除信息 又能失电保存信息 具备RAM ROM的优点 但写 入时间较长 .NOVRAM 不挥发随机存取存储器 实时性好 可以组成固态大容量存储装置 Flash Memor 闪存 集成度和价格接近EPROM,按块进行擦除 比普 通硬盘快的多3.4 主存储器组织存储器与微型机三总线的连接 1 数据线D0 2 地址线A0 3.片选线CS 连接地址总线高位ABN+1 4 读写线OE WE(R/W) 连接读写控制线RD WR微型机n nDB0 AB0Nn连接数据总线DB0ND0 A0 CSnNN连接地址总线低位AB0ABN+1 R/ WR/ W 存储器1存储器芯片的扩充用多片存储器芯片组成微型计算机系统所要求的存储器系统 要求扩充后的存储器系统引出线符合微型计算机 机的总线结构要求 一.扩充存储器位数 例1用2K 1位存储器芯片组成 2K 8位存储器系统 例2用2K 8位存储器芯片组成2K 16位存储器系统例1用2K 1位存储器芯片组成 2K 8位存储器系统当地址片选和读写信号有效 可并行存取8位信息例2用2K 8位存储器芯片组成2K 16位存储器系统D0D8715D0 R/W CE A0107R/W CE A010D0 R/W CE A0107地址片选和读写引线并联后引出 数据线并列引出二.扩充存储器容量字扩展法例用1K 4位存储器芯片组成4K 8位存储器系统存储器与单片机的连接存储器与微型机三总线 的一般连接方法和存储器 读写时序 1.数据总线与地址总线 为两组独立总线AB0 DB0NDB0 AB0n ND0 A0 CSn NABN+1 R/ W 微型机 地址输出 数据有效采 样 数 据R/ W 存储器nR/W2.微型机复用总线结构 数据与地址分时共用一 组总线AD0nD0Di Qi G 地址 锁存器nA0nALE R/W 单片机R/W 存储器ALE锁 存地 址 数据 有效 采 样 数 据 地址 输出 存锁 址地AD0n地址 输出数据 有效 采 样数 据R/W半导体存储器逻辑设计需解决 芯片的选用 地址分配与片选逻辑 信号线的连接例1.用2114 1K 4 SRAM芯片组成容量为4K 8的存储 器 地址总线A15 A0 低 ,双向数据总线D7 D0 低 ,读/写信号线R/W 1.计算芯片数 1 先扩展位数 再扩展单元数 2片1K 4 1K 8 8片 4组1K 8 4K 82 先扩展单元数 再扩展位数4片1K 4 4K 4 4K 8 2组4K 4 2.地址分配与片选逻辑存储器寻址逻辑8片芯片内的寻址系统(二级译码) 芯片外的地址分配与片选逻辑 由哪几位地址形成芯 片选择逻辑 以便寻 找芯片为芯片分配哪几位地址 以便寻找片内的存储单元 存储空间分配4KB存储器在16位地址空间 64KB 中占据 任意连续区间芯片地址 任意值 片选 A15…A12A11A10A9……A0 0 0 0 …… 0 0 0 1 …… 1 0 1 0 …… 0 0 1 1 …… 1 1 0 0 …… 0 1 0 1 …… 1 1 1 0 …… 0 1 1 1 …… 164KB1K 1K 1K 1K 4 4 4 4 1K 1K 1K 1K 4 4 4 44KB需12位地址 寻址 A11— A0低位地址分配给芯片 高位地址形成片选逻辑 芯片 芯片地址 片选信号 片选逻辑 1K A9 A0 CS0 A11A10 A11A10 1K A9 A0 CS1 A11A10 1K A9 A0 CS2 1K A9 A0 CS3 A11A103.连接方式1 扩展位数 2 扩展单元数 4 形成片选逻辑电路D7~D4 D3~D0 4 4 4 1K 4 4 R/W 1K 4 4 4 1K 4 4 4 1K 4 43 连接控制线1K 4 A9~A0 CS0 10 CS11K 4 10 CS21K 4 10 CS31K 4 10A11A10A11A10A11A10A11A10例2.某半导体存储器 按字节编址 其中 0000H 07FFH为ROM区 选用EPROM芯片 2KB/片 0800H 13FFH为RAM区 选用RAM芯片 2KB/片和1KB/片 地址总线A1 A0 低 给出地址分配和片选逻辑1.计算容量和芯片数ROM区 2KBRAM区 3KB2.地址分配与片选逻辑 存储空间分配 先安排大容量芯片 放地址低端 再安排小容量芯片便于拟定片选逻辑64KBA15A14A13A12A11A10A9…A00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 …… 0 …… 1 …… 0 …… 1 0 … 0 1 … 12K 2K 1KROM 5KB 需13 位地 RAM 址寻 址低位地址分配给芯片 高位地址形成片选逻辑 芯片 芯片地址 片选信号 片选逻辑 2K A10 A0 CS0 A12A11 2K A10 A0 CS1 A12A11 1K A9 A0 CS2 A12A11 A10 A15A14A13为全03.4.2 高速缓冲存储器。
计算机基本结构
计算机基本结构通常由以下几个核心组件组成：
中央处理器（Central Processing Unit, CPU）：CPU是计算机的核心，负责执行指令和控制计算机的操作。
它包含算术逻辑单元（ALU）、控制单元（CU）和寄存器等部件。
主存储器（Main Memory）：主存储器是计算机用于存储指令和数据的地方，通常使用随机访问存储器（Random Access Memory, RAM）来实现。
输入设备（Input Devices）：输入设备用于将外部数据或命令输入到计算机中，例如键盘、鼠标、扫描仪等。
输出设备（Output Devices）：输出设备用于将计算机处理结果显示或输出，例如显示器、打印机、音频设备等。
存储设备（Storage Devices）：存储设备用于长期保存数据和程序，例如硬盘驱动器、固态驱动器、光盘等。
总线（Bus）：总线是计算机各个组件之间进行数据传输和通信的通道，包括数据总线、地址总线和控制总线。
输入输出控制器（Input/Output Controller）：输入输出控制器负责管理计算机与输入输出设备之间的数据传输和通信。
操作系统（Operating System）：操作系统是计算机的核心软件，负责管理和控制计算机的资源和任务，并提供用户与计算机的交互界面。
这些组件共同构成了计算机的基本结构。
CPU作为计算和控制的核心，与主存储器和输入输出设备进行数据交互，通过总线进行数据传输。
存储设备用于长期保存数据，操作系统则提供了计算机的基本功能和用户界面。
这些组件相互配合，使得计算机能够进行数据处理、存储和输出，并执行各种任务和应用程序。
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主存储器部件组成
(1)主存储器的两个重要技术指标
◎读写速度：常常用存储周期来度量，存储周期是连续启动两次独立的存储器操作(如读操作)所必需的时间间隔。
◎存储容量：通常用构成存储器的字节数或字数来计量。
(2)主存储器与CPU及外围设备的连接
是通过地址总线、数据总线、控制总线进行连接，见下图
主存储器与CPU的连接
◎地址总线用于选择主存储器的一个存储单元，若地址总线的位数k，则最大可寻址空间为2k。
如k=20,可访问1MB的存储单元。
◎数据总线用于在计算机各功能部件之间传送数据。
◎控制总线用于指明总线的工作周期和本次输入/输出完成的时刻。
(3)主存储器分类
◎按信息保存的长短分：ROM与RAM
◎按生产工艺分：静态存储器与动态存储器
静态存储器(SRAM)：读写速度快，生产成本高，多用于容量较小的高速缓冲存储器。
动态存储器(DRAM)：读写速度较慢，集成度高，生产成本低，多用于容量较大的主存储器。
静态存储器与动态存储器主要性能比较如下表：
静态和动态存储器芯片特性比较
SRAM DRAM
存储信息触发器电容
破坏性读出非是
需要刷新不要需要
送行列地址同时送分两次送
运行速度快慢
集成度低高
发热量大小
存储成本高低
动态存储器的定期刷新：在不进行读写操作时，DRAM 存储器的各单元处于断电状态，由于漏电的存在，保存在电容CS 上的电荷会慢慢地漏掉，为此必须定时予以补充，称为刷新操作。