计算机组成原理唐朔飞PPT第4章存储器

三、随机存取存储器
1. 静态 RAM (SRAM)
位线A´
(1) 静态 RAM 基本电路
A´
A
T5
T1 ~ T4
T6
行地址选择
T7
T8
列地址选择 写放大器
写放大器
Baidu Nhomakorabea位线A
T 1 ~ T 4 触发器 T 5 、T 6 行开关
T 7 、T 8 列开关
T 7 、T 8 一列共用
读放 DOUT
A 触发器原端
DIN 写选择
读选择
A´ 触发器非端
① 静态 RAM 基本电路的 读 操作
位线A´
A´ T1 ~ T4 A
T5
T6
行地址选择
T7
列地址选择 写放大器
T8
写放大器
位线A
行选
T5、T6 开
列选
T7、T8 开
读选择有效
VA
T6
读放
读放
DOUT
T8 DOUT
DIN
写选择
读选择
② 静态 RAM 基本电路的 写 操作
位线A ´
码
储
线
驱
矩
动
阵
片选线
片选线 CS CE
读
数
写
据
电
线
路
读/写控制线
读/写控制线
WE （低电平写 高电平读） OE （允许读） WE（允许写）
4.2 主存储器 二、半导体存储芯片
存储芯片片选线的作用
用 16K × 1位 的存储芯片组成 64K × 8位 的存储器
32片
8片
8片
8片
16K × 1位 16K × 1位 16K × 1
位
8片
16K × 1位
当地址为 65 535 时，此 8 片的片选有效
4.2 主存储器 二、半导体存储芯片
2. 半导体存储芯片的译码驱动方式
(1) 线选法
A3 0
字线
地0 A2 0 址
译
A1
0码 器
A0 0
15
… …
…
0,0 … 0,7
16×8矩阵
15,0 … 15,7
0
…
7 位线
读 / 写选通
读/写控制电路
4M
4.2 主存储器
一、概述
4. 主存的技术指标
(1) 存储容量 主存 存放二进制代码的总位数
(2) 存储速度
• 存取时间
存储器的 访问时间 读出时间 写入时间
• 存取周期 连续两次独立的存储器操作 （读或写）所需的 最小间隔时间
读周期 写周期
(3) 存储器的带宽
单位时间内存储器存取的信 息量；位/秒
D0
… D7
4.2 主存储器
(2) 重合法
0 A4
0,00
0 A3
X 地
X0
0址
A2
译
0码
31,0
A1
器 X 31
0 A0
… …
二、半导体存储芯片
…
0,31
32×32 矩阵
…
31,31
D I/O
Y0 Y 地址译码器 Y31 A 9 0A 8 0A 7 0A 6 0A 5 0
读/写
4.2 主存储器
4.2 主存储器 二、半导体存储芯片
1. 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
10
4
1K×4位
14
1
16K×1位
13
8
8K×8位
4.2 主存储器 二、半导体存储芯片
1. 半导体存储芯片的基本结构
… …
地
译
存
址
WE
CS
A9
I/O1
A8
I/O2
…
Intel 2114
I/O3 I/O4
A´
T1
~ T4
A
T5
T6
行地址选择
T7
T8
位线A
行选 T5、T6 开 列选 T7、T8 开 写选择有效
列地址选择 写放
写放
DIN
读放
两个写放
写选择
DOUT
读选择
DIN （左） DIN
反相
T7 T5
A´
（右） DIN
T8 T6 A
4.2 主存储器
三、随机存取存储器
(2) 静态 RAM 芯片举例
① Intel 2114 外特性
一、存储器分类
2. 按存取方式分类
(1) 存取时间与物理地址无关（随机访问）
• 随机存储器 在程序的执行过程中 可 读 可 写 • 只读存储器 在程序的执行过程中 只 读
(2) 存取时间与物理地址有关（串行访问）
• 顺序存取存储器 磁带 • 直接存取存储器 磁盘
4.1 概 述
一、存储器分类
3. 按在计算机中的作用分类
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
4.1 概 述
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
快小高
CPU
寄存器
CPU 主 机
缓存
主存
磁盘 光盘 磁带
辅 存
慢大低
4.1 概 述
二、存储器的层次结构
2. 缓存 主存层次和主存 辅存层次
10 ns
CPU
20 ns
缓存
200 ns
主存
ms
辅存
（速度） （容量） 缓存 主存 主存 辅存
RAM
静态 RAM 动态 RAM
主存储器
MROM
PROM
存
ROM EPROM
储 Flash Memory 器
EEPROM
高速缓冲存储器（Cache）
辅助存储器 磁盘、磁带、光盘
4.1 概 述
一、存储器分类
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
第４章 存 储 器
4.1 概述 4.2 主存储器 4.3 高速缓冲存储器 4.4 辅助存储器
4.1 概 述
一、存储器分类
1. 按存储介质分类
(1) 半导体存储器 TTL 、MOS
易失
(2) 磁表面存储器 (3) 磁芯存储器 (4) 光盘存储器
磁头、载磁体
非 硬磁材料、环状元件 易
失
激光、磁光材料
4.1 概 述
一、概述
3. 主存中存储单元地址的分配
高位字节 地址为字地址
低位字节 地址为字地址
字地址
00 44 88
字节地址
123 567 9 10 11
字地址 字节地址
0 10 2 32 4 54
设地址线 24 根 若字长为 16 位 若字长为 32 位
按 字节 寻址 224 = 16 M
按 字 寻址
8M
按 字 寻址
主存储器 实地址 物理地址
虚拟存储器 虚地址 逻辑地址
4.2 主存储器
一、概述
1. 主存的基本组成
读
存储体
写 电
路
…
驱动器
…
译码器
…
MAR
控制电路
读
写
地址总线
… …
数据总线 MDR
4.2 主存储器
2. 主存和 CPU 的联系
一、概述
MDR
CPU
MAR
数据总线 读 写
地址总线
主存
4.2 主存储器