计算机组成原理第三章内部存储器

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1、第三章内部存储器存储器是信息存放的载体，是计算机系统的重要组成部分。有了它，计算机才能有记忆功能，才能把要计算和处理的数据以及程序存入计算机，使计算机能脱离人的直接干预，自动地工作。教学内容半导体存储器(主存)高速缓冲存储器(CACHE)辅助存储器(辅存)几种新型存储器3.1存储器概述存储器是计算机存储信息的地方。程序运行所需要的数据、程序执行的结果以及程序本身均保存在存储器中。存储器是由许多存储单元组成的，每一个单元有一个编号，这个编号称为存储单元的地址，一般用二进制或十六进制数表示，每一个存储

2、单元的地址是唯一的。其逻辑结构图如下图所示地址译码器地址内容0001020304FF00单元01单元02单元03单元FF单元11010011101000100010011010011101::11100001ABDB控制CB存储系统的分类按存储介质分：磁表面存储器：磁性材料做成的，如磁带、磁盘。光盘存储器：用光敏或磁光介质材料制成，记录密度大，容量大，信息保存寿命长。半导体存储器：用半导体器件组成，速度快。按存取方式分:随机存取存储器：存储器中的任何存储单元的内容后能被随机存取，且存取时间和存取单

3、元的物理位置无关。顺序存储器：存储器只能按某种顺序来存取，存取时间和存储单元的物理位置有关。如磁带存储器。存储系统的分类按读写功能分:随机读写存储器（RAM）：既可以读也可以写的半导体存储器。只读存储器（ROM）:只能读不能写。按信息的可保存性分:永久记忆的存储器：断电后仍能保存信息。如磁性材料存储器等。非永久记忆的存储器：断电后信息就消失。如半导体读写存储器。按在计算机系统中的作用分:主存储器、辅助存储器、高速缓冲存储器、控制存储器等。P66表3.1存储系统的分级结构计算机系统对存储器的要求是容

4、量大、速度快、成本低，但要兼顾三方面是困难的。为解决这一矛盾，目前在计算机系统中，通常采用高速缓存、主存和辅存三级存储结构。如教材P66图3.1所示。磁带光盘磁盘磁盘cache主存cacheCPU寄存器高速缓存：简称cache，由高速小容量的双极型半导体存储器组成，和主存比其存取速度快、容量小，主要用来高速存取指令和数据。主存：计算机的主要存储器，用来存放计算机运行期间的大量程序和数据。它能和cache交换数据和指令，一般由MOS型半导体存储器组成。辅存：又称外存。它是大容量存储器，其特点是位成本

5、低，通常用来存储系统程序和大型数据文件及数据库。存储系统的分级结构●能被CPU直接访问的高速缓冲存储器和主存储器统称为内存储器。●微机接口是指微机系统中各部件之间的联系。是以CPU为核心，是CPU与外界的联系。则站在CPU的角度，内存储器和其他设备一样，也是一种外部设备。所以在CPU与内存储器之间同样存在接口问题。●内存储器与CPU间接口比较简单，但同样具有一般接口的任务，即完成三大总线的连接，确保CPU与内存储器之间迅速无误地进行信息交换。主存—辅存层次:主要解决容量问题。大容量的信息存放在辅存

6、中，当需要时借助辅助软硬件成批调入内存中。cache--主存层次:主要解决速度问题。cache速度快，接近于CPU的速度，但容量较小。通过辅助硬件，把主存和cache构成统一整体（内存），使它具有cache的速度、主存的容量。存储系统的分级结构主存的主要技术指标存储容量：指存储器可以容纳的二进制信息量。两种表示方法：字数*字长，例512*32位；或字节数，如128MB(Byte)。常用到的：1K=210,1M=220,1G=230,1T=240存取时间：又称存储器访问时间，指启动一次存储器操作到完

7、成该操作所经历的的时间。存储周期：指连续启动两次读操作所需的最小间隔。通常存储周期略大于存取时间。（ns级）存储器带宽：单位时间里存储器所存取的信息量，单位为位/秒或字节/秒。带宽是衡量数据传输速率的重要技术指标。3.2半导体存储器半导体存储器的分类半导体存储器主要技术指标各种存储元件存储器芯片存储器扩展技术一、半导体存储器概述除采用磁、光原理的辅存外，其它存储器主要都是采用半导体存储器。本章介绍采用半导体存储器及其组成主存的方法。CPUCACHE主存（内存）辅存（外存）半导体存储器芯片的结构地址

8、寄存器地址译码器存储体控制电路AB数据寄存器读写电路DBOEWECS①存储体存储器芯片的主要部分，用来存储信息。②地址译码电路根据输入的地址编码来选中芯片内某个特定的存储单元。③片选和读写控制逻辑选中存储芯片，控制读写操作。①存储体每个存储单元具有一个唯一的地址，可存储1位（位片结构）或多位（字片结构）二进制数据存储容量与地址、数据线个数有关：芯片的存储容量＝存储单元数×存储单元的位数＝2M×NM：芯片的地址线根数N：芯片的数据线根数译码器A5A4A3A2A1A06301存储单元6