白中英计算机组成原理第3章_内部存储器

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1、第三章内部存储器目录3.1存储器概述（理解）3.2SRAM存储器（理解）3.3DRAM存储器（掌握）3.4只读存储器和闪速存储器（理解）3.5并行存储器（理解）3.6CACHE存储器（掌握）2021/8/112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2021/8/1133.1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2021/8/1143.1.1存储器分类（1/3）按存储介质分半导体存储器：用半导体器件(MOS管)组

2、成的存储器；磁表面存储器：用磁性材料(磁化作用)做成的存储器；光盘存储器：用光介质(光学性质)构成的存储器；按存取方式分随机存储器：存取时间和存储单元的物理位置无关；顺序存储器：存取时间和存储单元的物理位置有关；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；系统主存、Cache软盘硬盘磁带光盘半导体存储器磁带磁盘存储器2021/8/1153.1.1存储器分类（2/3）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)：既能读出又能写入的半导体存储器；按信息易失性分易失性存储器：断电后信息即消失的存储器；非易失

3、性存储器：断电后仍能保存信息的存储器；半导体存储器半导体存储器磁盘光盘2021/8/1163.1.1存储器分类（3/3）按在计算机系统中的作用分主存储器能够被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）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；控制存储器CPU内部的存储单元。半导体存储器磁盘、光盘存储器半导体存储器半导体存储器2021/8/1173.1.2存储器的分级结构动画演示：3-1.swf2021/

4、8/118CPU缓存主存辅存缓存－主存层次主存－辅存层次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1、加上cache的目的为提高速度2、内存包括cache和主存1、降低了成本，扩大了容量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。2021/8/1193.1.2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

5、中调入相应内容。以上过程均由操作系统管理。2021/8/11103.1.3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根，数据线位数为根。11162021/8/11113.1.3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

6、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。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。2021/8/1112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2021/8/11133.2SRAM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

7、图2021/8/11143.2.0主存储器的构成静态RAM（SRAM）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；缺点：集成度低，功耗大，价格高；动态RAM（DRAM）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、DDRSDRAM主要用于构成Cache主要用于构成系统主存2021/8/1115主存和CPU的联系MDRMARCPU主存地址总线数据总线读写2021/8/11

8、16基本存储元6个MOS