计算机组成原理简明教程课件chap04

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1、第4章存储器及存储系统计算机组成原理简明教程清华大学出版社教学目标教学重点教学过程8/12/20211教学目标掌握存储器分类及分级结构基本原理掌握半导体存储器芯片基本工作原理掌握提高存储器性能主要方法和原理8/12/20212教学重点半导体存储器芯片基本工作原理存储器与中央处理器的连接方法提高存储器性能主要方法和原理8/12/20213教学过程4.1存储器概述4.2主存储器4.3半导体存储器芯片4.4主存储器组织4.5存储保护8/12/202144.1存储器概述（1/3）存储器的两大功能：1、存储（写入Write）2、取出（读出

2、Read）三项基本要求：1、大容量2、高速度3、低成本8/12/202154.1存储器概述（2/3）概念1、基本存储单元：存储一位（bit）二进制代码的存储元件称为基本存储单元（或存储元）2、存储单元：主存中最小可编址的单位，是CPU对主存可访问操作的最小单位。3、存储体：多个存储单元按一定规则组成一个整体。4、存储器分辩率：指存储器能被区分、识别与操作的精细程度。8/12/202164.1存储器概述（3/3）存储器的特性：1、存储器是计算机中信息存储的核心。程序存储功能由存储器来承担。2、内存是CPU与外界进行数据交换的窗口，

3、CPU所执行的程序和所涉及的数据都由内存直接提供。CPU可以对内存进行直接读操作和写操作。3、外存可以保存大量的程序和数据。8/12/202174.1.1存储器的分类1.按构成存储器的器件和存储介质分类：磁介质、半导体、纸介质、光介质2.按存取方式分类：随机、只读、串行访问存储器3.按在计算机中的作用分类：主存、辅存、缓冲存储器4.按信息的可保护性分类：易失性存储器和非易失性存储器5.按信息读出后存储单元是否稳定分类：破坏性读出和非破坏性读出存储器6.按接口形式分类：RAM分为DIP（DoubleInlinePackage，双列

4、直插式封装）RAM；SIMM（SingleInlineMemoryModule）RAM和当前流行的DIMM（DualInlineMemoryModule）RAM8/12/202184.1.2存储器的分级结构如图4-2所示的存储系统，它有如下特点：①在存储器体系结构中，各层之间的信息调度由辅助硬件或软件直接完成。②存储体系结构能发挥整个存储系统的最大效能，有最佳的性能价格比。③工作原理：CPU首先访问Cache，如果Cache中没有，则存储系统通过辅助硬件，到主存储器中去找；如果主存没有CPU要访问的内容，则存储系统通过辅助硬件或

5、软件，到辅存中去找。然后把找到的数据逐级上调。CPUCPU主存主存辅存辅存辅助软硬件Cache辅助硬件辅助硬，软件（a）两级存储器层次结构（b）三级存储器层次结构图4-2存储器层次结构8/12/202194.2主存储器存储器的性能指标是对存储器的主要要求，也是对存储器进行设计、使用和提高时的主要依据，存储器性能指标也称为存储器参数。8/12/2021104.2.1主存储器技术指标（1/6）1．存储容量：（1）存储容量是指一个功能完备的存储器所能容纳的二进制信息总量，即可存储多少位二进制信息代码。（2）存储容量＝存储字数×字长（3

6、）要求：大容量。8/12/2021114.2.1主存储器技术指标（2/6）2．存储器速度（1）存储器取数时间（MemoryAccessTime）从存储器读出／写入一个存储单元信息或从存储器读出／写入一次信息（信息可能是一个字节或一个字）所需要的平均时间，称为存储器的取数时间／存数时间,记为tA，也称为取数时间，tA对随机存储器一般是指：从中央处理器ＣＰＵ的地址寄存器门输出端发出读数请求时起，到所要求的读出信息出现在存储器输出端为止，这期间所需要化费的时间值。8/12/2021124.2.1主存储器技术指标（3/6）2．存储器速度

7、（2）存储器存取周期（MemoryCycleTime）存储器进行一次完整的读写操作所需要的全部时间，称为存取周期。或具体地说，存取周期是启动两个独立的存储器操作（如两个连续的读操作）之间所需要的最小时间间隔，用tM表示。tM=tA+复原时间：破坏性读出方式：tM＝2tA。非破坏性读出：tM=tA+稳定时间8/12/2021134.2.1主存储器技术指标（4/6）3．数据传输率单位时间可写入存储器或从存储器取出的信息的最大数量，称为数据传输率或称为存储器传输带宽bM。bM=W／tM其中，存储周期的倒数1／tM是单位时间（每秒）内能

8、读写存储器的最大次数。W表示存储器一次读取数据的宽度，即位数，也就是存储器传送数据的宽度。8/12/2021144.2.1主存储器技术指标（5/6）4．可靠性存储器的可靠行是指在规定时间内存储器无故障的情况，一般用平均无故障时间MTBF来衡量。为提高存储器的可靠