第7章 多级结构的存储器系统概述和主存储器

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1、第7章多级结构的存储器系统概述和主存储器本章主要内容多级结构的存储器系统概述主存储器部件的组成和设计主存储器概述动态存储器原理静态存储器原理存储器的组织教学计算机的内存储器实例提高储存器系统性能的途径2存储器系统的概念与目标存储器的作用计算机中用来存放程序和数据的部件，是冯.诺依曼结构计算机的重要组成程序和数据的共同特点：二进制位串存储器的要求能够有两个稳定状态来表示二进制中的“0”和“1”容易识别，两个状态能方便地进行转换几种常用的存储介质：磁介质、触发器、电容、光盘3存储器系统的概念与目标存储器追求的目标尽可能快的存取速度：应能基本满足CPU对数据的要求尽可能大的存储空

2、间：可以满足程序对存储空间的要求尽可能低的单位成本：(价格/位)在用户能够承受范围内怎么实现这个目标？用多级结构存储器把要用的程序和数据，按其使用的急迫程度分段调入存储容量不同、运行速度不同的存储器中，并由硬软件系统统一调度管理例如三级结构存储器：cache－主存－虚存4多级结构存储器系统选用生产与运行成本不同的、存储容量不同的、读写速度不同的多种存储介质，组成一个统一的存储器系统，使每种介质都处于不同的地位，发挥不同的作用，充分发挥各自在速度、容量、成本方面的优势，从而达到最优性能价格比，以满足使用要求。例如：用容量更小但速度最快的SRAM芯片组成CACHE，容量较大速度适

3、中的DRAM芯片组成MAINMEMORY，用容量特大但速度较慢的磁盘设备构成VIRTUALMEMORY。5程序运行的局部性原理程序运行的局部性原理表现在三方面时间方面：在一小段时间内，最近被访问过的程序和数据很可能再次被访问，例如：程序循环空间方面：在空间上这些被访问的程序和数据往往集中在一小片存储区，例如：数组存放指令执行顺序方面：在访问顺序上，指令顺序执行比转移执行的可能性大(大约5:1)合理地把程序和数据分配在不同存储介质中6多级结构存储器之间应满足的原则一致性原则同一个信息可以处在不同层次存储器中，此时，这一信息在几个级别的存储器中应保持相同的值。包含性原则处在内层的

4、信息一定被包含在其外层的存储器中，反之则不成立，即内层存储器中的全部信息是其相邻外层存储器中一部分信息的复制品。7主存储器概述读指令写指令数据或指令数据总线地址总线控制总线8主存储器的读写过程主存储体数据寄存器地址寄存器/WE/CS0/CS1读过程：给出地址给出片选与读命令保存读出内容写过程：给出地址给出片选与数据给出写命令主存储体9主存储器主要技术指标存取时间通常用读写一个存储单元所需的时间度量，即读写速度存储周期连续两次读写存储单元所需的时间间隔大于读写一次存储单元的存取时间存储容量通常用构成存储器的字节（8位）或者字数（2、4、8个字节）表述多数计算机能在逻辑上同时支持

5、按字节或者字读写存储器10半导体存储器的分类11静态和动态RAM芯片特性SRAMDRAM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12动态存储器读写原理++--字线位线高，T导通，低，T截止。VDDCS柵极T源极漏极充电放电通过电容CS有无存储电荷来区分信号1、013++--VDDCS字线位线T写1：使位线为低电平，高，T导通低若CS上无电荷，则VDD向CS充电；把1信号写入了电容CS中。若CS上有电荷，则CS的电荷不变，保持原记忆的1信号不变。写1操作14++--VDDCS字线位线T高，T导通高写0：

6、使位线为高电平，若CS上有电荷，则CS通过T放电；若CS上无电荷，则CS无充放电动作，保持原记忆的0信号不变。把0信号写入了电容CS中。写0操作15++--VDDCS字线位线T接在位线上的读出放大器会感知这种变化，读出为1。高，T导通，高读操作：首先使位线充电至高电平，当字线来高电平后，T导通，低①若CS上无电荷，则位线上无电位变化，读出为0；②若CS上有电荷，则会放电，并使位线电位由高变低，读操作16典型DRAM组成17典型DRAM组成：并行访问多位18动态存储器读写原理破坏性读出：读操作后，被读单元的内容被清零，必须把刚读出的内容回写，称为预充电延迟，它影响存储器的工作频

7、率，在结束预充电前不能开始下一次读。定期刷新：在不进行读写操作时，DRAM存储器的各单元处于断路状态，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。刷新不是按字处理，而是每次刷新一行，即为连接在同一行上所有存储单元的电容补充一次能量。刷新周期一般为2ms，刷新有两种常用方式：集中刷新，停止内存读写操作，逐行将所有各行刷新一遍；分散刷新，每隔一定时间段，刷新一行，各行轮流进行。信号时序关系：结论性内容参考P203。19静态存储器存储原理静态存储器（SRAM）是用触