计算机组成原理 第4章存储系统.ppt

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1、第四章存储系统主要知识点：１．掌握存储器的分类及其特点，理解存储系统的层次结构２．理解半导体存储器的存储信息与读写的原理、了解磁表面存储器的读写原理３．掌握用半导体存储芯片组成主存储器的方法４．掌握Ｃache和虚拟存储器的工作原理５．了解磁盘存储器的结构和工作原理重点：存储系统的层次结构、各类存储器的特点、主存储器的组织方法（与ＣＰＵ的连接方法），难点：主存储器的组织方法，Ｃache、虚拟存储器的工作原理4.1概述一、存储系统的层次结构（从速度、容量、成本价格三方面及在计算机系统中承担的任务来分析：)1、主存：是CPU能直接编程访问的存储器。工作速度快，存储容量比较大

2、，能随机访问。2、外存储器存放联机使用但暂不使用的程序和数据，CPU不能直接访问外存储器；需要使用时，必须从外存调入主存。存储容量大，速度慢，平均成本（价格/位）低。3、高速缓冲存储器（Cache)速度很快，（可以与CPU匹配）容量小，存放的是主存部分内容的副本。二、存储器的分类1、按存储原理分：（即不同的存储介质）（1）磁芯存储器（2）半导体存储器（3）磁表面存储器磁盘、磁带、磁鼓、磁卡等（4）光盘存储器2、按存取方式分（1）随机存取存储器（RAM）（2）只读存储器（ROM）（3）顺序存取存储器（SAM）（4）直接存取存储器（DAM）4.2半导体存储单元与存储芯片一

3、、六管静态MOS存储元与芯片1、电路图如右：双稳触发器原理。*状态“0”：T1导通、T2截止（A=0，B=1）*状态“1”：T2导通、T1截止（A=1，B=0）六管静态MOS存储元电路图2、读写方式：见下图读写波形图。半导体RAM存储芯片的结构原理图3、静态MOS存储芯片举例2114SRAM芯片内部结构图（1）内部结构下面我们对此SRAM存储器的组成做一下具体介绍：存储体：存储单元的集合，通常用X选择线(行线)和Y选择线(列线)的交叉来选择所需要的单元。地址译码器：将用二进制代码表示的地址转换成输出端的高电位，用来驱动相应的读写电路，以便选择所要访问的存储单元。地址译

4、码有两种方式。下表是地址译码的两种方式单译码适用于小容量存储器一个地址译码器双译码适用于大容量存储器X向和Y向两个译码器。2、引脚与功能（1）地址线（10根）A9---A0（2）数据线（4根）1/O4---I/O1（3）片选线（1根）CS（4）读写线（1根）WE（5）电源、地线（2根）VCC、GNDCS=0时，芯片可以读写CS=1时，芯片数据线为高阻态WE=0，写操作WE=1，读操作2114的读周期读周期与读出时间是两个不同的概念。读出时间：是从给出有效地址到外部数据总线上稳定地出现所读出的数据信息所经历的时间。读周期：是存储片进行两次连续读操作时所必须间隔的时间，它

5、总是大于或等于读出时间。（3）读写时序二、动态MOS存储单元与芯片1、单管动态MOS存储元（1）电路图如右：电容充放电原理。*状态“1”：电容C上有电荷（充电的结果）*状态“0”：电容C上无电荷（放电的结果）（2）读写原理单管动态MOS存储元电路（1）暂存信息状态：字线Z=0（低电平），管子T截止，电容C与位线W断开，电容C上若有电荷，则暂存信息“1”，若无电荷，存信息“0”。（2）写入：字线Z=1（高电平），管子T导通，位线W与电容C接通。若写“1”，则W线上加高电平，对C充电-------即写入“1”若写“0”，则W线上加低电平，C对W线放电-------即写入“

6、0”。（3）读出：先对W线预充电，使分布电容C’上电压VM=(VH+VL)/2。然后，字线Z=1，T导通，位线W与电容C接通。若原存“1”，则C上有电荷，电压大于VM，此时C对W线放电，W线上有电流流出---------读出“1”；若原存“0”，则C上无电荷，电压小于VM，此时W线对C放电，W线上有电流流出---------读出“0”。2、DRAM芯片举例（1）2164芯片的内部结构图（2）芯片引脚与功能8根地址线：A7--------A0，地址采用“分时复用”技术。行选信号：RAS列选信号：CAS（3）读写时序读周期三种刷新方式的时间关系DRAM的刷新电路的原理图（

7、主存储器的基本结构）4.3主存储器组织用存储器芯片组织成一个满足实际需要的存储器，应解决以下的问题：（1）存储器地址范围的确定：寻址逻辑，片选逻辑。（2）存储芯片类型的确定：固化区（ROM）、工作区（SRAM、DRAM）。（3）存储器与CPU的连接、匹配：通过三总线（AB、DB、CB）连接，驱动。（4）主存储器的校验：奇偶校验、海明校验。一、半导体存储器的逻辑结构与设计0、基本知识：存储容量的表示方法：字数（或字节数）×位数例：64K×16、1M×8、4MB字寻址、字/字节寻址的概念。1、位扩展方式当芯片的字长小于存储器的字长时，采用位扩展。位扩展法