计算机组成原理-白中英编第3章.ppt

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1、计算机组成原理任课教师：宋梅北航北海学院软件与信息工程学院9/2/20211第一章计算机系统概论第二章运算方法和运算器第三章存储系统第四章指令系统第五章中央处理器第六章总线系统第七章外围设备第八章输入输出系统第九章并行组织目录23.1存储器概述3.2随机读写存储器3.3只读存储器和闪速存储器3.4高速存储器3.5cache存储器3.6虚拟存储器3.7存储保护第3章存储系统3.1存储器概述存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。一个二进制代码位是存储器中最小的存储单位，称为一个存储位或存储元。由若干个存储元组成一

2、个存储单元，由许多存储单位组成一个存储器。3.1.1存储器分类半导体存储器：用半导体器件组成的存储器磁表面存储器：用磁性材料做成的存储器★按存储介质分★按存储方式分随机存储器：任何存储单元的内容都能被随机存取，且存取时间和存储单元的物理位置无关顺序存储器：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★按存储器的读写功能分：ROM（readonly），RAM（radomaccess随机存储）★按信息的可保存性分：非永久记忆，永久记忆★按在计算机系统中的作用分：主存、辅存（辅助内存）、高速缓存（cachecpu内部）

3、、控制存储器3.1.2存储器的分级结构寄存器微处理器内部的存储单元高速缓存（Cache）完全用硬件实现主存储器的速度提高主存储器存放当前运行程序和数据，采用半导体存储器构成辅助存储器磁记录或光记录方式磁盘或光盘形式存放可读可写或只读内容以外设方式连接和访问示意图虚拟存储器存储访问的局部性原理分级结构解决存储器件的容量、速度和价格矛盾出色效率来源于存储器访问的局部性原理：处理器访问存储器时，所访问的存储单元在一段时间内都趋向于一个较小的连续区域中空间局部：紧邻被访问单元的地方也将被访问时间局部：刚被访问的单元很快将再次被访问

4、程序运行过程中，绝大多数情况都能够直接从快速的存储器中获取指令和读写数据；当需要从慢速的下层存储器获取指令或数据时，每次都将一个程序段或一个较大数据块读入上层存储器，后续操作就可以直接访问快速的上层存储器3.1.3主存储器（内存）的技术指标存储容量主存存储容量：以字节B（Byte）为基本单位半导体存储器芯片：以位b（Bit）为基本单位存储容量以210＝1024规律表达KB，MB，GB和TB厂商常以103＝1000规律表达KB，MB，GB和TB存取时间（访问时间）发出读/写命令到数据传输操作完成所经历的时间存取周期两次存储器

5、访问所允许的最小时间间隔（单位ns）存取周期略大于存取时间存储器带宽（数据传输速率）单位时间里存储器所存取的信息量（单位位/秒）3.2随机读写存储器SRAM（静态RAM：StaticRAM）不需要额外的刷新电路速度快，但集成度低，功耗和价格较高DRAM（动态RAM：DynamicRAM）以单个MOS管为基本存储单元要不断进行刷新（Refresh）（SRAMDRAM主要区别）操作集成度高、价格低、功耗小，但速度较SRAM慢NVRAM（非易失RAM：Non-VolatileRAM）带有后备电池的SRAM芯片断电后由电池维持供电

6、3.2.1SRAM存储器6个开关管组成一个存储元，存储一位信息N(=1/4/8/16/32)个存储元组成一个存储单元存储器芯片的大量存储单元构成存储体存储器芯片结构：存储单元数×每个存储单元的数据位数＝2M×N＝芯片的存储容量M＝芯片地址线的个数N＝数据线的个数举例存储结构2K×816K位存储容量11个地址引脚8个数据引脚SRAM的控制信号片选（CS*或CE*）片选有效，才可以对芯片进行读/写操作无效时，数据引脚呈现高阻状态，并可降低功耗读控制（OE*）芯片被选中有效，数据输出到数据引脚对应存储器读MEMR*写控制（WE*

7、）芯片被选中的前提下，若有效，将数据写入对应存储器写MEMW*SRAM2114静态MOS存储器用静态MOS存储片组成RAM位扩展法：例如：用8Ｋ×１的RAM存储芯片，组成8K×8位的存储器，按8位＝m×1的关系来确定位扩展所需要的芯片数。共需8片，每一芯片的数据线分别接到数据总线的相应位。字扩展法：字扩展：字向扩展而位数不变，将芯片的地址线、数据线、读写控制线并联，而由片选信号来区分各片地址。例如：用16k×8位的芯片采用字扩展法组成64k×8位的存储器：4个芯片。地址分配：地址总线低位地址A0－A13与各芯片的14位

8、地址端相连，而高两位的地址A14、A15经2：4译码器和4个芯片的片选端CE相连。静态MOS存储器用静态MOS存储片组成RAM字位同时扩展法：一个存储器的容量假定为M×N位，若使用l×k位的芯片（l＜M,k＜N）需要在字向和位向同时进行扩展。此时共需要（M／l）×（N／k）个存储器芯片。其中，M／l表示