计算机组成原理第4章主存储器.ppt

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1、1第四章主存储器24.1主存储器处于全机中心地位在现代计算机中，主存储器处于全机中心地位。原因：当前计算机正在执行的程序和数据（除了暂存于CPU寄存器以外的所有原始数，中间结果和最后结果）均存放在存储器中。CPU直接从存储器取指令或存取数据。计算机系统中输入输出设备数量增多，数据传送速度加快，因此采用了直接存储器访问（DMA）技术和输入输出通道技术，在存储器与输入输出系统之间直接传送数据。共享存储器的多处理机的出现，利用存储器存放共享数据，并实现处理机之间的通信，加强了存储器作为全机中心的作用。现代计算机中还设置了：辅助存储器（外存储器

2、）：存放当前不运行的程序和数据。高速缓冲存储器Cache：解决CPU的主存储器速度的不匹配。34.2主存储器分类能用来作为存储器的器件和介质，除了其基本存储单元有两个稳定的物理状态来存储二进制的信息外，还必须满足一些技术上的要求。例如：便于与电信号转换、便于读写、速度高、容量大和可靠性高等。还有价格因素。20世纪50年代至70年代：磁芯存储器20世纪70年代至今：半导体存储器44.2主存储器分类主存储器的类型：随机（读写）存储器（RandomAccessMemory，简称RAM）在讨论计算机主存时，没有特别说明，就是指随机存储器。只读存

3、储器（ReadOnlyMemory，简称ROM）可编程序的只读存储器（ProgrammableROM，简称PROM）可擦除可编程序只读存储器（ErasablePROM，简称EPROM）可用电擦除的可编程只读存储器（ElectricallyEPROM，称E2PROM）上述各种存储器，除了RAM以外，即使停电，仍能保持其内容，称之为“非易失性存器”，而RAM为“易失性存储器”。54.3主存储器的主要技术指标主存储器的主要性能指标包括：主存容量、存储器存取时间和存储周期时间。计算机可寻址的最小信息单位是一个存储字，相邻存储地址表示相邻存储字，

4、这种机器称为“字可寻址”机器。一个存储字包含的二进制位数成为字长。有些计算机按照字节寻址，这种机器称为“字节可寻址”计算机。指令中地址码的位数决定了主存储器的可寻址的最大空间。例如，32位微型机提供32位物理地址，只能支持对4G字节的物理主存空间的访问。存储器的容量：以字或字节为单位来表示主存储器存储单元的总数。一般以字节计算，有K（1024字节）/M（1024K字节）/G（1024M字节）。存储器存取时间：也称访问时间，指启动一次存储器操作到操作完成的时间。存储周期：指连续启动两次独立的存储器操作所需的的最小间隔时间。主存储器的速度和

5、容量得到极大提高，但具有合适价格的主存储器能提供信息的速度总是跟不上CPU的处理指令和数据的速度。64.4主存储器的基本操作主存储器用来暂存CPU正在使用的指令和数据，它和CPU的关系最为密切。主存储器和CPU的连接是由总线支持的。总线包括：数据总线DB、地址总线AB和控制总线CB。CPU通过使用地址寄存器（AR）和数据寄存器（DR）和主存进行数据传送。若AR为K位字长，DR为n为字长，则允许主存包含2k个可寻址单位（字节或字）。在一个存储周期内，CPU和主存之间通过总线进行n为数据传送。主存储器的两个基本操作：“读”和“写”。读是从存

6、储器中取出数据，写是将数据放入存储器。控制总线包括控制数据传送的读（read）、写（write）和表示存储器功能完成的（ready）控制线。74.4主存储器的基本操作当CPU需要从主存“取”出一个信息字时，CPU必须指定存储器字地址，并令存储器进行“读”操作。CPU需要把信息字的地址送到AR，经地址总线送往主存。同时，CPU应用控制线（读写）发一个“读”请求。此后，CPU等待从主存发来的回答信号，通知CPU“读”操作完成。主存通过ready线做出回答，若ready信号为1，说明存储器的内容已经读出，并放在数据总线上，送入DR。这时，取数

7、操作完成。为了“存”一个字到主存，……CPU与主存之间采取异步工作方式，以Ready信号表示一次访问存储器操作的结束。CPUARDR读/写ready地址数据主存储器地址总线数据总线控制总线读/写84.5读／写存储器半导体读/写存储器（即随机存储器（RAM））按存储元件在运行中能否长时间保存信息，分为：静态存储器动态存储器静态存储器利用双稳态触发器来保存信息，只要不断电，信息是不会丢失的；动态存储器利用MOS电容存储电荷来保存信息，使用时需不断给电容充电才能使信息保持。静态存储器集成度低，但功耗较大；动态存储器的集成度高，功耗小，它主要用

8、于大容量存储器。9主存储器的逻辑组成010110100101101001011010010110100101101001011010保持1，0的双稳态电路1000H1001H1002H1003H1004H1