微机原理与接口技术第3章 存储器.ppt

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1、微型计算机原理与接口技术主讲：李忍东西安培华学院第三章半异体存储器及其接口存储器概述随机存取存储器RAM只读存储器ROM半导体存储器接口存储体系结构习题与思考上一章目录帮助退出下一章上一章目录帮助退出下一章第三章存储器存储器系统的设计目标：尽可能快的存取速度；尽可能大的存储容量；尽可能低的单位成本（价格/位）；存储器是用来存放程序和数据，是冯诺依曼计算机结构的重要组成部分。★重点是存储器与CPU接口的基本技术本章需解决的主要问题：★存储器如何存储信息？★在实际应用中如何用存储芯片组成具有一定容量的存储器？存储器

2、是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。更确切地说，存储器是存放二进制编码信息的硬件设备。根据存储材料的性能及使用方法的不同，存储器有各种不同的分类方法：构成存储器的存储介质，目前主要采用半导体器件和磁性材料。存储器中最小的存储单位就是一个双稳态半导体电路或一个CMOS晶体管或磁性材料的存储元，它可存储一个二进制代码。由若干个存储元组成一个存储单元，然后再由许多存储单元组成一个存储器。3.1存储器概述3.1.1存储器分类1.按存储介质分类：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

3、成的存储器。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。2.按存取方式分类：3.按存储器的读写功能分类：只读存储器（ROM）：存储的内容是固定不变的，只能读出而不能写入的半导体存储器。随机读写存储器（RAM）：既能读出又能写入的半导体存储器。非永久记忆的存储器：断电后信息即消失的存储器。永久记忆性存储器：断电后仍能保存信息的存储器。4.按信息的可保存性分类：内存(主存储器或主存)/外存(辅助存储器或辅存)(

4、3)高速缓存（Cache）存放CPU在当前一段时间内多次使用的程序和数据。速度快（ns）容量有限价格高速度慢（ms）容量大(G)速度很快（ns或十几ns）容量小(在k的数量级)（1）主存（内存）主要存放CPU当前要使用的程序和数据。（2)辅存（外存）存放大量的后备程序和数据。5.按在计算机系统中的作用分类：在某一段时间内，CPU频繁访问某一局部的存储器区域，而对此范围外的地址则较少访问的现象就是程序的局部性原理。3.1.2存储器的分级结构为了解决存储器速度与价格之间的矛盾，出现了存储器的层次结构。cache是介

5、于CPU和主存之间的小容量存储器，存取速度比主存快。它能高速地向CPU提供指令和数据，加快程序的执行速度。它是为了解决CPU和主存之间速度不匹配而采用的一项重要技术。cache的功能Flash演示1.高速缓冲存储器CPU主存之间的数据传输都必须经过Cache控制器，Cache控制器将来自CPU的数据读写请求，转向Cache存储器，如果数据在Cache中，则CPU对Cache进行操作，称为一次命中。命中时，CPU从Cache中读写数据，则CPU与Cache达到同步。使用cache的必要性若数据不在Cache中，则

6、CPU对主存操作，称为一次失败。失败时，CPU必须在其机器周期中插入等待周期。根据程序的局部性原理，在主存和CPU之间设置Cache，把正在执行的指令地址附近的一部分指令和数据从主存转入Cache中，供CPU在一段时间内使用，是完全可行的。使用Cache的可行性这种对局部范围内的存储器地址频繁访问，而对范围以外的地址访问甚少的现象称为程序访问的局部性。同样，数据访问也存在局部性。对大量的典型程序的运行情况分析结果表明，在一个较短的时间内，由程序产生的地址往往集中在存储器逻辑地址空间的很小范围内。指令是顺序执行的

7、，即执行完当前指令后，紧接着执行存储地址相邻的下一条指令。因此指令地址的分布是连续的。遇到转移或调用指令，在完成转移和调用后，又进入顺序执行方式。指令地址连续分布的特点，加上循环程序段和子程序段的重复执行，对这些地址的访问自然具有时间上集中分布的倾向。这有利于对存储器实现层次结构。存储器的层次结构是基于程序的局部性原理的。对大量典型程序运行情况的统计分析得出的结论是：CPU对某些地址的访问在短时间间隔内出现集中分布的倾向。Cache、主存和外存构成存储系统的三级存储体系结构CPU主存外存Cache提高速度增大容

8、量、降低价格Cache引入主要解决存取速度，外存引入主要解决容量要求。CPU内的寄存器、Cache、主存、外存都可以存储信息，它们各有自己的特点和用途。它们的容量从小到大，而存取速度是从快到慢，价格与功耗从高到低。主存储器（内存）是计算机系统的主要存储器，用来存放计算机运行期间的大量程序和数据。2.主存储器程序执行过程中的中间结果保存在内存中，程序最终运行结果需要长期保存时，又从内存调