计算机组成原理 微电子学院微电子试验教学中心 首页课件.ppt

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1、第五章存储系统存储器是记忆信息的实体，是数字计算机数据存储、信息处理、自动连续执行程序的重要基础。一般来说，计算机系统采用多级存储器体系结构，即由容量、速度和价格各不相同的存储器构成存储系统。设计一个容量大、速度快、成本低的存储系统是计算机发展的一个基本要求。本章重点讨论主存储器的工作原理、组成方式以及用半导体存储芯片构成主存储器的一般原则和方法，并介绍高速缓冲存储器和虚拟存储器的基本原理。1本章主要内容主要内容存储系统概述随机存储器（SRAM、DRAM）和只读存储器（ROM）主存储器的构成提高主存速度的技术高速缓冲存储器Cache虚拟存储器2一、存储器概述存储器

2、是计算机系统的重要组成部分，是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。二进制代码位是存储器中的最小存储单位，称为一个存储位或存储元。由若干个存储元组成一个存储单元，由若干存储单元组成一个存储器。存储器和存储系统是两个不同的概念。存储系统是由容量、速度和价格各不相同的存储器构成。31、存储器分类按存储介质分：半导体存储器磁表面存储器光存储器按存取方式分：随机存储器顺序存储器半顺序存储器按读写功能分：只读存储器(ROM)随机读写存储器(RAM)按信息可保存性分：易失性存储器非易失性存储器42、存储器的层次结构计算机对存储器的要求是容量大、速度快、成本低。但在一个存

3、储器中同时满足这三方面的要求是困难的.解决办法：把不同容量、不同速度的存储器，按一定的体系结构组织起来，形成多级存储系统。通常采用三级存储系统，由高速缓冲存储器(cache)、主存储器和外存储器构成。cache和主存储器合称内存储器。这种多层次结构已成为现代计算机的典型存储结构。5各级存储器的作用高速缓冲存储器（cache）一个高速、小容量、半导体存储器，位于主存和CPU之间，用来存放正在执行的程序段和数据。主存储器计算机系统中的主要存储器，用来存放计算机运行期间所需要的程序和数据，它能和CPU、cache交换指令和数据。辅助存储器用来存放当前暂不参与运行的程序和

4、数据以及一些需要永久性保存的信息。特点是存储容量大、位成本低，但存取速度慢。CPU不能直接访问。6多级存储系统的效果三级存储系统可分为两个层次：cache—主存层次和主存—外存层次（称为虚拟存储器）。各级存储器的职能各不相同。cache主要强调快速存取，解决主存的存取速度和CPU的运算速度之间匹配问题；外存主要强调大的存储容量，以满足海量数据的存储要求；主存则要求选取适当的存储容量和存取速度，来容纳系统的核心软件和较多的用户程序。多级存储系统的效果：速度接近最快的那个存储器，容量接近最大的那个存储器，位价格接近最便宜的那个存储器。73、主存储器的组织主存由存储体、

5、地址译码驱动电路、I/O和读写电路组成。在主存中，存放一个机器字的存储单元，称为字存储单元，相应的单元地址叫字地址。而存放一个字节的单元，称为字节存储单元，相应的地址叫字节地址。如果可编址的最小单位是字单元，则该计算机称为按字寻址的计算机；如果可编址的最小单位是字节，则该计算机称为按字节寻址的计算机。字节编址的计算机既能字节寻址也能字寻址…字地址的安排有两种:大端方案和小端方案84、主存储器的技术指标存储容量：存储器中可以容纳的存储单元的总数称为该存储器的存储容量。存储容量越大，能存储的信息越多。存储容量常用字数或字节数来表示。存取时间：启动一次存储器操作到完成该

6、操作所经历的时间。存取时间越小，存取速度越快。存取周期：进行一次完整的主存读写操作所需要的全部时间，即连续两次读写操作之间所需要的最短时间。存取周期含内部状态恢复时间，略大于存取时间.存储器带宽：单位时间内存储器所存取的信息量，它以字/秒、字节/秒、位/秒为单位来表示，带宽是衡量存储器数据传输速率的重要指标。9二、随机存储器:SRAM存储器目前使用最多的随机存储器是半导体存储器。根据存储信息的原理不同，又分为静态随机存储器(SRAM)和动态随机存储器(DRAM)。半导体存储器优点是存取速度快、体积小、可靠性高；其缺点是断电后存储器中存储的信息随即丢失。以下介绍静态

7、随机存储器SRAM。101、存储元的读写原理存储元是存储器中的最小存储单位，它的基本作用是存储一位二进制信息（0或1）。作为存储元的材料或者电路，必须具备以下基本功能：具备两种稳定状态两种稳定状态经外部信号控制可以相互转换（状态写入）通过控制可以得到其中的信息（状态读出）无外部原因作用，其中的信息能长期保存存储元可以由各种材料制成，但最常见的由MOS电路组成。其中，SRAM存储元是用双稳态触发器存储信息的。11六管静态存储元电路静态MOS存储元由T1、T2、T3、T4管组成的双稳态触发器保存信息，而且因为T3、T4管给T1、T2管供电，能长期保存信息不变。掉电后，

8、原来的信息