计算机组成原理与汇编语言程序设计第6章课件.ppt

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1、计算机组成原理与汇编语言程序设计（第2版）徐洁俸远桢主编第6章8/26/20211第3篇存储系统与输入/输出系统硬件组成角度：了解存储器及各种I/O设备的组成原理，以及连接整机的方法。控制I/O传送的角度：3种控制方式，以及控制方式对接口和I/O程序的影响。软件组成角度：3个层次：用户程序对I/O设备的调用，OS中的驱动程序，I/O设备控制器中的控制程序。8/26/20212第6章存储系统本章主要内容：存储器的分类、技术指标各类存储原理主存储器的组织高速缓冲存储器外部存储器物理存储系统的组织虚拟存储系统的组织8/26/20213第1

2、节概述6.1.1存储器的分类1.按存储器在系统中的作用分类（1）内部存储器主要存放CPU当前使用的程序和数据。速度快容量有限（内存、主存）（2）外部存储器存放大量的后备程序和数据。速度较慢容量大（辅存、外存）（3）高速缓冲存储器存放CPU在当前一小段时间内多次使用的程序和数据。速度很快容量小8/26/202142.按存取方式分类随机存取：可按地址对任一存储单元进行读写，（1）随机存取存储器（RAM）访问时间与单元地址无关。（2）只读存储器（ROM）随机存取存储器的特例，只能读不能写。（3）顺序存取存储器（SAM）访问时，读/写部件按

3、顺序查找目标地址，访问时间与数据位置有关。（4）直接存取存储器（DAM）访问时,读/写部件先直接指向一个小区域，再在该区域内顺序查找。访问时间与数据位置有关。8/26/202153.按存储介质分类（1）磁芯存储器利用不同的剩磁状态存储信息，容量小、速度慢、体积大、可靠性低。已淘汰（2）半导体存储器MOS型双极型集成度高、功耗低，作主存集成度低、功耗大，速度快，作Cache容量大，长期保存信息，利用磁层上不同方向的磁化区域表示信息。非破坏性读出，作外存。（3）磁表面存储器速度慢。8/26/20216（4）光盘存储器速度慢。激光控制，利

4、用光斑的有无表示信息。容量很大，非破坏性读出，长期保存信息，作外存。4.按信息的可保存性分类断电后信息消失易失性（挥发性）存储器断电后信息仍然保存永久性存储器6.1.2主存的主要技术指标1.存储容量主存所能容纳的二进制信息总量。8/26/202172.存取速度存取时间存取周期访问时间、读写时间读写周期3.可靠性规定时间内存储器无故障读写的概率。用平均无故障时间来衡量。4.存取宽度一次可以存取的数据位数或字节数。常用容量单位：Byte、KB、MB、GB、TB8/26/20218第2节存储原理6.2.1半导体存储器的存储原理MOS型电路

5、结构PMOSNMOSCMOS工作方式静态MOS动态MOS存储信息原理静态存储器SRAM动态存储器DRAM依靠双稳态电路内部交叉反馈的机制存储信息。功耗较小,容量大,速度较快,作主存。功耗较大,速度快,作Cache。制造工艺双极型依靠电容存储电荷的原理存储信息。8/26/202191.半导体静态存储器的存储原理（1）组成T1、T3：MOS反相器Vcc触发器T3T1T4T2T2、T4：MOS反相器T5T6T5、T6：控制门管ZZ：字线，选择存储单元WW（2）定义存“0”：T1导通，T2截止；存“1”：T1截止，T2导通。W、W：位线，完

6、成读/写操作AB8/26/202110（3）工作T5、T6导通，选中该单元。Z：加高电平，（4）保持VccWT3T1T4T2T5T6ZW读出：根据W、W上有无电流，读1/0。Z加低电平，T5、T6截止，位线与双稳态电路分离，保持原有状态不变。写入：W低、W高电平，写0W高、W低电平，写1静态单元是非破坏性读出，读后不需重写。8/26/2021112.半导体动态存储器的存储原理（1）四管单元（a）组成T1、T2：记忆管C1、C2：柵极电容T3、T4：控制门管Z：字线W、W：位线（b）定义“0”：T1导通，T2截止“1”：T1截止，T2

7、导通T1T2T3T4ZWWC1C2（C1有电荷，C2无电荷）；（C1无电荷，C2有电荷）。（c）工作Z加高电平，T3、T4导通，选中该单元。8/26/202112（d）保持写入：在W、W上分别加高、低电平，写1/0。读出：W、W先预充电至高电平，断开充电回路，再根据W、W上有无电流，读1/0。Z加低电平，T3、T4截止，该单元未选中，保持原状态。需定期向电容补充电荷(动态刷新)，所以称动态。四管单元是非破坏性读出，读出过程即实现刷新。T1T2T3T4ZWWC1C28/26/202113（2）单管单元组成C：记忆单元CWZTT：控制门

8、管Z：字线W：位线定义保持写入：Z加高电平，T导通，在W上加高/低电平，写1/0。读出：W先预充电，断开充电回路；Z：加低电平，T截止，该单元未选中，保持原状态。单管单元是破坏性读出，读出后需重写。“0”：C无电荷，电平V0（低）“1