计算机组成原理第4章PPT剖析ppt课件.ppt

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1、Chapter4存储系统4.1存储系统概述存储器是计算机系统中具有记忆功能的部件或设备，用来存放程序或数据。计算机性能的好坏与存储系统的设计有直接关系。主要内容半导体存储器(主存)高速缓冲存储器(CACHE)辅助存储器(辅存)几种新型存储器存储系统的分级结构计算机系统对存储器的要求是容量大、速度快、成本低，但要兼顾三方面是困难的。为解决这一矛盾，目前在计算机系统中，通常采用高速缓存、主存和辅存三级存储结构。中央处理器主存外存快存CPUM1M2M3三级存储器的结构示意图存储系统的分级结构高速缓存：简称cac

2、he，由高速小容量的双极型半导体存储器组成，和主存比其存取速度快、容量小，主要用来高速存取指令和数据。主存：计算机的主要存储器，用来存放计算机运行期间的大量程序和数据。它能和cache交换数据和指令，一般由MOS型半导体存储器组成。辅存：又称外存。它是大容量存储器，其特点是位成本低，通常用来存储系统程序和大型数据文件及数据库。存储系统的分级结构主存—辅存结构:主要解决容量问题。大容量的信息存放在辅存中，当需要时借助辅助软硬件成批调入内存中。cache--主存结构:主要解决速度问题。cache速度快，接近于

3、CPU的速度，但容量较小。通过辅助硬件，把主存和cache构成统一整体（内存），使它具有cache的速度、主存的容量。主存的主要技术指标存储容量：指存储器可以容纳的二进制信息量。两种表示方法：字数*字长，例512*32位；或字节数，如128MB(Byte)。常用到的：1K=210,1M=220,1G=230,1T=240存取时间：又称存储器访问时间，指启动一次存储器操作到完成该操作所经历的的时间。存储周期：指连续启动两次读操作所需的最小间隔。通常存储周期略大于存取时间。（ns级）存储器带宽：单位时间里存储

4、器所存取的信息量，单位为位/秒或字节/秒。带宽是衡量数据传输速率的重要技术指标。4.2半导体存储器半导体存储器的分类半导体存储器主要技术指标各种存储元件存储器芯片存储器扩展技术1、半导体存储器分类半导体存储器按采用的材料和存取信息的方式不同可分为：TTL型双极型ECL型I2L型RAM静态（SRAM）MOS型半导体动态（DRAM）存储器掩膜式PROM（一次性可编程）ROMEPROM（紫外线擦除可编程）EEPROM（电擦除可编程）2、半导体存储器——存储元件六管静态存储元件单管动态存储元件EPROM存储元件2

5、、RAM存储器——存储元件刷新操作：DRAM存储元中，由于存储电荷终究会泄露，时间长了，就会丢失信息，因此需要外界按一定的时间间隔给栅极电容充电，这就是所谓的“刷新”或“再生”。对存储元执行一次读操作，便自动实现刷新。EPROM存储元：在N型的基片上设置两个高浓度的P型区，分别引出源极（S）和漏极(D)，在源极与漏极之间有一个由多晶硅做成的栅极，它是浮空的，被绝缘物SiO2所包围。由于存储元栅极上没有电荷，所以管子内没有导电沟道，源极与漏极之间不导电，其相应的等效电路如图4-12(b)所示，此时表示该存储

6、元保存的信息为“1”。在漏极和源极之间加上25v电压，同时加上编程脉冲信号(宽度50ns)，漏极与源极之间被瞬时击穿，就会有电子通过SiO2绝缘层注入到浮动栅。在高压电源去除之后，因为浮动栅被SiO2绝缘层包围，所以注入的电子无泄漏，浮动栅为负，形成导电沟道而导通，说明将0写入该存储元。紫外光照射浮动栅，使负电荷获取足够的能量，摆脱SiO2的包围，以光电流的形式释放掉，这时，原来存储的信息也就不存在了。半导体存储器芯片内部结构（1）SRAM芯片的组成结构半导体存储器芯片（2）DRAM芯片的组成结构动态存储

7、器组成结构框图RAM存储器——DRAM的刷新及控制(1)刷新周期：上次对整个存储器刷新结束到下一次刷新一遍为止的这段时间间隔称为刷新周期。一般为2ms,4ms,8ms。(2)几种刷新方式：集中刷新：在刷新过程中，不能对存储器进行读写操作。采用集中刷新方式的存储器的平均读/写周期，与单个存储器片的读/写工作所需的周期相差不多，所以这种刷新方式较适用于高速存储器。但有死时间。分散刷新：把一个存储系统周期分为两半，前半周期进行读写或维持，后半周期用于刷新。没有死区。缺点是整个系统的速度降低。异步刷新：异步式刷新

8、是前两种方式的结合，如2ms内分散地把128行刷新一遍。RAM存储器——DRAM的刷新及控制刷新方式比较半导体存储器芯片（3）EPROM芯片的组成结构存储器的扩展存储器芯片的容量总是有限的，容量越大，工艺越难，价格越高。因此总是利用一些芯片组合构成大容量存储器，这称为扩展。扩展有位、字扩展、字位扩展。（1）位扩展存储器的扩展(2)字扩展用N*M位的芯片组成K*M位的存储器，其中K/N为整数，称为字扩展。需K/N个芯片。存储器的