曹红根《计算机组成原理》第 4 章 存储器系统ppt课件.ppt

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1、第四章存储器系统2021/7/281本章学习内容存储器的分类及主要技术指标存储系统的层次结构半导体存储器的工作原理存储器与CPU的连接辅助存储器的工作原理Cache的工作原理并行存储系统2021/7/2824.1存储器概述存储器：计算机的存储部件，用于存放程序和数据。计算机发展的重要问题之一，就是如何设计容量大、速度快、价格低的存储器。2021/7/2834.1.1存储器分类1．按与CPU的连接和功能分类(1)主存储器CPU能够直接访问的存储器。用于存放当前运行的程序和数据。简称内存或主存。(2)辅助存储器为解

2、决主存容量不足而设置的存储器，用于存放当前不参加运行的程序和数据。当需要运行程序和数据时，将它们成批调入内存供CPU使用。2021/7/284(3)高速缓冲存储器（Cache）是一种介于主存与CPU之间用于解决CPU与主存间速度匹配问题的高速小容量的存储器。Cache用于存放CPU立即要运行或刚使用过的程序和数据。2021/7/2852．按存取方式分类(1)随机存取存储器(RAM)存储器任何单元的内容均可按其地址随机地读取或写入，且存取时间与单元的物理位置无关。RAM主要用于组成主存。(2)只读存储器(ROM)

3、存储器任何单元的内容只能随机地读出而不能随便写入和修改。ROM可以作为主存的一部分，用于存放不变的程序和数据，与RAM分享相同的主存空间。ROM还可以用作其它固定存储器，如存放微程序的控制存储器、存放字符点阵图案的字符发生器等。2021/7/286(3)顺序存取存储器(SAM)存储器所存信息的排列、寻址和读写操作均是按顺序进行的，并且存取时间与信息在存储器中的物理位置有关。如磁带存储器，信息通常是以文件或数据块形式按顺序存放，信息在载体上没有唯一对应的地址，完全按顺序存放或读取。(4)直接存取存储器（DAM）介

4、于RAM和SAM之间的存储器。也称半顺序存储器。典型的DAM如磁盘，当进行信息存取时，先进行寻道，属于随机方式，然后在磁道中寻找扇区，属于顺序方式。2021/7/2873．按存储介质分类(1)磁存储器采用磁性材料制成存储器。磁存储器是利用磁性材料的的两个不同剩磁状态存放二进制代码“0”和“1”。早期有磁芯存储器。现多为磁表面存储器，如磁盘、磁带等。(2)半导体存储器用半导体器件组成的存储器。根据工艺不同，可分为双极型和MOS型。2021/7/288(3)光存储器利用光学原理制成的存储器，它是通过能量高度集中的激

5、光束照在基体表面引起物理的或化学的变化，记忆二进制信息。如光盘存储器。4.按信息的可保存性分类(1)易失性存储器(2)非易失性存储器2021/7/2894.1.2主存储器的组成和基本操作1.主存的基本组成(1)存储元件（存储元、存储位）(2)存储单元(3)存储体（存储阵列）(4)地址寄存器(5)地址译码与驱动电路(6)读写电路(7)数据寄存器(8)时序控制电路2021/7/28102021/7/2811主存的基本组成2021/7/28122.主存与CPU的连接及主存的操作主存储器用于存放CPU正在运行的程序和数

6、据。主存与CPU之间通过总线进行连接。2021/7/2813主存的操作过程MAR：地址寄存器MDR：数据寄存器CPU读操作（取操作）地址（MAR）ABMEM读命令（Read）CBMEMMEM存储单元内容（M）DBMDRCPU写操作（存操作）地址（MAR）ABMEM写命令（Write）CBMEMMEM存储单元MDBMDR2021/7/28144.1.3存储器的主要性能指标衡量主存的性能指标主要有：1．存储容量2．速度3.存储器总线带宽4．价格2021/7/2815容量、速度、价格三个指标是相互矛盾、相互制约的。高

7、速的存储器往往价格也高，因而容量也不可能很大。为了较好地解决存储器容量、速度与价格之间的矛盾，在现代计算机系统中，通常都是通过辅助软、硬件，将不同容量、不同速度、不同价格的多种类型的存储器组织成统一的整体。即构成存储器系统的多级层次结构。存储器系统的多级层次结构通常是由三级存储器组成，即Cache——主存——辅存4.1.4存储器系统的层次结构2021/7/2816存储器层次结构辅助软硬件辅助硬件2021/7/2817主存——辅存层次主要解决容量问题Cache——主存层次主要解决速度问题2021/7/281820

8、21/7/28194.2半导体随机存储器通常使用的半导体存储器分为随机存取存储器（RandomAccessMemory，RAM）和只读存储器（Read-OnlyMemory，ROM）。它们各自又有许多不同的类型。2021/7/28204.2.1半导体存储器的分类2021/7/28214.2.2随机存取存储器的结构及工作原理1.半导体存储器芯片的结构及实例2021/7/2822存储器芯片