存储器层次结构ppt课件.ppt

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1、第3章存储器系统主要内容：（一） 存储器的分类（二） 存储器的层次化结构（三） 半导体随机存取存储器1. SRAM存储器的工作原理2. DRAM存储器的工作原理（四） 只读存储器（五） 主存储器与CPU的连接（六） 双口RAM和多模块存储器（七） 高速缓冲存储器（Cache）1.程序访问的局部2. Cache的基本工作原理3. Cache和主存之间的映射方式4. Cache的更新策略与替换算法（八） 虚拟存储器1.虚拟存储器的基本概念2.页式虚拟存储器3.段式虚拟存储器4.段页式虚拟存储器5.   TLB（快表）（九）外存储

2、器3.1存储器的分类按存储介质分：半导体存储器、磁表面存储器、光存储器按读写性质分：随机读写存储器（RAM）静态随机存储器（SRAM）；动态随机存储器（DRAM）由于它们存储的内容断电则消失，故称为易失性存储器只读存储器（ROM）掩膜型ROM，EPROM，EEPROM（包括FlashEPROM）由于其内容断电也不消失，故称为非易失性存储器按在计算机中的层次作用分主（内）存储器、辅助（外）存储器、高速缓冲存储器（Cache）3.2存储器的层次化结构存储器有3个重要的指标：速度、容量和每位价格，一般来说，速度越快，位价越高；容量

3、越大，位价越低，容量大，速度就越低。上述三者的关系：高低小大快慢辅存寄存器缓存主存磁盘光盘磁带光盘磁带速度容量价格位／CPUCPU主机3.2.1存储器系统的层次根据各种存储器的存储容量、存取速度和价格比的不同，将它们按照一定的体系结构组织起来，使所放的程序和数据按照一定的层次分布在各种存储器中。按照存储器在计算机系统中作用的不同，可将它们划分为主存储器（内存）、辅助存储器（外存）和高速缓冲存储器等。缓存CPU主存辅存缓存-主存层次和主存-辅存层次缓存主存辅存主存虚拟存储器虚地址逻辑地址实地址物理地址主存储器（速度）（容量）3

4、.2.2存储系统运行遵循的原理程序运行的局部性原理时间、空间和顺序一致性原则和包含性原则一致性原则：同一个信息会同时存放于几个层次的存储器中，此时，该信息在几个层次的存储器中必须保持相同值。包含性原则：处于内层（靠近CPU）存储器中的信息一定包含在各外层的存储器中，即内层存储器中的全部信息一定是各外层存储器信息中一小部分的副本。3.3半导体随机存取存储器3.3.1静态随机存储器（SRAM）（1）静态随机存储单元SRAM静态存储单元的每个存储位需要4~6个晶体管组成。比较典型的是六管存储单元，即一个存储单元存储一位信息“0”或

5、“1”。静态存储单元保存的信息比较稳定，信息为非破坏性读出，故不需要重写或者刷新操作；另一方面，其结构简单、可靠性高、速度较快，但其占用元件较多，占硅片面积大，且功耗大，所以集成度不高。VccT3T1T4T2T5T6ZWWAB静态随机存储元（存储1位二进制）（2）SRAM存储信息原理：依靠双稳态电路内部交叉反馈的机制存储信息。（3）特点：速度快,功耗较大,集成度较低，Cache。3.3.2动态随机存储器（DRAM）（1）动态随机存储单元常见的动态RAM存储单元有三管式和单管式两种，它们的共特点是靠电容存储电荷的原理来寄存信息

6、。若电容上存有足够的电荷表示“1”，电容上无电荷表示“0”。电容上的电荷一般只能维持1-2ms，即使电源不掉电，电容上的电荷会自动消失。因此，为保证信息的不丢失，必须在2ms之内就要对存储单元进行一次恢复操作，这个过程称为刷新。动态随机存储器DRAM刷新放大器行选择信号（Z）列选择信号数据输入/输出线（W）TC单管DRAM存储元C：记忆单元T：控制门管（2）DRAM存储信息原理：依靠电容存储电荷的原理存储信息。（3）特点：功耗较低,集成度较高,速度较快。作主存，目前被各类计算机广泛使用。单管单元是破坏性读出，读出后需重写。在

7、读出时，读出放大器又使相应的存储单元的存储信息自动恢复（重写），所以读出放大器还用作再生放大器。在一些实际的DRAM存储芯片中，如16K×1b的动态存储器，为了减少封装引脚数，地址码分两批（每批7位）送入存储器。先送行地址，后送列地址。行地址由行地址选通信号RAS送入行地址锁存器，再通过行地址译码器输出7：128线。列地址由列地址选通信号CAS送入列地址锁存器，再通过列地址译码器进行译码输出7：128线。（4）DRAM的刷新刷新定义和原因定期向电容补充电荷——刷新动态存储器依靠电容电荷存储信息。平时无电源供电，时间一长电容电

8、荷会泄放，需定期向电容补充电荷，以保持信息不变。各动态芯片可同时刷新，片内按行刷新（按行读）。刷新方法刷新一行所用的时间刷新周期（存取周期）刷新一块芯片所需的刷新周期数由芯片矩阵的行数决定。刷新周期的安排方式集中式刷新分散式刷新异步刷新对主存的访问由CPU提供行、列地址，随机访问。2ms内