计算机组成原理 第3章_存储系统.ppt

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1、第三章：存储系统一、存储器分类1、概念:存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。构成存储器的存储介质，目前主要采用半导体器件和磁性材料。一个双稳态半导体电路或一个CMOS晶体管或磁性材料的存储元，均可以存储一位二进制代码。这个二进制代码位是存储器中最小的存储单位，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，然后再由许多存储单元组成一个存储器。2、存储器的分类：（1）按存储介质分：半导体器件和磁性材料。（2）按存取方式分：随机存储器和顺序存储器。（3）按存储器的读写功能分：只读存储器（ROM）、随机读写存储器（RAM）。（4）按信

2、息的可保存性分：非永久记忆的存储器、永久性记忆的存储器。磁性材料做成的存储器是永久性存储器，半导体读写存储器RAM是非永久性存储器。（5）按在计算机系统中的作用分：主存储器、辅助存储器、高速缓冲存储器、控制存储器等。3、存储器的分级结构：CPU能直接访问的存储器称为内存储器，它包括高速缓冲存储器和主存储器。CPU不能直接访问外存储器，外存储器的信息必须调入内存储器后才能为CPU进行处理。高速缓冲存储器：高速缓冲存储器（简称cache），它是计算机系统中的一个高速小容量半导体存储器。主存储器：简称主存，是计算机系统的主要存储器，用来存入计算机运行期间的大

3、量程序和数据。它能和cache交换数据和指令。外存储器：简称外存，它是大容量辅助存储器。目前主要使用磁盘存储器、磁带存储器和光盘存储器。4、主存储器的技术指标：主存储器的性能指标主要是存储容量、存取时间、存储周期和存储器带宽。存入一个机器字的存储单元，通常称为字存储单元，相应的单元地址叫字地址。而存入一个字节的单元，称为字节存储单元，相应的地址称为字节地址。在一个存储器中可以容纳的存储单元总数通常称为该存储器的存储容量。存储容量越大，能存储的信息就越多。存储容量常用字数或字节数（B）来表示，如64K字，512KB，64MB。外存中为了表示更大的存储容量

4、，采用GB，TB等单位。其中1KB=210B，1MB=220B，1GB=230B，1TB=240B。B表示字节，一个字节(Byte)定义为8个二进制位，所以计算机中一个字的字长通常是8的倍数。存储容量这一概念反映了存储空间的大小。存取时间又称存储器访问时间，是指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间。具体讲，从一次读操作命令发出到该操作完成，将数据读入数据缓冲寄存器为止所经历的时间，即为存储器存取时间。1s=103ms=106μs=109ns存储周期是指连续启动两次读操作所需间隔的最小时间。通常，存储周期略大于存取时间，其时间单位为ns(纳秒）。

5、存储器带宽是单位时间里存储器所存取的信息量，通常以位/秒或字节/秒做度量单位。带宽是衡量数据传输速率的重要技术指标。二、随机读写存储器1、SRAM存储器：基本存储元是组成存储器的基础和核心，它用来存储一位二进制信息0或1。图3.2示出了六管SRAM存储元的电路图，它是由两个MOS反个器交叉耦合而成的触发器。一个存储元存储一位二进制代码，如果一个存储单元为n位，则需由n个存储元才能组成一个存储单元。存储元选择、写操作、读操作过程。2、SRAM组成：一个SRAM存储器由存储体、读写电路、地址译码电路和控制电路等组成，其框图示于图3.3中。存储体：是存储单元

6、的集合。在较大容量的存储器中，往往把各个字的同一位组织在一个集成片中。例如图3.3中的4096×1位，是指4096个字的同一位。由这样的16个片子则可组成4096×16的存储器。同一位的这些字通常排成矩阵的形式，如64×64=4096。由X选择线（行线）和Y选择线（列线）的交叉来选择所需要的单元。地址译码器：用来存放所要访问（写入或读出）的存储单元的地址。CPU要选择某一存储单元，就在地址总线A0—A11上输出此单元的地址信号给地址译码器。地址译码器把用二进制代码表示的地址转换成输出端的高电位，用来驱动相应的读写电路，以便选择所要访问的存储单元。地址译

7、码的方式：单译码方式,双译码方式。思考题：地址输入线n=12，经地址译码器译码可译出多少个状态？驱动器、I/O电路、片选与读/写控制电路、输出驱动电路。3、SRAM存储器芯片实例：图3.5示出2114存储器芯片逻辑结构方框图。它是一个1K×4位的SRAM，片上共有4096个六管存储元电路，排成64×64的矩阵。因为是1K字,故地址线10位(A0-A9),其中6根用于行译码产生64根行选择线，4根用于列译码产生16条列选择线。4、存储器与CPU连接：位扩展法、字扩展法、字位同时扩展法。⑴位扩展法（位并联）：假定使用8K×1的RAM存储器芯片，那么组成8K

8、×8位的存储器，可采用图3.6所示的位扩展法。此时只加大字长（位数增加），而存储器的字数与存储