计算机组成与结构 第四章 主存储器精选PPT.ppt
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1、计算机组成与结构课件 第四章 主存储器第1页,此课件共70页哦一、主存的基本知识一、主存的基本知识主存储器处于全机中心地位主存储器处于全机中心地位 按在计算机系统中的按在计算机系统中的作用作用存储器可分为三种:存储器可分为三种:高速缓冲存储器高速缓冲存储器(cache):用来存放正):用来存放正在执行的程序段和数据,以便在执行的程序段和数据,以便CPU高速地使用它高速地使用它们。们。主存储器主存储器(简称主存或内存):用来存放计(简称主存或内存):用来存放计算机运行期间所需要的程序和数据,算机运行期间所需要的程序和数据,CPU可直接随可直接随机地进行读写访问。机地进行读写访问。辅助存储器辅助存
2、储器:用来存放当前暂不参与运行:用来存放当前暂不参与运行的程序和数据,以及一些需要永久性保存的信息,的程序和数据,以及一些需要永久性保存的信息,CPU不能直接访问它。不能直接访问它。第2页,此课件共70页哦主存储器处于全机主存储器处于全机中心中心地位,原因有三点:地位,原因有三点:(1)主存储器存放当前计算机正在执)主存储器存放当前计算机正在执行的程序和数据,行的程序和数据,CPU直接从存储器取直接从存储器取指令或存取数据。指令或存取数据。(2)利用)利用DMA(直接存储器存取)(直接存储器存取)技术和输入输出通道技术,在存储器与技术和输入输出通道技术,在存储器与输入输出系统之间直接传送数据。
3、输入输出系统之间直接传送数据。(3)共享存储器的多处理机利用存储)共享存储器的多处理机利用存储器存放共享数据,并实现处理机之间的器存放共享数据,并实现处理机之间的通信。通信。第3页,此课件共70页哦一、主存的基本知识一、主存的基本知识主存储器的分类主存储器的分类 主存储器目前使用半导体做主存储器目前使用半导体做介质介质,主要有以下几种:主要有以下几种:(1)随机存储器()随机存储器(RAM)又称读写存储器,是指通过指令可又称读写存储器,是指通过指令可以随机地、个别地对各个存储单元进行以随机地、个别地对各个存储单元进行访问。访问。第4页,此课件共70页哦 (2)只读存储器()只读存储器(ROM)
4、只读存储器是只能读不能写的存储只读存储器是只能读不能写的存储器,在制造芯片时预先写入内容。器,在制造芯片时预先写入内容。由于它和由于它和RAM分享主存储器的同一分享主存储器的同一个地址空间,所以它属于主存储器的一个地址空间,所以它属于主存储器的一部分。部分。第5页,此课件共70页哦 (3 3)可编程的只读存储器(可编程的只读存储器(PROM)一次性写入后只能读不能修改。一次性写入后只能读不能修改。(4 4)可擦除可编程的只读存储器(可擦除可编程的只读存储器(EPROM)用用紫外线紫外线擦除内容的擦除内容的PROM,擦除后可再写,擦除后可再写入内容。入内容。(5 5)可电擦除的可编程只读存储器(
5、可电擦除的可编程只读存储器(E2PROM)用用电电擦除。擦除。第6页,此课件共70页哦 按信息的保存性是否长久来分,存储按信息的保存性是否长久来分,存储器可分为如下两类:器可分为如下两类:(1)易失性存储器:断电后,存储信息易失性存储器:断电后,存储信息即消失的存储器。即消失的存储器。(2)非易失性存储器:断电后信息仍然非易失性存储器:断电后信息仍然保存的存储器。保存的存储器。RAM属于易失性存储器属于易失性存储器 ROM、PROM、EPROM、E2PROM属于非易失性存储器属于非易失性存储器第7页,此课件共70页哦一、主存的基本知识一、主存的基本知识主存储器的主要技术指标主存储器的主要技术指
6、标 主存储器的主要性能指标为主存储器的主要性能指标为存储容存储容量量和和存取速度存取速度。1、存储容量、存储容量定义定义:存储容量是指主存所能容纳:存储容量是指主存所能容纳的二进制信息总量。的二进制信息总量。容量单位有容量单位有位位和和字节字节,现在多数机,现在多数机器把一个字节定为器把一个字节定为8位。位。第8页,此课件共70页哦 如某存储器的容量为如某存储器的容量为64K16位,表位,表示它有示它有64K个字,每个字的字长为个字,每个字的字长为16位,位,若用字节数表示,则可记为若用字节数表示,则可记为128K字节字节(128KB)。)。1K=210=1,0241M=220=1,048,5
7、761G=230=1,073,741,8241T=240=1,099,511,627,776第9页,此课件共70页哦2、存取速度、存取速度 存取时间存取时间 Ta:指的是从启动一次:指的是从启动一次存储器操作到完成该操作所需要的时间。存储器操作到完成该操作所需要的时间。存取周期存取周期Tm:是指连续启动两:是指连续启动两次独立的存储器操作所需要的最小时间次独立的存储器操作所需要的最小时间间隔。间隔。一般情况下,一般情况下,Tm大于大于Ta。第10页,此课件共70页哦3、位价比、位价比 位价比等于存储器总价格位价比等于存储器总价格/容量容量第11页,此课件共70页哦4、主存与、主存与CPU的速度
8、差距的速度差距 虽然半导体存储器的速度有了较大虽然半导体存储器的速度有了较大的提高,但总跟不上的提高,但总跟不上CPU的速度。的速度。第12页,此课件共70页哦一、主存的基本知识一、主存的基本知识主存储器的基本操作主存储器的基本操作 主存与主存与CPU的硬连接有的硬连接有三组三组连线:连线:地址总线(地址总线(AB)、数据总线()、数据总线(DB)和控)和控制总线(制总线(CB),其中控制总线包括读控),其中控制总线包括读控制线、写控制线和表示存储器功能是否制线、写控制线和表示存储器功能是否完成的控制线(完成的控制线(ready),如下图所示。如下图所示。第13页,此课件共70页哦 地址总线地
9、址总线数据总线数据总线控制总线控制总线读读/写写CPUARDR主存储器主存储器ready第14页,此课件共70页哦CPU通过使用通过使用AR(地址寄存器)和(地址寄存器)和DR(数据寄存器)和主存之间进行数据(数据寄存器)和主存之间进行数据传送。传送。读:读:CPU从主存读数据从主存读数据写:写:CPU写数据到主存写数据到主存第15页,此课件共70页哦1、读、读CPU先把信息字的地址送到先把信息字的地址送到AR,经,经过地址总线送往主存,同时过地址总线送往主存,同时CPU通过控通过控制总线发一个读请求,然后制总线发一个读请求,然后CPU等待从等待从主存储器发来的信号,通知主存储器发来的信号,通
10、知CPU读操作读操作已经完成。已经完成。主存储器通过主存储器通过ready线回答,如果线回答,如果ready信号为信号为1,说明存储字的内容已经,说明存储字的内容已经读出,并放在数据总线上,送往读出,并放在数据总线上,送往DR。第16页,此课件共70页哦2、写、写 CPU先将信息字在主存中的地址经先将信息字在主存中的地址经AR送往地址总线,并把信息字送送往地址总线,并把信息字送DR,同时通过控制总线发出写命令,然后同时通过控制总线发出写命令,然后CPU等待写操作完成信号。主存把收到等待写操作完成信号。主存把收到的信息字写入的信息字写入CPU指定的地址后通过指定的地址后通过ready线发出完成信
11、号线发出完成信号1。第17页,此课件共70页哦 数据总线上传送的是数据,地址总数据总线上传送的是数据,地址总线上传送的是地址线上传送的是地址。CPU与主存之间采用与主存之间采用异步异步工作方式,工作方式,即一方工作时,另一方必须处于等待状即一方工作时,另一方必须处于等待状态态。第18页,此课件共70页哦二、二、半导体读半导体读/写存储器写存储器 半导体读半导体读/写存储器按存储元件在运行写存储器按存储元件在运行中能否中能否长时间保存信息长时间保存信息来分为静态存储器来分为静态存储器(SRAM)和动态存储器()和动态存储器(DRAM)。)。其中其中SRAM利用双稳态触发器来保存利用双稳态触发器来
12、保存信息信息,而且只要不断电而且只要不断电,信息不会丢失信息不会丢失,DRAM使用使用MOS电容来保存信息电容来保存信息,使用时使用时需要不断给电容充电。需要不断给电容充电。第19页,此课件共70页哦1、静态存储器、静态存储器 (1)存储单元)存储单元 静态静态RAM是利用双稳态触发器来是利用双稳态触发器来记忆信息的。六管静态记忆信息的。六管静态MOS记忆单元记忆单元电路中的电路中的T1T4组成两个反相器,交组成两个反相器,交叉耦合连接成一个触发器;叉耦合连接成一个触发器;T1T6管管构成一个记忆单元的主体,能存放一构成一个记忆单元的主体,能存放一位二进制信息。位二进制信息。第20页,此课件共
13、70页哦第21页,此课件共70页哦 存储单元未被选中时,字选择线保存储单元未被选中时,字选择线保持低电位,两位线保持高电位;单元被持低电位,两位线保持高电位;单元被选中时,字选择线保持高电位。选中时,字选择线保持高电位。读读1T1导通,导通,T2截止,位线截止,位线1产生负脉冲产生负脉冲0T1截止,截止,T2导通,位线导通,位线2产生负脉冲产生负脉冲写写1位线位线1送低电位,位线送低电位,位线2送高电位送高电位0位线位线1送高电位,位线送高电位,位线2送低电位送低电位第22页,此课件共70页哦第23页,此课件共70页哦第24页,此课件共70页哦 =0时,片选片选0 芯片被选中芯片被选中1 芯片
14、未被选中芯片未被选中0 写写1 读读第25页,此课件共70页哦(2)开关特性)开关特性读周期参数读周期参数写周期参数写周期参数第26页,此课件共70页哦2、DRAM三管存储单元三管存储单元单管存储单元单管存储单元位位线线字线字线栅极栅极漏极漏极源极源极电容电容CsVDD第27页,此课件共70页哦写入写入:字线为高电平字线为高电平,T导通导通写写1:位线为低电平位线为低电平,VDD通过通过T对对Cs充电,充电,电容中电容中有电荷则保持不变。有电荷则保持不变。写写0:位线为高电平位线为高电平,Cs通过通过T放电,电容中无电荷放电,电容中无电荷则不变。则不变。第28页,此课件共70页哦读出读出:位线
15、预充电至高电平位线预充电至高电平;当字线出现当字线出现高电平后高电平后,T导通导通,若原来若原来Cs充有电荷充有电荷,则则Cs放放电电,使位线电位下降使位线电位下降,经放大后经放大后,读出为读出为1;若原若原来来Cs上无电荷上无电荷,则位线无电位变化则位线无电位变化,放大器无放大器无输出输出,读出为读出为0。读出后读出后,若原来若原来Cs充有电荷也被放掉了充有电荷也被放掉了,和和没有充电一样没有充电一样,因此读出是破坏性的因此读出是破坏性的,故读出故读出后要立即对单元进行后要立即对单元进行“重写重写”,以恢复原信以恢复原信息。息。第29页,此课件共70页哦第30页,此课件共70页哦n16K=2
16、14地址码为地址码为14位位,为了减少封装引脚数为了减少封装引脚数,地址地址码分两批码分两批(每批每批7位位)送至存储器送至存储器.先送行地址先送行地址,后送列后送列地址。地址。n16K位存储单元矩阵由两个位存储单元矩阵由两个64 128阵列组成阵列组成.读出读出信号保留在读出放大器中。信号保留在读出放大器中。n读出时读出时,读出放大器又使相应的存储单元的存储信读出放大器又使相应的存储单元的存储信息自动恢复息自动恢复(重写重写),所以读出放大器还用作再生放所以读出放大器还用作再生放大器。大器。16K 1动态存储器框图说明动态存储器框图说明第31页,此课件共70页哦16K 1动态存储器框图说明动
17、态存储器框图说明n再生再生:通过电容的充电来保存信息通过电容的充电来保存信息,但漏电阻的存在但漏电阻的存在,其电荷会逐渐漏掉其电荷会逐渐漏掉,从而使存储的信息丢失从而使存储的信息丢失.因此因此,必必须在电荷漏掉以前就进行充电须在电荷漏掉以前就进行充电,这充电过程称为再生这充电过程称为再生,或称为刷新。或称为刷新。n读出过程就能使信息得以恢复读出过程就能使信息得以恢复,由于每列都由于每列都有读出放大器有读出放大器,因此只要依次改变行地址因此只要依次改变行地址,轮轮流对存储矩阵的每一行的所有单元同时进行流对存储矩阵的每一行的所有单元同时进行读出读出,当把所有行全部读出一遍当把所有行全部读出一遍,就
18、完成了再就完成了再生。生。第32页,此课件共70页哦3、DRAM与与SRAM的比较的比较第33页,此课件共70页哦三、三、非易失性半导体存储器非易失性半导体存储器 停电时信息不丢失的存储器称为非停电时信息不丢失的存储器称为非易失性存储器。易失性存储器。可分为可分为ROM、PROM、EPROM、E2PROM和和flashmemory。第34页,此课件共70页哦1、ROM 芯片的内容在制造时已经输入,只芯片的内容在制造时已经输入,只能读,不能修改。能读,不能修改。存储原理:是根据元件的有无来表存储原理:是根据元件的有无来表示该存储单元的信息(示该存储单元的信息(1或或0)。)。存储元件:二极管或晶
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