计算机组成原理11-存储系统01.ppt

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1、系系统统总总线线存储器存储器 运算器运算器 控制器控制器 接口与通信接口与通信 输入输入/输出设备输出设备 计算机组成原理计算机组成原理 第四章第四章 存储器存储器 一、存储器的分类：一、存储器的分类：包括各种不同的分类方式，不同存储器的对比包括各种不同的分类方式，不同存储器的对比识记识记二、存储器的层次化结构：二、存储器的层次化结构：理解理解Cache-主存主存-外存的层次结构设计原理和目的外存的层次结构设计原理和目的理解理解三、半导体随机存取存储器：三、半导体随机存取存储器：SRAM存储器与存储器与 DRAM存储器的工作原理存储器的工作原理（注意（注意DRAM刷新相关问题，以及刷新相关问题

2、，以及SRAM和和DRAM的对比）的对比）掌握掌握四、只读存储器：四、只读存储器：知道有知道有PROM、EPROM、EEPROM等不同种类的等不同种类的ROM了解了解五、主存与五、主存与CPU的连接：的连接：这是解决主存扩展问题的基础这是解决主存扩展问题的基础熟练掌握熟练掌握六、双口六、双口RAM和多模块存储器和多模块存储器掌握掌握七、高速缓冲存储器（七、高速缓冲存储器（Cache）1、程序访问的局部性原理（选择题点）、程序访问的局部性原理（选择题点）2、Cache的基本工作原理（要熟练掌握）的基本工作原理（要熟练掌握）3、Cache和主存之间的映射方式和主存之间的映射方式 （不同映射方式的对

3、比，以及相关的计算，综合应用题点）（不同映射方式的对比，以及相关的计算，综合应用题点）4、Cache中主存块的替换算法（理解不同的替换算法的思想）中主存块的替换算法（理解不同的替换算法的思想）5、Cache写策略（了解写直达和回写的原理和目的）写策略（了解写直达和回写的原理和目的）熟练掌握熟练掌握八、虚拟存储器八、虚拟存储器1、虚拟存储器的基本概念、虚拟存储器的基本概念 2、页式虚拟存储器、页式虚拟存储器3、段式虚拟存储器、段式虚拟存储器 4、段页式虚拟存储器、段页式虚拟存储器 5、TLB（快表）（快表）（注意虚拟地址和物理地址的转换问题，如何查段表和页表；（注意虚拟地址和物理地址的转换问题，

4、如何查段表和页表；TLB的原理和作用；平的原理和作用；平均访问时间的计算等。）均访问时间的计算等。）了解了解大纲要求大纲要求1、存储器的设计，根据给定的存储器芯片及要求进行主存设计，并画出链接图；存储器的设计，根据给定的存储器芯片及要求进行主存设计，并画出链接图；2、Cache的三种不同映射方式，的三种不同映射方式，Cache的替换策略及相关计算，的替换策略及相关计算，Cache的写策略；的写策略；3、虚拟存储器的三种常见实现方式的优缺点，页表，段表等的原理及其优化方法，虚拟存储器的三种常见实现方式的优缺点，页表，段表等的原理及其优化方法，以及相关计算。以及相关计算。复习目标复习目标1、了解了

5、解存储器的种类，存储器的种类，理解理解各类存储器的工作原理，各类存储器的工作原理，掌握掌握相关技术指标；相关技术指标；2、理解理解存储器系统的层次结构，存储器系统的层次结构，Cache主存和主存主存和主存辅存层次的作用辅存层次的作用 及程序访问的局部性原理与存储系统层次结构的关系，并能及程序访问的局部性原理与存储系统层次结构的关系，并能熟练进行熟练进行相关相关 分析和计算；分析和计算；3、理解理解半导体存储芯片的外特性以及与半导体存储芯片的外特性以及与CPU的链接；的链接；能够能够根据给定存储芯片根据给定存储芯片 及要求进行主存设计；及要求进行主存设计；4、了解了解提高存储器访问速度的各种技术

6、；提高存储器访问速度的各种技术；了解了解双扣双扣RAM和多模块存储器；和多模块存储器；掌掌 握握高位交叉和低位交叉多模块存储器的相关计算；高位交叉和低位交叉多模块存储器的相关计算；5、理解理解Cache的基本工作原理，的基本工作原理，理解理解Cache的三种映射方法并掌握相关计的三种映射方法并掌握相关计 算；算；理解理解Cache的替换算法及写策略；的替换算法及写策略；6、了解了解虚拟存储器的基本概念及其三种常见的实现方式虚拟存储器的基本概念及其三种常见的实现方式页式、段式、段页式、段式、段 页式虚拟存储器的原理及优缺点。页式虚拟存储器的原理及优缺点。重难点提示重难点提示存储器的基本结构存储器

7、的基本结构(功能功能 结构结构)存储器功能：存储器功能：存放存放程序程序和和数据数据装置，并满足计算机在执行过程中能够装置，并满足计算机在执行过程中能够随随 机机访问访问这些这些程序程序和和数据数据。设计思路：设计思路：存放存放数据（一个一个的存取）数据（一个一个的存取）程序（一条一条的存取）程序（一条一条的存取）将每个存储单元赋予编码（单元地址）将每个存储单元赋予编码（单元地址）地址放哪？地址放哪？设置设置 “地址寄存器地址寄存器”MAR按地址访问按地址访问在地址寄存器和存储体之间是否加在地址寄存器和存储体之间是否加 地址译码器？地址译码器？决定于地址给出方式：直接给出决定于地址给出方式：直

8、接给出/编码给出编码给出编码给出（加地址译码器）编码给出（加地址译码器）存（写入）存（写入）取（读出）取（读出）访问访问设置一个存储体，并将存储体分成若干个存储单元。设置一个存储体，并将存储体分成若干个存储单元。存储单元存储单元0/10/10/10/100010010010010000000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111存储单元存储单元存储单元存储单元存储单元存储单元存储单元存储单元存储单元存储单元存储单元存储单元存储单元存储单元存储单元存储单元存储单元存储单元存储单元存储单元存储单元存储单元存储单元存储

9、单元存储单元存储单元存储单元存储单元存储单元存储单元存储单元存储单元存储单元存储单元存储单元存储单元存储单元存储单元4输入输入16输出输出译译码码器器0/10/10/10/1存存取取存在两个问题存在两个问题数据存放数据存放为读出和写入的数据设置为读出和写入的数据设置“数据缓冲寄存器数据缓冲寄存器”MDR操作区分操作区分加读写控制线路（加读写控制线路（R/W控制）控制）存储器基本结构：存储器基本结构：存储体（由存储单元构成）存储体（由存储单元构成）地址寄存器地址寄存器地址译码器地址译码器数据缓冲寄存器数据缓冲寄存器读写控制线路读写控制线路设计思路：设计思路：存储器的基本结构存储器的基本结构 存储

10、体存储体驱动器驱动器译码器译码器地址寄存器地址寄存器MAR控制电路控制电路读读写写电电路路数据数据缓冲缓冲寄存器寄存器MDR地址总线地址总线数据总线数据总线读读写写存储器的基本结构存储器的基本结构 P72 先先送地址送地址后后读写数据读写数据存储器基本结构：存储器基本结构：存储体存储体地址寄存器地址寄存器地址译码器地址译码器数据缓冲寄存器数据缓冲寄存器读写控制线路读写控制线路第四章第四章 存储器存储器1、存储器的分类、存储器的分类2、存储器的层次结构（三级存储系统）、存储器的层次结构（三级存储系统）3、主存储器（内存、主存储器（内存 Main memory）4、高速缓冲存储器（、高速缓冲存储器

11、（Cache）5、虚拟存储器（、虚拟存储器（Virtual Memory）6、相联存储器（了解）、相联存储器（了解）在电路中，在电路中，一个触发器一个触发器能存储能存储一位二进制代码一位二进制代码。一个触发器电路一个触发器电路称为一个称为一个存储元（存储位）存储元（存储位），是存储器中的最小单位。，是存储器中的最小单位。若干个存储元组成一个若干个存储元组成一个存储单元存储单元，多个存储单元组成，多个存储单元组成存储器存储器。根据存储元件的性能及使用方法不同，存储器有各种不同的分类方法根据存储元件的性能及使用方法不同，存储器有各种不同的分类方法:1、存储器的分类、存储器的分类存储介质存储介质存取

12、方式存取方式作用作用半导体存储器半导体存储器 只读存储器只读存储器ROM 随机读写存储器随机读写存储器RAM随机存取随机存取主存储器主存储器磁性存储器磁性存储器串行存取串行存取辅助存储器辅助存储器光存储器光存储器高速缓冲存储器高速缓冲存储器1、按存储介质分：、按存储介质分：半导体存储器（易失）：半导体存储器（易失）：用半导体器件组成的存储器（用半导体器件组成的存储器（内存内存）。）。磁性存储器（不易失）：磁性存储器（不易失）：磁芯存储器（硬盘）、磁表面存储器（磁带）。磁芯存储器（硬盘）、磁表面存储器（磁带）。光盘存储器（不易失）：光盘存储器（不易失）：光敏材料（光盘）。光敏材料（光盘）。2、按

13、存取方式分：、按存取方式分：存取时间与物理地址无关（随机访问）：存取时间与物理地址无关（随机访问）：随机读写存储器随机读写存储器RAM、只读存储器只读存储器ROM 存取时间与物理地址有关（串行访问）：存取时间与物理地址有关（串行访问）：顺序存取存储器（磁带）顺序存取存储器（磁带）直接存取存储器（磁盘）直接存取存储器（磁盘）随机读写存储器随机读写存储器(RAM)：在程序执行过程中在程序执行过程中可读可写可读可写。只读存储器只读存储器(ROM)：在程序执行过程中：在程序执行过程中只读只读。1、存储器的分类、存储器的分类半导体存储器又有半导体存储器又有双极型双极型与与MOS型型两种类型。两种类型。双

14、极型双极型存储器速度快，存储器速度快，MOS型型存储器容量大存储器容量大4.11、存储器的分类、存储器的分类3、按在计算机中的作用分类、按在计算机中的作用分类（磁盘、磁带、光盘）（磁盘、磁带、光盘）高速缓冲存储器高速缓冲存储器（Cache）存存储储器器主存储器主存储器辅助存储器辅助存储器RAMROMSRAM 静态静态DRAM 动态动态MROM（掩膜（掩膜ROM）PROM（一次可编程（一次可编程ROM）EPROM（可擦除可编程（可擦除可编程ROM）VERPROM（紫外线擦除）（紫外线擦除）EEPROM（电擦除）（电擦除）FLASH Memory 闪速存储器闪速存储器第四章第四章 存储器存储器1、

15、存储器的分类、存储器的分类2、存储器的层次结构（三级存储系统）、存储器的层次结构（三级存储系统）3、主存储器（内存、主存储器（内存 Main memory）4、高速缓冲存储器（、高速缓冲存储器（Cache）5、虚拟存储器（、虚拟存储器（Virtual Memory）6、相联存储器（了解）、相联存储器（了解）辅助存储器辅助存储器2、存储器的层次结构、存储器的层次结构用途：用途：存储器是计算机中用于存储存储器是计算机中用于存储程序和数据程序和数据的重要部件。的重要部件。对其要求：对其要求：尽可能尽可能 快快 的的 读写速度读写速度、尽可能尽可能 大大 的的 存储容量、存储容量、尽可能尽可能 低低

16、的的 成本费用。成本费用。怎样才能同时实现这些要求呢？显然用一种存储介质是不行的。怎样才能同时实现这些要求呢？显然用一种存储介质是不行的。因此在现代计算机系统中，因此在现代计算机系统中，用用多级存储器多级存储器把要用的把要用的程序和数据程序和数据，按其，按其使用的使用的紧迫程度紧迫程度分段调入分段调入存储容量不同存储容量不同、运行速度不同运行速度不同的存储器中。的存储器中。由由高速缓冲存储器高速缓冲存储器、主存储器主存储器、辅助存储器辅助存储器组成组成三级结构三级结构的存储器，的存储器，由硬软件系统由硬软件系统统一调度、统一管理统一调度、统一管理。名称名称简称简称用途用途特点特点高速缓冲存储器

17、高速缓冲存储器Cache高速高速临时存取临时存取指令和数据指令和数据（半导体存储器）（半导体存储器）存取速度存取速度快快，但存储容量但存储容量小小主存储器主存储器主存主存/内存内存存放计算机存放计算机运行期间的运行期间的大大量程序和数据量程序和数据（半导体存储器）（半导体存储器）存取速度存取速度较快较快，存储容量存储容量不大不大辅助存储器辅助存储器辅存辅存持久存放持久存放系统程序和大型系统程序和大型数据文件及数据库数据文件及数据库存取速度存取速度慢，慢，存储容量存储容量大。大。高速缓冲存储器也有两种：高速缓冲存储器也有两种：一是在一是在CPU内部内部（一级（一级CACHE、二级、二级CACHE

18、）。）。CPU通过通过内部总线内部总线对其进行读对其进行读/写操作。写操作。一是在一是在CPU外，主板上外，主板上 CPU通过通过存储器总线存储器总线对其进行读对其进行读/写操作。写操作。2、存储器的层次结构、存储器的层次结构内部有内部有Cache的的CPU比较贵，因为比较贵，因为Cache需要占用大量的晶体管，是需要占用大量的晶体管，是CPU晶体晶体管总数中占得最多的一个部分，管总数中占得最多的一个部分，高容量的高容量的Cache成本相当高！成本相当高！所以所以Intel和和AMD都是以都是以L2容量的差异来作为高端和低端产品的分界标准。容量的差异来作为高端和低端产品的分界标准。三级结构的存

19、储器系统，是三级结构的存储器系统，是围绕围绕主存储器（内存）主存储器（内存）来组织和运行的。来组织和运行的。就是说，设计与运行程序是针对主存储器进行的，充分表明主存储器就是说，设计与运行程序是针对主存储器进行的，充分表明主存储器在计算机系统中举足轻重的地位。在计算机系统中举足轻重的地位。CPU不能直接访问不能直接访问辅助存储器辅助存储器，程序与数据程序与数据调入调入内存内存后后CPU才能进行才能进行处理，处理，内存内存和和CACHE交换数据和指令，交换数据和指令，CACHE再和再和CPU打交道。打交道。1、存储器的层次结构、存储器的层次结构辅助存储器辅助存储器Cache 4.11、存储器的层次

20、结构、存储器的层次结构缓存缓存CPU主存主存辅存辅存缓存缓存 主存主存 层次层次10 ns20 ns200 nsms（速度）（速度）（容量）（容量）主存主存 辅辅存存 层次层次高高低低小小大大快快慢慢寄存器寄存器高速缓存高速缓存主存主存 辅助存储器辅助存储器速度速度容量容量价格价格CPUCPU主主机机1s(秒秒)=1000ms(毫秒毫秒)1 ms=1000s(微秒微秒)1s=1000ns(纳秒纳秒)多级存储系统可以实现的前提多级存储系统可以实现的前提:程序运行时的局部性。程序运行时的局部性。时间局部性：时间局部性：在一小段时间内，在一小段时间内，最近被访问最近被访问过的程序和数据很可能再次被访

21、问。过的程序和数据很可能再次被访问。空间局部性：空间局部性：在空间上，这些在空间上，这些被频繁访问被频繁访问的程序和数据往往集中在一小片存储区。的程序和数据往往集中在一小片存储区。访问顺序局部性：访问顺序局部性：在访问顺序上，指令在访问顺序上，指令顺序执行顺序执行比转移执行的可能性大（约比转移执行的可能性大（约5:1）如果按照使用的如果按照使用的紧迫与频繁紧迫与频繁程度，合理的把程序和数据分配在不同的程度，合理的把程序和数据分配在不同的存储介质中。选用生产与存储介质中。选用生产与运行运行成本不同成本不同、存储容量不同存储容量不同、读写速度不读写速度不同同的的多种存储介质多种存储介质，组成一个，

22、组成一个统一的存储器系统统一的存储器系统，使每种介质都处于，使每种介质都处于不同的地位，起到不同的作用，充分发挥各自在不同的地位，起到不同的作用，充分发挥各自在速度速度、容量容量、成本成本方方面的优势，从而达到最优性能价格比。面的优势，从而达到最优性能价格比。例如：例如：用容量最小、速度最快的用容量最小、速度最快的SRAM芯片组成芯片组成CACHE，用容量较大、速度适中的用容量较大、速度适中的DRAM芯片组成芯片组成主存储器主存储器（核心核心）用容量特大、速度极慢的用容量特大、速度极慢的磁盘设备磁盘设备构成构成辅助存储器辅助存储器。1、存储器的层次结构、存储器的层次结构层次存储系统遵循的原则：

23、层次存储系统遵循的原则：1）一致性原则：）一致性原则：处于不同存储器中的同一个处于不同存储器中的同一个数据应保持相同数据应保持相同的值。的值。2）包含性原则：）包含性原则：处在处在内层内层（距离（距离CPU近）的数据一定近）的数据一定被包含在被包含在其其外层外层的的 存储器中，反之则不成立。存储器中，反之则不成立。（即内层存储器中的全部数据，是其相邻外层存储器中一（即内层存储器中的全部数据，是其相邻外层存储器中一 部分数据的部分数据的复制品复制品。）。）1、存储器的层次结构、存储器的层次结构第四章第四章 存储器存储器1、存储器的分类、存储器的分类2、存储器的层次结构（三级存储系统）、存储器的层

24、次结构（三级存储系统）3、主存储器（内存、主存储器（内存 Main memory）4、高速缓冲存储器（、高速缓冲存储器（Cache）5、虚拟存储器（、虚拟存储器（Virtual Memory）6、相联存储器（了解）、相联存储器（了解）辅助存储器辅助存储器3.1、主存储器概述、主存储器概述3.2、主存储器构成、主存储器构成 3.2.1、位单元构成（、位单元构成（RAM,ROM）3.2.2、地址译码（单向、双向）、地址译码（单向、双向）3.2.3、主存储器组成（芯片封装）、主存储器组成（芯片封装）3、主存储器（内存）、主存储器（内存）存储单元存储单元存储器存储器存存储储位位主存储器的构成：主存储器

25、的构成：RAM（随机读写存储器）（随机读写存储器）SRAM（静态（静态RAM）:静态静态RAM分双极型和分双极型和MOS型两类。型两类。DRAM（动态（动态RAM）:动态动态RAM只有只有MOS型。型。ROM（只读存储器）（只读存储器）MROM（掩膜（掩膜ROM）PROM（一次可编程（一次可编程ROM）EPROM（可擦除可编程（可擦除可编程ROM）VERPROM（紫外线擦除）（紫外线擦除）EEPROM（电擦除）（电擦除）FLASH Memory（闪速存储器）（闪速存储器）3.1、主存储器概述、主存储器概述双极型双极型SRAM存储器：存储器：存取速度存取速度快快、集成度、集成度低低、位平均、位平

26、均功耗高功耗高，小容量主存小容量主存。MOS型型DRAM存储器：存储器：存取速度存取速度慢慢、集成度、集成度高高、位平均、位平均功耗低功耗低，大容量主存大容量主存。半导体半导体存储器存储器3.1、主存储器概述、主存储器概述主存主存在计算机中存储在计算机中存储正在运行正在运行的的程序和数据程序和数据（或一部分）的部件。（或一部分）的部件。主存主存通过通过地址地址、数据数据、控制控制三类三类总线总线与与CPU等其他部件连通。等其他部件连通。地址总线地址总线 Address Bus:传送地址传送地址它的位数决定了它的位数决定了可访问的最大内存空间可访问的最大内存空间。(例如：例如：k=32位地址访问

27、位地址访问4G的主存空间的主存空间)数据总线数据总线 Data Bus:传送数据传送数据 n=64位位它的位数与工作频率的乘积正比于最高数它的位数与工作频率的乘积正比于最高数据读写量。据读写量。控制总线控制总线 Control Bus:指出总线周期的类型和本次读写操作完成指出总线周期的类型和本次读写操作完成的时刻。的时刻。指标指标含义含义表现表现单位单位存储容量存储容量在一个存储器中可以容纳的在一个存储器中可以容纳的存储单元总数。存储单元总数。主存的容量主存的容量 字数，字节数字数，字节数一个字节一个字节=8位位一个字一个字=16位位1KB=210B存取时间存取时间一次一次读（写）操作命令读（

28、写）操作命令发出到该操作完成，发出到该操作完成，将将数据读入（取出）数据缓冲器数据读入（取出）数据缓冲器所经历的所经历的时间。时间。主存的速度主存的速度纳秒纳秒存储周期存储周期连续启动连续启动两次存储操作两次存储操作所需间隔的最小时所需间隔的最小时间。间。主存的速度主存的速度纳秒纳秒存储器存储器带宽带宽单位时间单位时间里存储器所存取的数据总量。里存储器所存取的数据总量。（衡量（衡量数据传输速率数据传输速率的重要技术指标）的重要技术指标）主存的速度主存的速度字节字节/秒秒主存储器的性能指标主存储器的性能指标：存储容量存储容量、存取时间存取时间、存储周期存储周期、存储器带宽存储器带宽。3.1、主存

29、储器概述、主存储器概述1s(秒秒)=1000ms(毫秒毫秒)1 ms=1000s(微秒微秒)1s=1000ns(纳秒纳秒)3.1、主存储器概述、主存储器概述3.2、主存储器构成、主存储器构成 3.2.1、位单元构成（、位单元构成（RAM、ROM）3.2.2、地址译码（单向、双向）、地址译码（单向、双向）3.2.3、主存储器组成（芯片封装）、主存储器组成（芯片封装）3、主存储器、主存储器存储单元存储单元存存储储位位存储器存储器Review：晶体三极管与反相电路晶体三极管与反相电路三极管三极管：集电极、发射极、基极集电极、发射极、基极（在（在半导体半导体的基体上经过加工生产出来，的基体上经过加工生

30、产出来，大体上等于一个大体上等于一个电子开关。）电子开关。）三极管构成了一个三极管构成了一个反相器反相器电路，完成电路，完成逻辑取反逻辑取反功能。功能。反相器反相器电路是构成其他逻辑线路的基础内容。电路是构成其他逻辑线路的基础内容。+Vcc(+5V)+Vcc电源电源电阻电阻集电极集电极输入输入基极基极输出输出发射极发射极接地接地接地接地输入输入输出输出两个反相器两个反相器基极基极 输入高电平输入高电平 0.7 V（三极管导通三极管导通）电流通过电阻，从集电极流向发射极电流通过电阻，从集电极流向发射极集电极集电极与与发射极发射极之间电压差接近之间电压差接近0V。所以所以集电极集电极输出电平为输出

31、电平为0 V，基极基极 输入低电平输入低电平=0 V（三极管截止三极管截止）电流不能通过集电极流向发射极电流不能通过集电极流向发射极集电极集电极与与发射极发射极之间电压差高，比如之间电压差高，比如 4 V，所以所以集电极集电极输出电平为输出电平为4 V。重点重点1）静态随机存储器）静态随机存储器 SRAM 的位存储单元的位存储单元 存储机理：存储机理：利用双稳态触发器保存数据（利用双稳态触发器保存数据（0或或1）。）。存存 1：T1通、通、T2止止 存存 0：T1止、止、T2通通 字线字线 Z：连连地址线地址线 位线位线W：连连数据线数据线 分析：分析：（1）保持数据：）保持数据：不送地址信号

32、（不送地址信号（Z=0，T5T6截止）截止）（2）读出：）读出：送地址（送地址（Z=1,T5T6导通），发读命令导通），发读命令 （3）写入：）写入：送地址（送地址（Z=1,T5T6导通），送数据（导通），送数据（W=0/1），发写命令），发写命令3.2.1、位单元构成、位单元构成Z=1W=1读读0 写写0W=1读读1 写写1六管静态位单元六管静态位单元SRAM：容量小、存取速度快、静态（不需要刷新电路保持数据）容量小、存取速度快、静态（不需要刷新电路保持数据）（小容量（小容量Cache）数据线数据线 数据线数据线地址线地址线 2）动态随机存储器）动态随机存储器 DRAM 的位存储单元的位存储

33、单元 存储机理：存储机理：利用利用MOS电路中栅板电容保存数据。电路中栅板电容保存数据。存存 1：电容有电荷电容有电荷 存存 0：电容无电荷电容无电荷 字线字线Z：连连地址线地址线 位线位线W：连连数据线数据线 分析：分析：（1）保持信息：）保持信息：不送地址信号（不送地址信号（Z=0，T截止）截止）（2）读出：）读出：送地址（送地址（Z=1，T导通），发读命令导通），发读命令 （3）写入：）写入：送地址（送地址（Z=1，T导通），送数据（导通），送数据（W=0/1），发写命令），发写命令3.2.1、位单元构成、位单元构成+-单管动态位单元单管动态位单元DRAM：容量大、存取速度慢、动态（需要

34、刷新电路保持数据）容量大、存取速度慢、动态（需要刷新电路保持数据）（大容量内存）（大容量内存）W=1 读读1 写写1地址线地址线 Z=13.2.1、位单元构成、位单元构成3）只读存储器）只读存储器 ROM 的位存储单元的位存储单元 ROM位单元示意图位单元示意图有电流有电流导通导通 读读0生产的时候存生产的时候存1就烧断。就烧断。可通过不同技术实现改写，可通过不同技术实现改写，使得该处可连接使得该处可连接/断开。断开。3.1、主存储器概述、主存储器概述3.2、主存储器构成、主存储器构成 3.2.1、位单元构成（、位单元构成（RAM、ROM）3.2.2、地址译码（单向、双向）、地址译码（单向、双

35、向）3.2.3、主存储器组成（芯片封装）、主存储器组成（芯片封装）3、主存储器、主存储器通过地址译码通过地址译码寻找存储单元寻找存储单元存储单元存储单元存存储储位位存储器存储器3.2.2、地址译码、地址译码地址译码器地址译码器：把地址线送来的信号翻译成对应：把地址线送来的信号翻译成对应存储单元存储单元的选择信号。的选择信号。单译码：单译码：（字结构字结构存储器）存储器）32条字线条字线W0-W31。某字线被选中时，同一行某字线被选中时，同一行中的各位中的各位b0-b7都被选中，都被选中，由读由读/写电路对一写电路对一存储单元存储单元一并进行读写操作。一并进行读写操作。单译码单译码适用于适用于小

36、容量小容量存储器存储器 一个译码器一个译码器 双译码双译码适用于适用于大容量大容量存储器存储器 X方向和方方向和方Y向向两个译码器两个译码器3.2.2、地址译码、地址译码目前大容量存储器都采用双向译码方式。目前大容量存储器都采用双向译码方式。双译码比单译码使用的字线少很多双译码比单译码使用的字线少很多,为什么？为什么？双译码：双译码：（位结构位结构存储器）存储器）把把K位地址线分成接近相等的位地址线分成接近相等的两段两段，一段为水平方向一段为水平方向X地址线地址线，供供X地址译码器译码，地址译码器译码，一段为垂直方向一段为垂直方向Y地址线地址线，供供Y地址译码器译码。地址译码器译码。X和和Y两

37、个方向选择线的两个方向选择线的交叉点交叉点选中某一选中某一存储位存储位。例如例如12位地址线：双位地址线：双 64+64=128根根单单 4096根根3.1、主存储器概述、主存储器概述3.2、主存储器构成、主存储器构成 3.2.1、位单元构成（、位单元构成（RAM、ROM）3.2.2、地址译码（单向、双向）、地址译码（单向、双向）3.2.3、主存储器组成（芯片封装）、主存储器组成（芯片封装）3、主存储器、主存储器存储单元存储单元存存储储位位存储器存储器存储器的封装存储器的封装（蓝色的封装方式，芯片的引脚太多）（蓝色的封装方式，芯片的引脚太多）地地址址信信号号线线地址信号线地址信号线Intel

38、2114引脚及逻辑符号引脚及逻辑符号(a)引脚引脚 (b)逻辑符号逻辑符号 静态存储器的封装静态存储器的封装3.2.3、主存储器组成、主存储器组成地址线地址线数据线数据线读写读写信号信号片选片选信号信号存储器的内部数据通过存储器的内部数据通过输入输入/输出输出和和三态门电路三态门电路与与数据总线数据总线相连。相连。由由片选信号片选信号/CS和和读写信号读写信号/WE一起来控制三态门。一起来控制三态门。写入：写入：CS=1，/W=0，从从数据总线数据总线写入写入数据到存储器。数据到存储器。读出：读出：CS=1，/W=1，由存储器由存储器读出读出数据到数据总线上。数据到数据总线上。注意：注意：读操

39、作与写操作是读操作与写操作是分时分时进行的，读时不能写，写时不能读，进行的，读时不能写，写时不能读，输入三态门与输出三态门输入三态门与输出三态门互锁互锁，因而数据总线上的，因而数据总线上的信号不冲突信号不冲突。3.2.3、主存储器组成、主存储器组成地址线地址线Z=11101113.2.3、主存储器组成、主存储器组成一个一个 SRAM存储器存储器由：由：存储体存储体、读写电路读写电路、地址译码地址译码、控制电路控制电路等组成。等组成。片选信号片选信号读写信号读写信号存储体（存储矩阵）：存储体（存储矩阵）：存储单元的集合，通常用存储单元的集合，通常用X地址线和地址线和Y地址线地址线 的交叉点的交叉

40、点选择所需的存储单元。选择所需的存储单元。地址译码器：地址译码器：将将二进制代码表示的地址转换成输出端的二进制代码表示的地址转换成输出端的高电位高电位，用来，用来 驱动相应的读写电路，以便选择所要访问的存储单元。驱动相应的读写电路，以便选择所要访问的存储单元。驱动器驱动器:双译码结构中，在译码器输出后加驱动器，驱动挂在各条双译码结构中，在译码器输出后加驱动器，驱动挂在各条 X方向选择线上的所有存储元电路。方向选择线上的所有存储元电路。I/O电路：电路：处于数据总线和被选用的存储单元之间，控制被选中的存储处于数据总线和被选用的存储单元之间，控制被选中的存储 单元读出或写入，并放大数据信号。单元读

41、出或写入，并放大数据信号。片选信号片选信号/CS:在选择地址时，在选择地址时，首先要选片首先要选片，只有当片选信号有效时，只有当片选信号有效时，该存储芯片所连的地址线才有效。该存储芯片所连的地址线才有效。输出驱动电路输出驱动电路:为了扩展存储器的容量，常需要将几个芯片的数据线并联为了扩展存储器的容量，常需要将几个芯片的数据线并联 使用；另外存储器的读出数据或写入数据都放在使用；另外存储器的读出数据或写入数据都放在双向的数双向的数 据总线据总线上。这就用到上。这就用到三态输出缓冲器三态输出缓冲器。3.2.3、主存储器组成、主存储器组成例：例：某某RAM芯片，其存储容量为芯片，其存储容量为16K*

42、8位，问：位，问：（1）该芯片引出线的最小数目应为多少（不考虑电源线、地线）？）该芯片引出线的最小数目应为多少（不考虑电源线、地线）？（2）存储器芯片的地址范围是什么？）存储器芯片的地址范围是什么？解：解：（1）16K=214，所以地址线，所以地址线14根，字长根，字长8位，所以数据线位，所以数据线8根，根，加上芯片的片选信号线、读写控制信号线、加上芯片的片选信号线、读写控制信号线、该芯片引出线最少：该芯片引出线最少：14+8+1+1=24 条。条。（2）存储器芯片的地址范围）存储器芯片的地址范围 0000H 3FFFH101100100000H3FFFH1K=210=10248K=213 1

43、6K=214见见K就就+103.1、主存储器概述、主存储器概述3.2、主存储器构成、主存储器构成 3.2.1、位单元构成（、位单元构成（RAM、ROM）3.2.2、地址译码（单向，双向）、地址译码（单向，双向）3.2.3、主存储器组成（芯片封装）、主存储器组成（芯片封装）3.3、主存储器扩展、主存储器扩展 3.3.1、位扩展（数据线扩充）、位扩展（数据线扩充）3.3.2、字扩展（地址线扩充）、字扩展（地址线扩充）3.3.3、位字扩展（先位后字）、位字扩展（先位后字）3、主存储器、主存储器内存条就由多个存储芯片的扩展而成内存条就由多个存储芯片的扩展而成位方向位方向由于目前生产的存储器，单片的容量

44、很有限，它在字数或字长方面与实由于目前生产的存储器，单片的容量很有限，它在字数或字长方面与实际存储器的要求都有很大差距，需要在字向和位向进行扩充才能满足需际存储器的要求都有很大差距，需要在字向和位向进行扩充才能满足需要。所以，要。所以，现在的内存条是由几片存储芯片组成现在的内存条是由几片存储芯片组成。1)位扩展：位扩展：用多个存储器芯片对用多个存储器芯片对字长字长进行扩充。进行扩充。两个两个 16K 4扩充到扩充到 16K 8地址线地址线 14条（条（A0-A13）所有所有A0并连，并连，所有所有A1并连，并连，数据线数据线 8条（条（D0-D7）片选信号片选信号并连并连读写信号读写信号并连并

45、连3.3.1、位扩展、位扩展1K=210=10248K=213 16K=214见见K就就+10字线字线(地址线地址线)位线位线(数据线数据线)片选片选读写读写起始地址起始地址0000：00 0000 0000 0000 00 0000 0000 0001 00 0000 0000 0010 终止地址终止地址3FFF：11 1111 1111 1111位扩展后：位扩展后：两片两片16K4芯片成一芯片成一16K8芯片芯片3.3.1、位扩展、位扩展1K=210=10248K=213 16K=214见见K+103.1、主存储器概述、主存储器概述3.2、主存储器构成、主存储器构成 3.2.1、位单元构成

46、（、位单元构成（RAM、ROM）3.2.2、地址译码（单向，双向）、地址译码（单向，双向）3.2.3、主存储器组成（芯片封装）、主存储器组成（芯片封装）3.3、主存储器扩展、主存储器扩展 3.3.1、位扩展（数据线扩充）、位扩展（数据线扩充）3.3.2、字扩展（地址线扩充）、字扩展（地址线扩充）3.3.3、位字扩展（先位后字）、位字扩展（先位后字）3、主存储器、主存储器内存条就是多个存储芯片的扩展内存条就是多个存储芯片的扩展字字方方向向2)字扩展字扩展:增加存储器中增加存储器中字字的数量。的数量。地址线地址线 16条（条（A0-A15）所有所有A0并连并连 所有所有A13并连并连数据线数据线

47、8条（条（D0-D7）所有所有D0并连，所有并连，所有D1并连并连读写信号读写信号并连并连片选信号片选信号由高位地址由高位地址A14A15译码译码 产生产生四个四个片选信号片选信号3.3.2、字扩展、字扩展字线字线(地址线地址线)位线位线(数据线数据线)四片四片 16K 8扩充到扩充到 64K 8位扩充：片选信号并联，字扩充：片选信号分开（举例：分班号）。位扩充：片选信号并联，字扩充：片选信号分开（举例：分班号）。1K=210=102416K=214 64K=216见见K+10片内地址片内地址统统并连统统并连A15 A14 A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A00 0

48、 起始地址起始地址:00000 0000 终止地址终止地址:00111 3FFF0 1 起始地址起始地址:01000 4000 终止地址终止地址:01111 7FFF 1 0 起始地址起始地址:10000 8000 终止地址终止地址:10111 BFFF1 1 起始地址起始地址:11000 C000 终止地址终止地址:11111 FFFF字扩展后：字扩展后：四片四片16K8芯片成一芯片成一64K8芯片芯片3.3.2、字扩展、字扩展1K=210=102416K=214 64K=216见见K+10复习与作业复习与作业复习章节：复习章节：第第4章章 存储器存储器4.1 概述概述 4.2 主存储器主存储器作业：作业：P150 3、4、5、6、7、8 课外搜索：课外搜索：CPU与内存条的主流型号与参数。与内存条的主流型号与参数。