白中英计算机组成原理第3章-内部存储器.
148页1、第三章 内部存储器,2018年12月17日星期一,2,目录,3.1 存储器概述 (理解) 3.2 SRAM存储器 (理解) 3.3 DRAM存储器 (掌握) 3.4 只读存储器和闪速存储器 (理解) 3.5 并行存储器 (理解) 3.6 CACHE存储器 (掌握),2018年12月17日星期一,3,学习要求,理解存储系统的基本概念 熟悉主存的主要技术指标 掌握主存储器与CPU的连接方法 理解Cache的基本概念及工作原理 掌握Cache-主存地址映射方法,2018年12月17日星期一,4,3.1 存储器概述,3.1.1 存储器分类 3.1.2 存储器的分级结构 3.1.3 存储器的技术指标,2018年12月17日星期一,5,3.1.1 存储器分类(1/3),按存储介质分 半导体存储器:用半导体器件(MOS管)组成的存储器; 磁表面存储器:用磁性材料(磁化作用)做成的存储器; 光盘存储器:用光介质(光学性质)构成的存储器; 按存取方式分 随机存储器:存取时间和存储单元的物理位置无关; 顺序存储器:存取时间和存储单元的物理位置有关; 半顺序存储器:存取时间部分地依赖于存储单元的物理位置;,
2、系统主存、Cache,软盘硬盘磁带,光盘,半导体存储器,磁带,磁盘存储器,2018年12月17日星期一,6,3.1.1 存储器分类(2/3),按存储内容可变性分 只读存储器(ROM) 只能读出而不能写入的半导体存储器; 随机读写存储器(RAM): 既能读出又能写入的半导体存储器; 按信息易失性分 易失性存储器:断电后信息即消失的存储器; 非易失性存储器:断电后仍能保存信息的存储器;,半导体存储器,半导体存储器,磁盘光盘,2018年12月17日星期一,7,3.1.1 存储器分类(3/3),按在计算机系统中的作用分 主存储器 能够被CPU直接访问,速度较快,用于保存系统当前运行所需的所有程序和数据; 辅助存储器 不能被CPU直接访问,速度较慢,用于保存系统中的所有的程序和数据; 高速缓冲存储器(Cache) 能够被CPU直接访问,速度快,用于保存系统当前运行中频繁使用的程序和数据; 控制存储器 CPU内部的存储单元。,半导体存储器,磁盘、光盘存储器,半导体存储器,半导体存储器,2018年12月17日星期一,8,3.1.2 存储器的分级结构,动画演示: 3-1.swf,2018年12月17日
3、星期一,9,缓存主存层次,主存辅存层次,3.1.2 存储器的分级结构(1/2),系统对存储器的要求:大容量、高速度、低成本 三级存储系统结构,1、加上cache的目的为提高速度,2、内存包括cache和主存,1、降低了成本,扩大了容量,2、虚存系统包括主存和辅存,在CPU看来,容量相当于辅存容量,速度相当于CACHE速度。,2018年12月17日星期一,10,3.1.2 存储器的分级结构(2/2),存储器分级结构中应解决的问题: 当需从辅存中寻找指定内容调入主存时,如何准确定位? 依靠相应的辅助软硬件。 当CPU访问cache,而待访问内容不在cache中时,应如何处理? 从主存向cache中调入相应内容。 以上过程均由操作系统管理。,2018年12月17日星期一,11,3.1.3 主存储器的技术指标存储容量,存储容量:指存储器能存放二进制代码的总数。 存储容量=存储单元个数存储字长 用ab表示 存储容量=存储单元个数存储字长/8 单位为B(字节) 要求: 已知存储容量,能计算出该存储器的地址线和数据线的根数。 例如 某机存储容量为 2K16,则该系统所需的地址线为 根,数据线位数为
4、根。,11,16,2018年12月17日星期一,12,3.1.3 主存储器的技术指标存储速度,存取时间(访问时间) 从启动一次访问操作到完成该操作为止所经历的时间; 以ns为单位,存取时间又分读出时间、写入时间两种。 存取周期 存储器连续启动两次独立的访问操作所需的最小间隔时间。 以ns为单位,存取周期=存取时间+复原时间。 存储器带宽 每秒从存储器进出信息的最大数量; 单位为位/秒或者字节/秒。,2018年12月17日星期一,13,求存储器带宽的例子,设某存储系统的存取周期为500ns,每个存取周期可访问16位,则该存储器的带宽是多少? 存储带宽= 每周期的信息量 / 周期时长 = 16位/(500 10-9)秒 = 3.2 107 位/秒 = 32 106 位/秒 = 32M位/秒,2018年12月17日星期一,14,3.2 SRAM存储器,3.2.0 主存储器的构成 3.2.1 基本的静态存储元阵列 3.2.2 基本的SRAM逻辑结构 3.2.3 读/写周期波形图,2018年12月17日星期一,15,3.2.0 主存储器的构成,静态RAM(SRAM) 由MOS电路构成的双稳触发器
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