计算机组成原理第四章——存储系统2016研究教学内容.ppt

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1、计算机组成原理第四章——存储系统2016研究半导体存储器计算机由多种存储器构成存储系统。存储系统以多层次结构进行工作。由高速缓冲存储器、主存储器、辅助存储器构成的三级存储系统可以分为两个层次。其中高速缓存和主存间称为Cache-主存存储层次（Cache存储系统）；主存-辅存存储层次（虚拟存储系统）。Cache存储系统是为解决主存速度不足而提出来的。虚拟存储系统是为解决主存容量不足而提出来的。4.1.2存储器系统组成4.1.3存储器的分级结构寄存器微处理器内部的存储单元高速缓存（Cache）完全用硬件实现主存储器的速度提高主存储器存放当前运行程序和数

2、据，采用半导体存储器构成辅助存储器磁记录或光记录方式磁盘或光盘形式存放可读可写或只读内容以外设方式连接和访问存储系统的结构特点：1）容量特点：辅存→主存→Cache（小）2）速度特点：Cache→主存→辅存（慢）3）Cache的位置：在CPU的片内，独立芯片，在存储芯片内寄存器缓存主存磁盘磁带4.1.3存储器的分级结构4.1.4主存储器的技术指标存储容量主存存储容量：以字节B（Byte）为基本单位半导体存储器芯片：以位b（Bit）为基本单位存储容量以210＝1024规律表达KB，MB，GB和TB存取时间（访问时间）Ta发出读/写命令到数据传输操作完

3、成所经历的时间存取周期Tm两次存储器访问所允许的最小时间间隔通常Tm>Ta对任何一种存储器，在读写操作之后，总要有一段恢复内部状态的复原时间存储器带宽（数据传输速率）单位时间里存储器所存取的信息量4.2计算机主存储器4.2.1主存储器的基本结构主存储器通常由存储体、地址译码驱动电路、I/O和读写电路组成。存储体地址线读/写控制线I/O地址译码驱动和读写电路数据线4.2计算机主存储器主存功能:存放当前运行的程序和数据,供CPU直接访问主存储器与CPU通过系统总线联系AB━地址来自CPU的AR寄存器(MAR)DB━数据通过CPU的DR寄存器中转(MDR

4、)CB━包括WE/RD、Ready等引脚位是存储器存储信息的最小单位。存放存储字或存储字节的主存空间称为存储单元大量存储单元的集合构成一个存储体MB，程序和数据都存放在存储体中，它是存储器的核心。1.主存基本要点4.2计算机主存储器2.存储器组织一个存储单元可能存放一个字，也可能存放一个字节，这是由计算机的结构确定的。存储单元是CPU对主存可访问操作的最小存储单位。字节寻址——8位二进制编码为1字节,设计其存储单元，并给予独立的地址。字寻址——16、32、64位二进制编码定义为1(机器)字，通过地址，按字访问。4.2计算机主存储器例如，IBM370

5、机是字长为32位的计算机，主存按字节编址，每一个存储字包含4个单独编址的存储字节，字地址即是该字高位字节的地址，其字地址总是等于4的整数倍，正好用地址码的最末两位来区分同一个字的四个字节。PDP-11机是字长为16位的计算机，主存也按字节编址，每一个存储字包含2个单独编址的存储字节，它的字地址总是2的整数倍，但却是用低位字节地址作为字地址，并用地址码的最末1位来区分同一个字的两个字节。00001444488910115672312235字地址字地址字节地址字节地址4.2计算机主存储器4.数据在主存中的存放在采用字节编址的情况下，数据在主存储器中的几

6、种不同存放方法。假设，存储字为64位（8个字节），机器字长为32位，读/写的数据有四种不同长度，它们分别是字节（8位）、半字（16位）、单字（32位）和双字（64位）。字节半字单字双字4.2计算机主存储器SRAM（静态RAM：StaticRAM）以触发器为基本存储单元不需要额外的刷新电路速度快，但集成度低，功耗和价格较高DRAM（动态RAM：DynamicRAM）存储电路以电容为基础要不断进行刷新（Refresh）操作集成度高、价格低、功耗小，但速度较SRAM慢NVRAM（非易失RAM：Non-VolatileRAM）带有后备电池的SRAM芯片断电

7、后由电池维持供电4.2.2SRAM存储器（P68）6个开关管组成一个存储元，存储一位信息N(=1/4/8/16/32)个存储元组成一个存储单元存储器芯片的大量存储单元构成存储体存储器芯片结构：存储单元数×每个存储单元的数据位数＝2M×N＝芯片的存储容量M＝芯片地址线的个数N＝数据线的个数举例存储结构2K×816K位存储容量11个地址引脚8个数据引脚1、SRAM的结构6个MOS管构成RAM存储电路X地址选择Y地址选择T8BT7AT6T5T2T1T4T3VCC所有存储元共用此电路图静态RAM的基本存储电路I/OI/OT3、T4是负载管，T1、T2为工作

8、管，T5、T6、T7、T8是控制管。该电路有两种稳定状态：T1截止，T2导通为状态“1”；T2截止，T1导通为状态“0”。