计算机组成原理（第二版） 教学课件 作者 7 302 13713 7 ch04.ppt

第4章 存储器及存储系统 教学目标 了解存储器分类及分级结构 掌握半导体存储器芯片基本工作原理 掌握提高存储器性能的主要方法 教学重点 半导体存储器芯片基本工作原理 存储器与中央处理器的连接方法 提高存储器性能的主要方法 教学过程 4.1 存储器概述 4.2 主存储器 4.3 半导体存储器芯片 4.4 主存储器组织 4.5 存储保护 4.1 存储器概述（1/3） 存储器的两大功能： 1、 存储（写入Write） 2、 取出（读出Read） 三项基本要求： 1、大容量 2、高速度 3、低成本 4.1 存储器概述 （2/3） 概念 1、基本存储单元：存储一位（bit）二进制代码的存储元件称为基本存储单元（或存储元） 2、存储单元：主存中最小可编址的单位，是CPU对主存可访问操作的最小单位。 3、存储体：多个存储单元按一定规则组成一个整体。 4、存储器分辩率：指存储器能被区分、识别与操作的精细程度。 4.1 存储器概述 （3/3） 存储器的特性： 1、存储器是计算机中信息存储的核心。 程序存储功能由存储器来承担。 2、内存是CPU与外界进行数据交换的窗口，CPU所执行的程序和所涉及的数据都由内存直接提供。CPU可以对内存进行直接都操作和写操作。 3、外存可以保存大量的程序和数据。 4.1.1 存储器的分类 1. 按构成存储器的器件和存储介质分类 2. 按存取方式分类 3. 按在计算机中的作用分类 4. 按信息的可保护性分类 5. 按信息读出后存储单元是否稳定分类 6. 按接口形式分类 4.1.2 存储器的分级结构 如图4-2所示的存储系统，它有如下特点： ①在存储器体系结构中，各层之间的信息调度由辅助硬件或软件直接完成。 ②存储体系结构能发挥整个存储系统的最大效能，有最佳的性能价格比。 ③工作原理：CPU首先访问Cache，如果Cache中没有，则存储系统通过辅助硬件，到主存储器中去找；如果主存没有CPU要访问的内容，则存储系统通过辅助硬件或软件，到辅存中去找。然后把找到的数据逐级上调。 4.2 主存储器 存储器的性能指标是对存储器的主要要求，也是对存储器进行设计、使用和提高时的主要依据，存储器性能指标也称为存储器参数。 4.2.1主存储器技术指标 （1/5） 1．存储容量： （1）存储容量是指一个功能完备的存储器所能容纳的二进制信息总量，即可存储多少位二进制信息代码。 （2）存储容量＝存储字数×字长 （3）要求：大容量。 4.2.1主存储器技术指标 （2/5） 2．存储器速度 （1）存储器取数时间（Memory Access Time） 从存储器读出／写入一个存储单元信息或从存储器读出／写入一次信息（信息可能是一个字节或一个字）所需要的平均时间，称为存储器的取数时间／存数时间,记为tA，也称为取数时间，tA对随机存储器一般是指：从中央处理器ＣＰＵ的地址寄存器门输出端发出读数请求时起，到所要求的读出信息出现在存储器输出端为止，这期间所需要化费的时间值。 （2）存储器存取周期（Memory Cycle Time） 存储器进行一次完整的读写操作所需要的全部时间，称为存取周期。或具体地说，存取周期是启动两个独立的存储器操作（如两个连续的读操作）之间所需要的最小时间间隔，用tM表示。 tM = tA+复原时间： 破坏性读出方式：tM＝2tA。 非破坏性读出：tM = tA+稳定时间 4.2.1主存储器技术指标 （3/5） 3．数据传输率 单位时间可写入存储器或从存储器取出的信息的最大数量，称为数据传输率或称为存储器传输带宽bM 。 bM =W／tM 其中，存储周期的倒数1／tM 是单位时间（每秒）内能读写存储器的最大次数。W表示存储器一次读取数据的宽度，即位数，也就是存储器传送数据的宽度。 4.2.1主存储器技术指标 （4/5） 4．可靠性 存储器的可靠行是指在规定时间内存储器无故障的情况，一般用平均无故障时间MTBF来衡量。 为提高存储器的可靠性，必须对存储器中存在的特殊问题，采取适当的方法。 （1）对于破坏性读出的存储器：设立缓冲寄存器 （2）断电后信息会丢失：备用电源的方法或采用中断的技术转储 （3）动态存储：定期刷新 4.2.1主存储器技术指标 （5/5） 5．价格 又称成本，它是衡量经济性能的重要指标。设Ｃ是存储容量为Ｓ位的整个存储器以元计算的价格，可定义存储器成本c为： c＝（C／S）元／位. 衡量存储器性能还有一些其它性能指标，如体积、功耗、重量、使用环境等。 4.2.2主存储器基本组成 ①贮存信息的存储体。 ②信息的寻址机构，即读出和写入信息的地址选择机构。这包括：地址寄存