计算机组成原理(白中英)第3章存储系统.ppt

软件学院·计算机组织与结构 第3章 存储系统 计算机组成原理 任课教师：赵孟德 上海电机学院 第一章 计算机系统概论 第二章 运算方法和运算器 第三章 存储系统 第四章 指令系统 第五章 中央处理器 第六章 总线系统 第七章 外围设备 第八章 输入输出系统 第九章 并行组织 教材 白中英，计算机组成原理·网络版，科学出版社，2002 参考书 石磊，计算机组成原理·第2版, 清华大学出版社，2006 钱晓捷，微型计算机原理及应用, 清华大学出版社，2006 王爱英,计算机组成与结构·第3版, 清华大学出版社，2001 白中英 邝坚，计算机组织与结构·网络版，科学出版社，2003 第3章 存储系统 3.1 存储器概述 3.2 随机读写存储器 3.3 只读存储器和闪速存储器 3.4 高速存储器 3.5 cache存储器 3.6 虚拟存储器 3.7 存储保护 3.1 存储器概述 存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。 一个二进制代码位是存储器中最小的存储单位，称为一个存储位或存储元。 由若干个存储元组成一个存储单元，由许多存储单位组成一个存储器。 3.1.1 存储器分类 半导体存储器：用半导体器件组成的存储器 磁表面存储器：用磁性材料做成的存储器 3.1.2 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 存储访问的局部性原理 分级结构解决存储器件的容量、速度和价格矛盾 出色效率来源于存储器访问的局部性原理： 处理器访问存储器时，所访问的存储单元在一段时间内都趋向于一个较小的连续区域中 空间局部：紧邻被访问单元的地方也将被访问 时间局部：刚被访问的单元很快将再次被访问 程序运行过程中，绝大多数情况都能够直接从快速的存储器中获取指令和读写数据；当需要从慢速的下层存储器获取指令或数据时，每次都将一个程序段或一个较大数据块读入上层存储器，后续操作就可以直接访问快速的上层存储器 3.1.3 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 厂商常以103＝1000规律表达KB，MB，GB和TB 存取时间（访问时间） 发出读/写命令到数据传输操作完成所经历的时间 存取周期 两次存储器访问所允许的最小时间间隔（单位ns） 存取周期略大于存取时间 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（单位 位/秒） 3.2 随机读写存储器 SRAM（静态RAM：Static RAM） 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：Dynamic RAM） 以单个MOS管为基本存储单元 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-Volatile RAM） 带有后备电池的SRAM芯片 断电后由电池维持供电 3.2.1 SRAM存储器 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 SRAM的控制信号 片选（CS*或CE*） 片选有效，才可以对芯片进行读/写操作 无效时，数据引脚呈现高阻状态，并可降低功耗 读控制（OE*） 芯片被选中有效，数据输出到数据引脚 对应存储器读MEMR* 写控制（WE*） 芯片被选中的前提下，若有效，将数据写入 对应存储器写MEMW* 静态MOS存储器 基本存储元—6管静态MOS存储元 由两个MOS反相器交叉耦合而成的双稳态触发器。 T3、T4管是负载管，T1、T2管是工作管。 T5、T6、T7、T8为控制管或开门关。 六管SRAM存储元电路图 静态MOS存储器 基本存储元—6管静态MOS存储元 B、存储元的工作原理 ①写操作。如果要写入“1”，则在I/O线上输入高电位，而在I/O线上输入低电位，并通过开启T5、T6、T7、T8四个晶体管，把高、低电位分别加在A、B点，从而使T1管截止，使T2管导通。 写“0”的情况完全类似。 要同时打开T5、T6、T7、T8这四个管子，必须把X地址译码线和Y地址移码线同时输入高电位。 静态MOS存储器 基本存储元—6管静态MOS存储元 B、存储元的工作原理 ②读操