计算机组成原理第三篇课件(白中英编-科学出版社).ppt

软件学院·计算机组织与结构 第3章 存储系统 第3章 存储系统 3.1 存储器概述 3.2 SRAM存储器 3.3 DRAM存储器 3.4 只读存储器和闪速存储器 3.5 并行存储器 3.6 Cache存储器 3.7 虚拟存储器 3.1 存储器概述 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 3.1 存储器概述 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、存储器：多个存储单元按一定规则组成一个整体。 3.1.1 存储器的分类 1. 按存储介质分类 2. 按存取方式分类 3. 按存储器的读写功能分类 4. 按信息的可保存性分类 5. 按在计算机系统中的作用分类 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 1、目前存储器的特点是： 速度快的存储器价格贵，容量小； 价格低的存储器速度慢，容量大。 在计算机存储器体系结构设计时，我们希望存储器系统的性能高、价格低，那么在存储器系统设计时，应当在存储器容量，速度和价格方面的因素作折中考虑，建立了分层次的存储器体系结构如下图所示。 3.1.2 存储器分级结构 2、分级结构 高速缓冲存储器简称cache，它是计算机系统中的一个高速小容量半导体存储器。 主存储器简称主存，是计算机系统的主要存储器，用来存放计算机运行期间的大量程序和数据。 外存储器简称外存，它是大容量辅助存储器。 3.1.2 存储器分级结构 分层存储器系统之间的连接关系 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 字存储单元：存放一个机器字的存储单元，相应的单元地址叫字地址。 字节存储单元：存放一个字节的单元，相应的地址称为字节地址。 存储容量：指一个存储器中可以容纳的存储单元总数。存储容量越大，能存储的信息就越多。 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 3.1.3 主存储器的技术指标 存取时间又称存储器访问时间： 指一次读操作命令发出到该操作完成，将数据读出到数据总线上所经历的时间。通常取写操作时间等于读操作时间，故称为存储器存取时间。 存储周期： 指连续启动两次读操作所需间隔的最小时间。通常，存储周期略大于存取时间，其时间单位为ns。 存储器带宽： 单位时间里存储器所存取的信息量，通常以位/秒或字节/秒做度量单位。 3.2 SRAM存储器 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 主存（内部存储器）是半导体存储器。根据信息存储的机理不同可以分为两类： 静态读写存储器(SRAM)：存取速度快 动态读写存储器(DRAM)：存储容量大。 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 3.2 SRAM存储器 一、基本的静态存储元阵列 1、存储位元 N(=1/4/8/16/32)个存储元组成一个存储单元 2、三组信号线 地址线 数据线 行线 列线 控制线 3.2.1 SRAM存储器 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 3.2 SRAM存储器 二、基本的SRAM逻辑结构 SRAM芯大多采用双译码方式，以便组织更大的存储容量。采用了二级译码：将地址分成x向、y向两部分如图所示。 图为存储容量 32K×8位的SRAM 逻辑结构图。 3.2 SRAM存储器 存储体（256×128×8） 通常把各个字的同一位集成在一个芯片（32K×1）中，32K位排成256×128的矩阵。8个片子就可以构成32KB。 地址译码器 采用双译码的方式