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1、4.1 4.1 计算机存储系统概述计算机存储系统概述4.2 4.2 计算机主存储器计算机主存储器4.3 4.3 并行存储器结构并行存储器结构4.4 4.4 CacheCache存储系统存储系统4.5 4.5 虚拟存储器虚拟存储器第第4章章计算机存储系统计算机存储系统4.1.1 4.1.1 存储器分类存储器分类半导体存储器半导体存储器：用半导体器件组成的存储器：用半导体器件组成的存储器磁表面存储器磁表面存储器：用磁性材料做成的存储器：用磁性材料做成的存储器p 按存储介质分按存储介质分 p 按存储方式分按存储方式分 随机存储器随机存储器：任何存储单元的内容都能被随机存取，：任何存储单元的内容都能被
2、随机存取，且存取时间和存储单元的物理位置无关且存取时间和存储单元的物理位置无关顺序存储器：顺序存储器：只能按某种顺序来存取，存取时间和存只能按某种顺序来存取，存取时间和存 储单元的物理位置有关储单元的物理位置有关p 按存储器的读写功能分：按存储器的读写功能分：ROMROM，RAMRAMp 按信息的可保存性分按信息的可保存性分:易失性，非易失性易失性，非易失性p 按在计算机系统中的作用分：按在计算机系统中的作用分：主存、辅存、高速缓存主存、辅存、高速缓存计算机组成原理计算机组成原理半导体存储器计算机组成原理计算机组成原理l计计算算机机由由多多种种存存储储器器构构成成存存储储系系统统。存存储储系系
3、统统以以多多层层次次结结构构进进行工作。行工作。l 由由高高速速缓缓冲冲存存储储器器、主主存存储储器器、协协助助存存储储器器构构成成的的三三级级存存储储系系统统可可以以分分为为两两个个层层次次。其其中中高高速速缓缓存存和和主主存存间间称称为为Cache-Cache-主主存存存存储储层层次次（CacheCache存存储储系系统统）；主主存存-辅辅存存存存储储层层次次（虚虚拟拟存存储系统）。储系统）。lCacheCache存储系统是为解决主存速度不足而提出来的。存储系统是为解决主存速度不足而提出来的。l虚拟存储系统是为解决主存容量不足而提出来的。虚拟存储系统是为解决主存容量不足而提出来的。4.1.
4、2 4.1.2 存储器系统组成存储器系统组成计算机组成原理计算机组成原理4.1.3 存储器的分级结构l寄存器寄存器l微处理器内部的存储单元微处理器内部的存储单元l高速缓存（高速缓存（CacheCache）l完全用硬件实现主存储器的速度提高完全用硬件实现主存储器的速度提高l主存储器主存储器l存放当前运行程序和数据，接受半导体存储器构成存放当前运行程序和数据，接受半导体存储器构成l协助存储器协助存储器l磁记录或光记录方式磁记录或光记录方式l磁盘或光盘形式存放可读可写或只读内容磁盘或光盘形式存放可读可写或只读内容l以外设方式连接和访问以外设方式连接和访问计算机组成原理计算机组成原理存储系统的结构特点
5、：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寄存器缓存缓存主存主存磁盘磁盘磁带磁带4.1.3 存储器的分级结构计算机组成原理计算机组成原理4.1.4 主存储器的技术指标l存储容量存储容量l主存存储容量：以字节主存存储容量：以字节B B（ByteByte）为基本单位）为基本单位l半导体存储器芯片：以位半导体存储器芯片：以位b b（BitBit）为基本单位）为基本单位l存储容量以存储容量以21021010241024规律表达规律表达KBKB，MBMB，GBGB和和TBTBl存取时
6、间（访问时间）存取时间（访问时间）Ta Ta l发出读发出读/写吩咐到数据传输操作完成所经验的时间写吩咐到数据传输操作完成所经验的时间l存取周期存取周期 Tm Tml两次存储器访问所允许的最小时间间隔两次存储器访问所允许的最小时间间隔l通常通常Tm Ta Tm Ta l对对任任何何一一种种存存储储器器，在在读读写写操操作作之之后后，总总要要有有一一段段复复原内部状态的复原时间原内部状态的复原时间l存储器带宽（数据传输速率）存储器带宽（数据传输速率）l单位时间里存储器所存取的信息量单位时间里存储器所存取的信息量计算机组成原理计算机组成原理4.2 计算机主存储器4.2.1 主存储器的基本结构主存储
7、器的基本结构 主主存存储储器器通通常常由由存存储储体体、地地址址译译码码驱驱动动电电路路、I/O和读写电路组成。和读写电路组成。存储体存储体地址线地址线读读/写控制线写控制线I/O地地址址译译码码驱驱动动和和读读写写电电路路数据线数据线计算机组成原理计算机组成原理4.2 计算机主存储器p主主存存功功能能:存存放放当当前前运运行行的的程程序序和和数数据据,供供CPU干干脆脆访问访问p主存储器与主存储器与CPU通过系统总线联系通过系统总线联系pAB地址来自地址来自CPU的的AR寄存器寄存器(MAR)pDB数据通过数据通过CPU的的DR寄存器中转寄存器中转(MDR)pCB包括包括WE/RD、Read
8、y等引脚等引脚p位是存储器存储信息的最小单位。位是存储器存储信息的最小单位。p存放存储字或存储字节的主存空间称为存储单元存放存储字或存储字节的主存空间称为存储单元p大大量量存存储储单单元元的的集集合合构构成成一一个个存存储储体体MB，程程序序和和数数据都存放在存储体中，它是存储器的核心。据都存放在存储体中，它是存储器的核心。1.主存基本要点主存基本要点计算机组成原理计算机组成原理4.2 计算机主存储器2.2.存储器组织存储器组织 一一 个个存存储储单单元元可可能能存存放放一一个个字字，也也可可能能存存放放一一个个字字节节，这这是是由由计计算算机机的的结结构构确确定定的的。存存储储单单元元是是C
9、PUCPU对主存可访问操作的最小存储单位。对主存可访问操作的最小存储单位。字字节节寻寻址址88位位二二进进制制编编码码为为1 1字字节节,设设计计其其存存储储单单元元，并赐予独立的地址。并赐予独立的地址。字字寻寻址址1616、3232、6464位位二二进进制制编编码码定定义义为为1(1(机机器器)字字，通过地址，按字访问。通过地址，按字访问。计算机组成原理计算机组成原理4.2 计算机主存储器 例例如如，IBM 370机机是是字字长长为为32位位的的计计算算机机，主主存存按按字字节节编编址址，每每一一个个存存储储字字包包含含4个个单单独独编编址址的的存存储储字字节节，字字地地址址即即是是该该字字
10、高高位位字字节节的的地地址址，其其字字地地址址总总是是等等于于4的的整整数数倍倍，正正好好用用地地址址码码的的最最末末两两位位来来区区分分同同一一个个字字的的四四个个字字节节。PDP-11机机是是字字长长为为16位位的的计计算算机机，主主存存也也按按字字节节编编址址，每每一一个个存存储储字字包包含含2个个单单独独编编址址的的存存储储字字节节，它它的的字字地地址址总总是是2的的整整数数倍倍，但但却却是是用用低低位位字字节节地地址址作作为为字字地地址址，并用地址码的最末并用地址码的最末1位来区分同一个字的两个字节。位来区分同一个字的两个字节。00001444488910115672312235字地
11、址字地址字节地址字节地址计算机组成原理计算机组成原理4.2 计算机主存储器4.数据在主存中的存放数据在主存中的存放 在在接接受受字字节节编编址址的的状状况况下下，数数据据在在主主存存储储器器中中的的几几种种不不同同存存放放方方法法。假假设设，存存储储字字为为64位位（8个个字字节节），机机器器字字长长为为32位位，读读/写写的的数数据据有有四四种种不不同同长长度度，它它们们分分别别是是字字节节（8位位）、半半字字（16位位）、单单字（字（32位）和双字（位）和双字（64位）。位）。字字节节半半字字单单字字双双字字计算机组成原理计算机组成原理4.2 计算机主存储器lSRAMSRAM（静态（静态R
12、AMRAM：Static RAMStatic RAM）l以触发器为基本存储单元以触发器为基本存储单元l不须要额外的刷新电路不须要额外的刷新电路l速度快，但集成度低，功耗和价格较高速度快，但集成度低，功耗和价格较高lDRAMDRAM（动态（动态RAMRAM：Dynamic RAMDynamic RAM）l存储电路以电容为基础存储电路以电容为基础l要不断进行刷新（要不断进行刷新（RefreshRefresh）操作）操作l集成度高、价格低、功耗小，但速度较集成度高、价格低、功耗小，但速度较SRAMSRAM慢慢lNVRAMNVRAM（非易失（非易失RAMRAM：Non-Volatile RAMNon-
13、Volatile RAM）l带有后备电池的带有后备电池的SRAMSRAM芯片芯片l断电后由电池维持供电断电后由电池维持供电计算机组成原理计算机组成原理4.2.2 SRAM存储器（P68）l6 6个开关管组成一个个开关管组成一个存储元存储元，存储一位信息，存储一位信息lN(=1/4/8/16/32)N(=1/4/8/16/32)个存储元组成一个个存储元组成一个存储单元存储单元l存储器芯片的大量存储单元构成存储器芯片的大量存储单元构成存储体存储体l存储器芯片结构：存储器芯片结构：存储单元数存储单元数每个存储单元的数据位数每个存储单元的数据位数 2 2M MNN芯片的芯片的存储容量存储容量lM M芯
14、片地址线的个数芯片地址线的个数lN N数据线的个数数据线的个数举例存储结构存储结构2K816K位存储容量位存储容量11个地址引脚个地址引脚8个数据引脚个数据引脚1、SRAM的结构的结构计算机组成原理计算机组成原理6个MOS管构成RAM存储电路 X地地 址址 选选择择 Y地址选择地址选择 T8B T7A T6 T5 T2 T1 T4 T3VCC所有存储元所有存储元共用此电路共用此电路图图 静态静态RAMRAM的基本存储电路的基本存储电路I/O I/OT3、T4是负载管，是负载管，T1、T2为为工作管，工作管，T5、T6、T7、T8是限制管。是限制管。该电路有两种稳定状态：该电路有两种稳定状态：T
15、1截止，截止，T2导通为状态导通为状态“1”；T2截止，截止，T1导通为状态导通为状态“0”。计算机组成原理计算机组成原理6264 SRAM芯片l2828脚双列直插（脚双列直插（DIPDIP）l芯片容量：芯片容量：64K64K位位l存储结构：存储结构：8K88K8l1313个地址线个地址线A12A12A0A0l8 8个数据线个数据线D7D7D0D0l限制引脚限制引脚l片选：片选：CS1*CS1*，CS2CS2l读限制：读限制：OE*OE*l写限制：写限制：WE*WE*l无连接无连接NCNC计算机组成原理计算机组成原理6116lHM6116HM6116是是一一种种2K*82K*8位位的的高高速速
16、静静态态CMOSCMOS随随机机存存取取存存储储器器,HM6116HM6116有有1111条条地地址址线线（A0A10A0A10）、8 8条条数数据据线线（I/O1I/O8I/O1I/O8）、1 1条条电电源源线线、1 1条条接接地地线线GNDGND和和3 3条条限限制制线线片片选选信信号号CECE、写写允允许许信信号号WEWE和和输输出出允允许许信信号号OEOE（3 3条条限限制制线线低低电电平平有效）。有效）。计算机组成原理计算机组成原理6116是 2K*8SRAM计算机组成原理计算机组成原理例：一维译码与二维译码，译码输出选择线削减。例：一维译码与二维译码，译码输出选择线削减。设：有设：
17、有1K1位的位的SRAM，其结构为，其结构为3232阵列。阵列。一维译码输出选择线为一维译码输出选择线为2101024条条二维译码输出选择线为二维译码输出选择线为252564条条选择线的削减可简化电路设计工作，降低电路相互干选择线的削减可简化电路设计工作，降低电路相互干扰。扰。2、地址译码方式、地址译码方式:地址译码电路能把地址线送来的地址信号翻译成对地址译码电路能把地址线送来的地址信号翻译成对应存储单元的选择信号。应存储单元的选择信号。1）单译码方式）单译码方式-字选法字选法2）双译码方式）双译码方式-重合法重合法计算机组成原理计算机组成原理译译码码器器A5A4A3A2A1A06301存储单
18、元存储单元64个单元个单元单译码单译码A3A4A5A2A1A0行行译译码码710列译码列译码01764个单元个单元双译码双译码双译码方式 行译码，其输出线选中存储矩阵中一行的全部存储单元。列译码，其输出线选中一列的全部单元。工作方式：行列同时选择的单元被访问。计算机组成原理计算机组成原理静态RAM芯片有2114（1K4）WE CS&11输入输入数数据据控制控制630列列I/O电电路路列选列选A0SA4S I/O4 I/O3 I/O2 I/O1A5A9630GNDVCC行行选选存储单元存储单元64行行64列列GND2114 A6A5A4A3A0A1A2CSVCCA7A8A9I/O1I/O2I/O
19、3I/O4WE计算机组成原理计算机组成原理3 3、SRAM SRAM 的工作时序（的工作时序（P68P68图）图）读读期期间间，地址，地址输输入信息不允入信息不允许变许变更，片更，片选选信号信号CS在地址有效在地址有效之后之后变为变为有效，使芯片被有效，使芯片被选选中，最中，最终终在数据在数据线线上得到上得到读读出的信出的信号。写允号。写允许许信号信号WE在在读读周期中保持高周期中保持高电电平。平。写周期除了要加地址和片写周期除了要加地址和片选选信号外，信号外，还还要加一个低要加一个低电电平有效平有效的写入脉冲的写入脉冲WE，并供，并供应应写入数据。写入数据。计算机组成原理计算机组成原理4.2
20、.3 DRAM存储器（P69）单管动态基本存储电路它由1管和寄生电容Cs组成。C1VSCDVDT2T1T3预充预充T4读数据线读数据线数据输出数据输出刷新控制刷新控制写数据线写数据线写入选择线写入选择线读出选择线读出选择线 图图 3 管动态存储电路管动态存储电路1.DRAM1.DRAM存储元结构存储元结构计算机组成原理计算机组成原理2.2.存储器结构存储器结构DRAM DRAM 芯片的引脚复用与接口芯片的引脚复用与接口(1)(1)地址引脚复用地址引脚复用地址信号分时地址信号分时(2)(2)限制信号限制信号RASRAS（行）和（行）和CASCAS（列）（列）(3)(3)限制信号的生成（接口）限制
21、信号的生成（接口）例：芯片例：芯片Intel8203Intel8203DRAMDRAM限制器芯片限制器芯片 将接口电路和刷新电路集成于一身。将接口电路和刷新电路集成于一身。3.DRAM3.DRAM的工作方式的工作方式(1)(1)写操作方式写操作方式电容充电电容充电(2)(2)读操作方式读操作方式破坏性读出，重写破坏性读出，重写(刷新刷新)(3)(3)定时刷新方式定时刷新方式保持电容电平保持电容电平计算机组成原理计算机组成原理动态动态RAMRAM芯片芯片 Intel 2116单管动态RAM芯片引脚与信号：16个引脚 存储容量：16k1位数据线：Din，Dout地址线：A6 A0，7条限制线：CA
22、S行选通、RAS列选通、WE写读允许线不足：地址线分时复用计算机组成原理计算机组成原理4.DRAM4.DRAM的刷新和重写（的刷新和重写（P71P71）1)DRAM1)DRAM须须要要定定时时刷刷新新，缘缘由由是是DRAMDRAM保保存存电电平平信信号号的的电电容容存在漏电现象。存在漏电现象。2 2）一一般般选选定定MOSMOS型型动动态态存存储储器器允允许许的的最最大大刷刷新新间间隔隔为为2ms2ms，即应在，即应在2ms2ms内，将全部存储体刷新一遍。内，将全部存储体刷新一遍。3 3）刷刷新新和和重重写写（再再生生）是是两两个个完完全全不不同同的的概概念念。重重写写是是随随机机的的，某某个
23、个存存储储单单元元只只有有在在破破坏坏性性读读出出之之后后才才须须要要重重写写。而而刷刷新新是是定定时时的的，即即使使很很多多记记忆忆单单元元长长期期未未被被访访问问，若若不不刚刚好好补补充充电电荷荷的的话话，信信息息也也会会丢丢失失。重重写写一一般般是是按按存存储储单单元元进进行行的的，而而刷刷新新通通常常以以存存储储体体矩矩阵中的一行为单位进行的。阵中的一行为单位进行的。计算机组成原理计算机组成原理5.刷新方式刷新方式常常见见的刷新方式有集中式、分散式；的刷新方式有集中式、分散式；1 1）集中式刷新）集中式刷新p全部的行在每一个刷新周期中都被刷新。全部的行在每一个刷新周期中都被刷新。p在在
24、刷刷新新间间隔隔内内，前前段段时时间间进进行行正正常常操操作作，不不刷刷新新；须要刷新时，暂停读须要刷新时，暂停读/写周期，集中刷新整个存储器写周期，集中刷新整个存储器p集集中中刷刷新新期期间间必必需需停停止止读读/写写，这这一一段段时时间间称称为为“死区死区”，而且存储容量越大，死区就越长，而且存储容量越大，死区就越长pp计算机组成原理计算机组成原理5.刷新方式刷新方式常常见见的刷新方式有集中式、分散式；的刷新方式有集中式、分散式；1 1）集中式刷新）集中式刷新p全部的行在每一个刷新周期中都被刷新。全部的行在每一个刷新周期中都被刷新。p在在刷刷新新间间隔隔内内，前前段段时时间间进进行行正正常
25、常操操作作，不不刷刷新新；须要刷新时，暂停读须要刷新时，暂停读/写周期，集中刷新整个存储器写周期，集中刷新整个存储器p集集中中刷刷新新期期间间必必需需停停止止读读/写写，这这一一段段时时间间称称为为“死区死区”，而且存储容量越大，死区就越长，而且存储容量越大，死区就越长pDRAM定时刷新需特地的限制电路定时刷新需特地的限制电路p刷刷新新限限制制逻逻辑辑电电路路、刷刷新新定定时时器器、刷刷新新地地址址计计数器、刷新放大器数器、刷新放大器pp计算机组成原理计算机组成原理 DRAMDRAM存存储储器器的的刷刷新新须须要要有有硬硬件件电电路路的的支支持持，包包括括刷刷新新计计数数器器、刷刷新新/访访存
26、存裁裁决决、刷刷新新限限制制逻逻辑辑等。这些限制线路形成等。这些限制线路形成DRAMDRAM限制器。限制器。计算机组成原理计算机组成原理刷新间隔（刷新间隔（2ms）读读/写操作写操作刷新刷新013967396839993968个周期（个周期（1984s）32个周期（个周期（16s）在在最最大大刷刷新新间间隔隔2ms内内共共可可以以支支配配4000个个存存取取周周期期，从从03967个个周周期期内内进进行行读读/写写操操作作或或保保持持，而而从从39683999这最终这最终32个周期集中支配刷新操作。个周期集中支配刷新操作。计算机组成原理计算机组成原理2)分散刷新方式分散刷新方式 指指把把刷刷新
27、新操操作作分分散散到到每每个个存存取取周周期期内内进进行行，此此时时系系统统的的存存取取周周期期被被分分为为两两部部分分，前前一一部部分分时时间间进进行行读读/写写操操作作或或保保持持，后后一一部部分分时时间间进进行行刷刷新新操操作作。一一个个系统存取周期内刷新存储矩阵中的一行。系统存取周期内刷新存储矩阵中的一行。刷新间隔（刷新间隔（32s）周期周期0周期周期1周期周期31读读/写写读读/写写读读/写写刷新刷新刷新刷新刷新刷新分散刷新方式没有死区，但是加分散刷新方式没有死区，但是加长长了系了系统统的存取周期，如存的存取周期，如存储储芯芯片的存取周期片的存取周期为为0.5 s，则则系系统统的存取
28、周期的存取周期应为应为1 s，降低了整机，降低了整机的速度；其次是刷新的速度；其次是刷新过过于于频频繁（本例中每繁（本例中每32 s就重复刷新一遍），就重复刷新一遍），尤其是当存尤其是当存储储容量比容量比较较小的状况下，没有充分利用所允小的状况下，没有充分利用所允许许的最大的最大刷新刷新间间隔（隔（2ms）。）。计算机组成原理计算机组成原理说说明明1M11M1位位(51220485122048)DRAMDRAM芯芯片片的的刷刷新新方方法法，刷新周期定为刷新周期定为8ms8ms【解】逐行进行刷新【解】逐行进行刷新512行，每行行，每行2048个存储元同时进行刷新，整个个存储元同时进行刷新，整个芯
29、片在芯片在8ms内进行内进行512次刷新操作次刷新操作集中刷新集中刷新在在8ms中某个时间段，连续进行中某个时间段，连续进行512次刷新操作次刷新操作“死时间死时间”：t0=512T(T为存储器读写周期）为存储器读写周期）异步刷新异步刷新8ms分成分成512个时间段，每隔个时间段，每隔8ms51215.625s对对芯片刷新一次芯片刷新一次(一行一行)，消退长时间的，消退长时间的“死时间死时间”计算机组成原理计算机组成原理6 6、动态存储器、动态存储器(DRAM)(DRAM)与静态存储器与静态存储器(SRAM)(SRAM)优缺点比较优缺点比较计算机组成原理计算机组成原理 1 1）EDRAMEDR
30、AM芯片芯片 EDRAMEDRAM芯芯片片又又称称增增加加型型DRAMDRAM芯芯片片，它它在在DRAMDRAM芯芯片片上上集集成成了了一一个个SRAMSRAM实实现现的的小小容容量量高高速速缓缓冲冲存存储储器器，从从而而使使DRAMDRAM芯片的性能得到显著改进芯片的性能得到显著改进 2 2）EDRAMEDRAM内存条内存条 一一片片EDRAMEDRAM的的容容量量为为1M41M4位位，8 8片片这这样样的的芯芯片片(位位扩展）可组成扩展）可组成1M321M32位的存储模块。位的存储模块。当当某某模模块块被被选选中中，此此模模块块的的8 8个个EDRAMEDRAM芯芯片片同同时时动动作作，8
31、 8个个4 4位位数数据据端端口口D3D0D3D0同同时时与与3232位位数数据据总总线线交交换换数据，完成一次数据，完成一次3232位字的存取位字的存取7、高性能的主存储器计算机组成原理计算机组成原理高性能DRAMlFPM DRAMFPM DRAM（快页方式（快页方式DRAMDRAM）l同一行的传送仅变更列地址同一行的传送仅变更列地址l页内访问速度加快页内访问速度加快lEDO DRAMEDO DRAM（扩展数据输出（扩展数据输出DRAMDRAM）l数据输出有效时间加长（扩展）数据输出有效时间加长（扩展）lSDRAMSDRAM（同步（同步DRAMDRAM）l公共的系统时钟，没有等待状态公共的系
32、统时钟，没有等待状态l支持猝发传送，内部接受交叉存储支持猝发传送，内部接受交叉存储lDDR DRAMDDR DRAM（双速率（双速率DRAMDRAM）l同步时钟前沿和后沿各进行一次数据传送同步时钟前沿和后沿各进行一次数据传送lRDRAMRDRAM（Rambus DRAMRambus DRAM）lRambusRambus公司专利技术，全新设计公司专利技术，全新设计计算机组成原理计算机组成原理 存存储储器器芯芯片片的的容容量量是是有有限限的的,为为了了满满足足实实际际存存储储器器的容量要求，须要对存储器进行扩展。的容量要求，须要对存储器进行扩展。要要组组成成一一个个主主存存，首首先先要要考考虑虑选
33、选片片的的问问题题，然然后后就就是是如如何何把把芯芯片片连连接接起起来来的的问问题题。依依据据存存储储器器所所要要求求的的容容量量和和选选定定的的存存储储芯芯片片的的容容量量，就就可可以以计计算算出出总总的的芯芯片片数数，即，即4.2.4 存储器容量扩充（P72）总容量总容量芯片容量芯片容量总片数总片数计算机组成原理计算机组成原理1、位扩展法、位扩展法 位位扩扩展展指指只只在在位位数数方方向向扩扩展展（加加大大字字长长），而而芯芯片片的的字字数数和和存存储储器器的的字字数数是是一一样样的的。位位扩扩展展的的连连接接方方式式是是将将各各存存储储芯芯片片的的地地址址线线、片片选选线线和和读读/写写
34、线线相相应地并联起来，而将各芯片的数据线单独列出。应地并联起来，而将各芯片的数据线单独列出。如如用用64K1的的SRAM芯芯片片组组成成64K8的的存存储储器器，须要须要8个芯片。个芯片。容量容量地址地址数据数据存储器存储器64K8168存储芯片存储芯片64K1161计算机组成原理计算机组成原理1、位扩展法、位扩展法演示演示64K8 芯片组 A15A0D7D0_CS_WE_CSA0A15D0D7_WE64K112345678I/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/O.地地址址总总线线数数据据总总线线.计算机组成原理计算机组成原理 字扩展是指仅在字数方向扩展，而位数不变。字扩字扩展是指仅在
35、字数方向扩展，而位数不变。字扩展将芯片的地址线、数据线、读展将芯片的地址线、数据线、读/写线并联，由片选信写线并联，由片选信号来区分各个芯片。号来区分各个芯片。如用如用16K8的的SRAM组成组成64K8的存储器，须要的存储器，须要4个芯片。个芯片。2、字扩展、字扩展 容量容量地址地址数据数据存储器存储器64K8168存储芯片存储芯片16K8148计算机组成原理计算机组成原理 A15 A14CPU A0 A13 A13 WE D0D7 2:4译码器译码器 CE CE16K8WE CE16K8WE CE16K8WEWE CE16K8WE16K816K8字扩展法组成字扩展法组成64K8 RAM64
36、K8 RAM11100100演示演示计算机组成原理计算机组成原理 在在同同一一时时间间内内四四个个芯芯片片中中只只能能有有一一个个芯芯片片被被选选中中。四个芯片的地址安排如下：。四个芯片的地址安排如下：第一片第一片 最低地址最低地址 0000H 最高地址最高地址 3FFFH 其次片其次片 最低地址最低地址 4000H 最高地址最高地址 7FFFH 第三片第三片 最低地址最低地址 8000H 最高地址最高地址 BFFFH 第四片第四片 最低地址最低地址 C000H 最高地址最高地址 FFFFH计算机组成原理计算机组成原理3、字和位同时扩展、字和位同时扩展 当当构构成成一一个个容容量量较较大大的的
37、存存储储器器时时，往往往往须须要要在在字字数数方方向向和和位位数数方方向向上上同同时时扩扩展展，这这将将是是前前两两种种扩扩展展的组合，实现起来也是很简洁的。的组合，实现起来也是很简洁的。如如用用16K4的的SRAM组组成成64K8的的存存储储器器，须须要要?芯片。芯片。计算机组成原理计算机组成原理2:4译码器D7D0A13A0WED7D4D3D016K416K416K416K416K416K416K416K4CS0A14A15CS1CS2CS3计算机组成原理计算机组成原理字位同时扩展：字位同时扩展：21142114存储芯片存储芯片1K41K4扩展成扩展成2K82K8存储器存储器 D4-D7
38、D3-D0 A0 A1 A9 WE CPU A10 2114CS R/W 2114CS R/W 2114CS R/W 2114CS R/W 计算机组成原理计算机组成原理 例例：利利用用2K42K4位位的的存存储储芯芯片片，组组成成16K816K8位位的的存存储储器，共须要多少块芯片？器，共须要多少块芯片？解解：（：（16K816K8）/（2K42K4）82821616即：共需即：共需1616块芯片。块芯片。(既须要位扩展，又须要字扩展）既须要位扩展，又须要字扩展）例例：利利用用1K41K4位位的的存存储储芯芯片片，组组成成2K82K8位位的的存存储储器器，共须要芯片数：共须要芯片数：（2K82
39、K8）/（1K41K4）=22=4=22=4计算机组成原理计算机组成原理4 4、存储器的地址安排、存储器的地址安排(1)(1)片选方法片选方法线线选选法法(译译码码)高高位位未未用用地地址址线线干干脆脆作作片片选选信信号号，接存储芯片接存储芯片 CS CS 引脚。引脚。部部分分译译码码(法法)将将部部分分高高位位地地址址线线，经经译译码码器器译译码码后作片选信号，接存储芯片后作片选信号，接存储芯片 CS CS 引脚引脚全全译译码码 (法法)将将全全部部高高位位地地址址线线，经经译译码码器器译译码码后作片选信号，接存储芯片后作片选信号，接存储芯片 CS CS 引脚引脚计算机组成原理计算机组成原理
40、 A9A0 D7D0 A9A0 CS OE 2114 WE D7D4 A9A0 D7D0 A9A0 CS OE 2114 WE D7D4 A9A0 D7D0 A9 A0 CS OE 2114 WE D7D4 A9A0 D7D0 A9A0 CS OE 2114 WE D7D4 A13 A12 A11 A10 A9A0 D7D0 WE RD 1）用线选法将2114(1K4)(1K4)芯片组成4KB存储器组A15 A14A13 A10A9 A0一个可用地址12341110110110110111全0 全1全0 全1全0 全1全0 全13800H 3BFFH3400H 37FFH2C00H 2FFFH
41、1C00H 1FFFH计算机组成原理计算机组成原理 A9 A0 D7 D0 A9 A0 CS 2114 WE D7 D4 6：64译 码 器 A9 A0 D7 D0 A9 A0 CS 2114 WE D7 D4 A9 A0 D7 D0 A9 A0 CS 2114 WE D7 D4 A9 A0 D7 D0 A9 A0 CS 2114 WE D7 D0 A9 A0 D7 D0 A9 A0 CS 2114 WE D7 D0 A9 A0 D7 D0 A9 A0 CS 2114 WE D7 D4 A15 A10 A9 A0 IO/M CPU WE D7 D0 2 2）用全译码法将）用全译码法将21142
42、114芯片组成芯片组成4KB4KB存储器存储器计算机组成原理计算机组成原理 A9A0 D7D0 A9A0 CS 2114 WE D7D4 译码器 A9A0 D7D0 A9A0 CS 2114 WE D7D4 A9A0 D7D0 A9A0 CS 2114 WE D7D4 A9A0 D7D0 A9A0 CS 2114 WE D7D0 A9A0 D7D0 A9A0 CS 2114 WE D7D4 A15 A12 A11 A10 A9A0 IO/M CPU WE D7D0 3 3）用部分译码将）用部分译码将21142114芯片组成芯片组成4KB4KB存储器存储器A15 A12A11 A10A9 A0一
43、个可用地址123400011011全0 全1全0 全1全0 全1全0 全10000H 03FFH0400H 07FFH0800H 0BFFH0C00H 0FFFH未用计算机组成原理计算机组成原理例例：某某CPUCPU为为1616位位地地址址线线，主主存存储储器器设设计计如如图图，用用2 2片片ROMROM和和2 2片片RAMRAM构构成成，读读写写限限制制信信号号分分开开。请请分分析析该该主主存存的技术参数、片选方式、地址安排状况。的技术参数、片选方式、地址安排状况。计算机组成原理计算机组成原理思思索索题题：某某SRAMSRAM芯芯片片，存存储储容容量量为为64K1664K16位位，该该芯芯片
44、片的地址线和数据线数目为的地址线和数据线数目为_。A 64A 64，16 B 1616 B 16，64 C 6464 C 64，8 D 168 D 16，1616思思索索题题：某某计计算算机机字字长长3232位位，其其存存储储容容量量为为4MB4MB，若若按按半字编址，它的寻址范围是半字编址，它的寻址范围是_。A 0A 032M B 032M B 04M C 04M C 02M D 02M D 01M1M思思索索题题：某某计计算算机机字字长长1616位位，它它的的存存贮贮容容量量是是64KB,64KB,若若按字编址，那么它的寻址范围是按字编址，那么它的寻址范围是_A.0A.064K B.064
45、K B.032KB C.032KB C.064KB D.064KB D.032k32k计算机组成原理计算机组成原理思思索索题题：某某机机字字长长3232位位，存存储储容容量量为为1MB1MB，若若按按字字编编址址，它的寻址范围是它的寻址范围是_ _。A.0A.01M B.01M B.0512KB C.0512KB C.0256K D.0256K D.0256KB256KB思思索索题题：某某RAMRAM芯芯片片,其其容容量量为为51285128位位，除除电电源源和和接接地地端外端外,该芯片引出线的最小数目应是该芯片引出线的最小数目应是_。A.23 B.25 C.17 D.19A.23 B.25
46、C.17 D.19思思索索题题：某某DRAMDRAM芯芯片片，其其存存储储容容量量为为512K8512K8位位，该该芯芯片的地址线和数据线数目为片的地址线和数据线数目为_。A.8A.8，512 B.512512 B.512，8 C.188 C.18，8 D.198 D.19，8 8计算机组成原理计算机组成原理思索题：在无其他说明时思索题：在无其他说明时,存储单元是指存储单元是指_。A.存放一个二进制信息位的存储元存放一个二进制信息位的存储元B.存放一个机器字的全部存储元集合存放一个机器字的全部存储元集合C.存放一个字节的全部存储元集合存放一个字节的全部存储元集合D.存放两个字节的全部存储元集合
47、存放两个字节的全部存储元集合计算机组成原理计算机组成原理4.2.5 只读存储器 ROM的最大优点是具有非易失性，即使电源断电，的最大优点是具有非易失性，即使电源断电，ROM中存储的信息也不会丢失。中存储的信息也不会丢失。1、ROM的类型的类型 ROM工作时只能读出，不能写入，那么工作时只能读出，不能写入，那么ROM中的中的内容是如何事先存入的呢？我们把向内容是如何事先存入的呢？我们把向ROM写入数据的写入数据的过程称为对过程称为对ROM进行编程，依据编程方法的不同，进行编程，依据编程方法的不同，ROM通常可以分为以下几类：通常可以分为以下几类：(1)掩膜式掩膜式ROM（MROM）它它的的内内容
48、容是是由由半半导导体体生生产产厂厂家家按按用用户户提提出出的的要要求求在在芯芯片片的的生生产产过过程程中中干干脆脆写写入入的的，写写入入后后任任何何人都无法变更其内容。人都无法变更其内容。计算机组成原理计算机组成原理（2）一次可编程）一次可编程ROM（PROM）PROM允许用户利用特地的设备（编程器或写入允许用户利用特地的设备（编程器或写入器）写入自己的程序，但一旦写入后便无法变更，因此器）写入自己的程序，但一旦写入后便无法变更，因此它是一种一次性可编程的它是一种一次性可编程的ROM。（3）可擦除可编程）可擦除可编程ROM 用户利用编程器写入，而且可以对其内容进行多用户利用编程器写入，而且可以
49、对其内容进行多次改写。但要留意的是：在次改写。但要留意的是：在+5V的电源条件下只能读的电源条件下只能读出不能写入，用编程器写入信息时必需用出不能写入，用编程器写入信息时必需用+25V的高压。的高压。与前两种与前两种ROM相比，相比，EPROM运用起来最为便利，因运用起来最为便利，因此应用特别广泛。此应用特别广泛。计算机组成原理计算机组成原理EPROM（紫外线擦除）（紫外线擦除）用用紫紫外外线线灯灯进进行行擦擦除除的的，所所以以只只能能对对整整个个芯芯片片擦擦除除，而而不不能能对对芯芯片片中中个个别别须须要要改改写写的的存存储储单元单独擦除和重写。单元单独擦除和重写。EEPROM（电擦除）（电
50、擦除）用用电电气气方方法法来来进进行行擦擦除除的的，它它在在联联机机条条件件下下可可以以用用字字擦擦除除方方式式擦擦除除，也也可可以以用用数数据据块块擦擦除除方方式式擦擦除除。以以字字擦擦除除方方式式操操作作时时，能能够够只只擦擦除除被被选选中中的的那那个个存存储储单单元元的的内内容容；在在数数据据块块擦擦除除方方式式操作时，可擦除数据块内全部单元的内容。操作时，可擦除数据块内全部单元的内容。计算机组成原理计算机组成原理（4）闪速存储器（）闪速存储器（flash memory）一种快擦写型存储器，它的主要特点是：既可在一种快擦写型存储器，它的主要特点是：既可在不加电的状况下长期保存信息，又能在