(1.4)--4计算机组成原理.ppt

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1、1上节回顾第第3章章 运算方法和运算部件运算方法和运算部件3.4 3.4 二二二二进进制除法运算制除法运算制除法运算制除法运算 阵阵列除法器列除法器列除法器列除法器3.5 3.5 浮点的运算方法浮点的运算方法浮点的运算方法浮点的运算方法 3.5.1 3.5.1 浮点数的加减法运算浮点数的加减法运算浮点数的加减法运算浮点数的加减法运算 3.5.2 3.5.2 浮点数的乘除法运算浮点数的乘除法运算浮点数的乘除法运算浮点数的乘除法运算3.6 3.6 运算部件运算部件运算部件运算部件3.7 3.7 数据校数据校数据校数据校验码验码2第4章 主存储器4.1 主存主存储器器处于全机中心地位于全机中心地位4

2、.2 主存主存储器分器分类4.3 主存主存储器的主要技器的主要技术指指标4.4 主存主存储器的基本操作器的基本操作4.5 读/写存写存储器器(即随机存即随机存储器器(RAM)4.6 非易失性半非易失性半导体存体存储器器4.7 DRAM的研制与开的研制与开发4.8 半半导体存体存储器的器的组成与控制成与控制4.9 多体交叉存多体交叉存储器器34.1 主存储器处于全机中心地位存存储器是器是计算机的一种算机的一种具有具有记忆功能的部件功能的部件,用以存放程序、数据、符号等信息。用以存放程序、数据、符号等信息。分两种情况:分两种情况:一是一是一是一是计计算机当前运行算机当前运行算机当前运行算机当前运行

3、时时现场现场要使用的信息要使用的信息要使用的信息要使用的信息;二是二是二是二是计计算机当前运行算机当前运行算机当前运行算机当前运行时时暂时暂时不需要使用不需要使用不需要使用不需要使用,但必,但必,但必,但必须须存存存存储储在在在在计计算机中的信息。算机中的信息。算机中的信息。算机中的信息。44.1 主存储器处于全机中心地位现代代计算机都配算机都配备有有主存主存储器器和和辅助存助存储器器。主存主存主存主存储储器器器器:简简称主存(内存),称主存(内存),称主存(内存),称主存(内存),设设在主机内部。在主机内部。在主机内部。在主机内部。用来存用来存用来存用来存储计储计算机当前运行算机当前运行算机

4、当前运行算机当前运行时现场时现场要使用的信要使用的信要使用的信要使用的信息;息;息;息;辅辅助存助存助存助存储储器器器器:简简称称称称辅辅存(外存),存(外存),存(外存),存(外存),设设在主机外在主机外在主机外在主机外部。用来部。用来部。用来部。用来计计算机当前运行算机当前运行算机当前运行算机当前运行时暂时时暂时不需要使用,不需要使用,不需要使用,不需要使用,但必但必但必但必须须存存存存储储在在在在计计算机中的信息算机中的信息算机中的信息算机中的信息 。54.1 主存储器处于全机中心地位主存主存储器器主存主存主存主存处处于被中央于被中央于被中央于被中央处处理机理机理机理机CPUCPU直接直

5、接直接直接访问访问的位置,的位置,的位置,的位置,由随机存由随机存由随机存由随机存储储器器器器RAMRAM和只和只和只和只读读存存存存储储器器器器ROMROM组组成,成,成,成,能能能能快速快速快速快速进进行行行行读读写操作写操作写操作写操作;存放存放存放存放计计算机运行期算机运行期算机运行期算机运行期间间的大量程序和数据;的大量程序和数据;的大量程序和数据;的大量程序和数据;存取存取存取存取速度速度速度速度较较快快快快,存存存存储储容量不大容量不大容量不大容量不大。64.1 主存储器处于全机中心地位辅助存助存储器器辅辅存存存存速度允速度允速度允速度允许许慢些慢些慢些慢些,因此,因此,因此,因

6、此价格价格价格价格较较低低低低;大量静止、待命的信息分布在大量静止、待命的信息分布在大量静止、待命的信息分布在大量静止、待命的信息分布在辅辅存上,当需要存上,当需要存上,当需要存上,当需要辅辅存上的某些信息活存上的某些信息活存上的某些信息活存上的某些信息活跃跃起来起来起来起来时时,它将,它将,它将,它将由由由由计计算算算算机机机机专门专门的存的存的存的存储储管理部件管理部件管理部件管理部件调调入主存,然后才被入主存,然后才被入主存,然后才被入主存,然后才被CPUCPU访问访问;存放系存放系存放系存放系统统程序和大型数据文件及数据程序和大型数据文件及数据程序和大型数据文件及数据程序和大型数据文件

7、及数据库库;存存存存储储容量大,成本低容量大,成本低容量大,成本低容量大,成本低。74.1 主存储器处于全机中心地位在在在在现现代代代代计计算机中,主存算机中,主存算机中,主存算机中,主存处处于于于于全机中心地位全机中心地位全机中心地位全机中心地位的原因的原因的原因的原因1.1.当前当前当前当前计计算机算机算机算机正在正在正在正在执执行的程序和数据行的程序和数据行的程序和数据行的程序和数据(除了(除了(除了(除了暂暂存于存于存于存于CPUCPU寄存器以外的所有原始数据、中寄存器以外的所有原始数据、中寄存器以外的所有原始数据、中寄存器以外的所有原始数据、中间结间结果和最果和最果和最果和最后后后后

8、结结果)均存放在存果)均存放在存果)均存放在存果)均存放在存储储器中。器中。器中。器中。CPUCPU直接从存直接从存直接从存直接从存储储器器器器取指令或存取数据。取指令或存取数据。取指令或存取数据。取指令或存取数据。2.2.计计算机系算机系算机系算机系统统中中中中输输入入入入输输出出出出设备设备数量增多,数据数量增多,数据数量增多,数据数量增多,数据传传送送送送速度加快,因此采用了速度加快,因此采用了速度加快,因此采用了速度加快,因此采用了直接存直接存直接存直接存储储器存取(器存取(器存取(器存取(DMADMA)技技技技术术和和和和输输入入入入输输出通道技出通道技出通道技出通道技术术,在存,在

9、存,在存,在存储储器与器与器与器与输输入入入入输输出出出出系系系系统统之之之之间间直接直接直接直接传传送数据。送数据。送数据。送数据。3.3.共享存共享存共享存共享存储储器的多器的多器的多器的多处处理机理机理机理机的出的出的出的出现现,利用存,利用存,利用存,利用存储储器存放器存放器存放器存放共享数据,并共享数据,并共享数据,并共享数据,并实现处实现处理机之理机之理机之理机之间间的通信,更加的通信,更加的通信,更加的通信,更加强强了了了了存存存存储储器作器作器作器作为为全机中心的作用。全机中心的作用。全机中心的作用。全机中心的作用。84.1 主存储器处于全机中心地位计计算机算机算机算机执执行程

10、序行程序行程序行程序时时,CPUCPU从存从存从存从存储储器中提取程序器中提取程序器中提取程序器中提取程序(从主存提取程序,而(从主存提取程序,而(从主存提取程序,而(从主存提取程序,而存放在外存的程序、数据存放在外存的程序、数据存放在外存的程序、数据存放在外存的程序、数据只有只有只有只有调调入主存后才能被入主存后才能被入主存后才能被入主存后才能被CPUCPU提取提取提取提取执执行行行行),按程序),按程序),按程序),按程序的指令控制的指令控制的指令控制的指令控制计计算机的算机的算机的算机的执执行,行,行,行,对对存存存存储储器中的数据器中的数据器中的数据器中的数据进进行相行相行相行相应应的

11、的的的处处理,或者理,或者理,或者理,或者CPUCPU控制将存控制将存控制将存控制将存储储器中的数据器中的数据器中的数据器中的数据输输出。出。出。出。因此因此因此因此计计算机指令的算机指令的算机指令的算机指令的执执行速度在很大程度上依行速度在很大程度上依行速度在很大程度上依行速度在很大程度上依赖赖于于于于主存(内存)的主存(内存)的主存(内存)的主存(内存)的读读写速度写速度写速度写速度。高性能的高性能的高性能的高性能的CPUCPU只有配置速度与之匹配的内存才能只有配置速度与之匹配的内存才能只有配置速度与之匹配的内存才能只有配置速度与之匹配的内存才能充分充分充分充分发挥发挥CPUCPU的功能的

12、功能的功能的功能,系,系,系,系统统只有配置大容量的内只有配置大容量的内只有配置大容量的内只有配置大容量的内存才能存才能存才能存才能为为高水平高水平高水平高水平软软件提供足件提供足件提供足件提供足够够的工作平台。的工作平台。的工作平台。的工作平台。94.1 主存储器处于全机中心地位由于中央由于中央处理器是高速器件,而主存的理器是高速器件,而主存的读写写速度速度则慢得多,不少指令的慢得多,不少指令的执行速度与主存行速度与主存储器技器技术的的发展密切相关。展密切相关。存存储系系统是整个系是整个系统的瓶的瓶颈。到目前到目前为止,止,存存储设备的速度,仍然明的速度,仍然明显地地慢于同慢于同级别的中央的

13、中央处理器的速度理器的速度。104.1 主存储器处于全机中心地位存存储系系统的关的关键是如何是如何组织好好速度、容量和速度、容量和价格均不相同的存价格均不相同的存储器器使使使使这这个存个存个存个存储储器的速度接近速度最快的存器的速度接近速度最快的存器的速度接近速度最快的存器的速度接近速度最快的存储储器器器器存存存存储储容量与容量最大的存容量与容量最大的存容量与容量最大的存容量与容量最大的存储储器相等器相等器相等器相等单单位容量的价格接近容量最大的存位容量的价格接近容量最大的存位容量的价格接近容量最大的存位容量的价格接近容量最大的存储储器器器器三大因素:三大因素:速度、容量、价格速度、容量、价格

14、114.1 主存储器处于全机中心地位为解决三者之解决三者之间的矛盾,目前通常采用的矛盾,目前通常采用多多级存存储器体系器体系结构构,即使用,即使用高速高速缓冲存冲存储器、器、主存主存储器和外存器和外存储器器。寄存器寄存器Cache主存储器主存储器辅助存储器辅助存储器124.1 主存储器处于全机中心地位存存储器的用途和特点器的用途和特点名称名称名称名称高速缓冲高速缓冲高速缓冲高速缓冲存储器存储器存储器存储器主存储器主存储器主存储器主存储器外存储器外存储器外存储器外存储器简称简称简称简称CacheCache主存主存主存主存外存外存外存外存用途用途用途用途高速存取指令和数据高速存取指令和数据高速存取

15、指令和数据高速存取指令和数据存放计算机运行期间存放计算机运行期间存放计算机运行期间存放计算机运行期间的大量程序和数据的大量程序和数据的大量程序和数据的大量程序和数据存放系统程序和大型存放系统程序和大型存放系统程序和大型存放系统程序和大型数据文件及数据库数据文件及数据库数据文件及数据库数据文件及数据库特点特点特点特点存取速度快存取速度快存取速度快存取速度快存储容量小存储容量小存储容量小存储容量小存取速度较快存取速度较快存取速度较快存取速度较快存储容量不大存储容量不大存储容量不大存储容量不大存储容量大存储容量大存储容量大存储容量大 位成本低位成本低位成本低位成本低13第4章 主存储器4.1 主存主

16、存储器器处于全机中心地位于全机中心地位4.2 主存主存储器分器分类4.3 主存主存储器的主要技器的主要技术指指标4.4 主存主存储器的基本操作器的基本操作4.5 读/写存写存储器(即随机存器(即随机存储器(器(RAM)4.6 非易失性半非易失性半导体存体存储器器4.7 DRAM的研制与开的研制与开发4.8 半半导体存体存储器的器的组成与控制成与控制4.9 多体交叉存多体交叉存储器器14存储器分类按存按存储介介质分分类 半半半半导导体存体存体存体存储储器器器器磁表面存磁表面存磁表面存磁表面存储储器器器器光存光存光存光存储储器器器器15存储器分类半半半半导导体存体存体存体存储储器器器器 用用用用半

17、半半半导导体器件体器件体器件体器件组组成的存成的存成的存成的存储储器(器(器(器(电电子介子介子介子介质质););););速度快、成本高速度快、成本高速度快、成本高速度快、成本高。随着大。随着大。随着大。随着大规规模集成模集成模集成模集成电电路的路的路的路的发发展,展,展,展,半半半半导导体存体存体存体存储储器成本大幅度降低;器成本大幅度降低;器成本大幅度降低;器成本大幅度降低;信息易信息易信息易信息易挥发挥发(当(当(当(当计计算机断算机断算机断算机断电时电时,信息随之消失),信息随之消失),信息随之消失),信息随之消失)。磁表面存磁表面存磁表面存磁表面存储储器器器器 用用用用磁性材料磁性材

18、料磁性材料磁性材料做成的存做成的存做成的存做成的存储储器,又称海量存器,又称海量存器,又称海量存器,又称海量存储储器;器;器;器;速度慢、成本低速度慢、成本低速度慢、成本低速度慢、成本低。例如:磁。例如:磁。例如:磁。例如:磁盘盘、磁、磁、磁、磁带带、磁卡等。、磁卡等。、磁卡等。、磁卡等。光存光存光存光存储储器器器器 光介光介光介光介质质,又称激光存,又称激光存,又称激光存,又称激光存储储器。器。器。器。16存储器分类按存取特性分按存取特性分类随机存随机存随机存随机存储储器器器器RAMRAM只只只只读读存存存存储储器器器器ROMROM顺顺序存取存序存取存序存取存序存取存储储器器器器SAMSAM

19、直接存取存直接存取存直接存取存直接存取存储储器器器器DAMDAM17存储器分类随机存随机存随机存随机存储储器器器器RAMRAM 任何存任何存任何存任何存储单储单元的元的元的元的内容都能被随机存取内容都能被随机存取内容都能被随机存取内容都能被随机存取,且存取,且存取,且存取,且存取时间时间和存和存和存和存储单储单元的物理位置无关。元的物理位置无关。元的物理位置无关。元的物理位置无关。读读写方便,使用灵活写方便,使用灵活写方便,使用灵活写方便,使用灵活,但断,但断,但断,但断电电后后后后RAMRAM中的信中的信中的信中的信息会息会息会息会丢丢失,所以它是失,所以它是失,所以它是失,所以它是易失型存

20、易失型存易失型存易失型存储储器。器。器。器。动态动态存存存存储储器器器器DRAMDRAM静静静静态态存存存存储储器器器器SRAMSRAM18存储器分类只只只只读读存存存存储储器器器器ROMROM 在正常工作在正常工作在正常工作在正常工作时时,存,存,存,存储储的的的的内容是固定不内容是固定不内容是固定不内容是固定不变变的,的,的,的,只只只只能能能能读读出而不能写入新信息出而不能写入新信息出而不能写入新信息出而不能写入新信息的半的半的半的半导导体存体存体存体存储储器;器;器;器;内容是通内容是通内容是通内容是通过过特殊特殊特殊特殊线线路路路路预预先写先写先写先写进进去的,一旦写入去的,一旦写入

21、去的,一旦写入去的,一旦写入后,即使断后,即使断后,即使断后,即使断电电,ROMROM里的存里的存里的存里的存储储内容仍不会内容仍不会内容仍不会内容仍不会丢丢失,能失,能失,能失,能够长够长期保存,是一种期保存,是一种期保存,是一种期保存,是一种非易失性存非易失性存非易失性存非易失性存储储器器器器;ROMROM的的的的电电路比路比路比路比RAMRAM简单简单,集成度高,成本低集成度高,成本低集成度高,成本低集成度高,成本低;通常用作存放固定的程序、数据。通常用作存放固定的程序、数据。通常用作存放固定的程序、数据。通常用作存放固定的程序、数据。19存储器分类顺顺序存取存序存取存序存取存序存取存储

22、储器器器器SAMSAM 只能按某种只能按某种只能按某种只能按某种顺顺序来存取序来存取序来存取序来存取的存的存的存的存储储器;器;器;器;容量大,速度慢容量大,速度慢容量大,速度慢容量大,速度慢,用作,用作,用作,用作计计算机算机算机算机外存外存外存外存。最典型的是磁最典型的是磁最典型的是磁最典型的是磁带带存存存存储储器器器器 。直接存取存直接存取存直接存取存直接存取存储储器器器器DAMDAM 在存取数据在存取数据在存取数据在存取数据时时不必不必不必不必对对存存存存储储介介介介质质做事先做事先做事先做事先顺顺序搜索序搜索序搜索序搜索而直接存取信息的存而直接存取信息的存而直接存取信息的存而直接存取

23、信息的存储储器;器;器;器;DAMDAM介于介于介于介于顺顺序存取存序存取存序存取存序存取存储储器和随机存器和随机存器和随机存器和随机存储储器之器之器之器之间间。对对于一个磁道是随机存取,但在每一个磁道内于一个磁道是随机存取,但在每一个磁道内于一个磁道是随机存取,但在每一个磁道内于一个磁道是随机存取,但在每一个磁道内是是是是顺顺序序序序查查找;找;找;找;速度速度速度速度远远比不上比不上比不上比不上RAMRAM和和和和ROMROM,但,但,但,但容量大、价格容量大、价格容量大、价格容量大、价格便宜,速度比便宜,速度比便宜,速度比便宜,速度比SAMSAM快快快快。20存储器分类按信息的可保存性分

24、按信息的可保存性分 非永久非永久非永久非永久记忆记忆的存的存的存的存储储器(易失性存器(易失性存器(易失性存器(易失性存储储器)器)器)器):断断断断电电后信息即消失的存后信息即消失的存后信息即消失的存后信息即消失的存储储器。器。器。器。永久永久永久永久记忆记忆性存性存性存性存储储器(非易失性存器(非易失性存器(非易失性存器(非易失性存储储器):器):器):器):断断断断电电后仍能保存信息的存后仍能保存信息的存后仍能保存信息的存后仍能保存信息的存储储器。器。器。器。按在按在计算机系算机系统中的作用分中的作用分 主存主存主存主存储储器器器器辅辅助存助存助存助存储储器器器器高速高速高速高速缓缓冲存

25、冲存冲存冲存储储器器器器控制存控制存控制存控制存储储器器器器21第4章 主存储器4.1 主存主存储器器处于全机中心地位于全机中心地位4.2 主存主存储器分器分类4.3 主存主存储器的主要技器的主要技术指指标4.4 主存主存储器的基本操作器的基本操作4.5 读/写存写存储器(即随机存器(即随机存储器(器(RAM)4.6 非易失性半非易失性半导体存体存储器器4.7 DRAM的研制与开的研制与开发4.8 半半导体存体存储器的器的组成与控制成与控制4.9 多体交叉存多体交叉存储器器224.3 主存储器的主要技术指标存存储容量容量存取存取时间(存(存储器器访问时间)存存储周期周期存存储器器带宽可靠性可靠

26、性价格价格功耗功耗集成度集成度234.3 主存储器的主要技术指标 指指指指 标标标标存储容量存储容量存储容量存储容量存取时间存取时间存取时间存取时间存储周期存储周期存储周期存储周期存储器带宽存储器带宽存储器带宽存储器带宽含义含义含义含义在一个存储器中可以容在一个存储器中可以容在一个存储器中可以容在一个存储器中可以容纳的存储单元总数纳的存储单元总数纳的存储单元总数纳的存储单元总数启动到完成一次存储器启动到完成一次存储器启动到完成一次存储器启动到完成一次存储器操作所经历的时间操作所经历的时间操作所经历的时间操作所经历的时间连续启动两次操作所需连续启动两次操作所需连续启动两次操作所需连续启动两次操作

27、所需间隔的最小时间间隔的最小时间间隔的最小时间间隔的最小时间单位时间里存储器所存单位时间里存储器所存单位时间里存储器所存单位时间里存储器所存取的信息量取的信息量取的信息量取的信息量 表表表表 现现现现存储空间的存储空间的存储空间的存储空间的大小大小大小大小主存的速度主存的速度主存的速度主存的速度主存的速度主存的速度主存的速度主存的速度数据传输速数据传输速数据传输速数据传输速率技术指标率技术指标率技术指标率技术指标 单单单单 位位位位字数,字数,字数,字数,字节数字节数字节数字节数位位位位/秒,秒,秒,秒,字节字节字节字节/秒秒秒秒244.3 主存储器的主要技术指标可靠性可靠性存存存存储储器的可

28、靠性是指在器的可靠性是指在器的可靠性是指在器的可靠性是指在规规定定定定时间时间内存内存内存内存储储器无故器无故器无故器无故障的情况,一般用障的情况,一般用障的情况,一般用障的情况,一般用平均无故障平均无故障平均无故障平均无故障时间时间来衡量;来衡量;来衡量;来衡量;平均无故障平均无故障平均无故障平均无故障时间时间越越越越长长,表示存,表示存,表示存,表示存储储器的可靠性越器的可靠性越器的可靠性越器的可靠性越好。好。好。好。价格价格又称又称又称又称成本成本成本成本,它是,它是,它是,它是衡量衡量衡量衡量经济经济性能的重要指性能的重要指性能的重要指性能的重要指标标;性能性能性能性能优优良、价格便宜

29、的存良、价格便宜的存良、价格便宜的存良、价格便宜的存储储器才能被器才能被器才能被器才能被设计设计者和者和者和者和用用用用户户所接受。所接受。所接受。所接受。254.3 主存储器的主要技术指标功耗功耗作作作作为为目前的主存目前的主存目前的主存目前的主存储储器的主体的半器的主体的半器的主体的半器的主体的半导导体存体存体存体存储储器的器的器的器的功耗包括功耗包括功耗包括功耗包括“维维持功耗持功耗持功耗持功耗”和和和和“操作功耗操作功耗操作功耗操作功耗”,应应在保在保在保在保证证速度的前提下尽可能地减小功耗,特速度的前提下尽可能地减小功耗,特速度的前提下尽可能地减小功耗,特速度的前提下尽可能地减小功耗

30、,特别别是要减小是要减小是要减小是要减小“维维持功耗持功耗持功耗持功耗”。集成度集成度所所所所谓谓集成度是指在一片数平方毫米的芯片上能集成度是指在一片数平方毫米的芯片上能集成度是指在一片数平方毫米的芯片上能集成度是指在一片数平方毫米的芯片上能集成多少个存集成多少个存集成多少个存集成多少个存储单储单元,每个存元,每个存元,每个存元,每个存储单储单元存元存元存元存储储一一一一个二个二个二个二进进制位,所以集成度常表示制位,所以集成度常表示制位,所以集成度常表示制位,所以集成度常表示为为位位位位/片片片片。衡量存衡量存储器性能器性能还有一些其它性能指有一些其它性能指标,如,如体体积、重量、使用、重量

31、、使用环境境等。等。26上节回顾第第4章章 主存主存储器器4.1 4.1 主存主存主存主存储储器器器器处处于全机中心地位于全机中心地位于全机中心地位于全机中心地位4.2 4.2 主存主存主存主存储储器分器分器分器分类类4.3 4.3 主存主存主存主存储储器的主要技器的主要技器的主要技器的主要技术术指指指指标标27第4章 主存储器4.1 主存主存储器器处于全机中心地位于全机中心地位4.2 主存主存储器分器分类4.3 主存主存储器的主要技器的主要技术指指标4.4 主存主存储器的基本操作器的基本操作4.5 读/写存写存储器(即随机存器(即随机存储器(器(RAM)4.6 非易失性半非易失性半导体存体存

32、储器器4.7 DRAM的研制与开的研制与开发4.8 半半导体存体存储器的器的组成与控制成与控制4.9 多体交叉存多体交叉存储器器284.4 主存储器的基本操作主存储器用来暂时主存储器用来暂时存储存储CPU正在使用正在使用的指令和数据,它的指令和数据,它和和CPU的关系最为的关系最为密切。密切。主存储器和主存储器和CPU的的连接是由总线支持连接是由总线支持的的。294.4 主存储器的基本操作一个一个RAM有三有三组外部信号:外部信号:地址地址线、数据、数据线、控制控制线。CPU与外部是通与外部是通过地址地址总线AB、数据、数据总线DB以及控制以及控制总线CB与外部交与外部交换信息,存信息,存储器

33、芯片与器芯片与CPU的的连接也就是与接也就是与CPU的三种的三种总线的的连接。接。CPU通通过使用使用AR(地址寄存器)和(地址寄存器)和DR(数(数据寄存器)和主存据寄存器)和主存进行数据行数据传送。送。304.4 主存储器的基本操作主存主存储器(器(Memory)是由以下几部分)是由以下几部分组成成:存存存存储储体体体体 地址寄存地址寄存地址寄存地址寄存器器器器数据寄存器数据寄存器数据寄存器数据寄存器 地址地址地址地址译码译码和和和和驱动驱动器器器器读读/写放大写放大写放大写放大电电路路路路 读读/写控制写控制写控制写控制电电路路路路314.4 主存储器的基本操作存存存存储储体体体体阵阵列

34、:列:列:列:是信息的是信息的是信息的是信息的储储存地,是存地,是存地,是存地,是主存主存主存主存储储器的主体器的主体器的主体器的主体。存存存存储储器的核心是存器的核心是存器的核心是存器的核心是存储阵储阵列,存列,存列,存列,存储储矩矩矩矩阵阵由排成由排成由排成由排成阵阵列的列的列的列的许许多存多存多存多存储储元元元元组组成成成成。每个存每个存每个存每个存储储元就是元就是元就是元就是一个基本一个基本一个基本一个基本记忆单记忆单元元元元,相当于一,相当于一,相当于一,相当于一个触个触个触个触发发器,它存放一个二器,它存放一个二器,它存放一个二器,它存放一个二进进制数据(制数据(制数据(制数据(0

35、 0或或或或1 1)。)。)。)。地址寄存器地址寄存器地址寄存器地址寄存器(MARMARMemory Address Memory Address RegisterRegister):):):):用以用以用以用以存放存放存放存放访问访问存存存存储储器器器器单单元的地址元的地址元的地址元的地址。在在在在对对存存存存储储器器器器读读/写写写写时时,CPUCPU必必必必须预须预先将相关的先将相关的先将相关的先将相关的单单元地址元地址元地址元地址传传送到送到送到送到该该寄存器中。寄存器中。寄存器中。寄存器中。324.4 主存储器的基本操作数据寄存器数据寄存器数据寄存器数据寄存器(MDRMDRMemor

36、y Data Memory Data RegisterRegister):):):):用以用以用以用以暂时暂时存放从存存放从存存放从存存放从存储储器器器器读读得的数据得的数据得的数据得的数据,此后再,此后再,此后再,此后再传传送到送到送到送到CPUCPU去;去;去;去;或者是或者是或者是或者是暂时暂时存放来自存放来自存放来自存放来自CPUCPU的数据的数据的数据的数据,此后再写到,此后再写到,此后再写到,此后再写到存存存存储储器中去。器中去。器中去。器中去。地址地址地址地址译码译码和和和和驱动驱动器:器:器:器:对对地址寄存器中提供的地址地址寄存器中提供的地址地址寄存器中提供的地址地址寄存器中

37、提供的地址进进行行行行译码译码,经驱动经驱动器的器的器的器的电电流放大,以流放大,以流放大,以流放大,以选选中地址所中地址所中地址所中地址所标标志的志的志的志的单单元。元。元。元。334.4 主存储器的基本操作读读/写放大写放大写放大写放大电电路:路:路:路:在在在在读读存存存存储储器器器器时时,该该部件把存部件把存部件把存部件把存储储元件表示元件表示元件表示元件表示0 0和和和和1 1的的的的电电平平平平转换为转换为数据寄存器的数据寄存器的数据寄存器的数据寄存器的电电平。平。平。平。反之,在反之,在反之,在反之,在写存写存写存写存储储器器器器时时,把数据寄存器表示,把数据寄存器表示,把数据寄

38、存器表示,把数据寄存器表示0 0和和和和1 1的的的的电电平平平平转换为转换为存存存存储储元件的元件的元件的元件的电电平。平。平。平。读读/写控制写控制写控制写控制电电路:路:路:路:该该部件根据部件根据部件根据部件根据CPUCPU发发来的存来的存来的存来的存储储器器器器读读/写信号,写信号,写信号,写信号,发发出出出出对对存存存存储储器器器器实现读实现读或写操作的控制信号。或写操作的控制信号。或写操作的控制信号。或写操作的控制信号。344.4 主存储器的基本操作从存从存储器器读数据数据时,CPU将待将待读单元的地址元的地址传送并保存到送并保存到地址寄存器地址寄存器中,将中,将“读”信号信号送

39、入送入读/写控制写控制电路路。存存储器的器的地址地址译码和和驱动器器根据地址寄存器根据地址寄存器中的地址中的地址进行行译码并并选中指定的中指定的单元,从元,从该单元中元中读出数据,出数据,经读/写写放大放大电路路放大送入放大送入数据寄存器数据寄存器,并从数据寄存器,并从数据寄存器传送到送到CPU去,去,完成完成对存存储器的器的“读”过程。程。354.4 主存储器的基本操作364.4 主存储器的基本操作向存向存储器器写数据写数据时,CPU将待写将待写单元的地址元的地址传送并保存到送并保存到地址寄存器地址寄存器中,将要写入存中,将要写入存储器的数据器的数据传送并保存到送并保存到数据寄存器数据寄存器

40、中;将中;将“写写”信号送入信号送入读/写控制写控制电路路。存存储器的器的地址地址译码和和驱动器器根据地址寄存器根据地址寄存器中的地址中的地址进行行译码并并选中指定的中指定的单元,将数元,将数据寄存器中的数据据寄存器中的数据经读/写放大写放大电路路放大存入放大存入选中的中的单元中。完成元中。完成对存存储器的器的“写写”过程。程。374.4 主存储器的基本操作38存储体阵列20世世纪70年代后,半年代后,半导体存体存储器逐步取代了器逐步取代了磁心存磁心存储器;器;半半导体存体存储器集成在一器集成在一块或几或几块硅片上,硅片上,这个硅片叫做个硅片叫做存存储芯片芯片;从从计算机厂家生算机厂家生产芯片

41、的芯片的规格就可以知道存格就可以知道存储体的容量,如体的容量,如4K1,64K4,16K8。前。前一个数字指一个数字指存存储单元数元数,后一个数字指字,后一个数字指字长,即一个即一个存存储单元的位数元的位数。39存储体阵列存存储体是体是主存主存储器的主体器的主体;是信息的;是信息的储存地;存地;存存储体由若干存体由若干存储单元构成;元构成;存存储体中的信息均是体中的信息均是0、1代代码;能存取并保持能存取并保持0、1代代码的元件叫的元件叫记忆元件或元件或记忆单元元;一个一个记忆单元元只能存只能存储1位二位二进制数,制数,是信息是信息的最小的最小单元元;40存储体阵列若干若干记忆元件元件组成一个

42、成一个存存储单元元;例如,由;例如,由8个个记忆元件构成一个字元件构成一个字节;一台机器的所有存一台机器的所有存储单元的元的长度相同度相同;不同种机器存不同种机器存储单元的元的长度可能不同;度可能不同;每个每个单元都有一个地址元都有一个地址,作,作为存存储器器读/写写时的的单元元标识,信息按地址存入指定的存,信息按地址存入指定的存储单元;元;41存储体阵列存存储器各个概念之器各个概念之间的关系的关系单元地址单元地址单元地址单元地址0000000000010001.XXXXXXXX存储单元存储单元存储单元存储单元记忆元件记忆元件记忆元件记忆元件存储容量存储容量存储容量存储容量 存储体存储体存储体

43、存储体42存储体阵列存存储单元的集合就是存元的集合就是存储体体;例如,由;例如,由16M个个单元构成的元构成的16MB的存的存储体包含有体包含有816M个个存存储元件,元件,32MB的存的存储体包含有体包含有832M个存个存储元件,等等。元件,等等。存存储体中的全部体中的全部存存储单元相互平等而又各自元相互平等而又各自独立独立;一个存一个存储单元的每个二元的每个二进制(制(记忆元件)必元件)必须并行工作并行工作,同,同时读出或同出或同时写入信息,所写入信息,所以存以存储单元按行和列排列成十分元按行和列排列成十分规整的整的阵列。列。43存储体阵列存存储体体阵列示列示意:意:每一个小方框每一个小方

44、框每一个小方框每一个小方框代表一个代表一个代表一个代表一个记忆记忆元件,存放二元件,存放二元件,存放二元件,存放二进进制制制制1 1位(位(位(位(1 1 bitbit)信息;)信息;)信息;)信息;每一横行代表每一横行代表每一横行代表每一横行代表一个存一个存一个存一个存储单储单元,元,元,元,并排并排并排并排n n个小框,个小框,个小框,个小框,字字字字长长n n位;位;位;位;44存储体阵列每一位都有一每一位都有一每一位都有一每一位都有一条数据条数据条数据条数据线线,称,称,称,称作作作作位位位位线线,是,是,是,是对对外交外交外交外交换换信息的信息的信息的信息的通路;通路;通路;通路;所

45、有存所有存所有存所有存储单储单元元元元相同的位共用相同的位共用相同的位共用相同的位共用一条位一条位一条位一条位线线;45存储体阵列字选线是经过字选线是经过字选线是经过字选线是经过地址译码后的地址译码后的地址译码后的地址译码后的输出线,共输出线,共输出线,共输出线,共mm根,每一根字根,每一根字根,每一根字根,每一根字选线驱动一个选线驱动一个选线驱动一个选线驱动一个存储单元;存储单元;存储单元;存储单元;阵列的连线保阵列的连线保阵列的连线保阵列的连线保证存储体的每证存储体的每证存储体的每证存储体的每一个存储单元一个存储单元一个存储单元一个存储单元都有一个地址都有一个地址都有一个地址都有一个地址编

46、码与一条字编码与一条字编码与一条字编码与一条字选线对应;选线对应;选线对应;选线对应;46存储体阵列任何一个存储任何一个存储任何一个存储任何一个存储单元的长度,单元的长度,单元的长度,单元的长度,也就是含记忆也就是含记忆也就是含记忆也就是含记忆元件的个数都元件的个数都元件的个数都元件的个数都是相同的;是相同的;是相同的;是相同的;读写操作时同读写操作时同读写操作时同读写操作时同一地址码的一地址码的一地址码的一地址码的n n个存储位同时个存储位同时个存储位同时个存储位同时被驱动。被驱动。被驱动。被驱动。47地址译码驱动系统地址地址译码器器地址地址地址地址译码译码的作用的作用的作用的作用:地址和存

47、地址和存地址和存地址和存储单储单元一一元一一元一一元一一对应对应,CPUCPU在存在存在存在存储储器器器器访问访问期期期期间输间输出需要出需要出需要出需要访问访问的存的存的存的存储储单单元地址,地址元地址,地址元地址,地址元地址,地址译码电译码电路确定路确定路确定路确定对应对应存存存存储单储单元。元。元。元。功能功能功能功能:是把是把是把是把CPUCPU给给定的地址定的地址定的地址定的地址编码编码翻翻翻翻译译成能成能成能成能驱驱动动指定存指定存指定存指定存储单储单元的控制信息。元的控制信息。元的控制信息。元的控制信息。48地址译码驱动系统 地址地址地址地址译码译码器由一个器由一个器由一个器由一

48、个“与与与与”、“非非非非”逻逻辑电辑电路路路路组组成的成的成的成的简单简单地址地址地址地址译码译码器;器;器;器;两地址两地址两地址两地址线线A A0 0、A A1 1通通通通过译码过译码器后器后器后器后输输出出出出4 4条字条字条字条字选线选线WW0000WW1111。当地址当地址当地址当地址线线有有有有n n条条条条时时,译码译码器器器器输输出出出出2 2n n条字条字条字条字选线选线,能,能,能,能驱动驱动2 2n n个个个个存存存存储单储单元中的任一元中的任一元中的任一元中的任一个。个。个。个。49地址译码驱动系统地址地址译码系系统设计每一个存每一个存每一个存每一个存储单储单元由一条

49、字元由一条字元由一条字元由一条字选线驱动选线驱动的存的存的存的存储储体叫体叫体叫体叫一一一一维编维编址存址存址存址存储阵储阵列列列列,或叫,或叫,或叫,或叫单译码结单译码结构存构存构存构存储储器器器器。一一一一维编维编址方案在存址方案在存址方案在存址方案在存储储容量很大容量很大容量很大容量很大时时会因字会因字会因字会因字选线过选线过多使存多使存多使存多使存储储器器器器内部内部内部内部线线路路路路过过于于于于庞杂庞杂而不而不而不而不实实用。用。用。用。目前大容量存目前大容量存目前大容量存目前大容量存储储器多采用二器多采用二器多采用二器多采用二维编码维编码方案,相方案,相方案,相方案,相应应的的的

50、的译码译码器也器也器也器也设计为设计为二二二二维维地址地址地址地址译码译码系系系系统统。50地址译码驱动系统51地址译码驱动系统二二维地址地址译码系系统和存和存储阵列示意:列示意:存存存存储储器有器有器有器有mmmm个存个存个存个存储储单单元,假元,假元,假元,假设设每每每每个存个存个存个存储单储单元元元元字字字字长为长为1bit1bit,每,每,每,每小框既代表了小框既代表了小框既代表了小框既代表了一个一个一个一个记忆记忆元件,元件,元件,元件,也代表着一个也代表着一个也代表着一个也代表着一个存存存存储单储单元。元。元。元。52地址译码驱动系统存储单元排列存储单元排列存储单元排列存储单元排列

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