第5章存儲體系及結(jié)構(gòu)(2015)

1、計算機組成原理計算機組成原理1第第5章章 存儲系存儲系統(tǒng)統(tǒng)和結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu) 計算機組成原理計算機組成原理2第第5章章了解存儲器的各種分類方法了解存儲器的各種分類方法了解存儲系統(tǒng)的兩個層次了解存儲系統(tǒng)的兩個層次(Cache-主存層次主存層次,主主-輔存層輔存層次次了解主存儲器的基本結(jié)構(gòu)了解主存儲器的基本結(jié)構(gòu)理解主存儲器的有關(guān)術(shù)語理解主存儲器的有關(guān)術(shù)語(如位、存儲字、存儲單元、如位、存儲字、存儲單元、存儲體等存儲體等)理解主存儲器的主要技術(shù)指標(biāo)理解主存儲器的主要技術(shù)指標(biāo)掌握字節(jié)編址存儲器的各種訪問方法，將不同長度的掌握字節(jié)編址存儲器的各種訪問方法，將不同長度的數(shù)據(jù)按要求存放在存儲器中數(shù)據(jù)按要求存放在存

2、儲器中計算機組成原理計算機組成原理3第第5章章了解半導(dǎo)體隨機存儲器了解半導(dǎo)體隨機存儲器(靜態(tài)靜態(tài)RAM和動態(tài)和動態(tài)RAM)不同不同的基本存儲原理的基本存儲原理理解動態(tài)理解動態(tài)RAM的的3中不同刷新方式的特點中不同刷新方式的特點了解了解RAM芯片的基本結(jié)構(gòu)芯片的基本結(jié)構(gòu)理解各種不同理解各種不同ROM的特點的特點理解主存儲器中包括理解主存儲器中包括RAM和和ROM兩種方式兩種方式掌握主存儲器容量的各種擴展方法，使用若干存儲芯掌握主存儲器容量的各種擴展方法，使用若干存儲芯片構(gòu)成存儲器片構(gòu)成存儲器掌握存儲芯片的地址分配和片選信號的產(chǎn)生掌握存儲芯片的地址分配和片選信號的產(chǎn)生計算機組成原理計算機組成原理4

3、第第5章章理解主存儲器和理解主存儲器和CPU的軟連接的軟連接(讀寫操作讀寫操作)了解主存儲器的奇偶校驗和了解主存儲器的奇偶校驗和ECC理解理解PC系列微機的存儲器接口系列微機的存儲器接口了解提高了解提高RAM芯片速度的技術(shù)芯片速度的技術(shù)了解并行交叉存儲技術(shù)了解并行交叉存儲技術(shù)理解理解Cache的特點和的特點和Cache的實現(xiàn)技術(shù)的實現(xiàn)技術(shù)理解虛擬存儲器的概念理解虛擬存儲器的概念計算機組成原理計算機組成原理5第第5章章存儲系統(tǒng)是由容量、速度和價格各不相同的存儲器構(gòu)成存儲系統(tǒng)是由容量、速度和價格各不相同的存儲器構(gòu)成的系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計一個容量大、速度快、成本低的存儲系統(tǒng)是計算機設(shè)計一個容量大、速度快、

4、成本低的存儲系統(tǒng)是計算機發(fā)展的重要課題發(fā)展的重要課題本章重點討論主存儲器的工作原理、組成方式以及運用本章重點討論主存儲器的工作原理、組成方式以及運用半導(dǎo)體存儲芯片組成主存儲器的一般原則和方法，介紹半導(dǎo)體存儲芯片組成主存儲器的一般原則和方法，介紹高速緩沖存儲器和虛擬存儲器的基本原理高速緩沖存儲器和虛擬存儲器的基本原理 計算機組成原理計算機組成原理6第第5章章5.1 存儲系統(tǒng)的組成存儲系統(tǒng)的組成5.2 主存儲器的組織主存儲器的組織5.3 半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器5.4 主存儲器的連接與控制主存儲器的連接與控制5.5 提高提高主存讀寫速度的主存讀寫速度的技術(shù)技術(shù)5.6

5、 多體交叉存儲技術(shù)多體交叉存儲技術(shù)5.7 高速緩沖存儲器高速緩沖存儲器5.8 虛擬存儲器虛擬存儲器計算機組成原理計算機組成原理75.1 存儲系統(tǒng)的組成存儲系統(tǒng)的組成 存儲系統(tǒng)和存儲器是不同的概念存儲系統(tǒng)和存儲器是不同的概念介紹各種不同用途的存儲器，討論它們?nèi)绾螛?gòu)介紹各種不同用途的存儲器，討論它們?nèi)绾螛?gòu)成一個存儲系統(tǒng)的成一個存儲系統(tǒng)的計算機組成原理計算機組成原理85.1 存儲系統(tǒng)的組成存儲系統(tǒng)的組成 5.1.1 存儲器分類存儲器分類1.按存儲器在計算機系統(tǒng)中的作用分類按存儲器在計算機系統(tǒng)中的作用分類(1)高速緩沖存儲器高速緩沖存儲器 位于主存和位于主存和CPU之間，之間，存放正在執(zhí)行的程序段存放

6、正在執(zhí)行的程序段和數(shù)據(jù)，以便和數(shù)據(jù)，以便CPU高速地使用它們高速地使用它們計算機組成原理計算機組成原理95.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組成(2)主存儲器主存儲器 存放計算機運行期間所需要的程序和數(shù)據(jù)，存放計算機運行期間所需要的程序和數(shù)據(jù)， CPU可直接隨機地進行讀寫訪問可直接隨機地進行讀寫訪問計算機組成原理計算機組成原理105.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組成(3)輔助存儲器輔助存儲器 存放當(dāng)前暫不參與運行的程序和數(shù)據(jù)，及需要存放當(dāng)前暫不參與運行的程序和數(shù)據(jù)，及需要永久性保存的信息。永久性保存的信息。CPU不能直接訪問它不能直接訪問它計算機組成原理計算機組成原理115.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的

7、的組成組成計算機組成原理計算機組成原理125.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組成2.按存取方式分類按存取方式分類(1)隨機存取存儲器隨機存取存儲器RAM CPU對任何一個存儲單元的讀寫時間是一樣的，對任何一個存儲單元的讀寫時間是一樣的，即即存取時間是相同的存取時間是相同的(2)只讀存儲器只讀存儲器ROM ROM可以看作可以看作RAM的一種特殊方式，存儲器的一種特殊方式，存儲器的內(nèi)容只能隨機讀出而不能寫入的內(nèi)容只能隨機讀出而不能寫入計算機組成原理計算機組成原理135.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組成2.按存取方式分類按存取方式分類(3)順序存取存儲器順序存取存儲器SAM SAM的內(nèi)容只能按某種順序

8、存取，的內(nèi)容只能按某種順序存取，存取時間與存取時間與信息在存儲體上的物理位置有關(guān)信息在存儲體上的物理位置有關(guān)計算機組成原理計算機組成原理145.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組成(4)直接存取存儲器直接存取存儲器DAM第一步直接指向整個存儲器中的某個小區(qū)域第一步直接指向整個存儲器中的某個小區(qū)域（如磁盤上的磁道）（如磁盤上的磁道）第二步在小區(qū)域內(nèi)順序檢索或等待，直至找到第二步在小區(qū)域內(nèi)順序檢索或等待，直至找到目的地后再進行讀寫操作目的地后再進行讀寫操作計算機組成原理計算機組成原理155.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組成3.按存儲介質(zhì)分類按存儲介質(zhì)分類(1)磁芯存儲器磁芯存儲器利用兩種不同的剩磁狀態(tài)

9、表示利用兩種不同的剩磁狀態(tài)表示“1”或或“0”。磁。磁芯存儲器的特點是信息可以長期存儲，不會因芯存儲器的特點是信息可以長期存儲，不會因斷電而丟失斷電而丟失磁芯存儲器的讀出是破壞性讀出磁芯存儲器的讀出是破壞性讀出計算機組成原理計算機組成原理165.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組成3.按存儲介質(zhì)分類按存儲介質(zhì)分類(2)半導(dǎo)體存儲器半導(dǎo)體存儲器采用半導(dǎo)體器件制造的存儲器，主要有雙極型采用半導(dǎo)體器件制造的存儲器，主要有雙極型（TTL電路或電路或ECL電路）存儲器和電路）存儲器和MOS型存儲型存儲器兩大類器兩大類 計算機組成原理計算機組成原理175.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組成(3)磁表面存儲器磁表

10、面存儲器 在金屬或塑料基體上，涂復(fù)一層磁性材料，用在金屬或塑料基體上，涂復(fù)一層磁性材料，用磁層存儲信息，常見的有磁盤、磁帶等磁層存儲信息，常見的有磁盤、磁帶等 (4)光存儲器光存儲器 采用激光技術(shù)控制訪問的存儲器，如采用激光技術(shù)控制訪問的存儲器，如CD-ROM（只讀光盤）（只讀光盤） 、WORM（CD-R，寫一次多次，寫一次多次讀光盤）讀光盤） 、CD-RW（可讀可寫光盤）（可讀可寫光盤）計算機組成原理計算機組成原理185.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組成4.按信息的可保存性分類按信息的可保存性分類斷電后，存儲信息即消失的存儲器，稱易失性存儲器。斷電后，存儲信息即消失的存儲器，稱易失性存儲器。

11、斷電后信息仍然保存的存儲器，稱非易失性存儲器斷電后信息仍然保存的存儲器，稱非易失性存儲器如果某個存儲單元所存儲的信息被讀出時，原存信息將如果某個存儲單元所存儲的信息被讀出時，原存信息將被破壞，則稱破壞性讀出。具有破壞性讀出的存儲器，被破壞，則稱破壞性讀出。具有破壞性讀出的存儲器，每當(dāng)一次讀出操作之后，必須緊接一個重寫（再生）的每當(dāng)一次讀出操作之后，必須緊接一個重寫（再生）的操作，以便恢復(fù)被破壞的信息操作，以便恢復(fù)被破壞的信息如果讀出時，被讀單元原存信息不被破壞，則稱非破壞如果讀出時，被讀單元原存信息不被破壞，則稱非破壞性讀出性讀出計算機組成原理計算機組成原理19磁盤、磁帶、光盤磁盤、磁帶、光盤

12、 高速緩沖存儲器（高速緩沖存儲器（Cache）Flash Memory存存儲儲器器主存儲器主存儲器輔助存儲器輔助存儲器MROMPROMEPROMEEPROMRAMROM靜態(tài)靜態(tài) RAM動態(tài)動態(tài) RAM5.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組成計算機組成原理計算機組成原理20Flash Memory閃存（閃存（Flash Memory）是一種長壽命的非易失性（在）是一種長壽命的非易失性（在斷電情況下仍能保持所存儲的數(shù)據(jù)信息）的存儲器斷電情況下仍能保持所存儲的數(shù)據(jù)信息）的存儲器數(shù)據(jù)刪除不是以單個的字節(jié)為單位而是以固定的區(qū)塊數(shù)據(jù)刪除不是以單個的字節(jié)為單位而是以固定的區(qū)塊為單位，區(qū)塊大小一般為為單位，區(qū)塊大

13、小一般為256KB到到20MB 5.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組成計算機組成原理計算機組成原理21Flash Memory閃存卡大概有閃存卡大概有SmartMedia（SM卡）、卡）、Compact Flash（CF卡）、卡）、MultiMediaCard（MMC卡）、卡）、Secure Digital（SD卡）、卡）、Memory Stick（記憶棒）、（記憶棒）、XD-Picture Card（XD卡）卡）和微硬盤（和微硬盤（MICRODRIVE）這些閃存卡雖然外觀、規(guī)格不）這些閃存卡雖然外觀、規(guī)格不同，但是技術(shù)原理都是相同的同，但是技術(shù)原理都是相同的 5.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組

14、成計算機組成原理計算機組成原理225.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組成計算機組成原理計算機組成原理235.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組成計算機組成原理計算機組成原理245.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組成計算機組成原理計算機組成原理255.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組成計算機組成原理計算機組成原理265.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組成5.1.2 存儲系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)解決存儲容量、存取速度和價格之間的矛盾解決存儲容量、存取速度和價格之間的矛盾把各種不同存儲容量、不同存取速度的存儲器，把各種不同存儲容量、不同存取速度的存儲器，按一定的體系結(jié)構(gòu)組織起來，形成一個統(tǒng)一整按一定的體系結(jié)

15、構(gòu)組織起來，形成一個統(tǒng)一整體的存儲系統(tǒng)體的存儲系統(tǒng)計算機組成原理計算機組成原理27高高低低小小大大快快慢慢輔存輔存寄存器寄存器緩存緩存主存主存磁盤磁盤光盤光盤磁帶磁帶光盤光盤磁帶磁帶速度速度容量容量價格價格 位位存儲器三個主要特性的關(guān)系存儲器三個主要特性的關(guān)系CPUCPU主機主機5.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組成計算機組成原理計算機組成原理285.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組成從從CPU的角度看，的角度看，n種不同的存儲器（種不同的存儲器（M1Mn）在邏）在邏輯上是一個整體輯上是一個整體M1速度最快、容量最小、位價格最高；速度最快、容量最小、位價格最高；Mn速度最慢、速度最慢、容量最大、位

16、價格最低容量最大、位價格最低整個存儲系統(tǒng)具有接近于整個存儲系統(tǒng)具有接近于M1的速度，接近的速度，接近Mn的容量，的容量，接近接近Mn的位價的位價最常用的數(shù)據(jù)在最常用的數(shù)據(jù)在M1中，次常用的在中，次常用的在M2中，最少使用的中，最少使用的在在Mn中中 計算機組成原理計算機組成原理295.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組成CPUM1M2Mn存儲層次 計算機組成原理計算機組成原理305.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組成由高速緩沖存儲器、主存儲器、輔助存儲器構(gòu)成由高速緩沖存儲器、主存儲器、輔助存儲器構(gòu)成的三級存儲系統(tǒng)分為兩個層次的三級存儲系統(tǒng)分為兩個層次高速緩存和主存間稱為高速緩存和主存間稱為Cache

17、- -主存存儲層次主存存儲層次（Cache存儲系統(tǒng)）存儲系統(tǒng)）主存主存- -輔存存儲層次（虛擬存儲系統(tǒng)）輔存存儲層次（虛擬存儲系統(tǒng)）計算機組成原理計算機組成原理31緩存緩存CPU主存主存輔存輔存緩存緩存主存主存輔存輔存主存主存10 ns20 ns200 nsms（速度）（速度）（容量）（容量）5.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組成虛擬存儲器虛擬存儲器虛地址虛地址邏輯地址邏輯地址實地址實地址物理地址物理地址主存儲器主存儲器計算機組成原理計算機組成原理325.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組成 Cache存儲系統(tǒng)是為解決主存速度不足而提出來的存儲系統(tǒng)是為解決主存速度不足而提出來的在在Cpu和主存之間，

18、增加輔助硬件，讓它們構(gòu)成一個整和主存之間，增加輔助硬件，讓它們構(gòu)成一個整體體從從CPU看，速度接近看，速度接近Cache的速度，容量是主存的容量，的速度，容量是主存的容量，每位價格接近于主存的價格每位價格接近于主存的價格Cache存儲系統(tǒng)全部用硬件來調(diào)度，對系統(tǒng)程序員和應(yīng)存儲系統(tǒng)全部用硬件來調(diào)度，對系統(tǒng)程序員和應(yīng)用程序員都是透明的用程序員都是透明的計算機組成原理計算機組成原理335.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組成 CPUCache主存輔助硬件計算機組成原理計算機組成原理345.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組成 虛擬存儲系統(tǒng)是為解決主存容量不足提出來的虛擬存儲系統(tǒng)是為解決主存容量不足提出來的在

19、主存和輔存之間，增加輔助的軟硬件，讓它們構(gòu)成在主存和輔存之間，增加輔助的軟硬件，讓它們構(gòu)成一個整體一個整體從從CPU看，速度接近主存的速度，容量是虛擬的地看，速度接近主存的速度，容量是虛擬的地址空間，每位價格是接近于輔存的價格址空間，每位價格是接近于輔存的價格由于虛擬存儲系統(tǒng)需要通過操作系統(tǒng)來調(diào)度，因此對由于虛擬存儲系統(tǒng)需要通過操作系統(tǒng)來調(diào)度，因此對系統(tǒng)程序員是不透明的，但對應(yīng)用程序員是透明的系統(tǒng)程序員是不透明的，但對應(yīng)用程序員是透明的計算機組成原理計算機組成原理355.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組成CPU主存輔存輔助軟硬件計算機組成原理計算機組成原理36第第5章章5.1 存儲系統(tǒng)的組成存儲

20、系統(tǒng)的組成5.2 主存儲器的組織主存儲器的組織5.3 半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器5.4 主存儲器的連接與控制主存儲器的連接與控制5.5 提高提高主存讀寫速度的主存讀寫速度的技術(shù)技術(shù)5.6 多體交叉存儲技術(shù)多體交叉存儲技術(shù)5.7 高速緩沖存儲器高速緩沖存儲器5.8 虛擬存儲器虛擬存儲器計算機組成原理計算機組成原理375.2 主存儲器主存儲器的的組織組織主存儲器是整個存儲系統(tǒng)的核心，存放計算機主存儲器是整個存儲系統(tǒng)的核心，存放計算機運行期間需要的程序和數(shù)據(jù)運行期間需要的程序和數(shù)據(jù)CPU可直接隨機地對它進行訪問可直接隨機地對它進行訪問計算機組成原理計算機組成原理385.

21、2 主存儲器主存儲器的的組織組織5.2.1 主存儲器的基本結(jié)構(gòu)主存儲器的基本結(jié)構(gòu)存儲體、地址譯碼驅(qū)動電路、存儲體、地址譯碼驅(qū)動電路、I/O和讀寫電路和讀寫電路存儲體存儲體地址線地址線讀讀/寫控制線寫控制線I/O地址譯碼驅(qū)動地址譯碼驅(qū)動和讀寫電路和讀寫電路數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線計算機組成原理計算機組成原理395.2 主存儲器主存儲器的的組織組織存儲體是主存儲器的核心，程序和數(shù)據(jù)都存放在存儲存儲體是主存儲器的核心，程序和數(shù)據(jù)都存放在存儲體中體中地址譯碼驅(qū)動電路包含地址譯碼驅(qū)動電路包含譯碼器譯碼器和和驅(qū)動器驅(qū)動器兩部分。譯碼兩部分。譯碼器將地址總線輸入的地址碼轉(zhuǎn)換成與之對應(yīng)的譯碼輸器將地址總線輸入的地址碼轉(zhuǎn)換

22、成與之對應(yīng)的譯碼輸出線上的有效電平，以表示選中了某一單元，并由驅(qū)出線上的有效電平，以表示選中了某一單元，并由驅(qū)動器提供驅(qū)動電流去驅(qū)動相應(yīng)的讀、寫電路，完成對動器提供驅(qū)動電流去驅(qū)動相應(yīng)的讀、寫電路，完成對被選中單元的讀、寫操作被選中單元的讀、寫操作I/O和讀寫電路包括讀出放大器、寫入電路和讀和讀寫電路包括讀出放大器、寫入電路和讀/寫控寫控制電路，用以完成被選中存儲單元中各位的讀出和寫制電路，用以完成被選中存儲單元中各位的讀出和寫入操作入操作計算機組成原理計算機組成原理405.2 主存儲器主存儲器的的組織組織存儲器的讀存儲器的讀/寫操作在控制器的控制下進行寫操作在控制器的控制下進行半導(dǎo)體存儲器芯片

23、中的控制電路，必須接收到半導(dǎo)體存儲器芯片中的控制電路，必須接收到來自控制器的讀來自控制器的讀/寫命令或?qū)懭朐试S信號后，寫命令或?qū)懭朐试S信號后，才能實現(xiàn)正確的讀才能實現(xiàn)正確的讀/寫操作寫操作計算機組成原理計算機組成原理415.2 主存儲器主存儲器的的組織組織5.2.2 主存儲器的存儲單元主存儲器的存儲單元位位是二進制數(shù)的最基本單位，存儲器存儲信息的最小是二進制數(shù)的最基本單位，存儲器存儲信息的最小單位單位作為一個整體存入或取出的一個二進制數(shù)，為作為一個整體存入或取出的一個二進制數(shù)，為存儲字存儲字存放存儲字或存儲字節(jié)的主存空間稱為存放存儲字或存儲字節(jié)的主存空間稱為存儲單元或主存儲單元或主存單元存單元

24、大量存儲單元的集合構(gòu)成一個大量存儲單元的集合構(gòu)成一個存儲體存儲體計算機組成原理計算機組成原理425.2 主存儲器主存儲器的的組織組織一個存儲單元可能存放一個字，也可能存放一個字節(jié)，一個存儲單元可能存放一個字，也可能存放一個字節(jié)，由計算機的結(jié)構(gòu)確定由計算機的結(jié)構(gòu)確定對于字節(jié)編址的計算機，最小尋址單位是一個字節(jié)，對于字節(jié)編址的計算機，最小尋址單位是一個字節(jié)，相鄰的存儲單元地址指向相鄰的存儲字節(jié)；對于字編相鄰的存儲單元地址指向相鄰的存儲字節(jié)；對于字編址的計算機，最小尋址單位是一個字，相鄰的存儲單址的計算機，最小尋址單位是一個字，相鄰的存儲單元地址指向相鄰的存儲字元地址指向相鄰的存儲字存儲單元是存儲單

25、元是CPU對主存可訪問操作的最小存儲單位對主存可訪問操作的最小存儲單位計算機組成原理計算機組成原理435.2 主存儲器主存儲器的的組織組織IBM 370機是字長為機是字長為32位的計算機，主存按字位的計算機，主存按字節(jié)編址，每一個存儲字包含節(jié)編址，每一個存儲字包含4個單獨編址的存儲個單獨編址的存儲字節(jié)字節(jié)字地址即是該字高位字節(jié)的地址，其字地址即是該字高位字節(jié)的地址，其字地址總字地址總是等于是等于4的整數(shù)倍的整數(shù)倍，正好用地址碼的最末兩位來，正好用地址碼的最末兩位來區(qū)分同一個字的四個字節(jié)區(qū)分同一個字的四個字節(jié)計算機組成原理計算機組成原理445.2 主存儲器主存儲器的的組織組織PDP-11機是字長

26、為機是字長為16位的計算機，主存也按字位的計算機，主存也按字節(jié)編址，每一個存儲字包含節(jié)編址，每一個存儲字包含2個單獨編址的存儲個單獨編址的存儲字節(jié)字節(jié)它的它的字地址總是字地址總是2的整數(shù)倍的整數(shù)倍，但卻是用低位字節(jié)，但卻是用低位字節(jié)地址作為字地址，并用地址碼的最末地址作為字地址，并用地址碼的最末1位來區(qū)分位來區(qū)分同一個字的兩個字節(jié)同一個字的兩個字節(jié)計算機組成原理計算機組成原理455.2 主存儲器主存儲器的的組織組織00001444488910115672312235字地址字地址字節(jié)地址字節(jié)地址大端方案大端方案小端方案小端方案計算機組成原理計算機組成原理465.2 主存儲器主存儲器的的組織組織一

27、個字由四個字節(jié)組成，一個字由四個字節(jié)組成，B3、B2、B1、B0表示，表示，B3是是字的最高有效字節(jié)，字的最高有效字節(jié)，B0是最低有效字節(jié)是最低有效字節(jié)字節(jié)地址字地址B3B2B1B0NN+3N+2N+1N+0字節(jié)地址字地址B3B2B1B0NN+0N+1N+2N+3(a)(b)大端方案大端方案小端方案小端方案計算機組成原理計算機組成原理475.2 主存儲器主存儲器的的組織組織(a)稱小端方案。假設(shè)字地址為稱小端方案。假設(shè)字地址為N，則字節(jié)，則字節(jié)B3、B2、B1、B0依次存放在地址為依次存放在地址為N+3、N+2、N+1、N+0的存儲單元的存儲單元即字地址等于最低有效字節(jié)地址即字地址等于最低有效

28、字節(jié)地址采用小端方案的計算機有采用小端方案的計算機有Intel 80X86、DEC VAX等等計算機組成原理計算機組成原理485.2 主存儲器主存儲器的的組織組織 (b)稱大端方案。假設(shè)字地址為稱大端方案。假設(shè)字地址為N，則字節(jié)，則字節(jié)B3、B2、B1、B0依次存放在地址為依次存放在地址為N+0、N+1、N+2、N+3的存儲單元的存儲單元即字地址等于最高有效字節(jié)地址即字地址等于最高有效字節(jié)地址采用大端方案的計算機有采用大端方案的計算機有IBM360/370、Motorola 68000等等計算機組成原理計算機組成原理495.2 主存儲器主存儲器的的組織組織大端方案將高字節(jié)（大端方案將高字節(jié)（M

29、SB）存放在低地址，小端方案）存放在低地址，小端方案將高字節(jié)存放在高地址將高字節(jié)存放在高地址采用大端方案進行數(shù)據(jù)存放符合人類的正常思維，而采用大端方案進行數(shù)據(jù)存放符合人類的正常思維，而采用小端方案進行數(shù)據(jù)存放利于計算機處理采用小端方案進行數(shù)據(jù)存放利于計算機處理到目前為止，采用大端或者小端進行數(shù)據(jù)存放，其孰到目前為止，采用大端或者小端進行數(shù)據(jù)存放，其孰優(yōu)孰劣也沒有定論優(yōu)孰劣也沒有定論大端與小端方案的差別體現(xiàn)在一個處理器的寄存器、大端與小端方案的差別體現(xiàn)在一個處理器的寄存器、指令集、數(shù)據(jù)總線等各個層次中指令集、數(shù)據(jù)總線等各個層次中計算機組成原理計算機組成原理505.2 主存儲器主存儲器的的組織組織

30、不同排列組織方式的不同排列組織方式的CPU之間傳輸數(shù)據(jù)之間傳輸數(shù)據(jù)小端結(jié)構(gòu)計算機傳輸小端結(jié)構(gòu)計算機傳輸01020304H給大端方案結(jié)構(gòu)給大端方案結(jié)構(gòu)大端方案結(jié)構(gòu)計算機讀出：大端方案結(jié)構(gòu)計算機讀出：04030201H計算機組成原理計算機組成原理515.2 主存儲器主存儲器的的組織組織將一個將一個32位的整數(shù)位的整數(shù)0 x12345678存放到一個整型變量中存放到一個整型變量中(按字節(jié)編址按字節(jié)編址)，從地址，從地址0 x4000開始存放，采用大端或開始存放，采用大端或小端方案小端方案計算機組成原理計算機組成原理525.2 主存儲器主存儲器的的組織組織5.2.3 主存儲器的主要技術(shù)指標(biāo)主存儲器的主

31、要技術(shù)指標(biāo)1.存儲容量存儲容量指指主存所能容納的二進制信息總量主存所能容納的二進制信息總量對于字節(jié)編址的計算機，以字節(jié)數(shù)來表示容量對于字節(jié)編址的計算機，以字節(jié)數(shù)來表示容量對于字編址的計算機，以字?jǐn)?shù)與其字長的乘積對于字編址的計算機，以字?jǐn)?shù)與其字長的乘積來表示容量來表示容量計算機組成原理計算機組成原理535.2 主存儲器主存儲器的的組織組織5.2.3 主存儲器的主要技術(shù)指標(biāo)主存儲器的主要技術(shù)指標(biāo)1.存儲容量存儲容量存儲容量存儲容量=存儲單元個數(shù)存儲單元個數(shù)*存儲字長存儲字長如某計算機的容量為如某計算機的容量為64K16，表示它有，表示它有64K個字，每個字的字長為個字，每個字的字長為16位，若用字

32、節(jié)數(shù)表示，位，若用字節(jié)數(shù)表示，則可記為則可記為128K字節(jié)（字節(jié)（128KB）計算機組成原理計算機組成原理545.2 主存儲器主存儲器的的組織組織2.存取速度存取速度 (1)存取時間存取時間Ta 又稱為訪問時間或讀又稱為訪問時間或讀/寫時間，執(zhí)行一次度操作寫時間，執(zhí)行一次度操作或?qū)懖僮鞯臅r間，指或?qū)懖僮鞯臅r間，指從地址傳送給主存開始到數(shù)從地址傳送給主存開始到數(shù)據(jù)能夠被使用為止的時間間隔據(jù)能夠被使用為止的時間間隔計算機組成原理計算機組成原理555.2 主存儲器主存儲器的的組織組織2.存取速度存取速度 (2)存取周期存取周期Tm 又稱為讀寫周期、訪存周期，指存儲器進行一又稱為讀寫周期、訪存周期，指

33、存儲器進行一次完整的讀寫操作所需的全部時間，次完整的讀寫操作所需的全部時間，即連續(xù)兩次即連續(xù)兩次訪問存儲器操作之間所需要的最短時間訪問存儲器操作之間所需要的最短時間 計算機組成原理計算機組成原理565.2 主存儲器主存儲器的的組織組織一般情況，一般情況，Tm Ta 。因為對任何一種存儲器，。因為對任何一種存儲器，在讀寫操作之后，有一段恢復(fù)內(nèi)部狀態(tài)的復(fù)原在讀寫操作之后，有一段恢復(fù)內(nèi)部狀態(tài)的復(fù)原時間時間對于破壞性讀出的存儲器，對于破壞性讀出的存儲器，Tm2Ta，因為存，因為存儲器中的信息讀出后需要馬上進行重寫（再生）儲器中的信息讀出后需要馬上進行重寫（再生）計算機組成原理計算機組成原理575.2

34、主存儲器主存儲器的的組織組織 (3)主存帶寬主存帶寬Bm又稱為數(shù)據(jù)傳輸率，表示每秒從主存進出信息的又稱為數(shù)據(jù)傳輸率，表示每秒從主存進出信息的最大數(shù)量，單位為字最大數(shù)量，單位為字/秒或字節(jié)秒或字節(jié)/秒或位秒或位/秒秒計算機組成原理計算機組成原理585.2 主存儲器主存儲器的的組織組織 (3)主存帶寬主存帶寬BmBm=主存等效工作頻率主存位寬主存等效工作頻率主存位寬8 =內(nèi)存時鐘頻率內(nèi)存時鐘頻率倍增系數(shù)倍增系數(shù)主主存位數(shù)存位數(shù) 8以以DDR400內(nèi)存為例，運行頻率為內(nèi)存為例，運行頻率為200MHz，數(shù)，數(shù)據(jù)總線位數(shù)為據(jù)總線位數(shù)為64bit，由于上升沿和下降沿都傳，由于上升沿和下降沿都傳輸數(shù)據(jù)，因此

35、倍增系數(shù)為輸數(shù)據(jù)，因此倍增系數(shù)為2，帶寬為：，帶寬為：200264/83.2GB/s計算機組成原理計算機組成原理595.2 主存儲器主存儲器的的組織組織主存提供信息的速度跟不上主存提供信息的速度跟不上CPU處理指令和數(shù)處理指令和數(shù)據(jù)的速度，主存的帶寬是改善計算機系統(tǒng)瓶頸據(jù)的速度，主存的帶寬是改善計算機系統(tǒng)瓶頸的關(guān)鍵因素。提高主存的帶寬，可以采取的措的關(guān)鍵因素。提高主存的帶寬，可以采取的措施有：施有：縮短存取周期；縮短存取周期；增加存儲字長；增加存儲字長；增加存儲體；增加存儲體； 計算機組成原理計算機組成原理605.2 主存儲器主存儲器的的組織組織5.2.4 數(shù)據(jù)在主存中的存放數(shù)據(jù)在主存中的存放

36、假設(shè)假設(shè)，存儲字為，存儲字為64位（位（8個字節(jié)），讀個字節(jié)），讀/寫的數(shù)寫的數(shù)據(jù)有四種不同長度，分別是字節(jié)（據(jù)有四種不同長度，分別是字節(jié)（8位）、半位）、半字（字（16位）、單字（位）、單字（32位）和雙字（位）和雙字（64位）位）字節(jié)字節(jié)半半字字單單字字雙雙字字計算機組成原理計算機組成原理615.2 主存儲器主存儲器的的組織組織數(shù)據(jù)字長（數(shù)據(jù)字長（32位）不等于存儲字長（位）不等于存儲字長（64位）位）現(xiàn)有一批數(shù)據(jù)，依次為：字節(jié)、半字、雙字、現(xiàn)有一批數(shù)據(jù)，依次為：字節(jié)、半字、雙字、單字、半字、單字、字節(jié)、單字單字、半字、單字、字節(jié)、單字計算機組成原理計算機組成原理625.2 主存儲器主存儲

37、器的的組織組織(1)不浪費存儲器資源的存放方法不浪費存儲器資源的存放方法四種不同長度的數(shù)據(jù)一個緊接著一個存放四種不同長度的數(shù)據(jù)一個緊接著一個存放優(yōu)點：優(yōu)點：不浪費的主存資源；不浪費的主存資源；問題：問題：當(dāng)訪問的一個雙字、單字或半字跨越當(dāng)訪問的一個雙字、單字或半字跨越兩個存兩個存儲字時儲字時，存儲器的工作速度降低了一倍，讀寫控制，存儲器的工作速度降低了一倍，讀寫控制比較復(fù)雜比較復(fù)雜計算機組成原理計算機組成原理63存儲字存儲字64位（位（8個字節(jié)）個字節(jié)）5.2 主存儲器主存儲器的的組織組織依次為：字節(jié)、半字、雙字、單字、半字、單依次為：字節(jié)、半字、雙字、單字、半字、單字、字節(jié)、單字字、字節(jié)、單

38、字計算機組成原理計算機組成原理645.2 主存儲器主存儲器的的組織組織(2)從存儲字的起始位置開始存放方法從存儲字的起始位置開始存放方法從存儲字的起始位置開始存放，空余部分浪費不用從存儲字的起始位置開始存放，空余部分浪費不用優(yōu)點：優(yōu)點：無論訪問一個字節(jié)、半字、單字或雙字都可以無論訪問一個字節(jié)、半字、單字或雙字都可以在在一個存取周期一個存取周期內(nèi)完成，讀寫數(shù)據(jù)的控制比較簡單內(nèi)完成，讀寫數(shù)據(jù)的控制比較簡單缺點：缺點：浪費儲器資源浪費儲器資源計算機組成原理計算機組成原理65存儲字存儲字64位（位（8個字節(jié)）個字節(jié)）5.2 主存儲器主存儲器的的組織組織依次為：字節(jié)、半字、雙字、單字、半字、單依次為：字

39、節(jié)、半字、雙字、單字、半字、單字、字節(jié)、單字字、字節(jié)、單字計算機組成原理計算機組成原理665.2 主存儲器主存儲器的的組織組織(3)邊界對齊的數(shù)據(jù)存放方法邊界對齊的數(shù)據(jù)存放方法8位數(shù)據(jù)，位數(shù)據(jù)，1個存儲單元，起始地址為個存儲單元，起始地址為*(任意任意)16位數(shù)據(jù)，位數(shù)據(jù)，2個存儲單元，起始地址為個存儲單元，起始地址為*0(2的整倍數(shù)的整倍數(shù))32位數(shù)據(jù)，位數(shù)據(jù)，4個存儲單元，起始地址為個存儲單元，起始地址為*00(4的整倍數(shù)的整倍數(shù))64位數(shù)據(jù)，位數(shù)據(jù)，8個存儲單元，起始地址為個存儲單元，起始地址為*000(8的整倍數(shù)的整倍數(shù))無論訪問雙字、單字、半字或字節(jié)，無論訪問雙字、單字、半字或字節(jié)，

40、一個存取周期一個存取周期內(nèi)完成內(nèi)完成計算機組成原理計算機組成原理67存儲字存儲字64位（位（8個字節(jié)）個字節(jié)）01816243291725332101831119412205132161422715232634272836352937303139385.2 主存儲器主存儲器的的組織組織依次為：字節(jié)、半字、雙字、單字、半字、單依次為：字節(jié)、半字、雙字、單字、半字、單字、字節(jié)、單字字、字節(jié)、單字計算機組成原理計算機組成原理685.2 主存儲器主存儲器的的組織組織例：某機數(shù)據(jù)字長例：某機數(shù)據(jù)字長32位位,存儲字長存儲字長64位，主存儲器按字節(jié)位，主存儲器按字節(jié)編址編址,現(xiàn)有現(xiàn)有4種不同長度的數(shù)據(jù)種不

41、同長度的數(shù)據(jù)(字節(jié)、半字、單字、雙字節(jié)、半字、單字、雙字字),請采用一種既節(jié)省存儲空間請采用一種既節(jié)省存儲空間,又能保證任何長度的又能保證任何長度的數(shù)據(jù)都在單個存取周期內(nèi)完成讀寫的方法數(shù)據(jù)都在單個存取周期內(nèi)完成讀寫的方法,將一批數(shù)據(jù)將一批數(shù)據(jù)順序地存入主存順序地存入主存,畫出主存中數(shù)據(jù)的存放示意圖畫出主存中數(shù)據(jù)的存放示意圖數(shù)據(jù)依次為：字節(jié)、半字、雙字、單字、字節(jié)、單字、數(shù)據(jù)依次為：字節(jié)、半字、雙字、單字、字節(jié)、單字、雙字、半字、單字、字節(jié)雙字、半字、單字、字節(jié)計算機組成原理計算機組成原理69第第5章章5.1 存儲系統(tǒng)的組成存儲系統(tǒng)的組成5.2 主存儲器的組織主存儲器的組織5.3 半導(dǎo)體隨機存儲

42、器和只讀存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器5.4 主存儲器的連接與控制主存儲器的連接與控制5.5 提高提高主存讀寫速度的主存讀寫速度的技術(shù)技術(shù)5.6 多體交叉存儲技術(shù)多體交叉存儲技術(shù)5.7 高速緩沖存儲器高速緩沖存儲器5.8 虛擬存儲器虛擬存儲器計算機組成原理計算機組成原理705.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器主存儲器分為主存儲器分為RAM和和ROM兩大部分兩大部分RAM可讀可寫，可讀可寫，ROM只能讀不能寫只能讀不能寫RAM的工作原理、結(jié)構(gòu)、基本類型的工作原理、結(jié)構(gòu)、基本類型計算機組成原理計算機組成原理715.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只

43、讀存儲器5.3.1 RAM記憶單元電路記憶單元電路存放一個二進制位的物理器件為記憶單元，是存儲器的存放一個二進制位的物理器件為記憶單元，是存儲器的最基本構(gòu)件，最基本構(gòu)件，地址碼相同的多個記憶單元構(gòu)成一個存儲地址碼相同的多個記憶單元構(gòu)成一個存儲單元單元記憶單元由記憶單元由MOS電路組成電路組成計算機組成原理計算機組成原理72MOS管管開啟電壓（又稱閾值電壓）：開啟電壓（又稱閾值電壓）：使得源極使得源極S和漏極和漏極D之間開始形成導(dǎo)電溝道所需的柵極電壓；之間開始形成導(dǎo)電溝道所需的柵極電壓；標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)的N溝道溝道MOS管，管，VT約為約為36V；通過工藝上的改進，可以使通過工藝上的改進，可以使MOS

44、管的管的VT值降到值降到23V5.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器計算機組成原理計算機組成原理735.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器5.3.1 RAM記憶單元電路記憶單元電路靜態(tài)靜態(tài)RAM，SRAM（Static RAM），存儲電路以雙穩(wěn)），存儲電路以雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為基礎(chǔ)態(tài)觸發(fā)器為基礎(chǔ)動態(tài)動態(tài)RAM，DRAM（Dynamic RAM），存儲電路以電），存儲電路以電容為基礎(chǔ)容為基礎(chǔ)計算機組成原理計算機組成原理745.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器六管靜態(tài)六管靜態(tài)MOS記憶單元電路記憶單元電路集成度低集成度低功耗

45、大功耗大組成高速緩沖存組成高速緩沖存儲器和小容量主儲器和小容量主存系統(tǒng)存系統(tǒng)計算機組成原理計算機組成原理755.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器四管動態(tài)四管動態(tài)MOS記憶單元電路記憶單元電路集成度高集成度高功耗小功耗小存取速度慢存取速度慢組成主存組成主存計算機組成原理計算機組成原理765.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器5.3.2 動態(tài)動態(tài)RAM的刷新的刷新電容電容由兩塊金屬電極之間夾一層絕緣電介質(zhì)構(gòu)成。當(dāng)在兩由兩塊金屬電極之間夾一層絕緣電介質(zhì)構(gòu)成。當(dāng)在兩金屬電極間加上電壓時，電極上就會存儲電荷，是儲金屬電極間加上電壓時，電極上就會存儲電

46、荷，是儲能元件能元件存足夠多的電荷表示存存足夠多的電荷表示存“1”，電容上無電荷表示存，電容上無電荷表示存“0”電荷只能維持電荷只能維持1-2ms，信息會自動消失，必須在，信息會自動消失，必須在2ms內(nèi)內(nèi)對其重新充電對其重新充電計算機組成原理計算機組成原理775.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器單管動態(tài)記憶單元電路單管動態(tài)記憶單元電路計算機組成原理計算機組成原理785.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器5.3.2 動態(tài)動態(tài)RAM的刷新的刷新1.刷新間隔刷新間隔為了維持為了維持MOS型動態(tài)記憶單元的存儲信息，每型動態(tài)記憶單元的存儲信息，每隔一

47、定時間對存儲體中的所有記憶單元的柵極隔一定時間對存儲體中的所有記憶單元的柵極電容補充電荷電容補充電荷MOS型動態(tài)存儲器允許的最大刷新間隔為型動態(tài)存儲器允許的最大刷新間隔為2ms，應(yīng)在應(yīng)在2ms內(nèi)，將全部存儲體刷新一遍內(nèi)，將全部存儲體刷新一遍計算機組成原理計算機組成原理795.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器刷新和重寫（再生）是兩個完全不同的概念刷新和重寫（再生）是兩個完全不同的概念重寫是隨機的，某個存儲單元只有在破壞性讀重寫是隨機的，某個存儲單元只有在破壞性讀出之后才需要重寫出之后才需要重寫刷新是定時的，即使許多記憶單元長期未被訪刷新是定時的，即使許多記憶單元長期未

48、被訪問，若不及時補充電荷，信息會丟失問，若不及時補充電荷，信息會丟失重寫按存儲單元進行，刷新以存儲體矩陣中的重寫按存儲單元進行，刷新以存儲體矩陣中的一行為單位進行的一行為單位進行的計算機組成原理計算機組成原理805.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器2.刷新方式刷新方式集中式集中式分散式分散式異步式異步式計算機組成原理計算機組成原理815.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器1024個記憶單元（排列成個記憶單元（排列成3232矩陣）矩陣）按行進行刷新按行進行刷新每刷新一行占用一個存取周期，存取周期為每刷新一行占用一個存取周期，存取周期為500n

49、s(0.5 s)32行行32列列計算機組成原理計算機組成原理825.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器(1)集中刷新方式集中刷新方式在允許的最大刷新間隔內(nèi)，按照存儲芯片容量在允許的最大刷新間隔內(nèi)，按照存儲芯片容量的大小集中安排若干個刷新周期，刷新時停止的大小集中安排若干個刷新周期，刷新時停止讀寫操作讀寫操作 刷新時間刷新時間=存儲體矩陣行數(shù)存儲體矩陣行數(shù)刷新周期刷新周期刷新周期是刷新一行需要的時間，刷新過程就刷新周期是刷新一行需要的時間，刷新過程就是是“假讀假讀”的過程，刷新周期就等于存取周期的過程，刷新周期就等于存取周期計算機組成原理計算機組成原理835.3 半導(dǎo)體

50、隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器2ms內(nèi)內(nèi)4000個存取周期，從個存取周期，從03967個周期內(nèi)進個周期內(nèi)進行讀行讀/寫操作或保持，從寫操作或保持，從39683999，32個周期個周期集中安排刷新操作集中安排刷新操作刷新間隔（刷新間隔（2 ms）讀讀/寫操作寫操作刷新刷新013967396839993968個周期（個周期（1984 s）32個周期（個周期（16 s）“死時間率死時間率” 為為 32/4 000 100% = 0.8%“死區(qū)死區(qū)” 為為 0.5 s s 32 = 16 s s計算機組成原理計算機組成原理845.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只

51、讀存儲器優(yōu)點：讀優(yōu)點：讀/寫操作時不受刷新工作的影響，系統(tǒng)寫操作時不受刷新工作的影響，系統(tǒng)的存取速度比較高的存取速度比較高缺點：在集中刷新期間必須停止讀缺點：在集中刷新期間必須停止讀/寫，稱為寫，稱為“死區(qū)死區(qū)”，存儲容量越大，死區(qū)越長，存儲容量越大，死區(qū)越長計算機組成原理計算機組成原理855.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器(2)分散刷新方式分散刷新方式刷新操作分散到每個存取周期內(nèi)，存取周期分兩部分，刷新操作分散到每個存取周期內(nèi)，存取周期分兩部分，前一部分時間進行讀前一部分時間進行讀/寫操作或保持，后一部分時間進寫操作或保持，后一部分時間進行刷新操作。一個存取周期

52、內(nèi)刷新存儲矩陣中的一行行刷新操作。一個存取周期內(nèi)刷新存儲矩陣中的一行刷新間隔（刷新間隔（32 s）周期周期0周期周期1周期周期31讀讀/寫寫讀讀/寫寫讀讀/寫寫刷新刷新刷新刷新刷新刷新tC = = tM + + tR讀寫讀寫刷新刷新無無 “死區(qū)死區(qū)”(存取周期為存取周期為 0.5 s + 0.5 s )計算機組成原理計算機組成原理865.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器分散刷新方式?jīng)]有死區(qū)，加長了系統(tǒng)的存取周分散刷新方式?jīng)]有死區(qū)，加長了系統(tǒng)的存取周期，如存儲芯片的存取周期為期，如存儲芯片的存取周期為0.5 s，則系統(tǒng)的，則系統(tǒng)的存取周期應(yīng)為存取周期應(yīng)為1 s，降低了

53、整機的速度降低了整機的速度新過于頻繁（每新過于頻繁（每32 s重復(fù)刷新），存儲容量比重復(fù)刷新），存儲容量比較小的情況下，沒有充分利用所允許的最大刷較小的情況下，沒有充分利用所允許的最大刷新間隔（新間隔（2ms）計算機組成原理計算機組成原理875.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器 (3)異步刷新方式異步刷新方式充分利用最大刷新間隔時間，把刷新操作平均充分利用最大刷新間隔時間，把刷新操作平均分配到整個最大刷新間隔時間內(nèi)進行，故有：分配到整個最大刷新間隔時間內(nèi)進行，故有： 相鄰兩行的刷新間隔相鄰兩行的刷新間隔=最大刷新間隔時間最大刷新間隔時間/行數(shù)行數(shù)計算機組成原理計算機

54、組成原理885.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器 對對3232矩陣，矩陣，2ms內(nèi)需將內(nèi)需將32行刷新一遍行刷新一遍相鄰兩行的刷新時間間隔相鄰兩行的刷新時間間隔=2ms/32=62.5 s，即，即每隔每隔62.5 s安排一個刷新周期，在刷新時封鎖安排一個刷新周期，在刷新時封鎖讀讀/寫寫刷新間隔（刷新間隔（2 ms）讀讀/寫寫讀讀/寫寫讀讀/寫寫刷新刷新刷新刷新刷新刷新62s0.5s62.5s62.5s將刷新安排在指令譯碼階段，不會出現(xiàn)將刷新安排在指令譯碼階段，不會出現(xiàn) “死區(qū)死區(qū)”“死區(qū)死區(qū)” 為為 0.5 s s 每行每隔每行每隔 2 ms 刷新一次刷新一次計算機

55、組成原理計算機組成原理895.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器異步刷新方式有死區(qū)，比集中刷新方式的死區(qū)異步刷新方式有死區(qū)，比集中刷新方式的死區(qū)小得多，為小得多，為0.5 s可以避免使可以避免使CPU連續(xù)等待過長的時間，而且減連續(xù)等待過長的時間，而且減少了刷新次數(shù)少了刷新次數(shù)計算機組成原理計算機組成原理905.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器例例一個一個1K*4位的動態(tài)位的動態(tài)RAM芯片，若其內(nèi)部結(jié)構(gòu)芯片，若其內(nèi)部結(jié)構(gòu)排列成排列成64*64形式，且存取周期為形式，且存取周期為0.1us1. 若采用分散刷新和集中刷新相結(jié)合的方式，若采用分散刷

56、新和集中刷新相結(jié)合的方式，刷新信號周期應(yīng)該取多少？刷新信號周期應(yīng)該取多少？2. 若采用集中刷新，則對該存儲芯片刷新一遍若采用集中刷新，則對該存儲芯片刷新一遍需多少時間？死時間率是多少？需多少時間？死時間率是多少？計算機組成原理計算機組成原理915.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器3.刷新控制刷新控制 MOS型動態(tài)型動態(tài)RAM的刷新要注意幾個問題：的刷新要注意幾個問題： 刷新對刷新對CPU是透明的是透明的 刷新是一行一行地進行的，每一行中各記憶刷新是一行一行地進行的，每一行中各記憶單元同時被刷新，故刷新操作時僅需要行地址單元同時被刷新，故刷新操作時僅需要行地址，不需要

57、列地址，不需要列地址計算機組成原理計算機組成原理925.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器3.刷新控制刷新控制 MOS型動態(tài)型動態(tài)RAM的刷新要注意幾個問題：的刷新要注意幾個問題： 刷新操作類似于讀出操作刷新操作類似于讀出操作 因為所有芯片同時被刷新，刷新時，從單個因為所有芯片同時被刷新，刷新時，從單個芯片的存儲容量著手，不是從整個存儲器的容芯片的存儲容量著手，不是從整個存儲器的容量著手量著手計算機組成原理計算機組成原理93 3. 動態(tài)動態(tài) RAM 和靜態(tài)和靜態(tài) RAM 的比較的比較DRAMSRAM存儲原理存儲原理集成度集成度芯片引腳芯片引腳功耗功耗價格價格速度速度刷

58、新刷新電容電容觸發(fā)器觸發(fā)器高高低低少少多多小小大大低低高高慢慢快快有有無無主存主存緩存緩存5.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器計算機組成原理計算機組成原理945.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器5.3.3 RAM芯片分析芯片分析1.RAM芯片芯片存儲芯片通過地址線、數(shù)據(jù)線和控制線與外部存儲芯片通過地址線、數(shù)據(jù)線和控制線與外部連接連接地址線是地址線是單向單向輸入的，數(shù)目與芯片容量有關(guān)輸入的，數(shù)目與芯片容量有關(guān)容量為容量為10244時，地址線有時，地址線有10根；容量為根；容量為64K1時，地址線有時，地址線有16根根計算機組成原理計算機組成

59、原理955.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器5.3.3 RAM芯片分析芯片分析1.RAM芯片芯片數(shù)據(jù)線是數(shù)據(jù)線是雙向雙向的的數(shù)目與數(shù)據(jù)位數(shù)有關(guān)數(shù)目與數(shù)據(jù)位數(shù)有關(guān)10244的芯片，數(shù)據(jù)線有的芯片，數(shù)據(jù)線有4根；根；64K1的芯片，的芯片，數(shù)據(jù)線有數(shù)據(jù)線有1根根計算機組成原理計算機組成原理965.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器5.3.3 RAM芯片分析芯片分析1.RAM芯片芯片控制線有控制線有讀讀/寫控制寫控制線（或?qū)懺试S線）和片選線（或?qū)懺试S線）和片選讀讀/寫控制線決定芯片是進行讀操作還是寫操寫控制線決定芯片是進行讀操作還是寫操片選線片選

60、線決定該芯片是否被選中決定該芯片是否被選中計算機組成原理計算機組成原理97芯片容量芯片容量1. 半導(dǎo)體存儲芯片的基本結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體存儲芯片的基本結(jié)構(gòu)譯譯碼碼驅(qū)驅(qū)動動存存儲儲矩矩陣陣讀讀寫寫電電路路1K4位位16K1位位8K8位位片選線片選線讀讀/寫控制線寫控制線地地址址線線數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)線線地址線地址線（單向）（單向）數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線（雙向）（雙向）1041411385.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器計算機組成原理計算機組成原理981. 半導(dǎo)體存儲芯片的基本結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體存儲芯片的基本結(jié)構(gòu)譯譯碼碼驅(qū)驅(qū)動動存存儲儲矩矩陣陣讀讀寫寫電電路路片選線片選線讀讀/寫控制線寫控制線地地址址線線