計算機圖形學第5章存儲系統(tǒng)

1、計算機組成原理計算機組成原理1內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院第第5章章 存儲系存儲系統(tǒng)統(tǒng)和結構和結構 計算機組成原理計算機組成原理2內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院第第5章章 存儲系統(tǒng)是由幾個容量、速度和價格各存儲系統(tǒng)是由幾個容量、速度和價格各不相同的存儲器構成的系統(tǒng)。設計一個容量不相同的存儲器構成的系統(tǒng)。設計一個容量大、速度快、成本低的存儲系統(tǒng)是計算機發(fā)大、速度快、成本低的存儲系統(tǒng)是計算機發(fā)展的一個重要課題。展的一個重要課題。 本章重點討論主存儲器的工作原理、組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體存儲芯片組成主存儲成方式以及運用半導體存儲芯片組成主存儲器的

2、一般原則和方法，此外還介紹了高速緩器的一般原則和方法，此外還介紹了高速緩沖存儲器和虛擬存儲器的基本原理。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3內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.1 存儲系統(tǒng)的組成存儲系統(tǒng)的組成 存儲系統(tǒng)和存儲器是兩個不同的概念，下面首存儲系統(tǒng)和存儲器是兩個不同的概念，下面首先介紹各種不同用途的存儲器，然后討論它們是如先介紹各種不同用途的存儲器，然后討論它們是如何構成一個存儲系統(tǒng)的。何構成一個存儲系統(tǒng)的。5.1.1 存儲器分類1.1.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)(1)高速緩沖存儲器高速緩沖存儲器高速緩存

3、位于主存和高速緩存位于主存和CPUCPU之間，用來存放正在執(zhí)之間，用來存放正在執(zhí)行的程序段和數(shù)據(jù)，以便行的程序段和數(shù)據(jù)，以便CPUCPU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4內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組成(2)(2)主存儲器主存儲器 用來存放計算機運行期間所需要的程序用來存放計算機運行期間所需要的程序和數(shù)據(jù)，和數(shù)據(jù)，CPUCPU可直接隨機地進行讀寫訪問?？芍苯与S機地進行讀寫訪問。(3)(3)輔助存儲器輔助存儲器 用來存放當前暫不參與運行的程序和數(shù)用來存放當前暫不參與運行的程序和數(shù)據(jù)，以及一些需要永久性保存的信息。據(jù)，以及一

4、些需要永久性保存的信息。CPUCPU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5內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組成2.2.按存取方式分類按存取方式分類(1)(1)隨機存取存儲器隨機存取存儲器RAMRAM CPU CPU可以對可以對RAMRAM單元的內(nèi)容隨機地讀寫訪問。單元的內(nèi)容隨機地讀寫訪問。CPUCPU對任何一對任何一個存儲單元的讀寫時間是一樣的，即個存儲單元的讀寫時間是一樣的，即存取時間是相同的存取時間是相同的。(2)(2)只讀存儲器只讀存儲器ROMROM ROM ROM可以看作可以看作RAMRAM的一種特殊方式，存儲器的內(nèi)容只能

5、隨的一種特殊方式，存儲器的內(nèi)容只能隨機讀出而不能寫入。機讀出而不能寫入。(3)(3)順序存取存儲器順序存取存儲器SAMSAM SAM SAM的內(nèi)容只能按某種順序存取，的內(nèi)容只能按某種順序存取，存取時間與信息在存儲存取時間與信息在存儲體上的物理位置有關體上的物理位置有關。 計算機組成原理計算機組成原理6內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組成(4)(4)直接存取存儲器直接存取存儲器DAMDAM 當要存取所需的信息時，第一步直接指當要存取所需的信息時，第一步直接指向整個存儲器中的某個小區(qū)域（如磁盤上的向整個存儲器中的某個小區(qū)域（如磁盤上的磁道），第二步在小區(qū)域內(nèi)

6、順序檢索或等待，磁道），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。直至找到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7內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組成3.3.按存儲介質(zhì)分類按存儲介質(zhì)分類(1)(1)磁芯存儲器磁芯存儲器 利用兩種不同的剩磁狀態(tài)表示利用兩種不同的剩磁狀態(tài)表示“1”1”或或“0”0”。磁芯存儲器的特點是信息可以長期存儲，不會因磁芯存儲器的特點是信息可以長期存儲，不會因斷電而丟失；但磁芯存儲器的讀出是破壞性讀出。斷電而丟失；但磁芯存儲器的讀出是破壞性讀出。(2)(2)半導體存儲器半導體存儲器 采用半導體器件制

7、造的存儲器，主要有雙極采用半導體器件制造的存儲器，主要有雙極型（型（TTLTTL電路或電路或ECLECL電路）存儲器和電路）存儲器和MOSMOS型存儲器兩型存儲器兩大類。大類。 計算機組成原理計算機組成原理8內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組成(3)(3)磁表面存儲器磁表面存儲器 在金屬或塑料基體上，涂復一層磁性材料，用在金屬或塑料基體上，涂復一層磁性材料，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)(4)光存儲器光存儲器 采用激光技術控制訪問的存儲器，如采用激光技術控制訪問的存儲器，如CD-ROMCD-ROM（只讀

8、光盤）（只讀光盤） 、WORMWORM（CD-RCD-R，寫一次多次讀光，寫一次多次讀光盤）盤） 、CD-RWCD-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9內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組成4.4.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，稱易失性斷電后，存儲信息即消失的存儲器，稱易失性存儲器。斷電后信息仍然保存的存儲器，稱非易失存儲器。斷電后信息仍然保存的存儲器，稱非易失性存儲器性存儲器。 如果某個存儲單元所存儲的信息被讀出時，原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

9、稱破壞性讀出。具有破壞性讀存信息將被破壞，則稱破壞性讀出。具有破壞性讀出的存儲器，每當一次讀出操作之后，必須緊接一出的存儲器，每當一次讀出操作之后，必須緊接一個重寫（再生）的操作，以便恢復被破壞的信息。個重寫（再生）的操作，以便恢復被破壞的信息。 如果讀出時，被讀單元原存信息不被破壞，則如果讀出時，被讀單元原存信息不被破壞，則稱非破壞性讀出。稱非破壞性讀出。計算機組成原理計算機組成原理10內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組成5.1.2 存儲系統(tǒng)層次結構 為了解決存儲容量、存取速度和價格為了解決存儲容量、存取速度和價格之間的矛盾，通常把各種不同存儲容量、之

10、間的矛盾，通常把各種不同存儲容量、不同存取速度的存儲器，按一定的體系結不同存取速度的存儲器，按一定的體系結構組織起來，形成一個統(tǒng)一整體的存儲系構組織起來，形成一個統(tǒng)一整體的存儲系統(tǒng)。統(tǒng)。計算機組成原理計算機組成原理11內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組成從從CPUCPU的角度來看，的角度來看，n n種不同的存儲器種不同的存儲器（M1M1MnMn）在邏輯上是一個整體。其中：）在邏輯上是一個整體。其中：M1M1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；MnMn速度速度最慢、容量最大、位價格最低。整個存儲系最慢、容量最大、位價格最低。整個

11、存儲系統(tǒng)具有接近于統(tǒng)具有接近于M1M1的速度，相等或接近的速度，相等或接近MnMn的容的容量，接近于量，接近于MnMn的位價格。在多級存儲層次中，的位價格。在多級存儲層次中，最常用的數(shù)據(jù)在最常用的數(shù)據(jù)在M1M1中，次常用的在中，次常用的在M2M2中，最中，最少使用的在少使用的在MnMn中。中。 計算機組成原理計算機組成原理12內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.1 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13內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.2 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，它用主存儲器是整個存儲系統(tǒng)的核

12、心，它用來存放計算機運行期間所需要的程序和數(shù)據(jù)，來存放計算機運行期間所需要的程序和數(shù)據(jù)，CPUCPU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14內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.2 主存儲器主存儲器的的組織組織5.2.1 主存儲器的基本結構 主存儲器通常由存儲體、地址譯碼驅(qū)主存儲器通常由存儲體、地址譯碼驅(qū)動電路、動電路、I/O和讀寫電路組成。和讀寫電路組成。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15內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.2 主

13、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 位位是二進制數(shù)的最基本單位，也是存儲器存是二進制數(shù)的最基本單位，也是存儲器存儲信息的最小單位。儲信息的最小單位。 一個二進制數(shù)由若干位組成，當這個二進制一個二進制數(shù)由若干位組成，當這個二進制數(shù)作為一個整體存入或取出時，這個數(shù)稱為數(shù)作為一個整體存入或取出時，這個數(shù)稱為存儲存儲字字。 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存儲單元或主存單元單元或主存單元，大量存儲單元的集合構成一個，大量存儲單元的集合構成一個存儲體存儲體MBMB，程序和數(shù)據(jù)都存放在存儲體中，它是，程序和數(shù)據(jù)都存放在存儲體中，它是存儲器的核心

14、。存儲器的核心。計算機組成原理計算機組成原理16內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.2 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指標1.1.存儲容量存儲容量 存儲容量是指存儲容量是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，以字數(shù)與其字長的乘積來表示于字編址的計算機，以字數(shù)與其字長的乘積來表示容量。容量。 如某計算機的容量為如某計算機的容量為64K64K1616，表示它有，表示它有64K64K個個字，每個字的字長為字，每個字的字長為1616位，若用

15、字節(jié)數(shù)表示，則可位，若用字節(jié)數(shù)表示，則可記為記為128K128K字節(jié)（字節(jié)（128KB128KB）。）。計算機組成原理計算機組成原理17內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.2 主存儲器主存儲器的的組織組織2.2.存取速度存取速度 存取時間存取時間T Ta a 存取時間又稱為訪問時間或讀存取時間又稱為訪問時間或讀/ /寫時間，它是指寫時間，它是指從啟動一次存儲器操作到完成該操作所經(jīng)歷的時間從啟動一次存儲器操作到完成該操作所經(jīng)歷的時間。 存取周期存取周期T Tm m 存取周期又可稱作讀寫周期、訪存周期，它是存取周期又可稱作讀寫周期、訪存周期，它是指指存儲器進行一次完整的讀寫操作所需的全部時

16、間，存儲器進行一次完整的讀寫操作所需的全部時間，即連續(xù)兩次訪問存儲器操作之間所需要的最短時間即連續(xù)兩次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18內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.2 主存儲器主存儲器的的組織組織 一般情況下，一般情況下，T Tm m T Ta a 。這是因為對任何一種存。這是因為對任何一種存儲器，在讀寫操作之后，總要有一段恢復內(nèi)部狀態(tài)儲器，在讀寫操作之后，總要有一段恢復內(nèi)部狀態(tài)的復原時間。對于破壞性讀出的存儲器，存取周期的復原時間。對于破壞性讀出的存儲器，存取周期往往比存取時間要大得多，甚至可以達到往往比存取時間要大得多，甚至可以達到T T

17、m m2T2Ta a，這是因為存儲器中的信息讀出后需要馬上進行重寫這是因為存儲器中的信息讀出后需要馬上進行重寫（再生）。（再生）。計算機組成原理計算機組成原理19內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.2 主存儲器主存儲器的的組織組織 主存帶寬主存帶寬B Bm m 與存取周期密切相關的指標是主存的帶寬，它與存取周期密切相關的指標是主存的帶寬，它又稱為數(shù)據(jù)傳輸率，表示又稱為數(shù)據(jù)傳輸率，表示每秒從主存進出信息的最每秒從主存進出信息的最大數(shù)量，單位為字大數(shù)量，單位為字/ /秒或字節(jié)秒或字節(jié)/ /秒或位秒或位/ /秒秒。目前，主。目前，主存提供信息的速度跟不上存提供信息的速度跟不上CPUCPU處理

18、指令和數(shù)據(jù)的速度，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)瓶頸的一個關鍵因素。主存的帶寬是改善計算機系統(tǒng)瓶頸的一個關鍵因素。為了提高主存的帶寬，可以采取的措施有：為了提高主存的帶寬，可以采取的措施有： 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20內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.3 半導體隨機存儲器半導體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器 主存儲器通常分為主存儲器通常分為RAMRAM和和ROMROM兩大部分兩大部分。RAMRAM可讀可寫，可讀可寫，ROMROM只能讀不能寫。只能讀不能寫。下面重點討論下面重

19、點討論RAMRAM的工作原理與結構，的工作原理與結構，以及以及ROMROM的基本類型。的基本類型。計算機組成原理計算機組成原理21內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.3 半導體隨機存儲器半導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 存放一個二進制位的物理器件稱為記憶單元，它存放一個二進制位的物理器件稱為記憶單元，它是存儲器的最基本構件，地址碼相同的多個記憶單元是存儲器的最基本構件，地址碼相同的多個記憶單元構成一個存儲單元。記憶單元可以由各種材料制成，構成一個存儲單元。記憶單元可以由各種材料制成，但最常見的由但最常見的由MOSMOS電路組成。電路組成。MOSMO

20、S型存儲器根據(jù)記憶單元的結構又可分為靜態(tài)型存儲器根據(jù)記憶單元的結構又可分為靜態(tài)RAMRAM和動態(tài)和動態(tài)RAMRAM兩種。靜態(tài)兩種。靜態(tài)RAMRAM，即，即SRAMSRAM（Static Static RAMRAM），其存儲電路以雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為基礎；），其存儲電路以雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為基礎；動態(tài)動態(tài)RAMRAM，即即DRAMDRAM（Dynamic RAMDynamic RAM），其存儲電路以電容為基礎），其存儲電路以電容為基礎。計算機組成原理計算機組成原理22內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院計算機組成原理計算機組成原理23內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院計算機組成原理計算機組成原理2

21、4內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.3 半導體隨機存儲器半導體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器5.3.2 動態(tài)RAM的刷新1.刷新間隔 為了維持為了維持MOSMOS型動態(tài)記憶單元的存儲信息，型動態(tài)記憶單元的存儲信息，每隔一定時間必須對存儲體中的所有記憶單元每隔一定時間必須對存儲體中的所有記憶單元柵極電容補充電荷，這個過程就是刷新。柵極電容補充電荷，這個過程就是刷新。 一般選定一般選定MOSMOS型動態(tài)存儲器允許的最大刷型動態(tài)存儲器允許的最大刷新間隔為新間隔為2ms2ms，也就是說，應在，也就是說，應在2ms2ms內(nèi)，將全部內(nèi)，將全部存儲體刷新一遍。存儲體刷新一遍。計算機組成原理計算

22、機組成原理25內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.3 半導體隨機存儲器半導體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器 注意，刷新和重寫（再生）是兩個完全不同的概注意，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出念。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。而刷新是定時的，即使許多記憶單之后才需要重寫。而刷新是定時的，即使許多記憶單元長期未被訪問，若不及時補充電荷的話，信息也會元長期未被訪問，若不及時補充電荷的話，信息也會丟失。重寫一般是按存儲單元進行的，而刷新通常以丟失。重寫一般是按存儲單元進行的，而刷新通常以存儲體矩陣中的一行為單位進行

23、的。存儲體矩陣中的一行為單位進行的。2.2.刷新方式刷新方式 常見的刷新方式有常見的刷新方式有集中式集中式、分散式分散式和和異步式異步式三種。三種。計算機組成原理計算機組成原理26內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.3 半導體隨機存儲器半導體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器 例如，對具有例如，對具有10241024個記憶單元（排列成個記憶單元（排列成32323232矩陣）的存儲芯片進行刷新，刷新是按行進行的，矩陣）的存儲芯片進行刷新，刷新是按行進行的，且每刷新一行占用一個存取周期，存取周期為且每刷新一行占用一個存取周期，存取周期為500ns500ns（0.5 0.5 s s）。）。3

24、2行行32列列計算機組成原理計算機組成原理27內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.3 半導體隨機存儲器半導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 在允許的最大刷新間隔內(nèi)，按照存儲芯片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，刷新時容量的大小集中安排若干個刷新周期，刷新時停止讀寫操作。停止讀寫操作。 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 這里刷新周期是指刷新一行所需要的時間，這里刷新周期是指刷新一行所需要的時間，由于刷新過程就是由于刷新過程就是“假讀假讀”的過程，所以刷新的過程，所以刷新周期就等于存取周期。周期就等

25、于存取周期。計算機組成原理計算機組成原理28內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.3 半導體隨機存儲器半導體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器 在最大刷新間隔在最大刷新間隔2ms內(nèi)共可以安排內(nèi)共可以安排4000個存取周期，從個存取周期，從03967個周期內(nèi)進行讀個周期內(nèi)進行讀/寫寫操作或保持，而從操作或保持，而從39683999這最后這最后32個周個周期集中安排刷新操作。期集中安排刷新操作。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）計算機組成原理計算機組成原理29內(nèi)蒙古大學計算機

26、學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.3 半導體隨機存儲器半導體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器 集中刷新方式的優(yōu)點是讀集中刷新方式的優(yōu)點是讀/ /寫操作時不受寫操作時不受刷新工作的影響，因此系統(tǒng)的存取速度較高。刷新工作的影響，因此系統(tǒng)的存取速度較高。 集中刷新方式的缺點是在集中刷新期間必集中刷新方式的缺點是在集中刷新期間必須停止讀須停止讀/ /寫，這一段時間稱為寫，這一段時間稱為“死區(qū)死區(qū)”，而，而且存儲容量越大，死區(qū)就越長。且存儲容量越大，死區(qū)就越長。計算機組成原理計算機組成原理30內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.3 半導體隨機存儲器半導體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器(2)分散刷

27、新方式分散刷新方式 分散刷新是指把刷新操作分散到每個存分散刷新是指把刷新操作分散到每個存取周期內(nèi)進行，此時系統(tǒng)的存取周期被分為取周期內(nèi)進行，此時系統(tǒng)的存取周期被分為兩部分，前一部分時間進行讀兩部分，前一部分時間進行讀/寫操作或保持，寫操作或保持，后一部分時間進行刷新操作。一個系統(tǒng)存取后一部分時間進行刷新操作。一個系統(tǒng)存取周期內(nèi)刷新存儲矩陣中的一行。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計算機組成原理計算機組成原理31內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.3 半導體隨機存儲器半導體隨機

28、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)，但是，它也有很分散刷新方式?jīng)]有死區(qū)，但是，它也有很明顯的缺點。明顯的缺點。 第一是加長了系統(tǒng)的存取周期，如存儲芯第一是加長了系統(tǒng)的存取周期，如存儲芯片的存取周期為片的存取周期為0.5 0.5 s s，則系統(tǒng)的存取周期應，則系統(tǒng)的存取周期應為為1 1 s s，降低了整機的速度；第二是刷新過于，降低了整機的速度；第二是刷新過于頻繁（本例中每頻繁（本例中每32 32 s s就重復刷新一遍），尤就重復刷新一遍），尤其是當存儲容量比較小的情況下，沒有充分利其是當存儲容量比較小的情況下，沒有充分利用所允許的最大刷新間隔（用所允許的最大刷新間隔（2ms2

29、ms）。）。計算機組成原理計算機組成原理32內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.3 半導體隨機存儲器半導體隨機存儲器和只讀存儲和只讀存儲器器(3)異步刷新方式 異步刷新方式可以看成前述兩種方式的結異步刷新方式可以看成前述兩種方式的結合，它充分利用了最大刷新間隔時間，把刷新合，它充分利用了最大刷新間隔時間，把刷新操作平均分配到整個最大刷新間隔時間內(nèi)進行，操作平均分配到整個最大刷新間隔時間內(nèi)進行，故有：故有： 行刷新間隔行刷新間隔= =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組成原理33內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.3 半導體隨機存儲器半導體隨機存儲

30、器和只讀存儲和只讀存儲器器 對于對于3232矩陣，在矩陣，在2ms內(nèi)需要將內(nèi)需要將32行刷新一遍，所以相鄰兩行的刷新時間間行刷新一遍，所以相鄰兩行的刷新時間間隔隔=2ms/32=62.5 s，即每隔，即每隔62.5 s安排一安排一個刷新周期，在刷新時封鎖讀個刷新周期，在刷新時封鎖讀/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計算機組成原理計算機組成原理34內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.3 半導體隨機存儲器半導體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器 異步刷新方式雖然也有死區(qū)，但比集中異步刷新方式雖然也

31、有死區(qū)，但比集中刷新方式的死區(qū)小得多，僅為刷新方式的死區(qū)小得多，僅為0.5 0.5 s s。這樣。這樣可以避免使可以避免使CPUCPU連續(xù)等待過長的時間，而且連續(xù)等待過長的時間，而且減少了刷新次數(shù)，是比較實用的一種刷新方減少了刷新次數(shù)，是比較實用的一種刷新方式。式。計算機組成原理計算機組成原理35內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.3 半導體隨機存儲器半導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。 刷新通常是一行一行地進行的，每一行中各記憶刷新通常是一行一行地進行

32、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，不單元同時被刷新，故刷新操作時僅需要行地址，不需要列地址。需要列地址。 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，所以在考慮刷新問題因為所有芯片同時被刷新，所以在考慮刷新問題時，應當從單個芯片的存儲容量著手，而不是從整時，應當從單個芯片的存儲容量著手，而不是從整個存儲器的容量著手。個存儲器的容量著手。計算機組成原理計算機組成原理36內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.3 半導體隨機存儲器半導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

33、線、數(shù)據(jù)線和控制線與外部連接。存儲芯片通過地址線、數(shù)據(jù)線和控制線與外部連接。地址線是單向輸入的，其數(shù)目與芯片容量有關。如容量為地址線是單向輸入的，其數(shù)目與芯片容量有關。如容量為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。數(shù)據(jù)線是雙向的，既可輸入，也可輸出，其數(shù)目與數(shù)根。數(shù)據(jù)線是雙向的，既可輸入，也可輸出，其數(shù)目與數(shù)據(jù)位數(shù)有關。如據(jù)位數(shù)有關。如10244的芯片，數(shù)據(jù)線有的芯片，數(shù)據(jù)線有4根；根；64K1的的芯片，數(shù)據(jù)線只有芯片，數(shù)據(jù)線只有1根。控制線主要有讀根?？刂凭€主要有讀/寫控制線（或?qū)懺蕦懣刂凭€（或?qū)懺试S線）和片選線兩種，讀許線）和片選

34、線兩種，讀/寫控制線是用來決定芯片是進行寫控制線是用來決定芯片是進行讀操作還是寫操作的，片選線是用來決定該芯片是否被選讀操作還是寫操作的，片選線是用來決定該芯片是否被選中的。中的。計算機組成原理計算機組成原理37內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.3 半導體隨機存儲器半導體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器 由于由于DRAM芯片集成度高，容量大，為了芯片集成度高，容量大，為了減少芯片引腳數(shù)量，減少芯片引腳數(shù)量，DRAM芯片把地址線分成相芯片把地址線分成相等的兩部分，分兩次從相同的引腳送入。兩次輸?shù)鹊膬刹糠?，分兩次從相同的引腳送入。兩次輸入的地址分別稱為行地址和列地址，行地址由行入的地址

35、分別稱為行地址和列地址，行地址由行地址選通信號地址選通信號 送入存儲芯片，列地址由列地送入存儲芯片，列地址由列地址選通信號址選通信號 送入存儲芯片。由于采用了地址送入存儲芯片。由于采用了地址復用技術，因此，復用技術，因此，DRAM芯片每增加一條地址線，芯片每增加一條地址線，實際上是增加了兩位地址，也即增加了實際上是增加了兩位地址，也即增加了4倍的容倍的容量。量。RASCAS計算機組成原理計算機組成原理38內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.3 半導體隨機存儲器半導體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器2.地址譯碼方式地址譯碼方式 地址譯碼電路能把地址線送來的地址信號翻地址譯碼電路能把地址

36、線送來的地址信號翻譯成對應存儲單元的選擇信號。譯成對應存儲單元的選擇信號。(1)單譯碼方式單譯碼方式 單譯碼方式又稱字選法，它所對應的存儲器結單譯碼方式又稱字選法，它所對應的存儲器結構是字結構的，容量為構是字結構的，容量為M個字的存儲器（個字的存儲器（M個字，個字，每字每字b位），排列成位），排列成M行行b列的矩陣，矩陣的每一列的矩陣，矩陣的每一行對應一個字，有一條公用的選擇線行對應一個字，有一條公用的選擇線wi（字線）。（字線）。字線選中某一行時，同一行中的各位就都被選中，字線選中某一行時，同一行中的各位就都被選中，由讀寫電路對被選中的各位實施讀出或?qū)懭氩僮?。由讀寫電路對被選中的各位實施讀出

37、或?qū)懭氩僮?。計算機組成原理計算機組成原理39內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.3 半導體隨機存儲器半導體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器 字結構的優(yōu)點是結構簡單，缺點是使用字結構的優(yōu)點是結構簡單，缺點是使用的外圍電路多，成本昂貴。更嚴重的是，當?shù)耐鈬娐范?，成本昂貴。更嚴重的是，當字數(shù)大大超過位數(shù)時，存儲器會形成縱向很字數(shù)大大超過位數(shù)時，存儲器會形成縱向很長而橫向很窄的不合理結構，所以這種方式長而橫向很窄的不合理結構，所以這種方式只適用于容量不大的存儲器。只適用于容量不大的存儲器。計算機組成原理計算機組成原理40內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.3 半導體隨機存儲器半導體

38、隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器(2)(2)雙譯碼方式雙譯碼方式 雙譯碼方式又稱為重合法。通常是把雙譯碼方式又稱為重合法。通常是把K K位地址位地址碼分成接近相等的兩段，一段用于水平方向作碼分成接近相等的兩段，一段用于水平方向作X X地地址線，供址線，供X X地址譯碼器譯碼；一段用于垂直方向作地址譯碼器譯碼；一段用于垂直方向作Y Y地址線，供地址線，供Y Y地址譯碼器譯碼。地址譯碼器譯碼。X X和和Y Y兩個方向的選兩個方向的選擇線在存儲體內(nèi)部的一個記憶單元上交叉，以選擇擇線在存儲體內(nèi)部的一個記憶單元上交叉，以選擇相應的記憶單元。相應的記憶單元。計算機組成原理計算機組成原理41內(nèi)蒙古大學計算

39、機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.3 半導體隨機存儲器半導體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器 雙譯碼方式對應的存儲芯片結構可以雙譯碼方式對應的存儲芯片結構可以是位結構的，則在是位結構的，則在Z方向上重疊方向上重疊b個芯片。個芯片。 也可以是字段結構的。也可以是字段結構的。 X選擇線選擇線Y選擇線選擇線計算機組成原理計算機組成原理42內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.3 半導體隨機存儲器半導體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器 對于字段結構的存儲芯片，行選擇線對于字段結構的存儲芯片，行選擇線為為M/s根，列選擇線為根，列選擇線為s，K位地址線也要劃位地址線也要劃分為兩部分：分為兩部分：K

40、xlog2M/s，Kylog2s。 雙譯碼方式與單譯碼方式相比，減少雙譯碼方式與單譯碼方式相比，減少了選擇線數(shù)目和驅(qū)動器數(shù)目。存儲容量越大，了選擇線數(shù)目和驅(qū)動器數(shù)目。存儲容量越大，這兩種方式的差異越明顯。這兩種方式的差異越明顯。256 256256 2568 8雙譯碼雙譯碼655366553616單譯碼單譯碼驅(qū)動器數(shù)驅(qū)動器數(shù)選擇線數(shù)選擇線數(shù)占用地址位占用地址位譯碼方式譯碼方式計算機組成原理計算機組成原理43內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.3 半導體隨機存儲半導體隨機存儲5 5和只讀存儲器和只讀存儲器3.RAM的讀的讀/寫時序?qū)憰r序(1)SRAM讀讀/寫寫時序時序 讀周期表示對該芯片

41、進行兩次連續(xù)讀讀周期表示對該芯片進行兩次連續(xù)讀操作的最小間隔時間。在此期間，地址輸入操作的最小間隔時間。在此期間，地址輸入信息不允許改變，片選信號信息不允許改變，片選信號CS在地址有效在地址有效之后變?yōu)橛行?，使芯片被選中，最后在數(shù)據(jù)之后變?yōu)橛行В剐酒贿x中，最后在數(shù)據(jù)線上得到讀出的信號。寫允許信號線上得到讀出的信號。寫允許信號WE在讀在讀周期中保持高電平。周期中保持高電平。 寫周期與讀周期相似，但除了要加地寫周期與讀周期相似，但除了要加地址和片選信號外，還要加一個低電平有效的址和片選信號外，還要加一個低電平有效的寫入脈沖寫入脈沖WE，并提供寫入數(shù)據(jù)。，并提供寫入數(shù)據(jù)。計算機組成原理計算機組成

42、原理44內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.3 半導體隨機存儲器半導體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)地址讀周期CSWE數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)地址寫周期CSWE(a)(b)計算機組成原理計算機組成原理45內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.3 半導體隨機存儲器半導體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器(2)DRAM讀讀/寫時序?qū)憰r序數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)地址讀周期CASWE(a)(b)RAS行地址列地址數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)地址寫周期CASWERAS行地址列地址計算機組成原理計算機組成原理46內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.3 半導體隨機存儲器半導體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器

43、5.3.4 半導體只讀存儲器（ROM） ROMROM的最大優(yōu)點是具有非易失性，即使電源的最大優(yōu)點是具有非易失性，即使電源斷電，斷電，ROMROM中存儲的信息也不會丟失。中存儲的信息也不會丟失。 1.ROM的類型 ROMROM工作時只能讀出，不能寫入，那么工作時只能讀出，不能寫入，那么ROMROM中的內(nèi)容是如何事先存入的呢？我們把向中的內(nèi)容是如何事先存入的呢？我們把向ROMROM寫寫入數(shù)據(jù)的過程稱為對入數(shù)據(jù)的過程稱為對ROMROM進行編程，根據(jù)編程方進行編程，根據(jù)編程方法的不同，法的不同，ROMROM通?？梢苑譃橐韵聨最悾和ǔ？梢苑譃橐韵聨最悾河嬎銠C組成原理計算機組成原理47內(nèi)蒙古大學計算機學院

44、內(nèi)蒙古大學計算機學院5.3 半導體隨機存儲器半導體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器(1)掩膜式ROM（MROM） 它的內(nèi)容是由半導體生產(chǎn)廠家按用戶提出它的內(nèi)容是由半導體生產(chǎn)廠家按用戶提出的要求在芯片的生產(chǎn)過程中直接寫入的，寫入的要求在芯片的生產(chǎn)過程中直接寫入的，寫入后任何人都無法改變其內(nèi)容。后任何人都無法改變其內(nèi)容。(2)一次可編程ROM（PROM） PROMPROM允許用戶利用專門的設備（編程器或允許用戶利用專門的設備（編程器或?qū)懭肫鳎懭胱约旱某绦颍坏懭牒蟊銦o寫入器）寫入自己的程序，但一旦寫入后便無法改變，因此它是一種一次性可編程的法改變，因此它是一種一次性可編程的ROMROM。計

45、算機組成原理計算機組成原理48內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.3 半導體隨機存儲器半導體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器(3)可擦除可編程ROM（EPROM） 這種這種ROMROM的內(nèi)容不僅可以由用戶利用編程器的內(nèi)容不僅可以由用戶利用編程器寫入，而且可以對其內(nèi)容進行多次改寫。寫入，而且可以對其內(nèi)容進行多次改寫。 但要注意的是：在但要注意的是：在+5V+5V的電源條件下只能讀的電源條件下只能讀出不能寫入，用編程器寫入信息時必須用出不能寫入，用編程器寫入信息時必須用+25V+25V的高壓。與前兩種的高壓。與前兩種ROMROM相比，相比，EPROMEPROM使用起來最使用起來最為方便，

46、因此應用非常廣泛。為方便，因此應用非常廣泛。計算機組成原理計算機組成原理49內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.3 半導體隨機存儲器半導體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器(4)閃速存儲器（flash memory） 一種快擦寫型存儲器，它的主要特點是：一種快擦寫型存儲器，它的主要特點是：既可在不加電的情況下長期保存信息，又能在既可在不加電的情況下長期保存信息，又能在線進行快速擦除與重寫，兼?zhèn)淞司€進行快速擦除與重寫，兼?zhèn)淞薊EPROMEEPROM和和RAMRAM的優(yōu)點。的優(yōu)點。 目前，大多數(shù)微機的主板采用閃速存儲器目前，大多數(shù)微機的主板采用閃速存儲器來存儲來存儲BIOSBIOS（基本輸

47、入（基本輸入/ /輸出系統(tǒng)）程序。閃輸出系統(tǒng)）程序。閃速存儲器除了具有速存儲器除了具有ROMROM的一般特性外，還有低的一般特性外，還有低電壓改寫的特點，便于用戶自動升級電壓改寫的特點，便于用戶自動升級BIOSBIOS。計算機組成原理計算機組成原理50內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.3 半導體隨機存儲器半導體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器2.ROM芯片 除去地址線、數(shù)據(jù)線、片選線外，電源線除去地址線、數(shù)據(jù)線、片選線外，電源線分別有分別有Vcc+5VVcc+5V（工作電源）和（工作電源）和VppVpp編程電源。編程電源。計算機組成原理計算機組成原理51內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大

48、學計算機學院5.4 主存儲器的連接與控制主存儲器的連接與控制5.4.1 主存容量的擴展主存容量的擴展 要組成一個主存，首先要考慮選片的問要組成一個主存，首先要考慮選片的問題，然后就是如何把芯片連接起來的問題。題，然后就是如何把芯片連接起來的問題。根據(jù)存儲器所要求的容量和選定的存儲芯片根據(jù)存儲器所要求的容量和選定的存儲芯片的容量，就可以計算出總的芯片數(shù)，即的容量，就可以計算出總的芯片數(shù)，即 總容量總容量芯片容量芯片容量總片數(shù)總片數(shù)計算機組成原理計算機組成原理52內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.4 主存儲器的連接與控制主存儲器的連接與控制1.位擴展位擴展 位擴展指只位擴展指只在位數(shù)方向

49、擴展在位數(shù)方向擴展（加大字（加大字長），而芯片的字數(shù)和存儲器的字數(shù)是一致長），而芯片的字數(shù)和存儲器的字數(shù)是一致的。位擴展的連接方式是將各存儲芯片的地的。位擴展的連接方式是將各存儲芯片的地址線、片選線和讀址線、片選線和讀/寫線相應地并聯(lián)起來，寫線相應地并聯(lián)起來，而將各芯片的數(shù)據(jù)線單獨列出。而將各芯片的數(shù)據(jù)線單獨列出。 如用如用64K1的的SRAM芯片組成芯片組成64K8的存儲器，需要的存儲器，需要8個芯片。個芯片。 容量容量 地址地址 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 存儲器存儲器 64K8 16 8 存儲芯片存儲芯片 64K1 16 1計算機組成原理計算機組成原理53內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.4 主

50、存儲器的連接與控制主存儲器的連接與控制64K8 芯片組 A15A0D7D0_CS_WE_CSA0A15D0D7_WE64K112345678I/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/O. . .地址總線地址總線數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線.計算機組成原理計算機組成原理54內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.4 主存儲器的連接與控制主存儲器的連接與控制 當當CPU訪問該存儲器時，其發(fā)出的地訪問該存儲器時，其發(fā)出的地址和控制信號同時傳給址和控制信號同時傳給8個芯片，選中每個個芯片，選中每個芯片的同一單元，其單元的內(nèi)容被同時讀至芯片的同一單元，其單元的內(nèi)容被同時讀至數(shù)據(jù)總線的相應位，或?qū)?shù)據(jù)總線上的

51、內(nèi)容數(shù)據(jù)總線的相應位，或?qū)?shù)據(jù)總線上的內(nèi)容分別同時寫入相應單元。分別同時寫入相應單元。D0D6D7D7 D0CSA15 A0WE64K164K164K1計算機組成原理計算機組成原理55內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.4 主存儲器的連接與控制主存儲器的連接與控制2.字擴展字擴展 字擴展是指字擴展是指僅在字數(shù)方向擴展，而位僅在字數(shù)方向擴展，而位數(shù)不變數(shù)不變。字擴展將芯片的地址線、數(shù)據(jù)線、。字擴展將芯片的地址線、數(shù)據(jù)線、讀讀/寫線并聯(lián)，由片選信號來區(qū)分各個芯片。寫線并聯(lián)，由片選信號來區(qū)分各個芯片。 如用如用16K8的的SRAM組成組成64K8的存的存儲器，需要儲器，需要4個芯片。個芯片。

52、 容量容量 地址地址 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 存儲器存儲器 64K8 16 8 存儲芯片存儲芯片 16K8 14 8計算機組成原理計算機組成原理56內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.4 主存儲器的連接與控制主存儲器的連接與控制16K816K816K816K8_WE_CSD7D0A15A0A13A0A15A14_WE_WE_WE_WED7D0D7D0D7D0A13A0_CS_CS_CS_CSA13A0A13A0譯碼器_Y3_Y2_Y1_Y0.。A13A0D7D064K8 芯片組 A15A0D7D0_CS_WE計算機組成原理計算機組成原理57內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.4 主存儲器的連

53、接與控制主存儲器的連接與控制D7 D0CS0A13 A0WE16K816K816K816K82:4譯碼器A14A15CS1CS2CS3計算機組成原理計算機組成原理58內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.4 主存儲器的連接與控制主存儲器的連接與控制 在同一時間內(nèi)四個芯片中只能有一個在同一時間內(nèi)四個芯片中只能有一個芯片被選中。四個芯片的地址分配如下：芯片被選中。四個芯片的地址分配如下： 第一片第一片 最低地址最低地址 0000H 最高地址最高地址 3FFFH 第二片第二片 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

54、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計算機組成原理計算機組成原理59內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.4 主存儲器的連接與控制主存儲器的連接與控制3.字和位同時擴展字和位同時擴展 當構成一個容量較大的存儲器時，往當構成一個容量較大的存儲器時，往往需要往需要在字數(shù)方向和位數(shù)方向上同時擴展在字數(shù)方向和位數(shù)方向上同時擴展，這將是前兩種擴展的組合，實現(xiàn)起來也是這將是前兩種擴展的組合，實現(xiàn)起來也是很容易的。很容易的。 如用如用16K4的的SRAM組成組成64K8的存的存儲器，需要儲器，需要8個芯片。個芯片。 容量容量 地址地址 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 存儲

55、器存儲器 64K8 16 8 存儲芯片存儲芯片 16K4 14 4計算機組成原理計算機組成原理60內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.4 主存儲器的連接與控制主存儲器的連接與控制2:4譯碼器D7 D0A13 A0WED7 D4D3D016K416K416K416K416K416K416K416K4CS0A14A15CS1CS2CS3計算機組成原理計算機組成原理61內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.4 主存儲器的連接與控制主存儲器的連接與控制5.4.2 存儲芯片的地址分配和片選存儲芯片的地址分配和片選 CPU要實現(xiàn)對存儲單元的訪問，首先要實現(xiàn)對存儲單元的訪問，首先要選擇存儲芯片

56、，即進行片選；然后再從要選擇存儲芯片，即進行片選；然后再從選中的芯片中依地址碼選擇出相應的存儲選中的芯片中依地址碼選擇出相應的存儲單元，以進行數(shù)據(jù)的存取，這稱為字選。單元，以進行數(shù)據(jù)的存取，這稱為字選。片內(nèi)的字選是由片內(nèi)的字選是由CPU送出的送出的N條低位地址線條低位地址線完成的，地址線直接接到所有存儲芯片的完成的，地址線直接接到所有存儲芯片的地址輸入端（地址輸入端（N由片內(nèi)存儲容量由片內(nèi)存儲容量2N 決定），決定），而片選信號則是通過高位地址得到的。實而片選信號則是通過高位地址得到的。實現(xiàn)片選的方法可分為現(xiàn)片選的方法可分為3種：即線選法、全譯種：即線選法、全譯碼法和部分譯碼法。碼法和部分譯碼

57、法。計算機組成原理計算機組成原理62內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.4 主存儲器的連接與控制主存儲器的連接與控制1.線選法線選法 線選法就是用除片內(nèi)尋址外的高位地址線選法就是用除片內(nèi)尋址外的高位地址線直接（或經(jīng)反相器）分別接至各個存儲芯線直接（或經(jīng)反相器）分別接至各個存儲芯片的片選端，當某地址線信息為片的片選端，當某地址線信息為“0”時，就時，就選中與之對應的存儲芯片。請注意，這些片選中與之對應的存儲芯片。請注意，這些片選地址線每次尋址時只能有一位有效，不允選地址線每次尋址時只能有一位有效，不允許同時有多位有效，這樣才能保證每次只選許同時有多位有效，這樣才能保證每次只選中一個芯片（

58、或組）。中一個芯片（或組）。芯片芯片 A14A11 A10A0 地址范圍地址范圍 0# 1 1 1 0 000 7000 111 77FFH 1# 1 1 0 1 000 6800 111 6FFFH計算機組成原理計算機組成原理63內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院 2# 1 0 1 1 000 5800 111 5FFFH 3# 0 1 1 1 000 3800 111 3FFFH 線選法的優(yōu)點是不需要地址譯碼器，線線選法的優(yōu)點是不需要地址譯碼器，線路簡單，選擇芯片不需要外加邏輯電路，但路簡單，選擇芯片不需要外加邏輯電路，但僅適用于連接存儲芯片較少的場合。同時，僅適用于連接存儲芯片較少

59、的場合。同時，線選法不能充分利用系統(tǒng)的存儲器空間，且線選法不能充分利用系統(tǒng)的存儲器空間，且把地址空間分成了相互隔離的區(qū)域，給編程把地址空間分成了相互隔離的區(qū)域，給編程帶來了一定的困難。帶來了一定的困難。5.4 主存儲器的連接與控制主存儲器的連接與控制計算機組成原理計算機組成原理64內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.4 主存儲器的連接與控制主存儲器的連接與控制2.全譯碼法全譯碼法 全譯碼法將片內(nèi)尋址外的全部高位地全譯碼法將片內(nèi)尋址外的全部高位地址線作為地址譯碼器的輸入，把經(jīng)譯碼器址線作為地址譯碼器的輸入，把經(jīng)譯碼器譯碼后的輸出作為各芯片的片選信號，將譯碼后的輸出作為各芯片的片選信號，將

60、它們分別接到存儲芯片的片選端，以實現(xiàn)它們分別接到存儲芯片的片選端，以實現(xiàn)對存儲芯片的選擇。對存儲芯片的選擇。 全譯碼法的優(yōu)點是每片（或組）芯片全譯碼法的優(yōu)點是每片（或組）芯片的地址范圍是唯一確定的，而且是連續(xù)的，的地址范圍是唯一確定的，而且是連續(xù)的，也便于擴展，不會產(chǎn)生地址重疊的存儲區(qū)，也便于擴展，不會產(chǎn)生地址重疊的存儲區(qū)，但全譯碼法對譯碼電路要求較高。但全譯碼法對譯碼電路要求較高。計算機組成原理計算機組成原理65內(nèi)蒙古大學計算機學院內(nèi)蒙古大學計算機學院5.4 主存儲器的連接與控制主存儲器的連接與控制芯片芯片 A19A13 A12 A11 A10A0 地址范圍地址范圍 0# 0 0 0 0 0