計(jì)算機(jī)組成原理 第5章 存儲(chǔ)系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)

1、第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)1蔣本珊蔣本珊 編著編著中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)“2121世紀(jì)大學(xué)本科計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)系列教材世紀(jì)大學(xué)本科計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)系列教材”第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)2第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)3 存儲(chǔ)系統(tǒng)是由幾個(gè)容量、速度和價(jià)存儲(chǔ)系統(tǒng)是由幾個(gè)容量、速度和價(jià)格各不相同的存儲(chǔ)器構(gòu)成的系統(tǒng)，設(shè)計(jì)格各不相同的存儲(chǔ)器構(gòu)成的系統(tǒng)，設(shè)計(jì)一個(gè)容量大、速度快、成本低的存儲(chǔ)系一個(gè)容量大、速度快、成本低的存儲(chǔ)系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要課題。本章統(tǒng)是計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要課題。本章重點(diǎn)討論主存儲(chǔ)器的工作原理、組成方重點(diǎn)討論主存儲(chǔ)器的工作原理、組成方式以及運(yùn)用半導(dǎo)體存

2、儲(chǔ)芯片組成主存儲(chǔ)式以及運(yùn)用半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片組成主存儲(chǔ)器的一般原則和方法，此外還介紹了高器的一般原則和方法，此外還介紹了高速緩沖存儲(chǔ)器和虛擬存儲(chǔ)器的基本原理。速緩沖存儲(chǔ)器和虛擬存儲(chǔ)器的基本原理。 第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)4本章學(xué)習(xí)內(nèi)容本章學(xué)習(xí)內(nèi)容 5.1 存儲(chǔ)系統(tǒng)的組成存儲(chǔ)系統(tǒng)的組成 5.2 主存儲(chǔ)器的組織主存儲(chǔ)器的組織 5.3 半導(dǎo)體隨機(jī)存儲(chǔ)器和只讀存儲(chǔ)器半導(dǎo)體隨機(jī)存儲(chǔ)器和只讀存儲(chǔ)器 5.4 主存儲(chǔ)器的連接與控制主存儲(chǔ)器的連接與控制 5.5 提高主存讀寫(xiě)速度的技術(shù)提高主存讀寫(xiě)速度的技術(shù) 5.6 多體交叉存儲(chǔ)技術(shù)多體交叉存儲(chǔ)技術(shù) 5.7 高速緩沖存儲(chǔ)器高速緩沖存儲(chǔ)器 5.8 虛擬存

3、儲(chǔ)器虛擬存儲(chǔ)器第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)5本章學(xué)習(xí)要求本章學(xué)習(xí)要求 了解：存儲(chǔ)器的分類(lèi)方法和存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次了解：存儲(chǔ)器的分類(lèi)方法和存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次 理解：主存儲(chǔ)器的基本結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)單元和主存理解：主存儲(chǔ)器的基本結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)單元和主存儲(chǔ)器的主要技術(shù)指標(biāo)儲(chǔ)器的主要技術(shù)指標(biāo) 掌握：數(shù)據(jù)在主存中的存放方法掌握：數(shù)據(jù)在主存中的存放方法 了解：半導(dǎo)體隨機(jī)存儲(chǔ)器（靜態(tài)了解：半導(dǎo)體隨機(jī)存儲(chǔ)器（靜態(tài)RAM和動(dòng)態(tài)和動(dòng)態(tài)RAM）的基本存儲(chǔ)原理的基本存儲(chǔ)原理 理解：動(dòng)態(tài)理解：動(dòng)態(tài)RAM的刷新的刷新 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：各種不同類(lèi)型的理解：各種不同類(lèi)型的ROM 掌握：主存儲(chǔ)器

4、容量的各種擴(kuò)展方法掌握：主存儲(chǔ)器容量的各種擴(kuò)展方法 理解：主存儲(chǔ)器和理解：主存儲(chǔ)器和CPU的軟連接的軟連接 了解：了解：Cache存儲(chǔ)系統(tǒng)和虛擬存儲(chǔ)器的概念存儲(chǔ)系統(tǒng)和虛擬存儲(chǔ)器的概念第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)65.1 5.1 存儲(chǔ)系統(tǒng)的組成存儲(chǔ)系統(tǒng)的組成 存儲(chǔ)系統(tǒng)和存儲(chǔ)器是兩個(gè)不同的概念，存儲(chǔ)系統(tǒng)和存儲(chǔ)器是兩個(gè)不同的概念，下面首先介紹各種不同用途的存儲(chǔ)器，然下面首先介紹各種不同用途的存儲(chǔ)器，然后討論它們是如何構(gòu)成一個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)的。后討論它們是如何構(gòu)成一個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)的。第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)75.1.1 5.1.1 存儲(chǔ)器分類(lèi)存儲(chǔ)器分類(lèi) 1.按存儲(chǔ)器在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的作

5、用分類(lèi)按存儲(chǔ)器在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的作用分類(lèi)高速緩沖存儲(chǔ)器高速緩沖存儲(chǔ)器 高速緩沖存儲(chǔ)器用來(lái)存放正在執(zhí)行的高速緩沖存儲(chǔ)器用來(lái)存放正在執(zhí)行的程序段和數(shù)據(jù)程序段和數(shù)據(jù)。高速緩沖存儲(chǔ)器的存取速。高速緩沖存儲(chǔ)器的存取速度可以與度可以與CPU的速度相匹配，但存儲(chǔ)容量的速度相匹配，但存儲(chǔ)容量較小，價(jià)格較高。較小，價(jià)格較高。主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器 主存用來(lái)存放計(jì)算機(jī)運(yùn)行期間所需要主存用來(lái)存放計(jì)算機(jī)運(yùn)行期間所需要的程序和數(shù)據(jù)的程序和數(shù)據(jù)，CPU可直接隨機(jī)地進(jìn)行讀可直接隨機(jī)地進(jìn)行讀/寫(xiě)訪(fǎng)問(wèn)。寫(xiě)訪(fǎng)問(wèn)。第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)81.按存儲(chǔ)器在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的作用分類(lèi)（續(xù)）按存儲(chǔ)器在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的作用分類(lèi)（續(xù)） 輔

6、助存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器 輔助存儲(chǔ)器用來(lái)存放當(dāng)前暫不參與運(yùn)行輔助存儲(chǔ)器用來(lái)存放當(dāng)前暫不參與運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)以及一些需要永久性保存的信的程序和數(shù)據(jù)以及一些需要永久性保存的信息息。輔存設(shè)在主機(jī)外部，。輔存設(shè)在主機(jī)外部，CPU不能直接訪(fǎng)問(wèn)不能直接訪(fǎng)問(wèn)它。輔存中的信息必須通過(guò)專(zhuān)門(mén)的程序調(diào)入它。輔存中的信息必須通過(guò)專(zhuān)門(mén)的程序調(diào)入主存后，主存后，CPU才能使用。才能使用。 第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)9隨機(jī)存取存儲(chǔ)器隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM CPU可以對(duì)存儲(chǔ)器中的內(nèi)容隨機(jī)地存可以對(duì)存儲(chǔ)器中的內(nèi)容隨機(jī)地存取，取，CPU對(duì)任何一個(gè)存儲(chǔ)單元的寫(xiě)入和讀對(duì)任何一個(gè)存儲(chǔ)單元的寫(xiě)入和讀出時(shí)間是一樣的，即存取時(shí)間相同，

7、與其出時(shí)間是一樣的，即存取時(shí)間相同，與其所處的物理位置無(wú)關(guān)。所處的物理位置無(wú)關(guān)。只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器ROM ROM可以看作可以看作RAM的一種特殊形式，的一種特殊形式，其特點(diǎn)是：存儲(chǔ)器的內(nèi)容只能隨機(jī)讀出而其特點(diǎn)是：存儲(chǔ)器的內(nèi)容只能隨機(jī)讀出而不能寫(xiě)入。這類(lèi)存儲(chǔ)器常用來(lái)存放那些不不能寫(xiě)入。這類(lèi)存儲(chǔ)器常用來(lái)存放那些不需要改變的信息。需要改變的信息。2.按存取方式分類(lèi)按存取方式分類(lèi) 第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)10順序存取存儲(chǔ)器順序存取存儲(chǔ)器SAM SAM的內(nèi)容只能按某種順序存取，存取時(shí)間的內(nèi)容只能按某種順序存取，存取時(shí)間的長(zhǎng)短與信息在存儲(chǔ)體上的物理位置有關(guān)，所以的長(zhǎng)短與信息在存儲(chǔ)體上的物

8、理位置有關(guān)，所以SAM只能用平均存取時(shí)間作為衡量存取速度的指只能用平均存取時(shí)間作為衡量存取速度的指標(biāo)。標(biāo)。直接存取存儲(chǔ)器直接存取存儲(chǔ)器DAM DAM既不像既不像RAM那樣能隨機(jī)地訪(fǎng)問(wèn)任一個(gè)那樣能隨機(jī)地訪(fǎng)問(wèn)任一個(gè)存儲(chǔ)單元，也不像存儲(chǔ)單元，也不像SAM那樣完全按順序存取，而那樣完全按順序存取，而是介于兩者之間。當(dāng)要存取所需的信息時(shí)，第一是介于兩者之間。當(dāng)要存取所需的信息時(shí)，第一步直接指向整個(gè)存儲(chǔ)器中的某個(gè)小區(qū)域；第二步步直接指向整個(gè)存儲(chǔ)器中的某個(gè)小區(qū)域；第二步在小區(qū)域內(nèi)順序檢索或等待，直至找到目的地后在小區(qū)域內(nèi)順序檢索或等待，直至找到目的地后再進(jìn)行讀再進(jìn)行讀/寫(xiě)操作。寫(xiě)操作。2.按存取方式分類(lèi)（續(xù)

9、）按存取方式分類(lèi)（續(xù)）第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)11磁芯存儲(chǔ)器磁芯存儲(chǔ)器 采用具有矩形磁滯回線(xiàn)的磁性材料，利用兩采用具有矩形磁滯回線(xiàn)的磁性材料，利用兩種不同的剩磁狀態(tài)表示種不同的剩磁狀態(tài)表示“1”或或“0”。磁芯存儲(chǔ)。磁芯存儲(chǔ)器的特點(diǎn)是信息可以長(zhǎng)期存儲(chǔ)，不會(huì)因斷電而丟器的特點(diǎn)是信息可以長(zhǎng)期存儲(chǔ)，不會(huì)因斷電而丟失；但磁芯存儲(chǔ)器的讀出是破壞性讀出，即不論失；但磁芯存儲(chǔ)器的讀出是破壞性讀出，即不論磁芯原存的內(nèi)容為磁芯原存的內(nèi)容為“0”還是還是“1”，讀出之后磁，讀出之后磁芯的內(nèi)容一律變?yōu)樾镜膬?nèi)容一律變?yōu)椤?” 。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 采用半導(dǎo)體器件制造的存儲(chǔ)器，主要有采用半導(dǎo)體器件

10、制造的存儲(chǔ)器，主要有MOS型存儲(chǔ)器和雙極型存儲(chǔ)器兩大類(lèi)。型存儲(chǔ)器和雙極型存儲(chǔ)器兩大類(lèi)。MOS型存儲(chǔ)器型存儲(chǔ)器集成度高、功耗低、價(jià)格便宜、存取速度較慢；集成度高、功耗低、價(jià)格便宜、存取速度較慢；雙極型存儲(chǔ)器存取速度快、集成度較低、功耗較雙極型存儲(chǔ)器存取速度快、集成度較低、功耗較大、成本較高。半導(dǎo)體大、成本較高。半導(dǎo)體RAM存儲(chǔ)的信息會(huì)因?yàn)閿啻鎯?chǔ)的信息會(huì)因?yàn)閿嚯姸鴣G失。電而丟失。 3.按存儲(chǔ)介質(zhì)分類(lèi)按存儲(chǔ)介質(zhì)分類(lèi)第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)12磁表面存儲(chǔ)器磁表面存儲(chǔ)器 在金屬或塑料基體上，涂復(fù)一層磁性在金屬或塑料基體上，涂復(fù)一層磁性材料，用磁層存儲(chǔ)信息，常見(jiàn)的有磁盤(pán)、磁材料，用磁層存儲(chǔ)

11、信息，常見(jiàn)的有磁盤(pán)、磁帶等。由于它的容量大、價(jià)格低、存取速度帶等。由于它的容量大、價(jià)格低、存取速度慢，故多用作輔助存儲(chǔ)器。慢，故多用作輔助存儲(chǔ)器。光存儲(chǔ)器光存儲(chǔ)器 采用激光技術(shù)控制訪(fǎng)問(wèn)的存儲(chǔ)器，一般采用激光技術(shù)控制訪(fǎng)問(wèn)的存儲(chǔ)器，一般分為只讀式、一次寫(xiě)入式、可讀寫(xiě)式分為只讀式、一次寫(xiě)入式、可讀寫(xiě)式3種，種，它們的存儲(chǔ)容量都很大，是目前使用非常廣它們的存儲(chǔ)容量都很大，是目前使用非常廣泛的輔助存儲(chǔ)器。泛的輔助存儲(chǔ)器。 3.按存儲(chǔ)介質(zhì)分類(lèi)（續(xù)）按存儲(chǔ)介質(zhì)分類(lèi)（續(xù)）第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)13 斷電后，存儲(chǔ)信息即消失的存儲(chǔ)器，斷電后，存儲(chǔ)信息即消失的存儲(chǔ)器，稱(chēng)易失性存儲(chǔ)器稱(chēng)易失性存儲(chǔ)器。

12、斷電后信息仍然保存的斷電后信息仍然保存的存儲(chǔ)器，稱(chēng)非易失性存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器，稱(chēng)非易失性存儲(chǔ)器。 如果某個(gè)存儲(chǔ)單元所存儲(chǔ)的信息被讀如果某個(gè)存儲(chǔ)單元所存儲(chǔ)的信息被讀出時(shí)，原存信息將被破壞，則稱(chēng)破壞性讀出時(shí)，原存信息將被破壞，則稱(chēng)破壞性讀出；如果讀出時(shí)，被讀單元原存信息不被出；如果讀出時(shí)，被讀單元原存信息不被破壞，則稱(chēng)非破壞性讀出。具有破壞性讀破壞，則稱(chēng)非破壞性讀出。具有破壞性讀出的存儲(chǔ)器，每當(dāng)一次讀出操作之后，必出的存儲(chǔ)器，每當(dāng)一次讀出操作之后，必須緊接一個(gè)重寫(xiě)（再生）的操作，以便恢須緊接一個(gè)重寫(xiě)（再生）的操作，以便恢復(fù)被破壞的信息。復(fù)被破壞的信息。 4.按信息的可保存性分類(lèi)按信息的可保存性分類(lèi) 第

13、第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)145.1.2 5.1.2 存儲(chǔ)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu) 為了解決存儲(chǔ)容量、存取速度和價(jià)格之間為了解決存儲(chǔ)容量、存取速度和價(jià)格之間的矛盾，通常把各種不同存儲(chǔ)容量、不同存取的矛盾，通常把各種不同存儲(chǔ)容量、不同存取速度的存儲(chǔ)器，按一定的體系結(jié)構(gòu)組織起來(lái)，速度的存儲(chǔ)器，按一定的體系結(jié)構(gòu)組織起來(lái)，形成一個(gè)統(tǒng)一整體的存儲(chǔ)系統(tǒng)。形成一個(gè)統(tǒng)一整體的存儲(chǔ)系統(tǒng)。 多級(jí)存儲(chǔ)層次從多級(jí)存儲(chǔ)層次從CPU的角度來(lái)看，的角度來(lái)看，n種不同種不同的存儲(chǔ)器（的存儲(chǔ)器（M1Mn）在邏輯上是一個(gè)整體。其在邏輯上是一個(gè)整體。其中：中：M1速度最快、容量最小、位價(jià)格最高；速度最快、容量最小、

14、位價(jià)格最高；Mn速度最慢、容量最大、位價(jià)格最低。整個(gè)存儲(chǔ)速度最慢、容量最大、位價(jià)格最低。整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)具有接近于系統(tǒng)具有接近于M1的速度，相等或接近的速度，相等或接近Mn的容的容量，接近于量，接近于Mn的位價(jià)格。在多級(jí)存儲(chǔ)層次中，的位價(jià)格。在多級(jí)存儲(chǔ)層次中，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，最少中，最少使用的在使用的在Mn中。中。第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)15多級(jí)存儲(chǔ)層次多級(jí)存儲(chǔ)層次CPUM1M2Mn存儲(chǔ)層次 圖圖5-1 多級(jí)存儲(chǔ)層次多級(jí)存儲(chǔ)層次第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)165.1.2 5.1.2 存儲(chǔ)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)（續(xù)）存儲(chǔ)系統(tǒng)層次結(jié)

15、構(gòu)（續(xù)） 對(duì)于由對(duì)于由M1和和M2構(gòu)成的兩級(jí)存儲(chǔ)層次結(jié)構(gòu)，假構(gòu)成的兩級(jí)存儲(chǔ)層次結(jié)構(gòu)，假設(shè)設(shè)M1、M2訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間分別為訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間分別為T(mén)A1、TA2。 命中率命中率H定義為定義為CPU產(chǎn)生的邏輯地址能在產(chǎn)生的邏輯地址能在M1中訪(fǎng)問(wèn)到的概率。在一個(gè)程序執(zhí)行期間，設(shè)中訪(fǎng)問(wèn)到的概率。在一個(gè)程序執(zhí)行期間，設(shè)N1為為訪(fǎng)問(wèn)訪(fǎng)問(wèn)M1的命中次數(shù)，的命中次數(shù)，N2為訪(fǎng)問(wèn)為訪(fǎng)問(wèn)M2的次數(shù)。的次數(shù)。 H= 兩級(jí)存儲(chǔ)層次的等效訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間兩級(jí)存儲(chǔ)層次的等效訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間TA根據(jù)根據(jù)M2的啟的啟動(dòng)時(shí)間有：動(dòng)時(shí)間有： 假設(shè)假設(shè)M1訪(fǎng)問(wèn)和訪(fǎng)問(wèn)和M2訪(fǎng)問(wèn)是同時(shí)啟動(dòng)的，訪(fǎng)問(wèn)是同時(shí)啟動(dòng)的， TA=HTA1+(1H)TA2 211NNN第第5章章

16、 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)17Cache主存存儲(chǔ)層次（主存存儲(chǔ)層次（Cache存儲(chǔ)系統(tǒng)）存儲(chǔ)系統(tǒng)） CPUCache主存輔助硬件 Cache存儲(chǔ)系統(tǒng)是為解決主存速度不足而提存儲(chǔ)系統(tǒng)是為解決主存速度不足而提出來(lái)的。從出來(lái)的。從CPU看，速度接近看，速度接近Cache的速度，容的速度，容量是主存的容量，每位價(jià)格接近于主存的價(jià)格。量是主存的容量，每位價(jià)格接近于主存的價(jià)格。由于由于Cache存儲(chǔ)系統(tǒng)全部用硬件來(lái)調(diào)度，因此它存儲(chǔ)系統(tǒng)全部用硬件來(lái)調(diào)度，因此它對(duì)系統(tǒng)程序員和系統(tǒng)程序員都是透明的對(duì)系統(tǒng)程序員和系統(tǒng)程序員都是透明的。圖圖5-2(a) Cache存儲(chǔ)系統(tǒng)存儲(chǔ)系統(tǒng)第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系

17、統(tǒng)和結(jié)構(gòu)18主存主存輔存存儲(chǔ)層次（虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)）輔存存儲(chǔ)層次（虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)） CPU主存輔存輔助軟硬件 虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)是為解決主存容量不足而提虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)是為解決主存容量不足而提出來(lái)的。從出來(lái)的。從CPU看，速度接近主存的速度，容看，速度接近主存的速度，容量是虛擬的地址空間，每位價(jià)格是接近于輔存量是虛擬的地址空間，每位價(jià)格是接近于輔存的價(jià)格。由于虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)需要通過(guò)操作系統(tǒng)的價(jià)格。由于虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)需要通過(guò)操作系統(tǒng)來(lái)調(diào)度，因此來(lái)調(diào)度，因此對(duì)系統(tǒng)程序員是不透明的，但對(duì)對(duì)系統(tǒng)程序員是不透明的，但對(duì)應(yīng)用程序員是透明的應(yīng)用程序員是透明的。圖圖5-2(b) 虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)

18、存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)19 主存儲(chǔ)器是整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)的核心，主存儲(chǔ)器是整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)的核心，它用來(lái)存放計(jì)算機(jī)運(yùn)行期間所需要的程序它用來(lái)存放計(jì)算機(jī)運(yùn)行期間所需要的程序和數(shù)據(jù)，和數(shù)據(jù)，CPU可直接隨機(jī)地對(duì)它進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。可直接隨機(jī)地對(duì)它進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。5.2 5.2 主存儲(chǔ)器的組織主存儲(chǔ)器的組織第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)20 主存通常由存儲(chǔ)體、地址譯碼驅(qū)動(dòng)電主存通常由存儲(chǔ)體、地址譯碼驅(qū)動(dòng)電路、路、I/O和讀寫(xiě)電路組成。和讀寫(xiě)電路組成。 圖圖5-3 主存的組成框圖主存的組成框圖5.2.1 5.2.1 主存儲(chǔ)器的基本結(jié)構(gòu)主存儲(chǔ)器的基本結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)體地址線(xiàn)數(shù)據(jù)線(xiàn)讀/寫(xiě)控制線(xiàn)I/O地址譯碼驅(qū)動(dòng)和讀寫(xiě)電路第第5章章 存

19、儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)21 存儲(chǔ)體是主存儲(chǔ)器的核心，程序和存儲(chǔ)體是主存儲(chǔ)器的核心，程序和數(shù)據(jù)都存放在存儲(chǔ)體中。數(shù)據(jù)都存放在存儲(chǔ)體中。 地址譯碼驅(qū)動(dòng)電路實(shí)際上包含譯碼地址譯碼驅(qū)動(dòng)電路實(shí)際上包含譯碼器和驅(qū)動(dòng)器兩部分。譯碼器將地址總線(xiàn)輸器和驅(qū)動(dòng)器兩部分。譯碼器將地址總線(xiàn)輸入的地址碼轉(zhuǎn)換成與之對(duì)應(yīng)的譯碼輸出線(xiàn)入的地址碼轉(zhuǎn)換成與之對(duì)應(yīng)的譯碼輸出線(xiàn)上的有效電平，以表示選中了某一存儲(chǔ)單上的有效電平，以表示選中了某一存儲(chǔ)單元，然后由驅(qū)動(dòng)器提供驅(qū)動(dòng)電流去驅(qū)動(dòng)相元，然后由驅(qū)動(dòng)器提供驅(qū)動(dòng)電流去驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的讀寫(xiě)電路，完成對(duì)被選中存儲(chǔ)單元的應(yīng)的讀寫(xiě)電路，完成對(duì)被選中存儲(chǔ)單元的讀寫(xiě)操作。讀寫(xiě)操作。 I/O和讀寫(xiě)電路包括

20、讀出放大器、寫(xiě)和讀寫(xiě)電路包括讀出放大器、寫(xiě)入電路和讀寫(xiě)控制電路，用以完成被選中入電路和讀寫(xiě)控制電路，用以完成被選中存儲(chǔ)單元中各位的讀出和寫(xiě)入操作。存儲(chǔ)單元中各位的讀出和寫(xiě)入操作。5.2.1 5.2.1 主存儲(chǔ)器的基本結(jié)構(gòu)（續(xù)）主存儲(chǔ)器的基本結(jié)構(gòu)（續(xù)）第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)22 位是二進(jìn)制數(shù)的最基本單位，也是位是二進(jìn)制數(shù)的最基本單位，也是存儲(chǔ)器存儲(chǔ)信息的最小單位。一個(gè)二進(jìn)制存儲(chǔ)器存儲(chǔ)信息的最小單位。一個(gè)二進(jìn)制數(shù)由若干位組成，當(dāng)這個(gè)二進(jìn)制數(shù)作為一數(shù)由若干位組成，當(dāng)這個(gè)二進(jìn)制數(shù)作為一個(gè)整體存入或取出時(shí)，這個(gè)數(shù)稱(chēng)為存儲(chǔ)字。個(gè)整體存入或取出時(shí)，這個(gè)數(shù)稱(chēng)為存儲(chǔ)字。存放存儲(chǔ)字或存儲(chǔ)字節(jié)的主

21、存空間稱(chēng)為存存放存儲(chǔ)字或存儲(chǔ)字節(jié)的主存空間稱(chēng)為存儲(chǔ)單元或主存單元，大量存儲(chǔ)單元的集合儲(chǔ)單元或主存單元，大量存儲(chǔ)單元的集合構(gòu)成一個(gè)存儲(chǔ)體，為了區(qū)別存儲(chǔ)體中的各構(gòu)成一個(gè)存儲(chǔ)體，為了區(qū)別存儲(chǔ)體中的各個(gè)存儲(chǔ)單元，必須將它們逐一編號(hào)。存儲(chǔ)個(gè)存儲(chǔ)單元，必須將它們逐一編號(hào)。存儲(chǔ)單元的編號(hào)稱(chēng)為地址，地址和存儲(chǔ)單元之單元的編號(hào)稱(chēng)為地址，地址和存儲(chǔ)單元之間有一對(duì)一的對(duì)應(yīng)關(guān)系。間有一對(duì)一的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 5.2.2 5.2.2 主存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元主存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元 第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)235.2.2 5.2.2 主存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元主存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元 （續(xù)）（續(xù)） IBM 370機(jī)是字長(zhǎng)為機(jī)是字長(zhǎng)為3

22、2位的計(jì)算機(jī)，位的計(jì)算機(jī)，主存按字節(jié)編址，每一個(gè)存儲(chǔ)字包含主存按字節(jié)編址，每一個(gè)存儲(chǔ)字包含4個(gè)個(gè)單獨(dú)編址的存儲(chǔ)字節(jié)，它被稱(chēng)為大端方案，單獨(dú)編址的存儲(chǔ)字節(jié)，它被稱(chēng)為大端方案，即字地址等于最高有效字節(jié)地址，且字地即字地址等于最高有效字節(jié)地址，且字地址總是等于址總是等于4的整數(shù)倍，正好用地址碼的的整數(shù)倍，正好用地址碼的最末兩位來(lái)區(qū)分同一個(gè)字的最末兩位來(lái)區(qū)分同一個(gè)字的4個(gè)字節(jié)。個(gè)字節(jié)。 圖圖5-4(a)00144889101156723字地址字節(jié)地址第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)245.2.2 5.2.2 主存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元主存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元 （續(xù)）（續(xù)） PDP-11機(jī)是字長(zhǎng)為機(jī)是字長(zhǎng)為1

23、6位的計(jì)算機(jī)，位的計(jì)算機(jī)，主存也按字節(jié)編址，每一個(gè)存儲(chǔ)字包含主存也按字節(jié)編址，每一個(gè)存儲(chǔ)字包含2個(gè)單獨(dú)編址的存儲(chǔ)字節(jié)，它被稱(chēng)為小端方個(gè)單獨(dú)編址的存儲(chǔ)字節(jié)，它被稱(chēng)為小端方案，即字地址等于最低有效字節(jié)地址，且案，即字地址等于最低有效字節(jié)地址，且字地址總是等于字地址總是等于2的整數(shù)倍，正好用地址的整數(shù)倍，正好用地址碼的最末碼的最末1位來(lái)區(qū)分同一個(gè)字的兩個(gè)字節(jié)。位來(lái)區(qū)分同一個(gè)字的兩個(gè)字節(jié)。 圖圖5-4 (b) 004412235字地址字節(jié)地址第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)255.2.3 5.2.3 主存儲(chǔ)器的主要技術(shù)指標(biāo)主存儲(chǔ)器的主要技術(shù)指標(biāo) 1.存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量 對(duì)于字節(jié)編址的計(jì)算機(jī)，以字

24、節(jié)數(shù)來(lái)對(duì)于字節(jié)編址的計(jì)算機(jī)，以字節(jié)數(shù)來(lái)表示存儲(chǔ)容量；對(duì)于字編址的計(jì)算機(jī)，以表示存儲(chǔ)容量；對(duì)于字編址的計(jì)算機(jī)，以字?jǐn)?shù)與其字長(zhǎng)的乘積來(lái)表示存儲(chǔ)容量。如字?jǐn)?shù)與其字長(zhǎng)的乘積來(lái)表示存儲(chǔ)容量。如某機(jī)的主存容量為某機(jī)的主存容量為64K16，表示它有表示它有64K個(gè)存儲(chǔ)單元，每個(gè)存儲(chǔ)單元的字長(zhǎng)為個(gè)存儲(chǔ)單元，每個(gè)存儲(chǔ)單元的字長(zhǎng)為16位，若改用字節(jié)數(shù)表示，則可記為位，若改用字節(jié)數(shù)表示，則可記為128K字節(jié)（字節(jié)（128KB）。）。 第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)262.存取速度存取速度 存取時(shí)間存取時(shí)間Ta 存取時(shí)間又稱(chēng)為訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間或讀寫(xiě)時(shí)間，存取時(shí)間又稱(chēng)為訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間或讀寫(xiě)時(shí)間，它是它是指從啟動(dòng)一次存儲(chǔ)器操

25、作到完成該操指從啟動(dòng)一次存儲(chǔ)器操作到完成該操作所經(jīng)歷的時(shí)間作所經(jīng)歷的時(shí)間。例如：讀出時(shí)間是指從。例如：讀出時(shí)間是指從CPU向主存發(fā)出有效地址和讀命令開(kāi)始，向主存發(fā)出有效地址和讀命令開(kāi)始，直到將被選單元的內(nèi)容讀出為止所用的時(shí)直到將被選單元的內(nèi)容讀出為止所用的時(shí)間；寫(xiě)入時(shí)間是指從間；寫(xiě)入時(shí)間是指從CPU向主存發(fā)出有效向主存發(fā)出有效地址和寫(xiě)命令開(kāi)始，直到信息寫(xiě)入被選中地址和寫(xiě)命令開(kāi)始，直到信息寫(xiě)入被選中單元為止所用的時(shí)間。顯然單元為止所用的時(shí)間。顯然Ta越小，存取越小，存取速度越快。速度越快。第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)272.存取速度（續(xù)）存取速度（續(xù)） 存取周期存取周期Tm 存取周期

26、又可稱(chēng)作讀寫(xiě)周期、訪(fǎng)內(nèi)周存取周期又可稱(chēng)作讀寫(xiě)周期、訪(fǎng)內(nèi)周期，是指期，是指主存進(jìn)行一次完整的讀寫(xiě)操作所主存進(jìn)行一次完整的讀寫(xiě)操作所需的全部時(shí)間，即連續(xù)兩次訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器操需的全部時(shí)間，即連續(xù)兩次訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器操作之間所需要的最短時(shí)間作之間所需要的最短時(shí)間。顯然，一般情。顯然，一般情況下，況下，TmTa。這是因?yàn)閷?duì)于任何一種存這是因?yàn)閷?duì)于任何一種存儲(chǔ)器，在讀寫(xiě)操作之后，總要有一段恢復(fù)儲(chǔ)器，在讀寫(xiě)操作之后，總要有一段恢復(fù)內(nèi)部狀態(tài)的復(fù)原時(shí)間。對(duì)于破壞性讀出的內(nèi)部狀態(tài)的復(fù)原時(shí)間。對(duì)于破壞性讀出的RAM，存取周期往往比存取時(shí)間要大得存取周期往往比存取時(shí)間要大得多，甚至可以達(dá)到多，甚至可以達(dá)到Tm=2Ta，這是因?yàn)?/p>

27、存儲(chǔ)這是因?yàn)榇鎯?chǔ)器中的信息讀出后需要馬上進(jìn)行重寫(xiě)（再器中的信息讀出后需要馬上進(jìn)行重寫(xiě)（再生）。生）。第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)282.存取速度（續(xù)）存取速度（續(xù)） 主存帶寬主存帶寬Bm 與存取周期密切相關(guān)的指標(biāo)是主存的與存取周期密切相關(guān)的指標(biāo)是主存的帶寬，它又稱(chēng)為數(shù)據(jù)傳輸率，表示每秒從主帶寬，它又稱(chēng)為數(shù)據(jù)傳輸率，表示每秒從主存進(jìn)出信息的最大數(shù)量，單位為字每秒或字存進(jìn)出信息的最大數(shù)量，單位為字每秒或字節(jié)每秒或位每秒。主存帶寬與主存的等效工節(jié)每秒或位每秒。主存帶寬與主存的等效工作頻率及主存位寬有關(guān)系，若單位為字節(jié)每作頻率及主存位寬有關(guān)系，若單位為字節(jié)每秒，則有：秒，則有： Bm=主存

28、等效工作頻率主存位寬主存等效工作頻率主存位寬8第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)293.可靠性可靠性 可靠性是指在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，存儲(chǔ)器可靠性是指在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，存儲(chǔ)器無(wú)故障讀寫(xiě)的概率。通常，用平均無(wú)故障無(wú)故障讀寫(xiě)的概率。通常，用平均無(wú)故障時(shí)間時(shí)間MTBF來(lái)衡量可靠性。來(lái)衡量可靠性。 4.功耗功耗 功耗是一個(gè)不可忽視的問(wèn)題，它反映功耗是一個(gè)不可忽視的問(wèn)題，它反映了存儲(chǔ)器件耗電的多少，同時(shí)也反映了其了存儲(chǔ)器件耗電的多少，同時(shí)也反映了其發(fā)熱的程度。通常希望功耗要小，這對(duì)存發(fā)熱的程度。通常希望功耗要小，這對(duì)存儲(chǔ)器件的工作穩(wěn)定性有好處。大多數(shù)半導(dǎo)儲(chǔ)器件的工作穩(wěn)定性有好處。大多數(shù)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的工作功

29、耗與維持功耗是不同的，體存儲(chǔ)器的工作功耗與維持功耗是不同的，后者大大地小于前者。后者大大地小于前者。 第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)305.2.4 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 在采用字節(jié)編址的情況下，數(shù)據(jù)在主在采用字節(jié)編址的情況下，數(shù)據(jù)在主存儲(chǔ)器中的存儲(chǔ)器中的3種不同存放方法。設(shè)存儲(chǔ)字種不同存放方法。設(shè)存儲(chǔ)字長(zhǎng)為長(zhǎng)為64位（位（8個(gè)字節(jié)），即一個(gè)存取周期個(gè)字節(jié)），即一個(gè)存取周期最多能夠從主存讀或?qū)懽疃嗄軌驈闹鞔孀x或?qū)?4位數(shù)據(jù)。讀寫(xiě)的位數(shù)據(jù)。讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)有數(shù)據(jù)有4種不同長(zhǎng)度，它們分別是字節(jié)（種不同長(zhǎng)度，它們分別是字節(jié)（8位）、半字（位）、半字（16位）、單字（位）

30、、單字（32位）和雙位）和雙字（字（64位）。請(qǐng)注意：此例中數(shù)據(jù)字長(zhǎng)位）。請(qǐng)注意：此例中數(shù)據(jù)字長(zhǎng)（32位）不等于存儲(chǔ)字長(zhǎng)（位）不等于存儲(chǔ)字長(zhǎng)（64位）。位）。 字節(jié)字節(jié)半半字字單單字字雙雙字字第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)31存儲(chǔ)字存儲(chǔ)字64位（位（8個(gè)字節(jié)）個(gè)字節(jié)）不浪費(fèi)存儲(chǔ)器資源的存放方法不浪費(fèi)存儲(chǔ)器資源的存放方法 現(xiàn)有一批數(shù)據(jù)，它們依次為：字節(jié)、現(xiàn)有一批數(shù)據(jù)，它們依次為：字節(jié)、半字、雙字、單字、半字、單字、字節(jié)、半字、雙字、單字、半字、單字、字節(jié)、單字。單字。4種不同長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)一個(gè)緊接著一種不同長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)一個(gè)緊接著一個(gè)存放。優(yōu)點(diǎn)是不浪費(fèi)寶貴的主存資源，個(gè)存放。優(yōu)點(diǎn)是不浪費(fèi)寶貴的

31、主存資源，但存在的問(wèn)題是：當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)的一個(gè)雙字、單但存在的問(wèn)題是：當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)的一個(gè)雙字、單字或半字跨越兩個(gè)存儲(chǔ)單元時(shí)，存儲(chǔ)器的字或半字跨越兩個(gè)存儲(chǔ)單元時(shí)，存儲(chǔ)器的工作速度降低了一半工作速度降低了一半，而且讀寫(xiě)控制比較而且讀寫(xiě)控制比較復(fù)雜。復(fù)雜。第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)32從存儲(chǔ)字的起始位置開(kāi)始存放的方法從存儲(chǔ)字的起始位置開(kāi)始存放的方法 無(wú)論要存放的是字節(jié)、半字、單字或無(wú)論要存放的是字節(jié)、半字、單字或雙字，都必須從存儲(chǔ)字的起始位置開(kāi)始存雙字，都必須從存儲(chǔ)字的起始位置開(kāi)始存放，而空余部分浪費(fèi)不用。優(yōu)點(diǎn)是：無(wú)論放，而空余部分浪費(fèi)不用。優(yōu)點(diǎn)是：無(wú)論訪(fǎng)問(wèn)一個(gè)字節(jié)、半字、單字或雙字都可以訪(fǎng)問(wèn)一個(gè)字

32、節(jié)、半字、單字或雙字都可以在一個(gè)存儲(chǔ)周期內(nèi)完成，讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的控制在一個(gè)存儲(chǔ)周期內(nèi)完成，讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的控制比較簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是：浪費(fèi)了寶貴的存儲(chǔ)器比較簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是：浪費(fèi)了寶貴的存儲(chǔ)器資源。資源。第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)33存儲(chǔ)字存儲(chǔ)字64位（位（8個(gè)字節(jié)）個(gè)字節(jié)）從存儲(chǔ)字的起始位置開(kāi)始存放從存儲(chǔ)字的起始位置開(kāi)始存放第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)34存儲(chǔ)字存儲(chǔ)字64位（位（8個(gè)字節(jié)）個(gè)字節(jié)）0181624329172533210183111941220513216142271523263427283635293730313938邊界對(duì)齊的數(shù)據(jù)存放方法邊界對(duì)齊的數(shù)據(jù)存放方法 此方法規(guī)

33、定，雙字地址的最末此方法規(guī)定，雙字地址的最末3個(gè)二個(gè)二進(jìn)制位必須為進(jìn)制位必須為000，單字地址的最末兩位必，單字地址的最末兩位必須為須為00，半字地址的最末一位必須為，半字地址的最末一位必須為0。它。它能夠保證無(wú)論訪(fǎng)問(wèn)雙字、單字、半字或字能夠保證無(wú)論訪(fǎng)問(wèn)雙字、單字、半字或字節(jié)，都在一個(gè)存取周期內(nèi)完成，盡管存儲(chǔ)節(jié)，都在一個(gè)存取周期內(nèi)完成，盡管存儲(chǔ)器資源仍然有浪費(fèi)。器資源仍然有浪費(fèi)。第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)35 主存儲(chǔ)器通常分為主存儲(chǔ)器通常分為RAM和和ROM兩大兩大部分。部分。RAM可讀可寫(xiě)，可讀可寫(xiě)，ROM只能讀不能只能讀不能寫(xiě)。寫(xiě)。 5.3 5.3 半導(dǎo)體隨機(jī)存儲(chǔ)器和只讀存儲(chǔ)

34、器半導(dǎo)體隨機(jī)存儲(chǔ)器和只讀存儲(chǔ)器第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)36 存放一個(gè)二進(jìn)制位的物理器件稱(chēng)為存放一個(gè)二進(jìn)制位的物理器件稱(chēng)為記憶單元，它是存儲(chǔ)器的最基本構(gòu)件，地記憶單元，它是存儲(chǔ)器的最基本構(gòu)件，地址碼相同的多個(gè)記憶單元構(gòu)成一個(gè)存儲(chǔ)單址碼相同的多個(gè)記憶單元構(gòu)成一個(gè)存儲(chǔ)單元。記憶單元可以由各種材料制成，但最元。記憶單元可以由各種材料制成，但最常見(jiàn)的由常見(jiàn)的由MOS電路組成。電路組成。RAM又可分為又可分為靜態(tài)靜態(tài)RAM，即即SRAM（Static RAM）和和動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)RAM，即即DRAM（Dynamic RAM）兩種。兩種。 5.3.1 5.3.1 RAMRAM記憶單元電路記憶單元電路

35、第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)371. 6管管SRAM記憶單元電路記憶單元電路 SRAM記憶單元是用雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來(lái)記憶單元是用雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來(lái)記憶信息的，從圖記憶信息的，從圖5-6中可以看出，中可以看出，T1T6管構(gòu)成一個(gè)記憶單元的主體，能存放一位管構(gòu)成一個(gè)記憶單元的主體，能存放一位二進(jìn)制信息，其中：二進(jìn)制信息，其中：T1、T2 管構(gòu)成存儲(chǔ)信管構(gòu)成存儲(chǔ)信息的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；息的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；T3、T4管構(gòu)成門(mén)控電管構(gòu)成門(mén)控電路，控制讀寫(xiě)操作；路，控制讀寫(xiě)操作；T5、T6是是T1、T2管的管的負(fù)載管。負(fù)載管。 SRAM的存取速度快，但集成度低，的存取速度快，但集成度低，功耗也較大，所以一般

36、用來(lái)組成高速緩沖功耗也較大，所以一般用來(lái)組成高速緩沖存儲(chǔ)器和小容量主存系統(tǒng)。存儲(chǔ)器和小容量主存系統(tǒng)。第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)386管管SRAM記憶單元電路記憶單元電路字線(xiàn)位線(xiàn)I/OT3T2T1T4位線(xiàn)I/OVccT5T6AB圖圖5-6 6管管SRAM記憶單元電路記憶單元電路 第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)392. 4管管DRAM記憶單元電路記憶單元電路 如果將前述如果將前述6管管SRAM記憶單元電路記憶單元電路中的兩個(gè)負(fù)載管（中的兩個(gè)負(fù)載管（T5、T6）去掉，便形成去掉，便形成4管管DRAM記憶單元電路。負(fù)載回路斷開(kāi)記憶單元電路。負(fù)載回路斷開(kāi)后，保持狀態(tài)時(shí)沒(méi)有外加電源

37、供電，因而后，保持狀態(tài)時(shí)沒(méi)有外加電源供電，因而T1、T2管不再構(gòu)成雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，所以動(dòng)管不再構(gòu)成雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，所以動(dòng)態(tài)態(tài)MOS記憶單元是靠記憶單元是靠MOS電路中的柵極電路中的柵極電容電容C1、C2來(lái)存儲(chǔ)信息的。來(lái)存儲(chǔ)信息的。 DRAM集成度高，功耗小，但存取速集成度高，功耗小，但存取速度慢，一般用來(lái)組成大容量主存系統(tǒng)。度慢，一般用來(lái)組成大容量主存系統(tǒng)。 第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)404管管DRAM記憶單元電路記憶單元電路字線(xiàn)位線(xiàn)I/OC1T3C2T2T1T4預(yù)充預(yù)充位線(xiàn)I/OVccAB圖圖5-7 4管管DRAM記憶單元電路記憶單元電路第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)41

38、3.單管單管DRAM記憶單元記憶單元 進(jìn)一步減少記憶單元中進(jìn)一步減少記憶單元中MOS管的數(shù)目管的數(shù)目可形成更簡(jiǎn)單的可形成更簡(jiǎn)單的3管管DRAM記憶單元或單記憶單元或單管管DRAM記憶單元。記憶單元。 單管動(dòng)態(tài)記憶單元由一個(gè)單管動(dòng)態(tài)記憶單元由一個(gè)MOS管管T1和和一個(gè)存儲(chǔ)電容一個(gè)存儲(chǔ)電容C構(gòu)成。構(gòu)成。 顯然，單管顯然，單管DRAM記憶單元與記憶單元與4管管DRAM記憶單元比較，具有功耗更小、集記憶單元比較，具有功耗更小、集成度更高的優(yōu)點(diǎn)。成度更高的優(yōu)點(diǎn)。第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)42單管單管DRAM記憶單元電路記憶單元電路字線(xiàn)位線(xiàn)CCdT1圖圖5-8 單管單管DRAM記憶單元電路記

39、憶單元電路 第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)431.刷新間隔刷新間隔 為了維持為了維持DRAM記憶單元的存儲(chǔ)信息，每記憶單元的存儲(chǔ)信息，每隔一定時(shí)間必須刷新。一般選定的最大刷新間隔一定時(shí)間必須刷新。一般選定的最大刷新間隔為隔為2ms或或4ms甚至更大，也就是說(shuō)，應(yīng)在規(guī)定甚至更大，也就是說(shuō)，應(yīng)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，將全部存儲(chǔ)體刷新一遍。的時(shí)間內(nèi)，將全部存儲(chǔ)體刷新一遍。 刷新和重寫(xiě)（再生）是兩個(gè)完全不同的概刷新和重寫(xiě)（再生）是兩個(gè)完全不同的概念，切不可加以混淆。念，切不可加以混淆。重寫(xiě)是隨機(jī)的，某個(gè)存重寫(xiě)是隨機(jī)的，某個(gè)存儲(chǔ)單元只有在破壞性讀出之后才需要重寫(xiě)儲(chǔ)單元只有在破壞性讀出之后才需要重寫(xiě)。而

40、。而刷新是定時(shí)的，即使許多記憶單元長(zhǎng)期未被訪(fǎng)刷新是定時(shí)的，即使許多記憶單元長(zhǎng)期未被訪(fǎng)問(wèn)，若不及時(shí)補(bǔ)充電荷的話(huà)，信息也會(huì)丟失問(wèn)，若不及時(shí)補(bǔ)充電荷的話(huà)，信息也會(huì)丟失。重寫(xiě)一般是按存儲(chǔ)單元進(jìn)行的，而刷新通常以重寫(xiě)一般是按存儲(chǔ)單元進(jìn)行的，而刷新通常以存儲(chǔ)體矩陣中的一行為單位進(jìn)行的存儲(chǔ)體矩陣中的一行為單位進(jìn)行的。 5.3.2 5.3.2 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)RAMRAM的刷新的刷新第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)442.刷新方式刷新方式 集中刷新方式集中刷新方式 在允許的最大刷新間隔（如在允許的最大刷新間隔（如2ms）內(nèi)，內(nèi)，按照存儲(chǔ)芯片容量的大小集中安排若干個(gè)按照存儲(chǔ)芯片容量的大小集中安排若干個(gè)刷新周期，

41、刷新時(shí)停止讀寫(xiě)操作。刷新周期，刷新時(shí)停止讀寫(xiě)操作。 刷新時(shí)間刷新時(shí)間=存儲(chǔ)矩陣行數(shù)刷新周期存儲(chǔ)矩陣行數(shù)刷新周期 這里刷新周期是指刷新一行所需要的這里刷新周期是指刷新一行所需要的時(shí)間，由于刷新過(guò)程就是時(shí)間，由于刷新過(guò)程就是“假讀假讀”的過(guò)程，的過(guò)程，所以刷新周期就等于存取周期。所以刷新周期就等于存取周期。 第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)452.刷新方式（續(xù)）刷新方式（續(xù)） 對(duì)具有對(duì)具有1024個(gè)記憶單元（個(gè)記憶單元（3232的存儲(chǔ)矩的存儲(chǔ)矩陣）的存儲(chǔ)芯片進(jìn)行刷新，刷新是按行進(jìn)行的，陣）的存儲(chǔ)芯片進(jìn)行刷新，刷新是按行進(jìn)行的，且每刷新一行占用一個(gè)存取周期，所以共需且每刷新一行占用一個(gè)存取周

42、期，所以共需32個(gè)周期以完成全部記憶單元的刷新。假設(shè)存取個(gè)周期以完成全部記憶單元的刷新。假設(shè)存取周期為周期為500ns（0.5 s），），從從03967個(gè)周期內(nèi)進(jìn)個(gè)周期內(nèi)進(jìn)行讀寫(xiě)操作或保持，而從行讀寫(xiě)操作或保持，而從39683999這最后這最后32個(gè)周期集中安排刷新操作。個(gè)周期集中安排刷新操作。圖圖5-9 集中刷新方式示意圖集中刷新方式示意圖刷新間隔（刷新間隔（2 ms）讀寫(xiě)操作讀寫(xiě)操作刷新刷新013967396839993968個(gè)周期（個(gè)周期（1984 s）32個(gè)周期（個(gè)周期（16 s）第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)462.刷新方式（續(xù)）刷新方式（續(xù)） 集中刷新方式的優(yōu)點(diǎn)是讀寫(xiě)操作

43、時(shí)集中刷新方式的優(yōu)點(diǎn)是讀寫(xiě)操作時(shí)不受刷新工作的影響，因此系統(tǒng)的存取不受刷新工作的影響，因此系統(tǒng)的存取速度比較高。主要缺點(diǎn)是在集中刷新期速度比較高。主要缺點(diǎn)是在集中刷新期間必須停止讀寫(xiě)，這一段時(shí)間稱(chēng)為間必須停止讀寫(xiě)，這一段時(shí)間稱(chēng)為“死死區(qū)區(qū)”，而且存儲(chǔ)容量越大，死區(qū)就越長(zhǎng)。，而且存儲(chǔ)容量越大，死區(qū)就越長(zhǎng)。 第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)472.刷新方式（續(xù)）刷新方式（續(xù)） 分散刷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(gè)存取分散刷新是指把刷新操作分散到每個(gè)存取周期內(nèi)進(jìn)行，此時(shí)系統(tǒng)的存取周期被分為兩部周期內(nèi)進(jìn)行，此時(shí)系統(tǒng)的存取周期被分為兩部分，前一部分時(shí)間進(jìn)行讀寫(xiě)操作或保持，后

44、一分，前一部分時(shí)間進(jìn)行讀寫(xiě)操作或保持，后一部分時(shí)間進(jìn)行刷新操作。在一個(gè)系統(tǒng)存取周期部分時(shí)間進(jìn)行刷新操作。在一個(gè)系統(tǒng)存取周期內(nèi)刷新存儲(chǔ)矩陣中的一行。內(nèi)刷新存儲(chǔ)矩陣中的一行。 這種刷新方式增加了系統(tǒng)的存取周期，如這種刷新方式增加了系統(tǒng)的存取周期，如存儲(chǔ)芯片的存取周期為存儲(chǔ)芯片的存取周期為0.5 s，則系統(tǒng)的存取周則系統(tǒng)的存取周期應(yīng)為期應(yīng)為1 s。我們?nèi)砸郧笆龅奈覀內(nèi)砸郧笆龅?232矩陣為例，矩陣為例，整個(gè)存儲(chǔ)芯片刷新一遍需要整個(gè)存儲(chǔ)芯片刷新一遍需要32 s。圖圖5-10 分散刷新方式示意圖分散刷新方式示意圖刷新間隔（刷新間隔（32 s）周期周期0周期周期1周期周期31讀寫(xiě)讀寫(xiě)讀寫(xiě)讀寫(xiě)讀寫(xiě)讀寫(xiě)刷新刷

45、新刷新刷新刷新刷新第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)482.刷新方式（續(xù)）刷新方式（續(xù)） 這種刷新方式?jīng)]有死區(qū)，但是，它也這種刷新方式?jīng)]有死區(qū)，但是，它也有很明顯的缺點(diǎn)，第一是加長(zhǎng)了系統(tǒng)的存有很明顯的缺點(diǎn)，第一是加長(zhǎng)了系統(tǒng)的存取周期，降低了整機(jī)的速度；第二是刷新取周期，降低了整機(jī)的速度；第二是刷新過(guò)于頻繁（本例中每過(guò)于頻繁（本例中每32 s就重復(fù)刷新一就重復(fù)刷新一遍），尤其是當(dāng)存儲(chǔ)容量比較小的情況下，遍），尤其是當(dāng)存儲(chǔ)容量比較小的情況下，沒(méi)有充分利用所允許的最大刷新間隔沒(méi)有充分利用所允許的最大刷新間隔（2ms）。）。第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)492.刷新方式（續(xù)）刷新方式（

46、續(xù)） 異步刷新方式異步刷新方式 這種刷新方式是前兩種方式的結(jié)合，這種刷新方式是前兩種方式的結(jié)合，它充分利用了最大刷新間隔時(shí)間，把刷新它充分利用了最大刷新間隔時(shí)間，把刷新操作平均分配到整個(gè)最大刷新間隔時(shí)間內(nèi)操作平均分配到整個(gè)最大刷新間隔時(shí)間內(nèi)進(jìn)行，故有：進(jìn)行，故有： 相鄰兩行的刷新間隔相鄰兩行的刷新間隔= =最大刷新間隔最大刷新間隔時(shí)間行數(shù)時(shí)間行數(shù) 對(duì)于對(duì)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(shí)間間行刷新一遍，所以相鄰兩行的刷新時(shí)間間隔隔=2ms32=62.5 s，即每隔即每隔62.5 s安排一安排一個(gè)刷新周期。在刷新時(shí)封鎖讀寫(xiě)。個(gè)刷新周期。在刷新時(shí)封

47、鎖讀寫(xiě)。第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)502.刷新方式（續(xù)）刷新方式（續(xù)）圖圖5-11 異步刷新方式示意圖異步刷新方式示意圖 異步刷新方式雖然也有死區(qū)，但比集異步刷新方式雖然也有死區(qū)，但比集中刷新方式的死區(qū)小得多，僅為中刷新方式的死區(qū)小得多，僅為0.5 s。這這樣可以避免使樣可以避免使CPU連續(xù)等待過(guò)長(zhǎng)的時(shí)間，連續(xù)等待過(guò)長(zhǎng)的時(shí)間，而且減少了刷新次數(shù)，是比較實(shí)用的一種而且減少了刷新次數(shù)，是比較實(shí)用的一種刷新方式。刷新方式。刷新間隔（刷新間隔（2 ms）讀寫(xiě)讀寫(xiě)讀寫(xiě)讀寫(xiě)讀寫(xiě)讀寫(xiě)刷新刷新刷新刷新刷新刷新62s0.5s62.5s62.5s第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)51 為了控制

48、刷新，往往需要增加刷新為了控制刷新，往往需要增加刷新控制電路。刷新控制電路的主要任務(wù)是解控制電路。刷新控制電路的主要任務(wù)是解決刷新和決刷新和CPU訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器之間的矛盾。通訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器之間的矛盾。通常，當(dāng)刷新請(qǐng)求和訪(fǎng)存請(qǐng)求同時(shí)發(fā)生時(shí)，常，當(dāng)刷新請(qǐng)求和訪(fǎng)存請(qǐng)求同時(shí)發(fā)生時(shí)，應(yīng)優(yōu)先進(jìn)行刷新操作。也有些應(yīng)優(yōu)先進(jìn)行刷新操作。也有些DRAM芯片芯片本身具有自動(dòng)刷新功能，即刷新控制電路本身具有自動(dòng)刷新功能，即刷新控制電路在芯片內(nèi)部。在芯片內(nèi)部。3.刷新控制刷新控制第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)52 刷新對(duì)刷新對(duì)CPU是透明的。是透明的。 每一行中各記憶單元同時(shí)被刷新，每一行中各記憶單元同時(shí)被刷新，故刷

49、新操作時(shí)僅需要行地址，不需要列地故刷新操作時(shí)僅需要行地址，不需要列地址。址。 刷新操作類(lèi)似于讀出操作，但不需刷新操作類(lèi)似于讀出操作，但不需要信息輸出。另外，刷新時(shí)不需要加片選要信息輸出。另外，刷新時(shí)不需要加片選信號(hào)，即整個(gè)存儲(chǔ)器中的所有芯片同時(shí)被信號(hào)，即整個(gè)存儲(chǔ)器中的所有芯片同時(shí)被刷新。刷新。 因?yàn)樗行酒瑫r(shí)被刷新，所以在因?yàn)樗行酒瑫r(shí)被刷新，所以在考慮刷新問(wèn)題時(shí)，應(yīng)當(dāng)從單個(gè)芯片的存儲(chǔ)考慮刷新問(wèn)題時(shí)，應(yīng)當(dāng)從單個(gè)芯片的存儲(chǔ)容量著手，而不是從整個(gè)存儲(chǔ)器的容量著容量著手，而不是從整個(gè)存儲(chǔ)器的容量著手。手。DRAM的刷新要注意的問(wèn)題的刷新要注意的問(wèn)題第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)531.

50、RAM芯片芯片 RAM芯片通過(guò)地址線(xiàn)、數(shù)據(jù)線(xiàn)和控制線(xiàn)與芯片通過(guò)地址線(xiàn)、數(shù)據(jù)線(xiàn)和控制線(xiàn)與外部連接。地址線(xiàn)是單向輸入的，其數(shù)目與芯外部連接。地址線(xiàn)是單向輸入的，其數(shù)目與芯片容量有關(guān)。如容量為片容量有關(guān)。如容量為10244時(shí)，地址線(xiàn)有時(shí)，地址線(xiàn)有10根；容量為根；容量為64K1時(shí)，地址線(xiàn)有時(shí)，地址線(xiàn)有16根。數(shù)據(jù)線(xiàn)根。數(shù)據(jù)線(xiàn)是雙向的，既可輸入，也可輸出，其數(shù)目與數(shù)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(guān)。如據(jù)位數(shù)有關(guān)。如10244的芯片，數(shù)據(jù)線(xiàn)有的芯片，數(shù)據(jù)線(xiàn)有4根；根；64K1的芯片，數(shù)據(jù)線(xiàn)只有的芯片，數(shù)據(jù)線(xiàn)只有1根?？刂凭€(xiàn)主要根?？刂凭€(xiàn)主要有讀寫(xiě)控制線(xiàn)和片選線(xiàn)兩種，讀寫(xiě)控制線(xiàn)用來(lái)有讀寫(xiě)

51、控制線(xiàn)和片選線(xiàn)兩種，讀寫(xiě)控制線(xiàn)用來(lái)控制芯片是進(jìn)行讀操作還是寫(xiě)操作的，片選線(xiàn)控制芯片是進(jìn)行讀操作還是寫(xiě)操作的，片選線(xiàn)用來(lái)決定該芯片是否被選中。用來(lái)決定該芯片是否被選中。5.3.3 5.3.3 RAMRAM芯片分析芯片分析第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)54 由于由于DRAM芯片集成度高，容量大，芯片集成度高，容量大，為了減少芯片引腳數(shù)量，為了減少芯片引腳數(shù)量，DRAM芯片把芯片把地址線(xiàn)分成相等的兩部分，分兩次從相地址線(xiàn)分成相等的兩部分，分兩次從相同的引腳送入。兩次輸入的地址分別稱(chēng)同的引腳送入。兩次輸入的地址分別稱(chēng)為行地址和列地址，行地址由行地址選為行地址和列地址，行地址由行地址選通信號(hào)通

52、信號(hào) 送入存儲(chǔ)芯片，列地址由列送入存儲(chǔ)芯片，列地址由列地址選通信號(hào)地址選通信號(hào) 送入存儲(chǔ)芯片。由送入存儲(chǔ)芯片。由于采用了地址復(fù)用技術(shù)，因此，于采用了地址復(fù)用技術(shù)，因此，DRAM芯片每增加一條地址線(xiàn)，實(shí)際上是增加芯片每增加一條地址線(xiàn)，實(shí)際上是增加了兩位地址，也即增加了了兩位地址，也即增加了4倍的容量。倍的容量。1.RAM芯片（續(xù)）芯片（續(xù)）RASCAS第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)55單譯碼方式單譯碼方式 單譯碼方式又稱(chēng)字選法，所對(duì)應(yīng)的存單譯碼方式又稱(chēng)字選法，所對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器是字結(jié)構(gòu)的。容量為儲(chǔ)器是字結(jié)構(gòu)的。容量為M個(gè)字的存儲(chǔ)器個(gè)字的存儲(chǔ)器（M個(gè)字，每字個(gè)字，每字b位），排列成位），排列

53、成M行行b列列的矩陣，矩陣的每一行對(duì)應(yīng)一個(gè)字，有一的矩陣，矩陣的每一行對(duì)應(yīng)一個(gè)字，有一條公用的選擇線(xiàn)條公用的選擇線(xiàn)wi，稱(chēng)為字線(xiàn)。地址譯碼稱(chēng)為字線(xiàn)。地址譯碼器集中在水平方向，器集中在水平方向，K位地址線(xiàn)可譯碼變位地址線(xiàn)可譯碼變成成2K條字線(xiàn)，條字線(xiàn)，M=2K。字線(xiàn)選中某個(gè)字長(zhǎng)為字線(xiàn)選中某個(gè)字長(zhǎng)為b位的存儲(chǔ)單元，經(jīng)過(guò)位的存儲(chǔ)單元，經(jīng)過(guò)b根位線(xiàn)可讀出或?qū)懜痪€(xiàn)可讀出或?qū)懭肴隻位存儲(chǔ)信息。位存儲(chǔ)信息。2.地址譯碼方式地址譯碼方式第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)56字結(jié)構(gòu)、單譯碼方式字結(jié)構(gòu)、單譯碼方式RAM0,00,731,031,7讀/寫(xiě)控制電路地址譯碼器字線(xiàn)位線(xiàn)讀/寫(xiě)片選00731D7D0

54、D1D2A0A1A2A3A4328矩陣.圖圖5-12 字結(jié)構(gòu)、單譯碼方式字結(jié)構(gòu)、單譯碼方式RAM 第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)57 圖圖5-12中有中有258=256個(gè)記憶單元，排個(gè)記憶單元，排列成列成32個(gè)字，每個(gè)字長(zhǎng)個(gè)字，每個(gè)字長(zhǎng)8位。有位。有5條地址線(xiàn)，條地址線(xiàn)，經(jīng)過(guò)譯碼產(chǎn)生經(jīng)過(guò)譯碼產(chǎn)生32條字線(xiàn)條字線(xiàn)w0w31。某一字某一字線(xiàn)被選中時(shí)，同一行中的各位線(xiàn)被選中時(shí)，同一行中的各位b0b7就都就都被選中，由讀寫(xiě)電路對(duì)各位實(shí)施讀出或?qū)懕贿x中，由讀寫(xiě)電路對(duì)各位實(shí)施讀出或?qū)懭氩僮?。入操作?字結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是字結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是使用的外圍電路多，成本昂貴。更嚴(yán)重的

55、使用的外圍電路多，成本昂貴。更嚴(yán)重的是，當(dāng)字?jǐn)?shù)大大超過(guò)位數(shù)時(shí)，存儲(chǔ)體會(huì)形是，當(dāng)字?jǐn)?shù)大大超過(guò)位數(shù)時(shí)，存儲(chǔ)體會(huì)形成縱向很長(zhǎng)而橫向很窄的不合理結(jié)構(gòu)，所成縱向很長(zhǎng)而橫向很窄的不合理結(jié)構(gòu)，所以這種方式只適用于容量不大的存儲(chǔ)器。以這種方式只適用于容量不大的存儲(chǔ)器。 字結(jié)構(gòu)、單譯碼方式字結(jié)構(gòu)、單譯碼方式RAM 第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)58 雙譯碼方式雙譯碼方式 雙譯碼方式又稱(chēng)為重合法。通常是把雙譯碼方式又稱(chēng)為重合法。通常是把K位地址線(xiàn)分成接近相等的兩段，一段用位地址線(xiàn)分成接近相等的兩段，一段用于水平方向作于水平方向作X地址線(xiàn)，供地址線(xiàn)，供X地址譯碼器譯地址譯碼器譯碼；一段用于垂直方向作碼；一

56、段用于垂直方向作Y地址線(xiàn)，供地址線(xiàn)，供Y地地址譯碼器譯碼。址譯碼器譯碼。X和和Y兩個(gè)方向的選擇線(xiàn)在兩個(gè)方向的選擇線(xiàn)在存儲(chǔ)體內(nèi)部的每個(gè)記憶單元上交叉，以選存儲(chǔ)體內(nèi)部的每個(gè)記憶單元上交叉，以選擇相應(yīng)的記憶單元。擇相應(yīng)的記憶單元。2.地址譯碼方式（續(xù)）地址譯碼方式（續(xù)）第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)59 雙譯碼方式對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)芯片結(jié)構(gòu)可雙譯碼方式對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)芯片結(jié)構(gòu)可以是位結(jié)構(gòu)的，也可以是字段結(jié)構(gòu)的。對(duì)以是位結(jié)構(gòu)的，也可以是字段結(jié)構(gòu)的。對(duì)于位結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)芯片，容量為于位結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)芯片，容量為M1，把把M個(gè)記憶單元排列成存儲(chǔ)矩陣（盡可能排個(gè)記憶單元排列成存儲(chǔ)矩陣（盡可能排列成方陣）。列成方陣）。2

57、.地址譯碼方式（續(xù)）地址譯碼方式（續(xù)）第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)60位結(jié)構(gòu)、雙譯碼方式位結(jié)構(gòu)、雙譯碼方式RAM0,00,6363,063,63I/OY地址譯碼器地址譯碼器XA0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11DinDoutDD_D_D6464矩陣X0X63Y0Y63.XYZ圖圖5-13 位結(jié)構(gòu)、雙譯碼方式位結(jié)構(gòu)、雙譯碼方式RAM第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)61 圖圖5-13結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)是40961，排列成，排列成6464的矩陣。地址碼共的矩陣。地址碼共12位，位，X方向和方向和Y方向各方向各6位。若要組成一個(gè)位。若要組成一個(gè)M字字b位的位的存儲(chǔ)器，就需要

58、把存儲(chǔ)器，就需要把b片片M1的存儲(chǔ)芯片并的存儲(chǔ)芯片并列連接起來(lái)，即在列連接起來(lái)，即在Z方向上重疊方向上重疊b個(gè)芯片。個(gè)芯片。 位結(jié)構(gòu)、雙譯碼方式位結(jié)構(gòu)、雙譯碼方式RAM第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)62SRAM讀寫(xiě)時(shí)序讀寫(xiě)時(shí)序 讀周期表示對(duì)該芯片進(jìn)行兩次連續(xù)讀操作讀周期表示對(duì)該芯片進(jìn)行兩次連續(xù)讀操作的最小間隔時(shí)間。在此期間，地址輸入信息不的最小間隔時(shí)間。在此期間，地址輸入信息不允許改變，片選信號(hào)允許改變，片選信號(hào) 在地址有效之后變?yōu)樵诘刂酚行е笞優(yōu)橛行?，使芯片被選中，最后在數(shù)據(jù)線(xiàn)上得到讀有效，使芯片被選中，最后在數(shù)據(jù)線(xiàn)上得到讀出的信號(hào)。寫(xiě)允許信號(hào)出的信號(hào)。寫(xiě)允許信號(hào) 在讀周期中保持

59、高電在讀周期中保持高電平。平。圖圖5-14(a) 靜態(tài)靜態(tài)RAM的讀時(shí)序的讀時(shí)序3.RAM的讀寫(xiě)時(shí)序的讀寫(xiě)時(shí)序數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)地址CSWECSWE第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)63 寫(xiě)周期與讀周期相似，但除了要加地寫(xiě)周期與讀周期相似，但除了要加地址和片選信號(hào)外，還要加一個(gè)低電平有效址和片選信號(hào)外，還要加一個(gè)低電平有效的寫(xiě)入脈沖的寫(xiě)入脈沖 ，并提供寫(xiě)入數(shù)據(jù)。，并提供寫(xiě)入數(shù)據(jù)。圖圖5-14(b) 靜態(tài)靜態(tài)RAM的寫(xiě)時(shí)序的寫(xiě)時(shí)序3.RAM的讀寫(xiě)時(shí)序（續(xù)）的讀寫(xiě)時(shí)序（續(xù)）數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)地址CSWEWE第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)64 DRAM讀寫(xiě)時(shí)序讀寫(xiě)時(shí)序 在讀周期中，行地址必須在在

60、讀周期中，行地址必須在 有效有效之前有效，列地址也必須在之前有效，列地址也必須在 有效之前有效之前有效，且在有效，且在 到來(lái)之前，到來(lái)之前， 必須為高電必須為高電平，并保持到平，并保持到 脈沖結(jié)束之后。脈沖結(jié)束之后。 在寫(xiě)周期中，當(dāng)在寫(xiě)周期中，當(dāng) 有效之后，輸入有效之后，輸入的數(shù)據(jù)必須保持到的數(shù)據(jù)必須保持到 變?yōu)榈碗娖街?。變?yōu)榈碗娖街蟆Ｔ谠?、 和和 全部有效時(shí)，數(shù)據(jù)被寫(xiě)全部有效時(shí)，數(shù)據(jù)被寫(xiě)入存儲(chǔ)器。入存儲(chǔ)器。 3.RAM的讀寫(xiě)時(shí)序（續(xù)）的讀寫(xiě)時(shí)序（續(xù)）WEWEWERASRASCASCASCASCASCAS第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)65動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)RAM的讀寫(xiě)時(shí)序圖的讀寫(xiě)時(shí)序圖數(shù)