計算機組成原理存儲器

1、計算機組成原理，講座：嚴俊華存儲子系統(tǒng)，存儲子系統(tǒng)，主要知識點：掌握存儲的分類，存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，掌握存儲單元之間的關(guān)系，存儲容量，地址線和數(shù)據(jù)線3。掌握使用半導體存儲器芯片組作為主存儲器的方法，了解輔助存儲器的工作原理。掌握ache和虛擬存儲器的工作原理，重點是半導體存儲器。存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，各種存儲器的特點，主存的組織方式(與中央處理器的連接方式)，緩存，虛擬內(nèi)存，難點：主存的組織方式，主存和虛擬內(nèi)存的工作原理，存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，三級存儲系統(tǒng)：大容量，快速度，低成本，中央處理器，緩存，主存，外部存儲器，速度快，成本不能低；因此，在一個存儲系統(tǒng)中經(jīng)常使用幾個不同的存儲器來形成多級存儲系

2、統(tǒng)，以滿足系統(tǒng)要求。主存儲器(存儲器)、輔助存儲器(外部存儲器)、高速緩存，它存儲系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)并主要存儲當前由中央處理器使用的程序和數(shù)據(jù)。速度快，容量有限，存儲大量備份程序和數(shù)據(jù)。速度慢，容量大，可在短時間內(nèi)多次存儲中央處理器使用的程序和數(shù)據(jù)。速度快，容量小，物理內(nèi)存和虛擬內(nèi)存主內(nèi)存-外部內(nèi)存級別：增加容量中央處理器主內(nèi)存外部內(nèi)存：為虛擬內(nèi)存提供條件虛擬內(nèi)存：使主內(nèi)存空間和部分外部內(nèi)存空間成為邏輯地址空間。用戶使用邏輯地址空間來編程，操作系統(tǒng)執(zhí)行與程序調(diào)度、內(nèi)存空間分配、地址轉(zhuǎn)換等相關(guān)的工作。存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，按存儲機制分類的半導體存儲器靜態(tài)存儲器：使用雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器存儲信息的動態(tài)存儲器；磁表

3、面存儲器利用電容存儲電荷來存儲信息：利用磁層上不同方向的磁化區(qū)域來表達信息，具有容量大、無損讀出、信息長期存儲和速度慢等優(yōu)點。光盤存儲器利用光點的有無來指示信息、存儲器分類和隨機存取存儲器的存取方式：存儲器中的任何單元都可以根據(jù)地址進行存取，存取時間與地址單元無關(guān)，內(nèi)存：MROM、可讀可寫、只讀但不可寫、可編程只讀存儲器、可編程只讀存儲器、用戶不能編程、用戶可以編程一次、可編程只讀存儲器、用戶可以編程多次、可編程只讀存儲器、可編程只讀存儲器、可編程只讀存儲器、可編程只讀存儲器、可編程只讀存儲器、可編程只讀存儲器、可編程只讀存儲器、可編程只讀存儲器、可編程只讀存儲器、可編程只讀存儲器、可編程只讀

4、存儲器、可編程只讀存儲器、可編程只讀存儲器、可編程只讀存儲器、可編程只讀存儲器、可編程只讀存儲器、可編程只讀存儲器、可編程只讀存儲器存取時間與數(shù)據(jù)位置、等待操作、平均等待時間、讀/寫操作、兩步操作、速度指數(shù)、(毫秒)、數(shù)據(jù)傳輸率、(字節(jié)/)、存儲器分類有關(guān)，當直接存取存儲器(DM)被存取時，讀/寫單元首先直接指向一個小區(qū)域，然后依次在該區(qū)域中搜索。存取時間與數(shù)據(jù)位置、三步操作、定位(尋道)操作、等待(旋轉(zhuǎn))操作、讀/寫操作、速度指數(shù)、平均定位(尋道)時間、平均等待(旋轉(zhuǎn))時間、數(shù)據(jù)傳輸速率(位/秒)、存儲器分類、關(guān)聯(lián)存儲器有關(guān)：它是一種基于數(shù)據(jù)的特殊存儲器。當寫入數(shù)據(jù)時，CAM可以自動選擇一個

5、未使用的空單元進行存儲。當讀取數(shù)據(jù)時，CAM同時將所有存儲單元中的數(shù)據(jù)與給定的數(shù)據(jù)進行比較，并標記合格的數(shù)據(jù)。比較是同時進行的，因此讀取速度比基于地址的讀寫速度快。主存儲器分類，隨機存取存儲器隨機存取存儲器：可讀和可寫，只讀存儲器只讀存儲器：通常是只讀的，不會在電源故障時丟失，隨機存取存儲器隨機存取存儲器要求組件具有以下存儲器特征：有兩種穩(wěn)定狀態(tài)；在外部信號的激勵下，這兩種穩(wěn)定狀態(tài)可以無限期地相互轉(zhuǎn)換；在外部信號的激勵下，可以讀出兩種穩(wěn)定狀態(tài)；儲存可靠。半導體隨機存取存儲器元件可分為兩類：靜態(tài)隨機存取存儲器，只要電源通電，它就能保持兩種穩(wěn)定狀態(tài)之一。動態(tài)隨機存取存儲器：除了電源，它必須定期動態(tài)

6、刷新，否則信息會丟失。只讀存儲器，屏蔽模型只讀存儲器MROM可編程只讀存儲器PROM電可擦除可編程只讀存儲器EEPROM閃存，1，存儲器，1。掩碼模型只讀存儲器MROM表示0和1，有或沒有組件。當MROM芯片離開工廠時，它已經(jīng)寫入了信息，在需求很大且不需要重寫的情況下無法重寫。只讀存儲器，2。當可編程只讀存儲器PROM離開工廠時，其內(nèi)容全部為1。用戶可以用一個特殊的可編程只讀存儲器寫入器來寫入信息。一旦被寫入，它就不能被重寫(也就是說，它只能被寫入一次)，所以它也被稱為一次性可編程只讀存儲器。熔絲型可編程只讀存儲器，3。eprom:可擦除可編程ROM紫外EPROM(紫外可擦除可編程rom)紫外

7、擦除(有一個應(yīng)時窗，重寫時應(yīng)置于一定波長的紫外燈下，照射一定時間后全部擦除，EPROM有兩個問題： A。紫外燈擦除時間長。它只能作為一個整體被擦除，但不能重寫單個單元或位，只讀存儲器。4.當電可擦只讀存儲器在線時，它可以被一個特殊的高壓寫入器擦除幾次。支持數(shù)據(jù)塊擦除5。閃存E2PROM，又稱閃存，是在EEPROM基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型電可擦可編程非易失性存儲器。特點：高密度/非易失性/讀取/在線重寫；它具有隨機存儲器和只讀存儲器的特點，可以代替軟盤和硬盤。擦除次數(shù)可達10萬次以上。讀取時間小于10納秒。內(nèi)存性能指數(shù)，訪問時間：內(nèi)存從內(nèi)存接收讀或?qū)懙刂泛妥x(寫)信息所需的時間。存取周期時間：指

8、連續(xù)開始兩次獨立的內(nèi)存操作(例如，兩次連續(xù)讀取)所需的最短時間。也稱為訪問總線寬度，即一次可以訪問的數(shù)據(jù)位或字節(jié)數(shù)。內(nèi)存帶寬：也稱為數(shù)據(jù)傳輸速率，它每秒鐘從內(nèi)存中讀取信息，通常以字節(jié)/秒表示。帶寬BM:是指每秒訪問的二進制位數(shù)。如果調(diào)制解調(diào)器=500納秒，功率=16位，調(diào)制解調(diào)器=16/0.5=32兆位/秒，有必要改進調(diào)制解調(diào)器：以便調(diào)制解調(diào)器使功率增加存儲體。內(nèi)存性能指數(shù)，容量：指計算機存儲信息的能力，即二進制信息的最大數(shù)量。B或B表示信息的可靠保存、非易失性和可替換的主動存儲器：例如，半導體存儲器只能通過電源來存儲信息。被動存儲器：斷電后，磁盤和磁帶等輔助存儲器中的信息不會丟失。非易失性：

9、斷電時信息不會丟失結(jié)論：評估存儲器的三個基本指標：容量、成本、存取速度、主存儲器的組成、半導體存儲結(jié)構(gòu)和存儲芯片的主要部分用于存儲信息。地址解碼電路根據(jù)輸入的地址碼選擇芯片中的特定存儲單元，讀寫控制邏輯選擇存儲芯片來控制讀寫操作和存儲體。每個存儲單元都有一個唯一的地址。能夠存儲1位(位芯片結(jié)構(gòu))或多位(字芯片結(jié)構(gòu))二進制數(shù)據(jù)的芯片的存儲容量與地址和數(shù)據(jù)線的數(shù)量有關(guān)：芯片的存儲容量為2MN，存儲單元的數(shù)量為m，芯片的地址線的數(shù)量為n，芯片的數(shù)據(jù)線的數(shù)量為23，存儲體為，單元地址，000 001.存儲單元、存儲容量、存儲體、地址線：決定存儲器存儲容量的數(shù)據(jù)線：通過一次訪問存儲器獲得的數(shù)據(jù)位的數(shù)量，

10、地址解碼電路，1。解碼器：將每個輸入二進制碼轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的輸出高電平和低電平信號，地址解碼電路，25。解碼輸出在高電平有效，而解碼輸出在低電平有效。地址解碼電路，2-4個解碼器，y0y1y2y3、a1a0en、引腳功能圖，1。解碼器：地址解碼結(jié)構(gòu)，單解碼結(jié)構(gòu)，雙解碼結(jié)構(gòu)，雙解碼可以簡化解碼結(jié)構(gòu)，主要用于芯片設(shè)計，芯片選擇和讀寫控制邏輯，芯片選擇終端。當有效時，輸出芯片中的數(shù)據(jù)，控制端對應(yīng)系統(tǒng)的讀控制線寫WE*控制寫操作。當有效時，數(shù)據(jù)進入芯片中控制端對應(yīng)的系統(tǒng)的寫控制線、主存組織和主存組織，主要包括：M的邏輯設(shè)計、M的刷新、主存與中央處理器的連接、主存的驗證、主存組織、主存設(shè)計的一般原則：主存與

11、中央處理器的連接：數(shù)據(jù)線、地址線和控制線；駕駛能力；存儲器芯片類型選擇；內(nèi)存芯片和中央處理器之間的時序；存儲器的地址分配以及用于芯片選擇和解碼的行和列選擇信號的產(chǎn)生；主記憶組織；存儲芯片的數(shù)據(jù)線；存儲芯片的地址線；芯片選擇端存儲芯片的讀寫控制線；位擴展方法用于數(shù)據(jù)線的連接字擴展方法用于地址線的連接字同時擴展方法，主存儲器組織，1。位擴展法當芯片容量與主存容量相同，但位數(shù)不足時，稱為位擴展。位擴展法的要點：“位的并行連接”:每個芯片的數(shù)據(jù)線與CPU數(shù)據(jù)線對應(yīng)的位應(yīng)拼接在一起，并共享一個芯片選擇信號。例1:八個8K*1芯片構(gòu)成8K*8存儲器，位擴展法構(gòu)成1K*16存儲器；示例2:四個1K*4 21

12、14芯片構(gòu)成1K*16存儲器。主存組織，2。字擴展模式當芯片的字長與主存儲器的字長相同，但容量不足時，需要用幾個存儲芯片組成一個容量較大的存儲器，這叫字擴展。字擴展法的要點：每個芯片的數(shù)據(jù)線與CPU數(shù)據(jù)線的相應(yīng)位串聯(lián)，每個芯片的芯片選擇線應(yīng)分開，并與CPU地址總線的高位地址解碼的芯片選擇信號連接。示例3:使用英特爾2114(1K*4)芯片形成4K*4存儲器。1.計算分析：2114規(guī)格為1K*4，有10條芯片地址線(A9A0)、4條數(shù)據(jù)線、12條系統(tǒng)地址線(A11A10為芯片線選擇)和4條數(shù)據(jù)線。A11A 10 A9 A8 A7a 6 A5A 4A 3A 1A 0 0 0 0 0 1 0 1 0

13、 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1、000 - 3FF 1K、400 - 7FF 1K、800 - BFF 1K、C00-FFF 1K、2。芯片選擇和地址分析：用字擴展法構(gòu)成4K*4存儲器。例4: 64K8位內(nèi)存連接圖由16K8位芯片的字擴展法組成。分析：應(yīng)使用四個芯片，四個芯片的數(shù)據(jù)端應(yīng)與數(shù)據(jù)總線D0D7相連；地址總線的低位地址A0A13與每個芯片的14位地址端子相連；兩位高位地址A14和A15通過解碼器與四個芯片選擇端相連，通過字擴展法形成64K8存儲空間。主存儲器的主存儲器組織和邏輯設(shè)計需要解決：芯片選擇地址分配和芯片選擇邏輯信號線之

14、間的連接示例5:通過使用2114(1K4)靜態(tài)隨機存取存儲器芯片形成4K8容量的存儲器。地址總線A15A0、雙向數(shù)據(jù)總線D7D0、讀/寫信號線R/W.給出了芯片地址分配和芯片選擇的邏輯，并繪制了M框圖和主存組織。碼片的數(shù)量是通過擴展比特數(shù)，然后擴展單元數(shù)，然后擴展比特數(shù)來計算的。兩個1k4、1k8、四個1k8、4k8、8、四個1k4、4k4、兩個4k4、4k8，主存儲器組織，地址分配芯片內(nèi)部的尋址系統(tǒng)(二次解碼)，芯片外部的地址分配和芯片選擇邏輯，為芯片分配哪些地址以找到芯片內(nèi)部的存儲單元，以及哪些地址形成芯片選擇邏輯以找到芯片，存儲器空間分配：4KB存儲器占據(jù)16位地址空間(64KB)中的任

15、何連續(xù)間隔。需要12位地址：4kb，a15a12a11a10a9a0，a11a0，0000，任意值，0011，0111，1011，0100，1000，1100，1111，芯片選擇，芯片地址，分配給芯片的低位地址，形成芯片選擇的高位地址芯片選擇信號芯片選擇邏輯，1k，1k，1k，9a0，a9a0，a9a0，cs0，CS1(2)擴展單元的數(shù)量，(3)連接控制線以形成芯片選擇邏輯電路。假設(shè)內(nèi)存芯片和地址解碼器的引腳如圖所示，試著回答以下問題：(1)如果需要形成一個8K8內(nèi)存，需要多少芯片？內(nèi)存占用一個連續(xù)的地址空間，起始地址為E1000H。如果采用全地址解碼法，試著畫出內(nèi)存系統(tǒng)和中央處理器之間的電路

16、連接圖。(2)嘗試寫出每個內(nèi)存芯片的地址空間。主存組織，主存組織，工作：設(shè)計一個半導體存儲器，其中只讀存儲器區(qū)域為4KB，選擇只讀存儲器芯片(4KB位/片)；內(nèi)存區(qū)域為3KB，選擇內(nèi)存芯片(2KB/芯片和1K4位/芯片)。地址總線A15A0、雙向數(shù)據(jù)總線D7D0、讀/寫線讀寫.要求：給出芯片地址分配和芯片選擇的邏輯公式，并繪制M邏輯框圖(各芯片信號線與芯片選擇邏輯電路的連接，芯片選擇信號在低電平有效)。作業(yè)：內(nèi)存由8K*8位只讀存儲器芯片和8K*4位隨機存取存儲器芯片組成，按字節(jié)尋址。臨時內(nèi)存地址為2000H7FFFH，只讀存儲器地址為C0000HFH。要求：計算需要多少芯片？繪制內(nèi)存及其與中央處理器連接的設(shè)計框圖。計算每個芯片的地址范圍。動態(tài)m:電荷定期添加到電容器的主存儲器組織、主存儲器組織、刷新定義和原因定義。原因：動態(tài)存儲器依靠電容充電來存儲信息。平時沒有電源，電容充電時間長了會放電，所以需要定期給電容充電，保持信息不變。注意刷新和重寫的區(qū)別、主存組織、動態(tài)M的最大刷新間隔：在此期間，所有動態(tài)單元必須刷新一次。