《ewch4存儲(chǔ)器》PPT課件.ppt

1、第四章 存儲(chǔ)器,4.1 存儲(chǔ)器概述 4.2 主存儲(chǔ)器 4.3 存儲(chǔ)器的應(yīng)用 4.4 外存儲(chǔ)器,4.1 存儲(chǔ)器概述,存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)的記憶部件，用于存儲(chǔ)程序和被處理的數(shù)據(jù)以及運(yùn)算的結(jié)果。 數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中的存儲(chǔ)都以二進(jìn)制形式存在。,1、存儲(chǔ)器的分類 （1）按存儲(chǔ)器在微機(jī)中的不同地位，可以分為： 主存：或稱內(nèi)存，它用來存放當(dāng)前正在使用的或經(jīng)常要使用的程序和數(shù)據(jù)，CPU可以直接對(duì)其進(jìn)行訪問。程序只有被放入內(nèi)存，才能被CPU執(zhí)行。 高速緩存：或稱cache，介于CPU與主存之間的容量更小、而速度更快的存儲(chǔ)器。 輔存：或稱外存，它用來永久存放各種信息。,4.1 存儲(chǔ)器概述,1、存儲(chǔ)器的分類 （2）按存儲(chǔ)介質(zhì)

2、（紀(jì)錄0、1信息的物質(zhì)）分類：,4.1 存儲(chǔ)器概述,半導(dǎo)體存儲(chǔ)器：用半導(dǎo)體材料制成的存儲(chǔ)器，大多用作主存。 磁表面存儲(chǔ)器：利用磁層來紀(jì)錄信息，工作時(shí)由磁頭在磁層上的移動(dòng)，來進(jìn)行讀或?qū)懖僮鳌４疟砻娲鎯?chǔ)器常用作輔存，如硬盤、軟磁盤、磁帶等。 （磁介質(zhì)通常要避免粉塵、高溫、煙霧的影響。磁介質(zhì)的磁性會(huì)隨著時(shí)間的流逝而慢慢降低，最終導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。),光存儲(chǔ)器：使用激光在存儲(chǔ)介質(zhì)表面上燒蝕出數(shù)據(jù)。燒蝕在介質(zhì)表面微小的凸凹模式表示了數(shù)據(jù)。光學(xué)介質(zhì)上的數(shù)據(jù)可以永久保存。但是，使用光學(xué)介質(zhì)不像使用磁介質(zhì)那樣可以容易地改變它存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。光驅(qū)使用激光從光盤上讀數(shù)據(jù)。,（3）按存取方式分類：,4.1 存儲(chǔ)器概述,RA

3、M隨機(jī)存儲(chǔ)器:,按工藝分為晶體管雙極型和MOS型（金屬氧化物半導(dǎo)體）。 雙極型RAM：用晶體管組成基本存儲(chǔ)電路，特點(diǎn)是存取速度快，但與MOS型相比，集成度低、功耗大、成本高，常用來制造cache； MOS型RAM：功耗小、集成度高、成本低，但速度比雙極型RAM低。,讀寫速度快，通常用來做Cache,需要刷新 存取速度慢 通常用來做內(nèi)存,SIMMSingle Inline Memory Module單列直插式內(nèi)存模塊 72線：32位數(shù)據(jù) 在Pentium微型機(jī)中必須成對(duì)使用 FPM/EDO,DRAM內(nèi)存條的種類,DIMMDual Inline Memory Module雙列直插式內(nèi)存模塊 168

4、線：64位數(shù)據(jù) SDRAM/DDR SDRAM,DRAM內(nèi)存條的種類,ROM只讀存貯器 CPU正常操作時(shí)，只能讀取ROM中的內(nèi)容，但對(duì)它的訪問也是隨機(jī)的。 一般在ROM中存放固定的程序和數(shù)據(jù)，如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的引導(dǎo)程序、監(jiān)控程序、基本輸入輸出（BIOS）程序等，使計(jì)算機(jī)能夠開機(jī)運(yùn)行。 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在加電以后，馬上就運(yùn)行ROM中的引導(dǎo)程序，將系統(tǒng)程序從輔存中引入主存。,掩模ROM、PROM、EPROM、 E2PROM 掩模ROM是由廠家按用戶要求制作的，制成后，只能讀不能改寫； PROM稱為可編程的只讀存儲(chǔ)器， PROM允許用戶寫一次，寫完后就無法再改動(dòng)，應(yīng)用于高速計(jì)算機(jī)的微程序存儲(chǔ)器； EPROM稱

5、為可擦寫的只讀存儲(chǔ)器， EPROM允許用戶將寫入的內(nèi)容整個(gè)擦除掉，擦掉后還可以重寫，這樣可以反復(fù)多次。最后一次寫成后仍是一個(gè)只讀存儲(chǔ)器； E2PROM稱為可在線擦寫只讀存儲(chǔ)器，它和RAM的讀、寫方式完全類似，只是寫操作時(shí)，需等待E2PROM內(nèi)部操作完成后再寫入下一個(gè)字節(jié)，常用作計(jì)算機(jī)的BIOS芯片。,FLASH閃存,FLASH是一種非易失性的內(nèi)存，是E2PROM的一種，與普通E2PROM存儲(chǔ)單元的物理結(jié)構(gòu)基本相同。其不同點(diǎn)在于FLASH是按數(shù)據(jù)塊進(jìn)行擦寫，因此其擦寫速度遠(yuǎn)高于普通E2PROM 。FLASH具有速度快、容量大和價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)樗w積小，所以閃存卡在手機(jī)/數(shù)碼相機(jī)/掌上電腦/MP

6、3等設(shè)備上獲得了廣泛的應(yīng)用。,2、存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu) （1）多級(jí)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的形成: CPU不斷的訪問存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)器的存取速度將直接影響計(jì)算機(jī)的工作效率。 在某一段時(shí)間內(nèi)，CPU只運(yùn)行存儲(chǔ)器中部分程序和訪問部分?jǐn)?shù)據(jù)，其中大部分是暫時(shí)不用的。,增加Cache的目的是為了提高CPU運(yùn)行速度，提高運(yùn)行效率。,4.1 存儲(chǔ)器概述,外存平均訪問時(shí)間ms級(jí) 硬盤910ms 光盤80120ms,內(nèi)存平均訪問時(shí)間ns級(jí) SRAM Cache15ns SDRAM內(nèi)存610ns,4.1 存儲(chǔ)器概述,Cache的訪問機(jī)制 主存先將某一小數(shù)據(jù)塊移入Cache中，當(dāng)CPU對(duì)主存某地址進(jìn)行訪問時(shí)，先通過地址映像變換機(jī)制判斷該地

7、址所在的數(shù)據(jù)塊是否已經(jīng)在Cache中，若在則訪問Cache，稱為“命中”，若不在則CPU直接訪問主存，并同時(shí)將主存中包含該地址的數(shù)據(jù)塊調(diào)入Cache中，以備CPU的進(jìn)一步訪問。 動(dòng)態(tài)演示Cache訪問過程 動(dòng)畫演示Cache機(jī)制,4.1 存儲(chǔ)器概述,主存地址,地址映像變換,Cache,主存,CPU,譯碼,命中,未命中,動(dòng)態(tài)演示過程,（1）存儲(chǔ)容量 存儲(chǔ)器能夠存放信息的總數(shù)量，以字節(jié)為單位。CPU地址總線的位數(shù)決定可支持的主存儲(chǔ)器的最大容量。 （2）最大存取時(shí)間 存儲(chǔ)器從接收到某一存儲(chǔ)單元的地址碼開始，到取出或存入數(shù)據(jù)為止所需要的時(shí)間。 （3）存取周期 CPU連續(xù)兩次訪問存儲(chǔ)器所需要的最短時(shí)間間

8、隔，它總是大于最大存取時(shí)間。因?yàn)樵跀?shù)據(jù)寫入或讀出后，存儲(chǔ)器的讀寫電路和存儲(chǔ)體及連線都需要有一段穩(wěn)定和恢復(fù)時(shí)間。,4.1 存儲(chǔ)器概述,3、存儲(chǔ)器的主要參數(shù)指標(biāo),存儲(chǔ)器的計(jì)量單位 位：一個(gè)cell，記做bit 字節(jié)：8bit，記做byte 1KB=1024byte 1MB=1024KB 1GB=1024MB 1TB=1024GB 1PB=1024TB ,4.1 存儲(chǔ)器概述,存儲(chǔ)單元物理地址的計(jì)算 物理地址=段地址+偏移量,8086運(yùn)行過程中，取指令時(shí)：CPU就會(huì)選取CS和IP中內(nèi)容，形成指令所在的20位物理地址； 堆棧操作時(shí)：CPU會(huì)選擇SS和SP或BP形成20位堆棧地址； 進(jìn)行內(nèi)存操作時(shí)：CPU

9、會(huì)選擇DS和SI、DI或BX形成操作數(shù)所在的20位物理地址。,4.1 存儲(chǔ)器概述,存儲(chǔ)器地址空間 8086地址總線有20位，可以尋址220 = 1M字節(jié)的存儲(chǔ)器地址空間 ，按照00000HFFFFFH來編址。 編址的單位為字節(jié),4.1 存儲(chǔ)器概述,存儲(chǔ)字時(shí)，一個(gè)字的低位字節(jié)放在較低的地址單元,CPU,時(shí)序/控制,MAR,地址 譯碼 器,存儲(chǔ)體,讀寫 驅(qū)動(dòng) 器,MBR,數(shù)據(jù)線,地址線,控制信號(hào),地址碼,MAR,讀信號(hào),地址碼,地址碼,地址 譯碼 器,某存儲(chǔ)單元,數(shù)據(jù),讀寫 驅(qū)動(dòng) 器,數(shù)據(jù),地址 譯碼 器,4.2 主存儲(chǔ)器,1、主存儲(chǔ)器的基本組成,譯碼,MBR,數(shù)據(jù),CPU訪問存儲(chǔ)器時(shí)，通常都通過

10、地址寄存器MAR和存儲(chǔ)器緩沖寄存器MBR進(jìn)行。 當(dāng)CPU需要從某一存儲(chǔ)單元中讀取數(shù)據(jù)時(shí)，首先將該單元地址送入MAR，并向存儲(chǔ)器發(fā)讀控制信號(hào)。存儲(chǔ)器此時(shí)開始進(jìn)行讀操作，將MAR經(jīng)過地址譯碼器選中的存儲(chǔ)單元中的內(nèi)容經(jīng)讀寫驅(qū)動(dòng)器送入MBR，CPU通過數(shù)據(jù)總線將數(shù)據(jù)讀入。 當(dāng)CPU要向某單元中寫入信息時(shí)，首先將該單元的地址送入MAR，要寫入的數(shù)據(jù)送入MBR。然后通過控制信號(hào)線發(fā)出寫信號(hào)，將MBR的內(nèi)容寫入由MAR經(jīng)地址譯碼器選中的存儲(chǔ)單元。,2、主存儲(chǔ)器的操作過程,4.2 主存儲(chǔ)器,（1）集成度 集成度指在一片芯片上能夠集成多少個(gè)基本存儲(chǔ)電路。每一個(gè)基本存儲(chǔ)電路存儲(chǔ)一個(gè)二進(jìn)制位，所以集成度通常表示為位

11、/片，如64K位/片、256K位/片等。 （2）存取速度 常用存取時(shí)間和存儲(chǔ)周期表示。指訪問一次存儲(chǔ)器所需要的時(shí)間。 （3）性價(jià)比 性能價(jià)格比常以每位價(jià)格來描述。,4.2 主存儲(chǔ)器,3、主存儲(chǔ)器的主要參數(shù)指標(biāo),(1) 位擴(kuò)展：進(jìn)行存儲(chǔ)器位數(shù)的擴(kuò)充 連接方式：將多片存儲(chǔ)器芯片的地址、片選、讀寫控制端并聯(lián)，數(shù)據(jù)端單獨(dú)引出。,4.2 主存儲(chǔ)器,4、主存儲(chǔ)器的容量擴(kuò)充,(1) 位擴(kuò)展：進(jìn)行存儲(chǔ)器位數(shù)的擴(kuò)充 連接方式：將多片存儲(chǔ)器芯片的地址、片選、讀寫控制端并聯(lián)，數(shù)據(jù)端單獨(dú)引出。,4.2 主存儲(chǔ)器,4、主存儲(chǔ)器的容量擴(kuò)充,例：將16K*1位的存儲(chǔ)芯片擴(kuò)展為16K*8位的存儲(chǔ)器,(1)位擴(kuò)展：進(jìn)行存儲(chǔ)器位

12、數(shù)的擴(kuò)充 連接方式：將多片存儲(chǔ)器芯片的地址、片選、讀寫控制端并聯(lián)，數(shù)據(jù)端單獨(dú)引出。,4.2 主存儲(chǔ)器,4、主存儲(chǔ)器的容量擴(kuò)充,例：將16K*1位的存儲(chǔ)芯片擴(kuò)展為16K*8位的存儲(chǔ)器,(1)位擴(kuò)展：進(jìn)行存儲(chǔ)器位數(shù)的擴(kuò)充 連接方式：將多片存儲(chǔ)器芯片的地址、片選、讀寫控制端并聯(lián)，數(shù)據(jù)端單獨(dú)引出。,4.2 主存儲(chǔ)器,4、主存儲(chǔ)器的容量擴(kuò)充,例：將16K*1位的存儲(chǔ)芯片擴(kuò)展為16K*8位的存儲(chǔ)器,(1)位擴(kuò)展：進(jìn)行存儲(chǔ)器位數(shù)的擴(kuò)充 連接方式：將多片存儲(chǔ)器芯片的地址、片選、讀寫控制端并聯(lián)，數(shù)據(jù)端單獨(dú)引出。,4.2 主存儲(chǔ)器,4、主存儲(chǔ)器的容量擴(kuò)充,例：將16K*1位的存儲(chǔ)芯片擴(kuò)展為16K*8位的存儲(chǔ)器,m

13、位n位，需n/m片,(2)字?jǐn)U展：達(dá)不到地址范圍要求，則增加字?jǐn)?shù) 連接方式：將各個(gè)芯片的地址線、數(shù)據(jù)線、讀寫控制端并聯(lián)，片選端單獨(dú)引出。,4.2 主存儲(chǔ)器,4、主存儲(chǔ)器的容量擴(kuò)充,(2)字?jǐn)U展：達(dá)不到地址范圍要求，則增加字?jǐn)?shù) 連接方式：將各個(gè)芯片的地址線、數(shù)據(jù)線、讀寫控制端并聯(lián)，片選端單獨(dú)引出。,4.2 主存儲(chǔ)器,4、主存儲(chǔ)器的容量擴(kuò)充,例：由16K*8位擴(kuò)充成64K*8位的存儲(chǔ)器,(2)字?jǐn)U展：達(dá)不到地址范圍要求，則增加字?jǐn)?shù) 連接方式：將各個(gè)芯片的地址線、數(shù)據(jù)線、讀寫控制端并聯(lián)，片選端單獨(dú)引出。,4.2 主存儲(chǔ)器,4、主存儲(chǔ)器的容量擴(kuò)充,例：由16K*8位擴(kuò)充成64K*8位的存儲(chǔ)器,(2)字

14、擴(kuò)展：達(dá)不到地址范圍要求，則增加字?jǐn)?shù) 連接方式：將各個(gè)芯片的地址線、數(shù)據(jù)線、讀寫控制端并聯(lián)，片選端單獨(dú)引出。,4.2 主存儲(chǔ)器,4、主存儲(chǔ)器的容量擴(kuò)充,例：由16K*8位擴(kuò)充成64K*8位的存儲(chǔ)器,(2)字?jǐn)U展：達(dá)不到地址范圍要求，則增加字?jǐn)?shù) 連接方式：將各個(gè)芯片的地址線、數(shù)據(jù)線、讀寫控制端并聯(lián)，片選端單獨(dú)引出。,4.2 主存儲(chǔ)器,4、主存儲(chǔ)器的容量擴(kuò)充,例：由16K*8位擴(kuò)充成64K*8位的存儲(chǔ)器,(2)字?jǐn)U展：達(dá)不到地址范圍要求，則增加字?jǐn)?shù) 連接方式：將各個(gè)芯片的地址線、數(shù)據(jù)線、讀寫控制端并聯(lián)，片選端單獨(dú)引出。,4.2 主存儲(chǔ)器,4、主存儲(chǔ)器的容量擴(kuò)充,例：由16K*8位擴(kuò)充成64K*8位

15、的存儲(chǔ)器,mknk，需n/m組芯片，每組一片,(3)字位擴(kuò)展：字向和位向同時(shí)進(jìn)行擴(kuò)展。 使用L字K位芯片擴(kuò)充成M字N位存儲(chǔ)器,需(M/L)(N/k)片芯片，分M/L組，每組N/K片芯片,4.2 主存儲(chǔ)器,4、主存儲(chǔ)器的容量擴(kuò)充,1K4擴(kuò)展為4K8,4.2 主存儲(chǔ)器,5、主存儲(chǔ)器芯片的外特性,4.2 主存儲(chǔ)器,主存儲(chǔ)器與CPU總線相關(guān)的信號(hào)線,5、主存儲(chǔ)器芯片的外特性,存儲(chǔ)器與CPU的連接,4.3 存儲(chǔ)器應(yīng)用,4.3 存儲(chǔ)器應(yīng)用,2764的CE接8086/8088 CPU的A19; A0A12接CPU地址總線的A0A12; D0D7接數(shù)據(jù)總線的AD0AD7 ； OE=RDIO/M(或運(yùn)算) CP

16、U 訪問2764芯片，須滿足如下條件： (1)OE=0，即RD和IO/M 必須同時(shí)為0，則CPU執(zhí)行對(duì)存儲(chǔ)器的讀操作。 (2)CE=0，即A19 =0。 (3) CPU的A0A12引腳為0000H1FFFH。,解：,4.3 存儲(chǔ)器應(yīng)用,從以上條件可以得出，2764的地址范圍是： A19A18A17A16A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0 首單元地址 0 X X X X X X 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 尾單元地址 0 X X X X X X 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 其中X可以是低電平，也可以是高電平

17、。 因此2764可以有64種不同的地址范圍。存儲(chǔ)器地址范圍不唯一，浪費(fèi)了CPU的尋址空間。 例如，00000H01FFFH,02000H03FFFH,04000H05FFFH 06000H07FFFH都是2764的地址范圍。,4.3 存儲(chǔ)器應(yīng)用,CPU的A19經(jīng)過非門接6264的CE; OE=RD IO/M(或運(yùn)算) ; WE=WR IO/M； 地址線和數(shù)據(jù)線的連接同2764 CPU對(duì)6264進(jìn)行操作必須滿足以下條件： (1)OE=0,即RD和IO/M 同時(shí)為0，CPU對(duì)存儲(chǔ)器執(zhí)行讀操作; 或WE=0,即WR和IO/M 同時(shí)為0，CPU對(duì)存儲(chǔ)器執(zhí)行寫操作。 (2)CE=0,即A19 =1。 (

18、3)CPU的 A0A12為0000H1FFFH。,4.3 存儲(chǔ)器應(yīng)用,從以上條件可以得出，6264的地址范圍： A19A18A17A16A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0 首單元地址 1 X X X X X X 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 尾單元地址 1 X X X X X X 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 其中X可以是低電平，也可以是高電平。 6264也有64種不同的地址：80000H81FFFH，82000H83FFFH，84000H85FFFH，86000H87FFFH等,4.3 存儲(chǔ)器應(yīng)用,假設(shè)我們

19、選用6264的地址范圍為80000H81FFFH。6264的單元個(gè)數(shù)為8K，即213。由于6264地址范圍為80000H81FFFH，不妨設(shè)其段地址為8000H，則6264首地址的偏移地址為0000H，尾地址的偏移地址為1FFFH。對(duì)存儲(chǔ)器清0編程如下： MOV AX,8000H ;6264首地址的段地址 MOV DS,AX ;把段地址存入數(shù)據(jù)段寄存器 MOV CX,1FFFH ; 6264的單元個(gè)數(shù)213-1 MOV BX,0000H ; 6264首地址的偏移地址 MOV AL,00H ;對(duì)累加器清0 P1: MOV BX,AL ;把0存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器單元中 INC BX ;存儲(chǔ)器指針加1 LO

20、OP P1 ;循環(huán)1FFFH次,4.4 外存儲(chǔ)器,1、磁道和扇區(qū)的概念,4.4 外存儲(chǔ)器,2、硬盤驅(qū)動(dòng)器的工作原理,3、簇和文件分配表（FAT） 簇就是一組扇區(qū)，它是計(jì)算機(jī)可以訪問的最小存儲(chǔ)單元。一簇中扇區(qū)的數(shù)量依賴于計(jì)算機(jī)的類型和磁盤的容量。文件實(shí)際是存儲(chǔ)在簇中。 每個(gè)簇都有編號(hào)，操作系統(tǒng)記錄表用來記錄扇區(qū)對(duì)應(yīng)哪個(gè)簇 而文件分配表（FAT）用來記錄磁盤上的文件和它們?cè)谟脖P上物理位置所對(duì)應(yīng)的簇的編號(hào)，F(xiàn)AT是一個(gè)操作系統(tǒng)文件。 當(dāng)計(jì)算機(jī)在磁盤上讀取文件時(shí)，都要通過FAT表來完成相應(yīng)操作,4.4 外存儲(chǔ)器,（1）操作系統(tǒng)存儲(chǔ)文件的過程描述： 如下頁(yè)所示 當(dāng)存儲(chǔ)一個(gè)文件時(shí)，操作系統(tǒng)首先查看FAT表尋找空簇 找到后，操作系統(tǒng)就將數(shù)據(jù)存放在空簇中，在FAT表中記錄下該簇的編號(hào)。