计算机硬件技术基础——第五章.ppt

1、第五章 存储体系,5.1 存储体系概述,一、存储器分类 1、计算机系统中存储器的分类 按存储介质分类 磁性材料：磁带、磁盘 半导体材料：TTL（双极型半导体） SRAM 单极型半导体（MOS） SRAM、DRAM、ROM 光电材料：光盘、CDROM 按存取方式分类 随机存储器：存储器中任意单元的内容能通过指令随机地存取，且存取时间固定，与存储单元的地址无关 如半导体存储器 顺序存储器：只能按某种顺序存取，存取时间与存储单元的地址有关 如磁带 相联存储器：按内容访问,5.1 存储体系概述,按存储器的读写功能分类 只读存储器（ROM）、随机读写存储器（RAM）。 按信息的可保存性分类 永久记忆的存

2、储器、非永久记忆的存储器 按在计算机系统中的作用分类 分为寄存器、主存储器、辅助存储器、高速缓冲存储器Cache等,2、主存储器的分类 主存的地位 主存的分类 随机读写存储器（random access memory, 即RAM） 掩膜式只读存储器（ Mask read-only memory, 即MROM） 可编程只读存储器(programmable ROM,即 PROM) 可擦除可编程序的只读存储器(erasable PROM, 即EPROM) 可用电擦除的可编程序的只读存储器(electrically EPROM, 即E2PROM) 闪存(Flash memory),二、存储系统的主要性

3、能指标 主要有三个：存储容量、速度和价格 1、存储容量 ：一个存储器所有存储单元的总数，单位为位bit或字节B 机器字长：一台计算机能直接处理的二进制数的位数 存储容量=字数字长=存储单元个数*存储字长 存储字长与机器字长的关系： 存储器字节编址：存储字长为1字节 存储器字编址：存储字长=机器字长 存储器的容量 为2nm位： 存储器的地址线是n根，存储单元个数= 2n 存储器数据线m根，存储字长=m,例CPU数据线32位，地址线20位，则该机最大存储空间为多大？ 某计算机字长32位，其存储容量是1MB，若按字编址，它的寻址范围是_。 A.01M-1 B.0512KB C.0256K-1 D.0

4、256KB,2、存储器的速度 存取时间TA：启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间。它取决于存储介质和访问机构。例如，存储器接到读命令信号到其数据输出端有信号输出为止的时间就是TA。 存储周期TC：连续两次访问存储器所需的最小时间间隔。 TATC 存储器带宽BW：是单位时间里存储器所存取的信息量，存储器带宽的计量单位通常是位/秒或字节/秒。 例TC=50ns，每个TC访问一个32位的字，BW=？ 3、存储器的价格 位价 4、存储容量、速度和价格的关系,三、存储器的层次结构（黑板） 1、Cache-主存层次 2、主存-辅存层次 Cache-主存-辅存,5.2 主存储器,CPU与主存的关系图,

5、一、随机读写存储器 1、静态存储器（SRAM） 存储位元 双稳态触发器 T1T3：非门 T2T4：非门 两个与门交叉耦合 “1”：A高B低 “0”：A低B高,MOS静态存储器六管结构的存储位元图,SRAM存储器的组成 地址译码方式有两种：线性译码方式和双向译码方式,线性译码方式,双向译码方式,（SRAM的外部特性）,CS#,R/W#,A0-An-1,D0-Dm-1,SRAM的实例 2114 1K*4b 双向译码（6根行地址线，4根列地址线，64*64 阵列） 6116 2K*8b,SRAM的读写过程P116-117,2、动态存储器（DRAM） 存储位元 电容C上有电荷，则存储位元存储的信息是“

6、1”；反之，存储位元存储的信息是“0”。 “再生”。破坏性地读，需重写信息 “刷新” 为了节省芯片面积，DRAM都用小电容来存储数据，电容存在着漏电阻，因此电容中的电荷很快就会通过漏电阻放电而中和，为了长时间保存信息，就必须定时补充电荷,MOS动态存储器单管结构的存储位元,Cd是数据线上的分布电容 Cd大于C 读出的过程是C放电的过程，破坏性地读 需再生：将读出的数据经放大整形后写回存储单元。,DRAM存储器的组成,4M4位的DRAM 11根地址线,DRAM的刷新 （按行刷新） 从上一次刷新结束到下一次对整个DRAM全部刷新一遍为止，这一段时间间隔称为刷新周期。 刷新间隔：芯片的参数，2MS，

7、4MS，8MS 通常， DRAM允许的单元刷新间隔时间是2ms 刷新电路的工作方式一般有三种：集中式刷新、分散式刷新和异步式刷新。 存储器存储周期TC 存取时间TA 读写或信息维持时间TM,（1）集中式刷新,存储器存储周期TC=TM 设N行 集中刷新的时间=N*TC 刷新周期=刷新间隔 例16K*1BIT 的DRAM ,4个128*128阵列,刷新间隔为2MS,TM=0.5US 2ms/0.5us=4000个存储周期, 其中128个存储周期用于刷新,集中刷新的时间=128*TC=64us, (死时间), 3872个TC用于访问存储器.,（2）分散式刷新,每个存储周期刷新一行, 一个存储周期TC

8、=TM+TR, TR为用于刷新的时间. 刷新周期=行数*TC 刷新周期刷新间隔 例16K*1BIT 的DRAM ,4个128*128阵列,刷新间隔为2MS, TM=0.5US 当TR=TM时,TC=2TM=1US, 刷新周期=128*TC=128US,（3）异步式刷新,异步刷新采取折中的办法，在2ms内分散地把各行刷新一遍。避免了分散式刷 新中不必要的多次刷新，提高了整机速度。同时又解决了集中式刷新中“死区”时间 过长的问题。 刷新周期=刷新间隔 刷新信号的周期=刷新间隔/行数 还是对于64K1位DRAM芯片，存储电路由4个独立的128128的存储矩阵组成。 单元刷新间隔是2ms，TM=0.5

9、US, TC=TM=500ns，则 刷新信号的周期为2ms/128=15.625s。 让刷新电路每隔15s产生一个刷新信号， 刷新一行存储单元的内容。,SRAM与DRAM的区别,SRAM DRAM 存储信息方式 双稳态触发器电容 断电后信息 会丢失不丢失 刷新 不需要 要 速度 快 集成度 低 容量 小 价格 高 功耗 高,二、只读存储器 掩膜式只读存储器（MROM） 可编程只读存储器(PROM) 可擦除可编程序的只读存储器（EPROM） 可用电擦除可编程序的只读存储器（E2PROM） 闪存（Flash Memory）,ROM的基本结构,几种非易失性存储器的比较,三、高性能的主存储器P126 EDRAM，即增强型DRAM CDRAM，带Cach