【正文】 存儲器概述 隨機(jī)讀寫存儲器 只讀存儲器和閃速存儲器 高速存儲器 cache存儲器 虛擬存儲器 存儲保護(hù) 第 3章 存儲系統(tǒng) 存儲器概述 ?存儲器的兩大功能： 存儲 （ 寫入 Write） 取出 （ 讀出 Read） ?三項基本要求： 大容量 高速度 低成本 存儲器概述 ?概念 基本存儲單元 ：存儲一位 （ bit） 二進(jìn)制代碼的存儲元件稱為基本存儲單元 （ 或存儲元 ） 存儲單元 ：主存中最小可編址的單位 ， 是CPU對主存可訪問操作的最小單位 。 存儲器 ：多個存儲單元按一定規(guī)則組成一個整體 。 存儲器的分類 1. 按存儲介質(zhì)分類 2. 按存取方式分類 3. 按存儲器的讀寫功能分類 4. 按信息的可保存性分類 5. 按在計算機(jī)系統(tǒng)中的作用分類 存儲器分類 半導(dǎo)體存儲器 ：用半導(dǎo)體器件組成的存儲器 磁表面存儲器 ：用磁性材料做成的存儲器 ★ 按存儲介質(zhì)分 ★ 按存儲方式分 隨機(jī)存儲器 ：任何存儲單元的內(nèi)容都能被隨機(jī)存取 ，且存取時間和存儲單元的物理位置無關(guān) 順序存儲器 ：只能按某種順序來存取，存取時間和存儲單元的物理位置有關(guān) ★ 按存儲器的讀寫功能分： ROM， RAM ★ 按信息的可保存性分： 非永久記憶，永久記憶 ★ 按在計算機(jī)系統(tǒng)中的作用分： 主存、輔存、高速緩存、控制存儲器 計算機(jī)組成原理 6 存儲器的分級結(jié)構(gòu) 示意圖 虛擬存儲器 ?寄存器 ? 微處理器內(nèi)部的存儲單元 ?高速緩存 （ Cache） ? 完全用硬件實現(xiàn)主存儲器的速度提高 ?主存儲器 ? 存放當(dāng)前運行程序和數(shù)據(jù) ， 采用半導(dǎo)體存儲器構(gòu)成 ?輔助存儲器 ? 磁記錄或光記錄方式 ? 磁盤或光盤形式存放可讀可寫或只讀內(nèi)容 ? 以外設(shè)方式連接和訪問 計算機(jī)組成原理 8 主存儲器的技術(shù)指標(biāo) ? 存儲容量 ?主存存儲容量：以字節(jié) B（ Byte） 為基本單位 ?半導(dǎo)體存儲器芯片：以位 b （ Bit） 為基本單位 ?存儲容量以 210＝ 1024規(guī)律表達(dá) KB， MB， GB和 TB ?廠商常以 103＝ 1000規(guī)律表達(dá) KB， MB， GB和 TB ? 存取時間 （ 訪問時間 ） ?發(fā)出讀 /寫命令到數(shù)據(jù)傳輸操作完成所經(jīng)歷的時間 ? 存取周期 ?兩次存儲器訪問所允許的最小時間間隔 ?存取周期大于等于存取時間 ? 存儲器帶寬 （ 數(shù)據(jù)傳輸速率 ） ?單位時間里存儲器所存取的信息量 計算機(jī)組成原理 9 隨機(jī)讀寫存儲器 ? SRAM（ 靜態(tài) RAM： Static RAM） ?以觸發(fā)器為基本存儲單元 ?不需要額外的刷新電路 ?速度快 ， 但集成度低 ， 功耗和價格較高 ? DRAM（ 動態(tài) RAM： Dynamic RAM） ?以單個 MOS管為基本存儲單元 ?要不斷進(jìn)行刷新 （ Refresh） 操作 ?集成度高 、 價格低 、 功耗小 ， 但速度較 SRAM慢 計算機(jī)組成原理 10 SRAM存儲器 ? 6個開關(guān)管組成一個存儲元 ， 存儲一位信息 ? N(=1/4/8/16/32)個存儲元組成一個存儲單元 ? 存儲器芯片的大量存儲單元構(gòu)成存儲體 ? 存儲器芯片結(jié)構(gòu)： 存儲單元數(shù) 每個存儲單元的數(shù)據(jù)位數(shù) ＝ 2M N＝芯片的存儲容量 ? M＝芯片地址線的個數(shù) ? N＝數(shù)據(jù)線的個數(shù) 舉例 存儲結(jié)構(gòu) 2K 8 ?16K位存儲容量 ?11個地址引腳 ?8個數(shù)據(jù)引腳 計算機(jī)組成原理 11 SRAM的控制信號 ? 片選 （ CS*或 CE*） ?片選有效 ， 才可以對芯片進(jìn)行讀 /寫操作 ?無效時 ， 數(shù)據(jù)引腳呈現(xiàn)高阻狀態(tài) ， 并可降低功耗 ? 讀控制 （ OE*） ?芯片被選中有效 ， 數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)引腳 ?對應(yīng)存儲器讀 MEMR* ? 寫控制 （ WE*） ?芯片被選中的前提下 ， 若有效 ， 將數(shù)據(jù)寫入 ?對應(yīng)存儲器寫 MEMW* SRAM 2114 計算機(jī)組成原理 12 靜態(tài) MOS存儲器 ? 基本存儲元 — 6管靜態(tài) MOS存儲元 A、 電路圖： 由兩個 MOS反相器交叉耦合而成的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 。 B A T5 T4 T3 T1 T2 T6 BS0 V BS1 讀 /寫“ 0” 讀 /寫“ 1” 位 /讀出線 位 /讀出線 字線 6管 MOS存儲電路 計算機(jī)組成原理 13 讀 /寫“ 0” B A T2 T5 T4 T0 T1 I/O I/O T7 T6 T3 BS0 V BS1 讀 /寫“ 1” 位 /讀出線 位 /讀出線 Y選擇線 X選擇線 6管雙向選擇 MOS存儲電路 基本存儲元 — 6管雙向選擇 MOS存儲元 在縱向一列上的 6管存儲元共用一對 Y選擇控制管 T6 、T7 ，這樣存儲體管子增加不多，但是雙向地址譯碼選擇，因為對Ｙ選擇線選中的一列只是一對控制管接通，只有 X選擇線也被選中，該位才被重合選中。 計算機(jī)組成原理 14 靜態(tài) MOS存儲器 基本存儲元 — 6管靜態(tài) MOS存儲元 B、 存儲元的工作原理 ① 寫操作 。 在字線上加一個正電壓的字脈沖 ， 使 T2 、 T3 管導(dǎo)通 。若要寫 “ 0” ， 無論該位存儲元電路原存何種狀態(tài) ， 只需使寫“ 0” 的位線 BS0 電壓降為地電位 （ 加負(fù)電壓的位脈沖 ） ， 經(jīng)導(dǎo)通的Ｔ 2 管 ， 迫使節(jié)點Ａ的電位等于地電位 ， 就能使Ｔ 1 管截止而Ｔ 0 管導(dǎo)通 。 寫入 1， 只需使寫 1的位線 BS1 降為地電位 ，經(jīng)導(dǎo)通的 T3 管傳給節(jié)點Ｂ ， 迫使 T0 管截止而 T1 管導(dǎo)通 。 寫入過程是字線上的字脈沖和位線上的位脈沖相重合的操作過程 。 計算機(jī)組成原理 15 靜態(tài) MOS存儲器 基本存儲元 — 6管靜態(tài) MOS存儲元 B、 存儲元的工作原理 ② 讀操作 。 只需字線上加高電位的字脈沖 ， 使 T2 、 T3 管導(dǎo)通 ， 把節(jié)點 A、 B分別連到位線 。 若該位存儲電路原存 “ 0” ， 節(jié)點Ａ是低電位 ， 經(jīng)一外加負(fù)載而接在位線ＢＳ 0 上的外加電源 ， 就會產(chǎn)生一個流入 BS0 線的小電流 （ 流向節(jié)點Ａ經(jīng) T0 導(dǎo)通管入地 ） 。 “ 0” 位線上 BS0 就從平時的高電位Ｖ下降一個很小的電壓 ， 經(jīng)差動放大器檢測出 “ ０ ” 信號 。 若該位原存 “ 1” ， 就會在 “ 1” 位線 BS1 中流入電流 ， 在 BS1 位線上產(chǎn)生電壓降 ， 經(jīng)差動放大器檢測出讀 “ 1” 信號 。 讀出過程中 ， 位線變成了讀出線 。 讀取信息不影響觸發(fā)器原來狀態(tài) ， 故讀出是非破壞性的讀出 。 ③ 若字線不加正脈沖 ， 說明此存儲元沒有選中 ， T2 ， T3 管截止 ，A、 B結(jié)點與位／讀出線隔離 ， 存儲元存儲并保存原存信息 。 計算機(jī)組成原理 16 計算機(jī)組成原理 17 靜態(tài) MOS存儲器 ? RAM結(jié)構(gòu)與地址譯碼 — 字結(jié)構(gòu)或單譯碼方式 （ 1） 結(jié)構(gòu)： (A) 存儲容量Ｍ =Ｗ行 b列； (B) 陣列的每一行對應(yīng)一個字 ， 有一根公用的字選擇線Ｗ； (C) 每一列對應(yīng)字線中的一位 ， 有兩根公用的位線 BS0 與 BS1 。 (D) 存儲器的地址不分組 ， 只用一組地址譯碼器 。 （ 2） 字結(jié)構(gòu)是 2度存儲器：只需使用具有兩個功能端的基本存儲電路：字線和位線 （ 3） 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單 ， 速度快：適用于小容量 M （ 4） 缺點：外圍電路多 、 成本昂貴 ， 結(jié)構(gòu)不合理結(jié)構(gòu) 。 計算機(jī)組成原理 18 靜態(tài) MOS存儲器 地址 寫選通 b7 讀出 寫入 讀選通 A3 A2 A1 A0 字線 W15 W1 W0 BS1 BS0 字結(jié)構(gòu)或單譯碼方式的 RAM 16 選 1 地 址 譯 碼 器 FF FF FF FF FF FF FF FF FF 讀寫電路 讀寫電路 讀寫電路 …… ：： b1 讀出 寫入 b0 讀出 寫入 計算機(jī)組成原理 19 靜態(tài) MOS存儲器 ? RAM結(jié)構(gòu)與地址譯碼 — 位結(jié)構(gòu)或雙譯碼方式 ? （ 1） 結(jié)構(gòu)： (A) 容量： N（ 字 ） b（ 位 ） 的 RAM， 把每個字的同一位組織在一個存儲片上 ， 每片是 N 1；再把 b 片并列連接 ， 組成一個 N b的存儲體 ， 就構(gòu)成一個位結(jié)構(gòu)的存儲器 。 (B) 在每一個 N 1存儲片中 ， 字?jǐn)?shù)Ｎ被當(dāng)作基本存儲電路的個數(shù) 。若把 N＝２ n 個基本存儲電路排列成 Nx行與 Ny列的存儲陣列 ， 把 CPU送來的 n位選擇地址按行和列兩個方向劃分成 nx 和 ny 兩組 ， 經(jīng)行和列方 向譯碼器 ，分別選擇驅(qū)動行線Ｘ與列線Ｙ 。 (C) 采用雙譯碼結(jié)構(gòu) ， 可以減少選擇線的數(shù)目 。 （ 2） 優(yōu)：驅(qū)動電路節(jié)省 ， 結(jié)構(gòu)合理 ， 適用于大容量存儲器 。 計算機(jī)組成原理 20 靜態(tài) MOS存儲器 Y1 Y64 X64 X1 A5 A4 A3 A2 A1 A0 位結(jié)構(gòu)雙譯碼