【正文】 周期 0020H ? ? ? ? ? ? 0018H 2022/3/13 29 整數(shù)邊界地址安排 ? 1字節(jié) XXXX …… XXXXXB ? 16位（半字） ? XXXX …… XXXX0B ? 32位（單字） ? XXXX …… XXX00B ? 64位（雙字） ? XXXX …… XX000B 2022/3/13 30 整數(shù)的問(wèn)題 ?空間浪費(fèi)！ ?但隨著半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的擴(kuò)容， 以空間換取速度勢(shì)在必行 2022/3/13 31 3．價(jià)格 ? 存儲(chǔ)器的價(jià)格常用每位的價(jià)格來(lái)衡量。 2022/3/13 26 ? 1. 無(wú)邊界情況 0000H 0008H 0010H 64位 /存儲(chǔ)周期 0020H ? ? ? ? ? ? 0018H 2022/3/13 27 無(wú)邊界的問(wèn)題 ? 若地址分配不合理的話，則會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)周期才能將數(shù)據(jù)傳送完畢。 ? 如，設(shè) 32位字長(zhǎng)計(jì)算機(jī)的一個(gè)存儲(chǔ)周期內(nèi)可傳輸 64位的信息，且可傳輸 8位、16位、 32位、 64位等不同長(zhǎng)度信息。 ? ② 減少 TM，如引入 Cache。 ? W：存儲(chǔ)器總線的寬度，對(duì)于單體存儲(chǔ)器， W就是數(shù)據(jù)總線的根數(shù)。 ? 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 TM＝ TA＋ 一定的恢復(fù)時(shí)間 ? MOS型存儲(chǔ)器的 TM約 100ns ? 雙極型 TTL存儲(chǔ)器的 TM約 10ns 2022/3/13 24 ? ⑶ 帶寬 （ 存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)傳輸率 、頻寬 Bm） ? 存儲(chǔ)器單位時(shí)間所存取的二進(jìn)制信息的位數(shù)。 2022/3/13 23 ? ⑵ 存取周期 （存儲(chǔ)周期、讀寫(xiě)周期 TM） ? 存儲(chǔ)器相鄰兩次存取操作所需的最小時(shí)間間隔。 ? 讀出時(shí)間 ：從存儲(chǔ)器接到有效地址開(kāi)始到產(chǎn)生有效輸出所需的時(shí)間。 ? ⑴ 取數(shù)時(shí)間 （存儲(chǔ)器訪問(wèn)時(shí)間 TA） ? 從啟動(dòng)一次存儲(chǔ)器存取操作到完成該操作所需的全部時(shí)間。 2022/3/13 21 ? 存儲(chǔ)容量的主要計(jì)量單位： ? 1K＝ 210＝ 1024 ? 1M＝ 220＝ 1024K＝ 1048576 ? 1G＝ 230＝ 1024M＝ 1073741824 ? 容量與存儲(chǔ)器地址線的關(guān)系 ? 1K＝ 210 需要 10根地址線 ? 1M＝ 220 需要 20根地址線 ? 256M＝ 228 需要 28根地址線 2022/3/13 22 2．速度 ? 由于主存的速度慢于 CPU速度，所以主存速度直接影響著 CPU執(zhí)行指令的速度。 ? 如： 512k 16位，表示主存有 512k個(gè)單元，每個(gè)單元為 16位。 2022/3/13 20 存儲(chǔ)器的主要性能指標(biāo) ? 衡量主存的性能指標(biāo)主要有： ? 1．存儲(chǔ)容量：存儲(chǔ)器所能存儲(chǔ)的二進(jìn)制信息總量。 ? 目前多數(shù)計(jì)算機(jī)采用同步方式控制 CPU與主存之間的數(shù)據(jù)傳送。即在一個(gè)存取周期內(nèi)完成。 2022/3/13 18 主存的操作過(guò)程 ? MAR：地址寄存器 MDR：數(shù)據(jù)寄存器 CPU 讀操作（取操作） 地址（ MAR） AB MEM 讀命令（ Read） CB MEM MEM 存儲(chǔ)單元內(nèi)容（ M） DB MDR CPU 寫(xiě)操作（存操作） 地址（ MAR） AB MEM 寫(xiě)命令（ Write） CB MEM MEM 存儲(chǔ)單元 M DB MDR 2022/3/13 19 ? CPU與主存之間的數(shù)據(jù)傳送，可采用同步控制方式，也可采用異步控制方式。 2022/3/13 17 2. 主存與 CPU的連接及主存的操作 ? 主存儲(chǔ)器用于存放 CPU正在運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)。 2022/3/13 16 ? ⑽ 時(shí)序控制電路 ：用于接收來(lái)自 CPU的讀寫(xiě)控制信號(hào)，產(chǎn)生存儲(chǔ)器操作所需的各種時(shí)序控制信號(hào)，控制存儲(chǔ)器完成指定的操作。 ? ⑼ 數(shù)據(jù)寄存器 ：暫存需要寫(xiě)入或讀出的數(shù)據(jù)。 ? ⑺ 地址譯碼與驅(qū)動(dòng)電路 ：用于對(duì)地址寄存器中的地址進(jìn)行譯碼，通過(guò)對(duì)應(yīng)的地址選擇線到存儲(chǔ)陣列中找到所要訪問(wèn)的存儲(chǔ)單元，并提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)其完成指定的存取操作。 2022/3/13 13 地址 00 01 10 11 0000 0 1 2 3 0100 4 5 6 7 1000 8 9 10 11 1100 12 13 14 15 2022/3/13 14 主存的基本組成 2022/3/13 15 ? ⑹ 地址寄存器 ：用于存放所要訪問(wèn)的存儲(chǔ)單元的地址。 ? 例： 一個(gè) 32位字長(zhǎng)的按字節(jié)尋址計(jì)算機(jī)，一個(gè)存儲(chǔ)器字中包含四個(gè)可單獨(dú)尋址的字節(jié)單元，當(dāng)需要訪問(wèn)一個(gè)字，即同時(shí)訪問(wèn) 4個(gè)字節(jié)時(shí)，可以按地址的整數(shù)邊界進(jìn)行存取。 ? ① 按字節(jié)編址：相鄰的兩個(gè)單元是兩個(gè)字節(jié)。要對(duì)某一存儲(chǔ)單元進(jìn)行存取操作，必須首先給出被訪問(wèn)的存儲(chǔ)單元的地址。 ? ⑷ 存儲(chǔ)單元的地址 ：存儲(chǔ)體中每個(gè)存儲(chǔ)單元被賦予的一個(gè)唯一的編號(hào)。 ? ⑶ 存儲(chǔ)體（存儲(chǔ)陣列） ： 把大量存儲(chǔ)單元電路按一定形式排列起來(lái)，即構(gòu)成存儲(chǔ)體。即可以讀出所存的“ 0”、 “ 1”。即可以寫(xiě)入 “ 0”、 “ 1”。即可以存儲(chǔ) “ 0”、 “ 1” 。存儲(chǔ)元是存儲(chǔ)器中最小的存儲(chǔ)單位。 2022/3/13 10 主存儲(chǔ)器的組成和基本操作 ? 1. 主存的基本組成 ? ⑴ 存儲(chǔ)元件 （ 存儲(chǔ)元 、 存儲(chǔ)位 ） ? 能夠存儲(chǔ)一位二進(jìn)制信息的物理器件。 ? (2) 非易失性存儲(chǔ)器 ? 電源掉電后，信息仍能繼續(xù)保存。 ? 4. 按信息的可保存性分類 ? (1) 易失性存儲(chǔ)器 ? 電源掉電后，信息自動(dòng)丟失。 2022/3/13 9 ? (3)光存儲(chǔ)器 ? 利用光學(xué)原理制成的存儲(chǔ)器，它是通過(guò)能量高度集中的激光束照在基體表面引起物理的或化學(xué)的變化，記憶二進(jìn)制信息。 ? (2)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 ? 用半導(dǎo)體器件組成的存儲(chǔ)器。早期有磁芯存儲(chǔ)器。 ? (1)磁存儲(chǔ)器 ? 采用磁性材料制成存儲(chǔ)器。 2022/3/13 8 3．按存儲(chǔ)介質(zhì)分類 ? 存儲(chǔ)介質(zhì)：具有兩個(gè)穩(wěn)定物理狀態(tài)，可用來(lái)記憶二進(jìn)制代碼的物質(zhì)或物理器件。也稱半順序存儲(chǔ)器。如磁帶存儲(chǔ)器，信息通常是以文件或數(shù)據(jù)塊形式按順序存放，信息在載體上沒(méi)有唯一對(duì)應(yīng)的地址，完全按順序存放或讀取。 ROM還可以用作其它固定存儲(chǔ)器，如存放微程序的控制存儲(chǔ)器、存放字符點(diǎn)陣圖案的字符發(fā)生器等。 ? (2) 只讀存儲(chǔ)器 (ROM) ? 存儲(chǔ)器任何單元的內(nèi)容只能隨機(jī)地讀出而不能隨便寫(xiě)入和修改。 2022/3/13 6 2．按存取方式分類 ? (1) 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 (RAM) ? 存儲(chǔ)器任何單元的內(nèi)容均可按其地址隨機(jī)地讀取或?qū)懭?，且存取時(shí)間與單元的物理位置無(wú)關(guān)。 2022/3/13 5 ? (3)高速緩沖存儲(chǔ)器（ Cache） ? 是一種介于主存與 CPU之間用于解決CPU與主存間速度匹配問(wèn)題的高速小容量的存儲(chǔ)器。 ? CPU不能直接訪問(wèn)輔助存儲(chǔ)器。 ? (2)輔助存儲(chǔ)器 ? 為解決主存容量不足而設(shè)置的存儲(chǔ)器，用于存放當(dāng)前不參加運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)。主存儲(chǔ)器設(shè)在主機(jī)內(nèi)部，所以又稱內(nèi)存儲(chǔ)器。 2022/3/13 4 存儲(chǔ)器分類 ? 1．按與 CPU的連接和功能分類 ? (1)主存儲(chǔ)器 CPU能夠直接訪問(wèn)的存儲(chǔ)器。 ? 輔助存儲(chǔ)器的工作原理 2022/3/13 3 存儲(chǔ)器概述 ? 存儲(chǔ)器 ：計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)部件，用于存放程序和數(shù)據(jù)。2022/3/13 169。2022 張功萱、 顧一禾、王曉峰修訂 1 第四章 存儲(chǔ)器系統(tǒng) 2022/3/13 2 本章學(xué)習(xí)內(nèi)容 ? 存儲(chǔ)器的分類及層次結(jié)構(gòu) ? 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的工作原理以及與 CPU的連接。 ? 計(jì)算機(jī)發(fā)展的重要問(wèn)題之一，就是如何設(shè)計(jì)容量大、速度快、價(jià)格低的存儲(chǔ)器。用于存放當(dāng)前運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)。簡(jiǎn)稱 內(nèi)存 或 主存 。當(dāng)需要運(yùn)行程序和數(shù)據(jù)時(shí)，將它們成批調(diào)入內(nèi)存供 CPU使用。 ? 輔助存儲(chǔ)器屬于外部設(shè)備，所以又稱為外存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱 外存 或 輔存 。 Cache用于存放 CPU立即要運(yùn)行或剛使用過(guò)的程序和數(shù)據(jù)。 RAM主要用于組成主存。 ? ROM可以作為主存的一部分，用于存放不變的程序和數(shù)據(jù)，與 RAM分享相同的主存空間。 2022/3/13 7 ? (3) 順序存取存儲(chǔ)器 (SAM) ? 存儲(chǔ)器所存信息的排列、尋址和讀寫(xiě)操作均是按順序進(jìn)行的，并且存取時(shí)間與信息在存儲(chǔ)器中的物理位置有關(guān)。 ? (4) 直接存取存儲(chǔ)器（ DAM） ? 介于 RAM和 SAM之間的存儲(chǔ)器。典型的 DAM如磁盤(pán)，當(dāng)進(jìn)行信息存取時(shí)，先進(jìn)行尋道，屬于隨機(jī)方式，然后在磁道中尋找扇區(qū)，屬于順序方式。 ? 目前，構(gòu)成存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)介質(zhì)主要是半導(dǎo)體器件和磁性材料。 ? 磁存儲(chǔ)器是利用磁性材料的的兩個(gè)不同剩磁狀態(tài)存放二進(jìn)制代碼 “ 0”和 “ 1”。現(xiàn)多為磁表面存儲(chǔ)器，如磁盤(pán)、磁帶等。根據(jù)工藝不同，可分為雙極型和 MOS型。如光盤(pán)存儲(chǔ)器。如半導(dǎo)體 RAM。如 ROM、磁盤(pán)、光盤(pán)等。如一個(gè)雙穩(wěn)態(tài)半導(dǎo)體電路、一個(gè) CMOS晶體管或一個(gè)磁性材料的存儲(chǔ)元等。 ? 作為存儲(chǔ)元的條件： ? ① 有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。 ? ② 在外界的激勵(lì)下，能夠進(jìn)入要求的狀態(tài)。 ? ③ 能夠識(shí)別器件當(dāng)前的狀態(tài)。 2022/3/13 11 ? ⑵ 存儲(chǔ)單元 ：由一組存儲(chǔ)元件組成，可以同時(shí)進(jìn)行讀寫(xiě)。存儲(chǔ)體一般都排列成陣列形式，所以又稱存儲(chǔ)陣列。存儲(chǔ)單元的地址用于區(qū)別不同的存儲(chǔ)單元。 2022/3/13 12 ? ⑸ 存儲(chǔ)單元的編址 ? 編址單位：存儲(chǔ)器中可尋址的最小單位。 ? ② 按字編址：相鄰的兩個(gè)單元是兩個(gè)字。即每個(gè)字的編址中最低 2位的二進(jìn)制數(shù)必須是 “ 00” ，這樣可以由地址的低兩位來(lái)區(qū)分不同的字節(jié)。要對(duì)某一單元進(jìn)行存取操作，首先應(yīng)通過(guò)地址總線將被訪問(wèn)單元地址存放到地址寄存器中。 ? ⑻ 讀寫(xiě)電路 ：根據(jù) CPU發(fā)出的讀寫(xiě)控制命令，控制對(duì)存儲(chǔ)單元的讀寫(xiě)。數(shù)據(jù)寄存器是存儲(chǔ)器與計(jì)算機(jī)其它功能部件聯(lián)系的橋梁。如果存儲(chǔ)器采用異步控制方式，當(dāng)一個(gè)存取操作完成后，該控制電路還應(yīng)給出存儲(chǔ)器操作完成（ MFC）信號(hào)。主存與 CPU之間通過(guò)總線進(jìn)行連接。 ? 同步控制方式 ：數(shù)據(jù)傳送在固定的時(shí)間間隔內(nèi)完成。 ? 異步控制方式 ：數(shù)據(jù)傳送的時(shí)間不固定，存儲(chǔ)器在完成讀 /寫(xiě)操作后，需向 CPU回送 “ 存儲(chǔ)器功能完成 ” 信號(hào)（ MFC），表示一次數(shù)據(jù)傳送完成。 ? 由于異步控制方式允許不同速度的設(shè)備進(jìn)行信息交換，所以多用于 CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳送中。 ? 存儲(chǔ)容量的表示： ? ① 用存儲(chǔ)單元數(shù)與每個(gè)單元的位數(shù)的乘積表示。 ? ② 在以字節(jié)為編址單位的機(jī)器中，常用字節(jié)表示存儲(chǔ)容量，例如 4MB、 16MB分別表示主存可容納 4兆個(gè)字節(jié) (MB)信息和 16兆個(gè)字節(jié)信息。因此，速度是主存的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)。 ? 即從接到 CPU發(fā)出的讀 /寫(xiě)命令和地址信號(hào)到數(shù)據(jù)讀入 MDR/從 MDR寫(xiě)入 MEM所需的時(shí)間。 ? 寫(xiě)入時(shí)間 ：從存儲(chǔ)器接到有效地址開(kāi)始到數(shù)據(jù)寫(xiě)入被選中單元為止所需的時(shí)間。 ? 由于存儲(chǔ)器一次存取操作后，需有一定的恢復(fù)時(shí)間，所以存儲(chǔ)周期 TM大于取數(shù)時(shí)間 TA。 ? 帶寬等于存儲(chǔ)器總線寬度除以存取周期。 ? 帶寬的單位：兆字節(jié) /秒 ? 提高存儲(chǔ)器速度的途徑 ? ① 提高總線寬度 W，如采用多體交叉存儲(chǔ)方式。 MTWBm ?2022/3/13 25 整數(shù)邊界存儲(chǔ) ? 當(dāng)計(jì)算機(jī)具有多種信息長(zhǎng)度（ 8位、 16位、 32位等），則應(yīng)當(dāng)按存儲(chǔ)周期的最大信息傳輸量為界（ Bm為界），保證數(shù)據(jù)都能在一個(gè)存儲(chǔ)周期內(nèi)存取完畢。請(qǐng)給出 1個(gè) 8位、 2個(gè) 16位、 2個(gè) 32位、 1個(gè) 64位等信息的存儲(chǔ)地址。 ? 如上圖的第 1個(gè) 16位、第 2個(gè) 32位和 64位都需兩個(gè)存儲(chǔ)周期。 ? 設(shè)存儲(chǔ)器容量為 S位，總價(jià)格為 C總 ，每位價(jià)格為 c ? c＝ C總 /S ? C總 不僅包含存儲(chǔ)器組件本身的價(jià)格，也包括為該存儲(chǔ)器操作服務(wù)的外圍電路的價(jià)格。 ? 除上述三個(gè)指標(biāo)外，影響存儲(chǔ)器性能的還有功耗、可靠性等因素。高速的存儲(chǔ)器往往價(jià)格也高，因而容量也不可能很大。即構(gòu)成存儲(chǔ)器系統(tǒng)的多級(jí)層次結(jié)構(gòu)。大量的信息存放在大容量的輔助存儲(chǔ)器中，當(dāng)需要使用這些信息時(shí)，借助輔助軟、硬件，自動(dòng)地以頁(yè)或段為單位成批調(diào)入主存中。通過(guò)輔助硬件，把主存和 Cache構(gòu)成統(tǒng)一整體，使它具有接近 Cache的速度、主存的容量和接近于主存的平均價(jià)格。它們各自又有許多