計算機(jī)硬件基礎(chǔ)存儲器對應(yīng)教材ppt課件

1、16 存儲器存儲器v存儲系統(tǒng)的層次構(gòu)造存儲系統(tǒng)的層次構(gòu)造v半導(dǎo)體存儲器和只讀存儲器半導(dǎo)體存儲器和只讀存儲器v主存儲器、存儲器的容量擴(kuò)展主存儲器、存儲器的容量擴(kuò)展v虛擬存儲器與高速緩沖存儲器虛擬存儲器與高速緩沖存儲器26.1 6.1 概述概述v存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)v存儲器的分類及主要技術(shù)目的存儲器的分類及主要技術(shù)目的3微型機(jī)的存儲系統(tǒng)微型機(jī)的存儲系統(tǒng)v將兩個或兩個以上速度、容量和價錢將兩個或兩個以上速度、容量和價錢各不一樣的存儲器用硬件、軟件或軟各不一樣的存儲器用硬件、軟件或軟硬件相結(jié)合的方法銜接起來就構(gòu)成存硬件相結(jié)合的方法銜接起來就構(gòu)成存儲系統(tǒng)。儲系統(tǒng)。v系統(tǒng)的存儲速度接近較快的存儲器，系統(tǒng)的存儲

2、速度接近較快的存儲器，容量接近較大的存儲器。容量接近較大的存儲器。4微型計算機(jī)系統(tǒng)微型計算機(jī)系統(tǒng)高速緩沖存儲系統(tǒng)高速緩沖存儲系統(tǒng)主存儲器主存儲器高速緩沖存儲器高速緩沖存儲器虛擬存儲系統(tǒng)虛擬存儲系統(tǒng)主存儲器主存儲器輔助存儲器輔助存儲器5存儲器的分類存儲器的分類v按在系統(tǒng)中的位置分類按在系統(tǒng)中的位置分類v高速緩沖存儲器、主存儲器內(nèi)存、輔助高速緩沖存儲器、主存儲器內(nèi)存、輔助存儲器外存存儲器外存v按存儲介質(zhì)分類按存儲介質(zhì)分類v半導(dǎo)體存儲器、磁外表存儲器、光存儲器半導(dǎo)體存儲器、磁外表存儲器、光存儲器v按讀寫性質(zhì)分類按讀寫性質(zhì)分類v隨機(jī)存儲器隨機(jī)存儲器RAM、只讀存儲器、只讀存儲器ROM66.2 半導(dǎo)體存

3、儲器半導(dǎo)體存儲器v由可以表示由可以表示“0和和“1、具有記憶功、具有記憶功能的一些物理器件組成。能的一些物理器件組成。v能存放一位二進(jìn)制數(shù)的物理器件稱為能存放一位二進(jìn)制數(shù)的物理器件稱為一個存儲元。一個存儲元。v假設(shè)干存儲元構(gòu)成一個存儲單元。假設(shè)干存儲元構(gòu)成一個存儲單元。76.2.1 常用半導(dǎo)體存儲器常用半導(dǎo)體存儲器隨機(jī)存取存儲器隨機(jī)存取存儲器RAM只讀存儲器只讀存儲器ROMFLASH存儲器閃存存儲器閃存靜態(tài)靜態(tài)RAM動態(tài)動態(tài)RAM掩模掩模ROM一次編程型一次編程型ROMPROM可讀寫可讀寫ROMEPROMEEROM6.2.2 半導(dǎo)體存儲器的根本構(gòu)造半導(dǎo)體存儲器的根本構(gòu)造v存儲矩陣存儲矩陣v地址

4、譯碼器地址譯碼器v存儲控制電路存儲控制電路v三態(tài)雙向緩沖器三態(tài)雙向緩沖器96.2.3 半導(dǎo)體隨機(jī)存儲器半導(dǎo)體隨機(jī)存儲器一、靜態(tài)存儲器一、靜態(tài)存儲器SRAM存儲元由雙穩(wěn)電路構(gòu)成，存儲信息穩(wěn)定。存儲元由雙穩(wěn)電路構(gòu)成，存儲信息穩(wěn)定。10典型典型SRAM芯片芯片了解：了解：主要引腳功能主要引腳功能任務(wù)時序任務(wù)時序與系統(tǒng)的銜接運(yùn)用與系統(tǒng)的銜接運(yùn)用11SRAM 6264芯片芯片v容量：容量：8K8v芯片外部引線圖芯片外部引線圖126264芯片與系統(tǒng)的銜接芯片與系統(tǒng)的銜接D0D7A0A12WEOECS1CS2A0A12MEMWMEMR譯碼譯碼電路電路高位地高位地址信號址信號D0D7系系統(tǒng)統(tǒng)總總線線6264

5、+5V13譯碼電路譯碼電路v將輸入的二進(jìn)制地址編碼變換為一將輸入的二進(jìn)制地址編碼變換為一個特定的輸出信號，即：個特定的輸出信號，即：v 將輸入的高位地址信號經(jīng)過變將輸入的高位地址信號經(jīng)過變換，產(chǎn)生一個有效的輸出信號，該信號換，產(chǎn)生一個有效的輸出信號，該信號選中某一個存儲器芯片，使該存儲器芯選中某一個存儲器芯片，使該存儲器芯片進(jìn)入任務(wù)形狀。片進(jìn)入任務(wù)形狀。v參與譯碼的高位地址信號決議了存儲器參與譯碼的高位地址信號決議了存儲器的地址范圍。的地址范圍。14譯碼方式譯碼方式v全地址譯碼全地址譯碼v部分地址譯碼部分地址譯碼15全地址譯碼全地址譯碼v用全部的高位地址信號作為譯碼器的用全部的高位地址信號作為

6、譯碼器的輸入輸入v存儲器芯片的每一個存儲單元都具有存儲器芯片的每一個存儲單元都具有獨(dú)一的內(nèi)存地址，即存儲單元與地址獨(dú)一的內(nèi)存地址，即存儲單元與地址編號是一對一的關(guān)系。編號是一對一的關(guān)系。16全地址譯碼例全地址譯碼例A19A18A17A16A15A14A13&16264CS1全部高位地址信號全部高位地址信號A19-A13都作為譯碼器輸入。都作為譯碼器輸入。低位地址信號低位地址信號A12-A0接到接到6264的地址引腳。的地址引腳。6264的地址范圍的地址范圍 =？17部分地址譯碼部分地址譯碼v用部分高位地址信號而不是全部用部分高位地址信號而不是全部作為譯碼器的輸入作為譯碼器的輸入v存儲器芯片的每

7、一個存儲單元具有多存儲器芯片的每一個存儲單元具有多個內(nèi)存地址，即存儲單元與地址編號個內(nèi)存地址，即存儲單元與地址編號是一對多的關(guān)系。是一對多的關(guān)系。18部分地址譯碼例部分地址譯碼例vA18不參與譯碼，從而使被選中芯片的每個單元都擁不參與譯碼，從而使被選中芯片的每個單元都擁有兩個地址。有兩個地址。6264的地址范圍？的地址范圍？A19A17A16A15A14A13&16264CS119運(yùn)用舉例運(yùn)用舉例v將將SRAM 6264芯片與系統(tǒng)銜接，使其地址范芯片與系統(tǒng)銜接，使其地址范圍為：圍為：38000H39FFFH。v運(yùn)用運(yùn)用74LS譯碼器構(gòu)成譯碼電路。譯碼器構(gòu)成譯碼電路。20運(yùn)用舉例運(yùn)用舉例D0D7

8、A0A12WEOECS1CS2A0A12MEMWMEMRD0D7A19G1G2AG2BCBA&A18A14A13A17A16A15+5VY0系系統(tǒng)統(tǒng)總總線線74LS626421二、動態(tài)存儲器二、動態(tài)存儲器DRAM 存儲元主要由電容構(gòu)成，由于電容存在的漏存儲元主要由電容構(gòu)成，由于電容存在的漏電景象而使其存儲的信息不穩(wěn)定，故電景象而使其存儲的信息不穩(wěn)定，故DRAM芯片需求定時刷新。芯片需求定時刷新。刷新：刷新：最大刷新周期：最大刷新周期：DRAM全部刷新一遍所允許的全部刷新一遍所允許的最大時間間隔；最大時間間隔；刷新方式：刷新方式：集中式刷新集中式刷新分布式刷新分布式刷新異步刷新異步刷新2223典

9、型典型DRAM芯片芯片2164Av2164A：64K1bitv采用行地址和列地址來確定一個單元；采用行地址和列地址來確定一個單元；v行列地址分時傳送。行列地址分時傳送。v共用一組地址信號線共用一組地址信號線v地址信號線的數(shù)量僅地址信號線的數(shù)量僅v 為同等容量為同等容量SRAM芯芯v 片的一半。片的一半。01000 1 0 0COLROW存儲矩陣存儲矩陣242164A的內(nèi)部構(gòu)造的內(nèi)部構(gòu)造A0A7存儲矩陣256256行地址鎖存及譯碼列地址鎖存及譯碼.列放大器.DoutDin控制電路RAS#CAS#WE#25任務(wù)時序任務(wù)時序v數(shù)據(jù)讀出數(shù)據(jù)讀出v數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)寫入v刷新，一次一行刷新，一次一行v 266

10、.2.4 6.2.4 只讀存儲器只讀存儲器ROMROM特點(diǎn)：特點(diǎn)：可隨機(jī)讀取數(shù)據(jù)，但不能隨機(jī)寫入；可隨機(jī)讀取數(shù)據(jù)，但不能隨機(jī)寫入；掉電后信息不喪失掉電后信息不喪失27一、一、EPROM特點(diǎn)：特點(diǎn)：可多次編程寫入；可多次編程寫入；掉電后內(nèi)容不喪失；掉電后內(nèi)容不喪失；內(nèi)容的擦除需用紫外線擦除器。內(nèi)容的擦除需用紫外線擦除器。28典型典型EPROM芯片芯片2764v8K8bit芯片，其引腳與芯片，其引腳與SRAM 6264完全兼容；完全兼容；v地址信號：地址信號：A0 A12v數(shù)據(jù)信號：數(shù)據(jù)信號：D0 D7v輸出信號：輸出信號：OEv片選信號：片選信號：CEv編程脈沖輸入：編程脈沖輸入：PGM2927

11、64的任務(wù)方式的任務(wù)方式數(shù)據(jù)讀出數(shù)據(jù)讀出編程寫入編程寫入擦除擦除規(guī)范編程方式規(guī)范編程方式快速編程方式快速編程方式編程寫入：編程寫入： 每出現(xiàn)一個編程脈沖就寫入一個字節(jié)數(shù)據(jù)每出現(xiàn)一個編程脈沖就寫入一個字節(jié)數(shù)據(jù)30二、二、EEPROM特點(diǎn)：特點(diǎn)：可在線編程寫入；可在線編程寫入；掉電后內(nèi)容不喪失；掉電后內(nèi)容不喪失；電可擦除。電可擦除。31任務(wù)方式任務(wù)方式v數(shù)據(jù)讀出數(shù)據(jù)讀出v編程寫入編程寫入v擦除擦除字節(jié)寫入：字節(jié)寫入： 每次寫入一個字節(jié)每次寫入一個字節(jié)自動頁寫入：每次寫入一頁自動頁寫入：每次寫入一頁32字節(jié)字節(jié)字節(jié)擦除：一次擦除一個字節(jié)字節(jié)擦除：一次擦除一個字節(jié)片擦除：一次擦除整片片擦除：一次擦除整

12、片32典型典型EEPROM芯片芯片98C64A：容量容量8K8；13根地址線根地址線A0 A12；8位數(shù)據(jù)線位數(shù)據(jù)線D0 D7；輸出允許信號輸出允許信號OE；寫允許信號寫允許信號WE；選片信號選片信號CE；形狀輸出端形狀輸出端READY/BUSY。33三、閃速存儲器三、閃速存儲器Flash特點(diǎn)：特點(diǎn)：無需后備電源；無需后備電源；可實(shí)如今線編程；可實(shí)如今線編程；編程寫入及擦除速度快。編程寫入及擦除速度快。34典型典型Flash芯片芯片28F040：容量：容量：512K8b控制方式：控制方式：利用內(nèi)部形狀存放器控制芯片的任務(wù)利用內(nèi)部形狀存放器控制芯片的任務(wù) 35Flash的任務(wù)方式的任務(wù)方式數(shù)據(jù)讀

13、出數(shù)據(jù)讀出編程寫入：編程寫入：擦擦 除除讀單元內(nèi)容讀單元內(nèi)容讀內(nèi)部形狀存放器內(nèi)容讀內(nèi)部形狀存放器內(nèi)容讀芯片的廠家及器件標(biāo)志讀芯片的廠家及器件標(biāo)志數(shù)據(jù)寫入，寫軟件維護(hù)數(shù)據(jù)寫入，寫軟件維護(hù)字節(jié)擦除，塊擦除，片擦除字節(jié)擦除，塊擦除，片擦除擦除掛起擦除掛起6.3 主存儲器主存儲器v主存儲器的根本組成與構(gòu)造主存儲器的根本組成與構(gòu)造v主存儲器的主要技術(shù)目的主存儲器的主要技術(shù)目的v主存儲器的容量擴(kuò)展主存儲器的容量擴(kuò)展6.3.1 主存儲器的根本組成與構(gòu)造主存儲器的根本組成與構(gòu)造v存儲體存儲體v地址存放器地址存放器v地址譯碼器電路地址譯碼器電路v讀寫電路讀寫電路v數(shù)據(jù)存放器數(shù)據(jù)存放器v控制線路控制線路6.3.2

14、 主存儲器的主要技術(shù)目的主存儲器的主要技術(shù)目的v存儲容量存儲容量v最大存取時間最大存取時間v存取周期存取周期v功耗功耗v集成度集成度396.3.3 主存儲器的容量擴(kuò)展主存儲器的容量擴(kuò)展v用多片存儲芯片構(gòu)成所需的內(nèi)存容量，用多片存儲芯片構(gòu)成所需的內(nèi)存容量，每個芯片在內(nèi)存中占據(jù)不同的地址范每個芯片在內(nèi)存中占據(jù)不同的地址范圍，任一時辰僅有一片或一組被圍，任一時辰僅有一片或一組被選中。選中。位擴(kuò)展位擴(kuò)展字?jǐn)U展字?jǐn)U展字位擴(kuò)展字位擴(kuò)展40存儲器擴(kuò)展技術(shù)存儲器擴(kuò)展技術(shù)v存儲器芯片的存儲容量等于：存儲器芯片的存儲容量等于：v 單元數(shù)單元數(shù)每單元的位數(shù)每單元的位數(shù)字節(jié)數(shù)字節(jié)數(shù)字長字長41位擴(kuò)展位擴(kuò)展v當(dāng)存儲器芯

15、片的字長小于所需內(nèi)存單當(dāng)存儲器芯片的字長小于所需內(nèi)存單元的字長時，那么進(jìn)展位擴(kuò)展，使每元的字長時，那么進(jìn)展位擴(kuò)展，使每個單元的字長滿足要求。個單元的字長滿足要求。42位擴(kuò)展例位擴(kuò)展例v用用8片片2164A64K1位位 DRAM芯片構(gòu)成芯片構(gòu)成64KB存儲存儲器。器。A0 A152164A2164A2164AD0 D7D0D1D7A0A7WE#RAS#CAS#行/列地址多路轉(zhuǎn)換器地址選擇地址選擇A0A7A0A743位擴(kuò)展原那么位擴(kuò)展原那么v將每片的地址線、控制線并聯(lián)，數(shù)據(jù)將每片的地址線、控制線并聯(lián)，數(shù)據(jù)線分別引出。線分別引出。v位擴(kuò)展特點(diǎn)：位擴(kuò)展特點(diǎn)：v 存儲器的單元數(shù)不變，位數(shù)添加。存儲器的單

16、元數(shù)不變，位數(shù)添加。44字?jǐn)U展字?jǐn)U展v地址空間的擴(kuò)展。芯片每個單元中的地址空間的擴(kuò)展。芯片每個單元中的字長滿足，但單元數(shù)不滿足。字長滿足，但單元數(shù)不滿足。v擴(kuò)展原那么：擴(kuò)展原那么：v 每個芯片的地址線、數(shù)據(jù)線、控制線每個芯片的地址線、數(shù)據(jù)線、控制線并聯(lián)，僅片選端分別引出，以實(shí)現(xiàn)每并聯(lián)，僅片選端分別引出，以實(shí)現(xiàn)每個芯片占據(jù)不同的地址范圍。個芯片占據(jù)不同的地址范圍。v例：書上圖例：書上圖6.3245字位擴(kuò)展字位擴(kuò)展v根據(jù)內(nèi)存容量及芯片容量確定所需存根據(jù)內(nèi)存容量及芯片容量確定所需存儲芯片數(shù)；儲芯片數(shù)；v進(jìn)展位擴(kuò)展以滿足字長要求；進(jìn)展位擴(kuò)展以滿足字長要求；v進(jìn)展字?jǐn)U展以滿足容量要求。進(jìn)展字?jǐn)U展以滿足容

17、量要求。v假設(shè)已有存儲芯片的容量為假設(shè)已有存儲芯片的容量為LK，要，要構(gòu)成容量為構(gòu)成容量為M N的存儲器，需求的芯的存儲器，需求的芯片數(shù)為：片數(shù)為：M / L N / K466.4 6.4 虛擬存儲器與高速緩沖存儲器虛擬存儲器與高速緩沖存儲器v虛擬存儲器的概念與虛擬存儲器管理方式虛擬存儲器的概念與虛擬存儲器管理方式v高速緩沖存儲器邏輯構(gòu)造與讀寫操作方式高速緩沖存儲器邏輯構(gòu)造與讀寫操作方式6.4.1 虛擬存儲器虛擬存儲器v虛擬存儲器是在主存虛擬存儲器是在主存-輔存層次構(gòu)造上的進(jìn)一輔存層次構(gòu)造上的進(jìn)一步開展和完善。它指的是基于主存步開展和完善。它指的是基于主存-輔存的物輔存的物理構(gòu)造，由擔(dān)任信息劃

18、分以及主存理構(gòu)造，由擔(dān)任信息劃分以及主存-輔存之間輔存之間信息調(diào)動的輔助硬件和操作系統(tǒng)中的存儲管信息調(diào)動的輔助硬件和操作系統(tǒng)中的存儲管理軟件所組成的存儲體系。理軟件所組成的存儲體系。v虛擬存儲器管理方式虛擬存儲器管理方式v段式管理段式管理v頁式管理頁式管理v段頁式管理段頁式管理496.4.2 高速緩沖存儲器高速緩沖存儲器Cachev由于由于CPU與主存之間在執(zhí)行速度上與主存之間在執(zhí)行速度上存在較大的差別，為提高存在較大的差別，為提高CPU的效的效率，并思索到價錢要素，基于程序率，并思索到價錢要素，基于程序的部分性原理，在的部分性原理，在CPU與主存之間與主存之間添加的高速緩沖存儲器添加的高速緩

19、沖存儲器 Cache技術(shù)技術(shù)50Cache的任務(wù)原理的任務(wù)原理CPUCache主主 存存DB51Cache的命中率的命中率vCache與內(nèi)存的空間比普通為：與內(nèi)存的空間比普通為：1128vCPU讀取指令或數(shù)據(jù)時首先在讀取指令或數(shù)據(jù)時首先在Cache中找，中找，假設(shè)找到那么假設(shè)找到那么“命中，否那么為命中，否那么為“不命中。不命中。v命中率影響系統(tǒng)的平均存取速度命中率影響系統(tǒng)的平均存取速度v 系統(tǒng)的平均存取速度系統(tǒng)的平均存取速度=v Cache存取速度存取速度命中率命中率+RAM存取存取速度速度不命中率不命中率52Cache的讀寫操作的讀寫操作讀操作讀操作寫操作寫操作貫穿讀出式貫穿讀出式旁路讀出式旁路讀出式直寫式寫貫穿直寫式寫貫穿緩存直寫式緩存直寫式回寫式回寫式53貫穿讀出式貫穿讀出式vCPU對