第5章存儲體系與結(jié)構(gòu)(2012)

1、計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院第第5章章 存儲系存儲系統(tǒng)統(tǒng)和結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu) 計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院第第5章章 存儲系統(tǒng)是由幾個容量、速度和存儲系統(tǒng)是由幾個容量、速度和價格各不相同的存儲器構(gòu)成的系統(tǒng)。價格各不相同的存儲器構(gòu)成的系統(tǒng)。設(shè)計一個容量大、速度快、成本低的設(shè)計一個容量大、速度快、成本低的存儲系統(tǒng)是計算機發(fā)展的一個重要課存儲系統(tǒng)是計算機發(fā)展的一個重要課題。本章重點討論主存儲器的工作原題。本章重點討論主存儲器的工作原理、組成方式以及運用半導(dǎo)體存儲芯理、組成方式以及運用半導(dǎo)體存儲

2、芯片組成主存儲器的一般原則和方法，片組成主存儲器的一般原則和方法，此外還介紹了高速緩沖存儲器和虛擬此外還介紹了高速緩沖存儲器和虛擬存儲器的基本原理。存儲器的基本原理。 計算機組成原理計算機組成原理北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院第第5章章5.1 存儲系統(tǒng)的組成存儲系統(tǒng)的組成5.2 主存儲器主存儲器的的組織組織5.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器5.4 主存儲器的連接與控制主存儲器的連接與控制5.5 提高存儲系統(tǒng)性能的技術(shù)提高存儲系統(tǒng)性能的技術(shù)計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.1 存儲系統(tǒng)的組成存儲系

3、統(tǒng)的組成 存儲系統(tǒng)和存儲器是兩個不同的概存儲系統(tǒng)和存儲器是兩個不同的概念，下面首先介紹各種不同用途的存儲念，下面首先介紹各種不同用途的存儲器，然后討論它們是如何構(gòu)成一個存儲器，然后討論它們是如何構(gòu)成一個存儲系統(tǒng)的。系統(tǒng)的。5.1.1 存儲器分類存儲器分類1.按存儲器在計算機系統(tǒng)中的作用分類按存儲器在計算機系統(tǒng)中的作用分類(1)高速緩沖存儲器高速緩沖存儲器 高速緩沖存儲器高速緩沖存儲器位于主存和位于主存和CPU之之間，間，用來存放正在執(zhí)行的程序段和數(shù)據(jù)，用來存放正在執(zhí)行的程序段和數(shù)據(jù)，以便以便CPU高速地使用它們。高速地使用它們。 計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院

4、北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組成(2)主存儲器主存儲器 用來存放計算機運行期間所需要的程用來存放計算機運行期間所需要的程序和數(shù)據(jù)，序和數(shù)據(jù)，CPU可直接隨機地進行讀寫訪可直接隨機地進行讀寫訪問。問。(3)輔助存儲器輔助存儲器 用來存放當前暫不參與運行的程序和用來存放當前暫不參與運行的程序和數(shù)據(jù)，以及一些需要永久性保存的信息。數(shù)據(jù)，以及一些需要永久性保存的信息。CPU不能直接訪問它。不能直接訪問它。計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組成2.按存取方式分類按存取方式分類(1)隨機存取存儲器

5、隨機存取存儲器RAM CPU可以對可以對RAM單元的內(nèi)容隨機地讀單元的內(nèi)容隨機地讀寫訪問。寫訪問。CPU對任何一個存儲單元的讀寫對任何一個存儲單元的讀寫時間是一樣的，即時間是一樣的，即存取時間是相同的存取時間是相同的。(2)只讀存儲器只讀存儲器ROM ROM可以看作可以看作RAM的一種特殊方式，的一種特殊方式，存儲器的內(nèi)容只能隨機讀出而不能寫入。存儲器的內(nèi)容只能隨機讀出而不能寫入。(3)順序存取存儲器順序存取存儲器SAM SAM的內(nèi)容只能按某種順序存取，的內(nèi)容只能按某種順序存取，存存取時間與信息在存儲體上的物理位置有關(guān)取時間與信息在存儲體上的物理位置有關(guān)。 注意計算機組成原理計算機組成原理20

6、12.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組成(4)直接存取存儲器直接存取存儲器DAM 當要存取所需的信息時，第一步直接當要存取所需的信息時，第一步直接指向整個存儲器中的某個小區(qū)域（如磁盤指向整個存儲器中的某個小區(qū)域（如磁盤上的磁道），第二步在小區(qū)域內(nèi)順序檢索上的磁道），第二步在小區(qū)域內(nèi)順序檢索或等待，直至找到目的地后再進行讀寫操或等待，直至找到目的地后再進行讀寫操作。作。計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組成3.按存儲介質(zhì)分類按存儲介質(zhì)分類(1)磁芯存儲器磁芯存儲器

7、 利用兩種不同的剩磁狀態(tài)表示利用兩種不同的剩磁狀態(tài)表示“1”或或“0”。磁芯存儲器的特點是信息可以長期。磁芯存儲器的特點是信息可以長期存儲，不會因斷電而丟失；但磁芯存儲器存儲，不會因斷電而丟失；但磁芯存儲器的讀出是破壞性讀出。的讀出是破壞性讀出。(2)半導(dǎo)體存儲器半導(dǎo)體存儲器 采用半導(dǎo)體器件制造的存儲器，主要采用半導(dǎo)體器件制造的存儲器，主要有雙極型（有雙極型（TTL電路或電路或ECL電路）存儲器電路）存儲器和和MOS型存儲器兩大類。型存儲器兩大類。 計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組成(3)磁表面存儲器磁表面

8、存儲器 在金屬或塑料基體上，涂復(fù)一層磁性在金屬或塑料基體上，涂復(fù)一層磁性材料，用磁層存儲信息，常見的有磁盤、材料，用磁層存儲信息，常見的有磁盤、磁帶等。磁帶等。 (4)光存儲器光存儲器 采用激光技術(shù)控制訪問的存儲器，如采用激光技術(shù)控制訪問的存儲器，如CD-ROM（只讀光盤）（只讀光盤） 、WORM（CD-R，寫一次多次讀光盤）寫一次多次讀光盤） 、CD-RW（可讀可寫（可讀可寫光盤）。光盤）。 計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組成4.按信息的可保存性分類按信息的可保存性分類 斷電后，存儲信息即消失的存儲器，斷

9、電后，存儲信息即消失的存儲器，稱易失性存儲器。斷電后信息仍然保存的稱易失性存儲器。斷電后信息仍然保存的存儲器，稱非易失性存儲器存儲器，稱非易失性存儲器。 如果某個存儲單元所存儲的信息被讀如果某個存儲單元所存儲的信息被讀出時，原存信息將被破壞，則稱破壞性讀出時，原存信息將被破壞，則稱破壞性讀出。具有破壞性讀出的存儲器，每當一次出。具有破壞性讀出的存儲器，每當一次讀出操作之后，必須緊接一個重寫（再生）讀出操作之后，必須緊接一個重寫（再生）的操作，以便恢復(fù)被破壞的信息。的操作，以便恢復(fù)被破壞的信息。 如果讀出時，被讀單元原存信息不被如果讀出時，被讀單元原存信息不被破壞，則稱非破壞性讀出。破壞，則稱非

10、破壞性讀出。計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組成5.1.2 存儲系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu) 為了解決存儲容量、存取速度和價格為了解決存儲容量、存取速度和價格之間的矛盾，通常把各種不同存儲容量、之間的矛盾，通常把各種不同存儲容量、不同存取速度的存儲器，按一定的體系結(jié)不同存取速度的存儲器，按一定的體系結(jié)構(gòu)組織起來，形成一個統(tǒng)一整體的存儲系構(gòu)組織起來，形成一個統(tǒng)一整體的存儲系統(tǒng)。統(tǒng)。計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組成 從從CP

11、U的角度來看，的角度來看，n種不同的存儲器種不同的存儲器（M1Mn）在邏輯上是一個整體。其中：）在邏輯上是一個整體。其中：M1速度最快、容量最小、位價格最高；速度最快、容量最小、位價格最高；Mn速度最慢、容量最大、位價格最低。整個速度最慢、容量最大、位價格最低。整個存儲系統(tǒng)具有接近于存儲系統(tǒng)具有接近于M1的速度，相等或接的速度，相等或接近近Mn的容量，接近于的容量，接近于Mn的位價格。在多級的位價格。在多級存儲層次中，最常用的數(shù)據(jù)在存儲層次中，最常用的數(shù)據(jù)在M1中，次常中，次常用的在用的在M2中，最少使用的在中，最少使用的在Mn中。中。 計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計

12、算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組成CPUM1M2Mn存儲層次 計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組成 由高速緩沖存儲器、主存儲器、輔助由高速緩沖存儲器、主存儲器、輔助存儲器構(gòu)成的三級存儲系統(tǒng)可以分為兩個存儲器構(gòu)成的三級存儲系統(tǒng)可以分為兩個層次。其層次。其中高速緩存和主存間稱為中高速緩存和主存間稱為Cache- -主存存儲層次（主存存儲層次（Cache存儲系統(tǒng)）；主存存儲系統(tǒng)）；主存- -輔存存儲層次（虛擬存儲系統(tǒng)）。輔存存儲層次（虛擬存儲系統(tǒng)）。 計算機組成原理計算機組成原理20

13、12.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組成 Cache存儲系統(tǒng)是為解決主存速度不足存儲系統(tǒng)是為解決主存速度不足而提出來的而提出來的。在。在Cache和主存之間，增加輔和主存之間，增加輔助硬件，讓它們構(gòu)成一個整體。從助硬件，讓它們構(gòu)成一個整體。從CPU看，看，速度接近速度接近Cache的速度，容量是主存的容量，的速度，容量是主存的容量，每位價格接近于主存的價格。由于每位價格接近于主存的價格。由于Cache存存儲系統(tǒng)全部用硬件來調(diào)度，因此它對系統(tǒng)儲系統(tǒng)全部用硬件來調(diào)度，因此它對系統(tǒng)程序員和應(yīng)用程序員都是透明的。程序員和應(yīng)用程序員都是透明的。 計算機組

14、成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組成 CPUCache主存輔助硬件計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組成 虛擬存儲系統(tǒng)是為解決主存容量不足虛擬存儲系統(tǒng)是為解決主存容量不足而提出來的而提出來的。在主存和輔存之間，增加輔。在主存和輔存之間，增加輔助的軟硬件，讓它們構(gòu)成一個整體。從助的軟硬件，讓它們構(gòu)成一個整體。從CPU看，速度接近主存的速度，容量是虛看，速度接近主存的速度，容量是虛擬的地址空間，每位價格是接近于輔存的擬的地址空間，每位價格

15、是接近于輔存的價格。由于虛擬存儲系統(tǒng)需要通過操作系價格。由于虛擬存儲系統(tǒng)需要通過操作系統(tǒng)來調(diào)度，因此對系統(tǒng)程序員是不透明的，統(tǒng)來調(diào)度，因此對系統(tǒng)程序員是不透明的，但對應(yīng)用程序員是透明的。但對應(yīng)用程序員是透明的。 計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.1 存儲存儲系統(tǒng)系統(tǒng)的的組成組成CPU主存輔存輔助軟硬件計算機組成原理計算機組成原理北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院第第5章章5.1 存儲系統(tǒng)的組成存儲系統(tǒng)的組成5.2 主存儲器主存儲器的的組織組織5.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器5.4 主存儲器的連接與

16、控制主存儲器的連接與控制5.5 提高存儲系統(tǒng)性能的技術(shù)提高存儲系統(tǒng)性能的技術(shù)計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.2 主存儲器主存儲器的的組織組織 主存儲器是整個存儲系統(tǒng)的核心，它主存儲器是整個存儲系統(tǒng)的核心，它用來存放計算機運行期間所需要的程序和用來存放計算機運行期間所需要的程序和數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)，CPU可直接隨機地對它進行訪問?？芍苯与S機地對它進行訪問。計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.2 主存儲器主存儲器的的組織組織5.2.1 主存儲器的基本結(jié)構(gòu)主存儲器的基本結(jié)構(gòu) 主存儲器通常由存儲體、

17、地址譯碼驅(qū)主存儲器通常由存儲體、地址譯碼驅(qū)動電路、動電路、I/O和讀寫電路組成。和讀寫電路組成。存儲體存儲體地址線地址線讀讀/寫控制線寫控制線I/O地址譯碼驅(qū)動地址譯碼驅(qū)動和讀寫電路和讀寫電路數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.2 主存儲器主存儲器的的組織組織 存儲體是主存儲器的核心，程序和數(shù)存儲體是主存儲器的核心，程序和數(shù)據(jù)都存放在存儲體中。據(jù)都存放在存儲體中。 地址譯碼驅(qū)動電路實際上包含譯碼器地址譯碼驅(qū)動電路實際上包含譯碼器和驅(qū)動器兩部分。譯碼器將地址總線輸入的和驅(qū)動器兩部分。譯碼器將地址總線輸入的地址碼轉(zhuǎn)換成與之對應(yīng)的譯碼

18、輸出線上的有地址碼轉(zhuǎn)換成與之對應(yīng)的譯碼輸出線上的有效電平，以表示選中了某一單元，并由驅(qū)動效電平，以表示選中了某一單元，并由驅(qū)動器提供驅(qū)動電流去驅(qū)動相應(yīng)的讀、寫電路，器提供驅(qū)動電流去驅(qū)動相應(yīng)的讀、寫電路，完成對被選中單元的讀、寫操作。完成對被選中單元的讀、寫操作。 I/O和讀寫電路包括讀出放大器、寫入和讀寫電路包括讀出放大器、寫入電路和讀電路和讀/寫控制電路，用以完成被選中存寫控制電路，用以完成被選中存儲單元中各位的讀出和寫入操作。儲單元中各位的讀出和寫入操作。計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.2 主存儲器主存儲器的的組織組織 存儲器的讀存

19、儲器的讀/寫操作是在控制器的控寫操作是在控制器的控制下進行的。半導(dǎo)體存儲器芯片中的控制制下進行的。半導(dǎo)體存儲器芯片中的控制電路，必須接收到來自控制器的讀電路，必須接收到來自控制器的讀/寫命令寫命令或?qū)懭朐试S信號后，才能實現(xiàn)正確的讀或?qū)懭朐试S信號后，才能實現(xiàn)正確的讀/寫寫操作。操作。計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.2 主存儲器主存儲器的的組織組織5.2.2 主存儲器的存儲單元主存儲器的存儲單元 位位是二進制數(shù)的最基本單位，也是存是二進制數(shù)的最基本單位，也是存儲器存儲信息的最小單位。儲器存儲信息的最小單位。 一個二進制數(shù)由若干位組成，當這個

20、一個二進制數(shù)由若干位組成，當這個二進制數(shù)作為一個整體存入或取出時，這個二進制數(shù)作為一個整體存入或取出時，這個數(shù)稱為數(shù)稱為存儲字存儲字。 存放存儲字或存儲字節(jié)的主存空間稱存放存儲字或存儲字節(jié)的主存空間稱為為存儲單元或主存單元存儲單元或主存單元，大量存儲單元的集，大量存儲單元的集合構(gòu)成一個合構(gòu)成一個存儲體存儲體MB，程序和數(shù)據(jù)都存放，程序和數(shù)據(jù)都存放在存儲體中，它是存儲器的核心。在存儲體中，它是存儲器的核心。注意計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.2 主存儲器主存儲器的的組織組織 一個存儲單元可能存放一個字，也可一個存儲單元可能存放一個字，也可

21、能存放一個字節(jié)，這是由計算機的結(jié)構(gòu)確定能存放一個字節(jié)，這是由計算機的結(jié)構(gòu)確定的。對于字節(jié)編址的計算機，最小尋址單位的。對于字節(jié)編址的計算機，最小尋址單位是一個字節(jié)，相鄰的存儲單元地址指向相鄰是一個字節(jié)，相鄰的存儲單元地址指向相鄰的存儲字節(jié)；對于字編址的計算機，最小尋的存儲字節(jié)；對于字編址的計算機，最小尋址單位是一個字，相鄰的存儲單元地址指向址單位是一個字，相鄰的存儲單元地址指向相鄰的存儲字。相鄰的存儲字。 存儲單元是存儲單元是CPU對主存可訪問操作的對主存可訪問操作的最小存儲單位。最小存儲單位。計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.2 主存儲

22、器主存儲器的的組織組織 例如，例如，IBM 370機是字長為機是字長為32位的計算位的計算機，主存按字節(jié)編址，每一個存儲字包含機，主存按字節(jié)編址，每一個存儲字包含4個單獨編址的存儲字節(jié)，字地址即是該字高個單獨編址的存儲字節(jié)，字地址即是該字高位字節(jié)的地址，其位字節(jié)的地址，其字地址總是等于字地址總是等于4的整數(shù)的整數(shù)倍倍，正好用地址碼的最末兩位來區(qū)分同一個，正好用地址碼的最末兩位來區(qū)分同一個字的四個字節(jié)。字的四個字節(jié)。PDP-11機是字長為機是字長為16位的位的計算機，主存也按字節(jié)編址，每一個存儲字計算機，主存也按字節(jié)編址，每一個存儲字包含包含2個單獨編址的存儲字節(jié)，它的個單獨編址的存儲字節(jié)，它的

23、字地址字地址總是總是2的整數(shù)倍的整數(shù)倍，但卻是用低位字節(jié)地址作，但卻是用低位字節(jié)地址作為字地址，并用地址碼的最末為字地址，并用地址碼的最末1位來區(qū)分同位來區(qū)分同一個字的兩個字節(jié)。一個字的兩個字節(jié)。 計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.2 主存儲器主存儲器的的組織組織00001444488910115672312235字地址字地址字節(jié)地址字節(jié)地址計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.2 主存儲器主存儲器的的組織組織 假設(shè)一個字由四個字節(jié)組成，我們使用假設(shè)一個字由四個字節(jié)組成，我們使用B3、B

24、2、B1、B0來分別表示這四個字節(jié)，其來分別表示這四個字節(jié)，其中中B3是字的最高有效字節(jié)，是字的最高有效字節(jié)，B0是最低有效字是最低有效字節(jié)。字節(jié)編址計算機的主存地址安排有兩種節(jié)。字節(jié)編址計算機的主存地址安排有兩種方案，但字地址總是等于方案，但字地址總是等于4的整數(shù)倍。的整數(shù)倍。字節(jié)地址字地址B3B2B1B0NN+3N+2N+1N+0字節(jié)地址字地址B3B2B1B0NN+0N+1N+2N+3(a)(b)計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.2 主存儲器主存儲器的的組織組織 圖圖 (a)稱為小端方案。假設(shè)字地址為稱為小端方案。假設(shè)字地址為N，則字

25、節(jié)則字節(jié)B3、B2、B1、B0依次存放在地址為依次存放在地址為N+3、N+2、N+1、N+0的存儲單元，即字地的存儲單元，即字地址等于最低有效字節(jié)地址。采用小端方案的址等于最低有效字節(jié)地址。采用小端方案的計算機有計算機有Intel 80X86、DEC VAX等。等。 圖圖 (b)稱為大端方案。假設(shè)字地址為稱為大端方案。假設(shè)字地址為N，則字節(jié)則字節(jié)B3、B2、B1、B0依次存放在地址為依次存放在地址為N+0、N+1、N+2、N+3的存儲單元，即字地的存儲單元，即字地址等于最高有效字節(jié)地址。采用大端方案的址等于最高有效字節(jié)地址。采用大端方案的計算機有計算機有IBM360/370、Motorola

26、68000等。等。計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.2 主存儲器主存儲器的的組織組織5.2.3 主存儲器的主要技術(shù)指標主存儲器的主要技術(shù)指標1.存儲容量存儲容量 存儲容量是指存儲容量是指主存所能容納的二進制主存所能容納的二進制信息總量信息總量。對于字節(jié)編址的計算機，以字。對于字節(jié)編址的計算機，以字節(jié)數(shù)來表示容量；對于字編址的計算機，節(jié)數(shù)來表示容量；對于字編址的計算機，以字數(shù)與其字長的乘積來表示容量。以字數(shù)與其字長的乘積來表示容量。 如某計算機的容量為如某計算機的容量為64K16，表示它，表示它有有64K個字，每個字的字長為個字，每個字的字

27、長為16位，若用字位，若用字節(jié)數(shù)表示，則可記為節(jié)數(shù)表示，則可記為128K字節(jié)（字節(jié)（128KB）。）。計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.2 主存儲器主存儲器的的組織組織2.存取速度存取速度 存取時間存取時間Ta 存取時間又稱為訪問時間或讀存取時間又稱為訪問時間或讀/寫時間，寫時間，它是指它是指從啟動一次存儲器操作到完成該操作從啟動一次存儲器操作到完成該操作所經(jīng)歷的時間所經(jīng)歷的時間。 存取周期存取周期Tm 存取周期又可稱作讀寫周期、訪存周存取周期又可稱作讀寫周期、訪存周期，它是指期，它是指存儲器進行一次完整的讀寫操作存儲器進行一次完整的讀寫

28、操作所需的全部時間，即連續(xù)兩次訪問存儲器操所需的全部時間，即連續(xù)兩次訪問存儲器操作之間所需要的最短時間作之間所需要的最短時間。 注意計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.2 主存儲器主存儲器的的組織組織 顯然，一般情況下，顯然，一般情況下，Tm Ta 。這是因。這是因為對任何一種存儲器，在讀寫操作之后，為對任何一種存儲器，在讀寫操作之后，總要有一段恢復(fù)內(nèi)部狀態(tài)的復(fù)原時間。對總要有一段恢復(fù)內(nèi)部狀態(tài)的復(fù)原時間。對于破壞性讀出的存儲器，存取周期往往比于破壞性讀出的存儲器，存取周期往往比存取時間要大得多，甚至可以達到存取時間要大得多，甚至可以達到Tm

29、2Ta，這是因為存儲器中的信息讀出后需要，這是因為存儲器中的信息讀出后需要馬上進行重寫（再生）。馬上進行重寫（再生）。計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.2 主存儲器主存儲器的的組織組織 主主存帶寬存帶寬Bm 與存取周期密切相關(guān)的指標是主存的與存取周期密切相關(guān)的指標是主存的帶寬，它又稱為數(shù)據(jù)傳輸率，表示每秒從帶寬，它又稱為數(shù)據(jù)傳輸率，表示每秒從主存進出信息的最大數(shù)量，單位為字主存進出信息的最大數(shù)量，單位為字/秒或秒或字節(jié)字節(jié)/秒或位秒或位/秒。秒。 主主存帶寬存帶寬=內(nèi)存時鐘頻率內(nèi)存時鐘頻率內(nèi)存總線位內(nèi)存總線位數(shù)數(shù)倍增系數(shù)倍增系數(shù)/8。以。

30、以DDR400內(nèi)存為例，它內(nèi)存為例，它的運行頻率為的運行頻率為200MHz，數(shù)據(jù)總線位數(shù)為，數(shù)據(jù)總線位數(shù)為64bit，由于上升沿和下降沿都傳輸數(shù)據(jù)，由于上升沿和下降沿都傳輸數(shù)據(jù)，因此倍增系數(shù)為因此倍增系數(shù)為2，此時帶寬為：，此時帶寬為：200642/83.2GB/s。計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.2 主存儲器主存儲器的的組織組織 目前，主存提供信息的速度還跟不上目前，主存提供信息的速度還跟不上CPU處理指令和數(shù)據(jù)的速度，所以，主存處理指令和數(shù)據(jù)的速度，所以，主存的帶寬是改善計算機系統(tǒng)瓶頸的一個關(guān)鍵的帶寬是改善計算機系統(tǒng)瓶頸的一個關(guān)鍵因

31、素。為了提高主存的帶寬，可以采取的因素。為了提高主存的帶寬，可以采取的措施有：措施有： 縮短存取周期；縮短存取周期； 增加存儲字長；增加存儲字長； 增加存儲體。增加存儲體。 計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.2 主存儲器主存儲器的的組織組織5.2.4 數(shù)據(jù)在主存中的存放數(shù)據(jù)在主存中的存放 在采用字節(jié)編址的情況下，數(shù)據(jù)在主在采用字節(jié)編址的情況下，數(shù)據(jù)在主存儲器中的三種不同存放方法。存儲器中的三種不同存放方法。假設(shè)假設(shè)，存，存儲字為儲字為64位（位（8個字節(jié)），讀個字節(jié)），讀/寫的數(shù)據(jù)有四寫的數(shù)據(jù)有四種不同長度，它們分別是字節(jié)（種不同長度，它

32、們分別是字節(jié)（8位）、半位）、半字（字（16位）、單字（位）、單字（32位）和雙字（位）和雙字（64位）。位）。字節(jié)字節(jié)半半字字單單字字雙雙字字計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.2 主存儲器主存儲器的的組織組織 請注意：此例中數(shù)據(jù)字長（請注意：此例中數(shù)據(jù)字長（32位）不等位）不等于存儲字長（于存儲字長（64位）。位）。 現(xiàn)有一批數(shù)據(jù)，它們依次為：字節(jié)、現(xiàn)有一批數(shù)據(jù)，它們依次為：字節(jié)、半字、雙字、單字、半字、單字、字節(jié)、單半字、雙字、單字、半字、單字、字節(jié)、單字。字。計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大

33、學(xué)計算機學(xué)院存儲字存儲字64位（位（8個字節(jié)）個字節(jié)）5.2 主存儲器主存儲器的的組織組織不浪費存儲器資源的存放方法不浪費存儲器資源的存放方法 四種不同長度的數(shù)據(jù)一個緊接著一個存四種不同長度的數(shù)據(jù)一個緊接著一個存放。優(yōu)點是不浪費寶貴的主存資源，但存在放。優(yōu)點是不浪費寶貴的主存資源，但存在的問題是：當訪問的一個雙字、單字或半字的問題是：當訪問的一個雙字、單字或半字跨越兩個存儲字時，存儲器的工作速度降低跨越兩個存儲字時，存儲器的工作速度降低了一倍，而且讀寫控制比較復(fù)雜。了一倍，而且讀寫控制比較復(fù)雜。計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.2 主存儲

34、器主存儲器的的組織組織從存儲字的起始位置開始存放方法從存儲字的起始位置開始存放方法 無論要存放的是字節(jié)、半字、單字或無論要存放的是字節(jié)、半字、單字或雙字，都必須從存儲字的起始位置開始存雙字，都必須從存儲字的起始位置開始存放，而空余部分浪費不用。優(yōu)點是：無論放，而空余部分浪費不用。優(yōu)點是：無論訪問一個字節(jié)、半字、單字或雙字都可以訪問一個字節(jié)、半字、單字或雙字都可以在一個存取周期內(nèi)完成，讀寫數(shù)據(jù)的控制在一個存取周期內(nèi)完成，讀寫數(shù)據(jù)的控制比較簡單。缺點是：浪費了寶貴的存儲器比較簡單。缺點是：浪費了寶貴的存儲器資源。資源。計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算

35、機學(xué)院存儲字存儲字64位（位（8個字節(jié)）個字節(jié)）5.2 主存儲器主存儲器的的組織組織計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.2 主存儲器主存儲器的的組織組織邊界對齊的數(shù)據(jù)存放方法邊界對齊的數(shù)據(jù)存放方法 雙字地址的最末三個二進制位必須為雙字地址的最末三個二進制位必須為000，單字地址的最末兩位必須為，單字地址的最末兩位必須為00，半字，半字地址的最末一位必須為地址的最末一位必須為0。它能夠保證無論。它能夠保證無論訪問雙字、單字、半字或字節(jié)，都在一個訪問雙字、單字、半字或字節(jié)，都在一個存取周期內(nèi)完成，盡管存儲器資源仍然有存取周期內(nèi)完成，盡管存儲器資

36、源仍然有浪費，但是浪費比第種存放方法要少得浪費，但是浪費比第種存放方法要少得多。多。注意計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院存儲字存儲字64位（位（8個字節(jié)）個字節(jié)）01816243291725332101831119412205132161422715232634272836352937303139385.2 主存儲器主存儲器的的組織組織計算機組成原理計算機組成原理北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院第第5章章5.1 存儲系統(tǒng)的組成存儲系統(tǒng)的組成5.2 主存儲器主存儲器的的組織組織5.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和

37、只讀存儲器5.4 主存儲器的連接與控制主存儲器的連接與控制5.5 提高存儲系統(tǒng)性能的技術(shù)提高存儲系統(tǒng)性能的技術(shù)計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器 主存儲器通常分為主存儲器通常分為RAM和和ROM兩大兩大部分部分。RAM可讀可寫，可讀可寫，ROM只能讀不能寫。只能讀不能寫。下面重點討論下面重點討論RAM的工作原理與結(jié)構(gòu)，以的工作原理與結(jié)構(gòu)，以及及ROM的基本類型。的基本類型。注意計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.3 半導(dǎo)體隨機

38、存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器5.3.1 RAM記憶單元電路記憶單元電路 存放一個二進制位的物理器件稱為記存放一個二進制位的物理器件稱為記憶單元，它是存儲器的最基本構(gòu)件，憶單元，它是存儲器的最基本構(gòu)件，地址地址碼相同的多個記憶單元構(gòu)成一個存儲單元碼相同的多個記憶單元構(gòu)成一個存儲單元。記憶單元記憶單元可以由各種材料制成，但最常見可以由各種材料制成，但最常見的的由由MOS電路組成。電路組成。MOS型存儲器根據(jù)記型存儲器根據(jù)記憶單元的結(jié)構(gòu)又可分為靜態(tài)憶單元的結(jié)構(gòu)又可分為靜態(tài)RAM和動態(tài)和動態(tài)RAM兩種。靜態(tài)兩種。靜態(tài)RAM，即，即SRAM（Static RAM），其存儲電路以雙穩(wěn)態(tài)觸

39、發(fā)器為基），其存儲電路以雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為基礎(chǔ)；礎(chǔ)；動態(tài)動態(tài)RAM，即，即DRAM（Dynamic RAM），其存儲電路以電容為基礎(chǔ)），其存儲電路以電容為基礎(chǔ)。注意計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器六管靜態(tài)六管靜態(tài)MOS記憶單元電路記憶單元電路四管動態(tài)四管動態(tài)MOS記憶單元電路記憶單元電路單管動態(tài)記憶單元電路單管動態(tài)記憶單元電路計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器5.3.

40、2 動態(tài)動態(tài)RAM的刷新的刷新1.刷新間隔刷新間隔 前面已經(jīng)說過，為了維持前面已經(jīng)說過，為了維持MOS型動型動態(tài)記憶單元的存儲信息，每隔一定時間必態(tài)記憶單元的存儲信息，每隔一定時間必須對存儲體中的所有記憶單元的柵極電容須對存儲體中的所有記憶單元的柵極電容補充電荷，這個過程就是刷新。補充電荷，這個過程就是刷新。 一般選定一般選定MOS型動態(tài)存儲器允許的型動態(tài)存儲器允許的最大刷新間隔為最大刷新間隔為2ms，也就是說，應(yīng)在，也就是說，應(yīng)在2ms內(nèi)，將全部存儲體刷新一遍。內(nèi)，將全部存儲體刷新一遍。計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.3 半導(dǎo)體隨機存

41、儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器 值得一提的是，刷新和重寫（再生）值得一提的是，刷新和重寫（再生）是兩個完全不同的概念，切不可加以混淆。是兩個完全不同的概念，切不可加以混淆。重寫是隨機的，某個存儲單元只有在破壞性重寫是隨機的，某個存儲單元只有在破壞性讀出之后才需要重寫。而刷新是定時的，即讀出之后才需要重寫。而刷新是定時的，即使許多記憶單元長期未被訪問，若不及時補使許多記憶單元長期未被訪問，若不及時補充電荷的話，信息也會丟失。重寫一般是按充電荷的話，信息也會丟失。重寫一般是按存儲單元進行的，而刷新通常以存儲體矩陣存儲單元進行的，而刷新通常以存儲體矩陣中的一行為單位進行的。中的一行為單

42、位進行的。2.刷新方式刷新方式 常見的刷新方式有集中式、分散式和異常見的刷新方式有集中式、分散式和異步式三種。步式三種。計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器 例如，對具有例如，對具有1024個記憶單元（排列個記憶單元（排列成成3232矩陣）的存儲芯片進行刷新，刷新矩陣）的存儲芯片進行刷新，刷新是按行進行的，且每刷新一行占用一個存取是按行進行的，且每刷新一行占用一個存取周期，存取周期為周期，存取周期為500ns（0.5 s）。）。32行行32列列計算機組成原理計算機組成原理2012.

43、10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器(1)集中刷新方式集中刷新方式 在允許的最大刷新間隔內(nèi)，按照存儲在允許的最大刷新間隔內(nèi)，按照存儲芯片容量的大小集中安排若干個刷新周期，芯片容量的大小集中安排若干個刷新周期，刷新時停止讀寫操作。刷新時停止讀寫操作。 刷新時間刷新時間=存儲體矩陣行數(shù)存儲體矩陣行數(shù)刷新周期刷新周期 這里刷新周期是指刷新一行所需要的這里刷新周期是指刷新一行所需要的時間，由于刷新過程就是時間，由于刷新過程就是“假讀假讀”的過程，的過程，所以刷新周期就等于存取周期。所以刷新周期就等于存取周期。計算機組成原理計算

44、機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器 在最大刷新間隔在最大刷新間隔2ms內(nèi)共可以安排內(nèi)共可以安排4000個存取周期，從個存取周期，從03967個周期內(nèi)進行個周期內(nèi)進行讀讀/寫操作或保持，而從寫操作或保持，而從39683999這最后這最后32個周期集中安排刷新操作。個周期集中安排刷新操作。刷新間隔（刷新間隔（2 ms）讀讀/寫操作寫操作刷新刷新013967396839993968個周期（個周期（1984 s）32個周期（個周期（16 s）計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院

45、北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器 集中刷新方式的優(yōu)點是讀集中刷新方式的優(yōu)點是讀/寫操作時不寫操作時不受刷新工作的影響，因此系統(tǒng)的存取速度受刷新工作的影響，因此系統(tǒng)的存取速度比較高。缺點是在集中刷新期間必須停止比較高。缺點是在集中刷新期間必須停止讀讀/寫，這一段時間稱為寫，這一段時間稱為“死區(qū)死區(qū)”，而且存，而且存儲容量越大，死區(qū)就越長。儲容量越大，死區(qū)就越長。計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器(2)分散刷新方式分散刷新方式 分

46、散刷新是指把刷新操作分散到每個分散刷新是指把刷新操作分散到每個存取周期內(nèi)進行，此時系統(tǒng)的存取周期被存取周期內(nèi)進行，此時系統(tǒng)的存取周期被分為兩部分，前一部分時間進行讀分為兩部分，前一部分時間進行讀/寫操作寫操作或保持，后一部分時間進行刷新操作。一或保持，后一部分時間進行刷新操作。一個系統(tǒng)存取周期內(nèi)刷新存儲矩陣中的一行。個系統(tǒng)存取周期內(nèi)刷新存儲矩陣中的一行。刷新間隔（刷新間隔（32 s）周期周期0周期周期1周期周期31讀讀/寫寫讀讀/寫寫讀讀/寫寫刷新刷新刷新刷新刷新刷新計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和

47、只讀存儲器和只讀存儲器 分散刷新方式?jīng)]有死區(qū)，但是，它也分散刷新方式?jīng)]有死區(qū)，但是，它也有很明顯的缺點，第一是加長了系統(tǒng)的存有很明顯的缺點，第一是加長了系統(tǒng)的存取周期，如存儲芯片的存取周期為取周期，如存儲芯片的存取周期為0.5 s，則系統(tǒng)的存取周期應(yīng)為則系統(tǒng)的存取周期應(yīng)為1 s，降低了整機的降低了整機的速度；第二是刷新過于頻繁（本例中每速度；第二是刷新過于頻繁（本例中每32 s就重復(fù)刷新一遍），尤其是當存儲容量就重復(fù)刷新一遍），尤其是當存儲容量比較小的情況下，沒有充分利用所允許的比較小的情況下，沒有充分利用所允許的最大刷新間隔（最大刷新間隔（2ms）。）。計算機組成原理計算機組成原理2012.

48、10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器 (3)異步刷新方式異步刷新方式 異步刷新方式可以看成前述兩種方式異步刷新方式可以看成前述兩種方式的結(jié)合，它充分利用了最大刷新間隔時間，的結(jié)合，它充分利用了最大刷新間隔時間，把刷新操作平均分配到整個最大刷新間隔把刷新操作平均分配到整個最大刷新間隔時間內(nèi)進行，故有：時間內(nèi)進行，故有： 相鄰兩行的刷新間隔相鄰兩行的刷新間隔=最大刷新間隔時最大刷新間隔時間間/行數(shù)行數(shù)計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲

49、器和只讀存儲器和只讀存儲器 對于對于3232矩陣，在矩陣，在2ms內(nèi)需要將內(nèi)需要將32行刷新一遍，所以相鄰兩行的刷新時間間行刷新一遍，所以相鄰兩行的刷新時間間隔隔=2ms/32=62.5 s，即每隔，即每隔62.5 s安排一安排一個刷新周期，在刷新時封鎖讀個刷新周期，在刷新時封鎖讀/寫。寫。刷新間隔（刷新間隔（2 ms）讀讀/寫寫讀讀/寫寫讀讀/寫寫刷新刷新刷新刷新刷新刷新62s0.5s62.5s62.5s計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器 異步刷新方式雖然也有死區(qū)，但比集異步刷

50、新方式雖然也有死區(qū)，但比集中刷新方式的死區(qū)小得多，僅為中刷新方式的死區(qū)小得多，僅為0.5 s。這。這樣可以避免使樣可以避免使CPU連續(xù)等待過長的時間，連續(xù)等待過長的時間，而且減少了刷新次數(shù)，是比較實用的一種而且減少了刷新次數(shù)，是比較實用的一種刷新方式。刷新方式。計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器3.刷新控制刷新控制 MOS型動態(tài)型動態(tài)RAM的刷新要注意幾個問題：的刷新要注意幾個問題： 刷新對刷新對CPU是透明的。是透明的。 刷新通常是一行一行地進行的，每一行刷新通常是一行一行地進

51、行的，每一行中各記憶單元同時被刷新，故刷新操作時中各記憶單元同時被刷新，故刷新操作時僅需要行地址，不需要列地址。僅需要行地址，不需要列地址。 刷新操作類似于讀出操作。刷新操作類似于讀出操作。 因為所有芯片同時被刷新，所以在考慮因為所有芯片同時被刷新，所以在考慮刷新問題時，應(yīng)當從單個芯片的存儲容量刷新問題時，應(yīng)當從單個芯片的存儲容量著手，而不是從整個存儲器的容量著手。著手，而不是從整個存儲器的容量著手。計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器5.3.3 RAM芯片分析芯片分析1.RAM芯

52、片芯片 存儲芯片通過地址線、數(shù)據(jù)線和控制存儲芯片通過地址線、數(shù)據(jù)線和控制線與外部連接。地址線是單向輸入的，其線與外部連接。地址線是單向輸入的，其數(shù)目與芯片容量有關(guān)。如容量為數(shù)目與芯片容量有關(guān)。如容量為10244時，時，地址線有地址線有10根；容量為根；容量為64K1時，地址線時，地址線有有16根。數(shù)據(jù)線是雙向的，既可輸入，也根。數(shù)據(jù)線是雙向的，既可輸入，也可輸出，其數(shù)目與數(shù)據(jù)位數(shù)有關(guān)。如可輸出，其數(shù)目與數(shù)據(jù)位數(shù)有關(guān)。如10244的芯片，數(shù)據(jù)線有的芯片，數(shù)據(jù)線有4根；根；64K1的的芯片，數(shù)據(jù)線只有芯片，數(shù)據(jù)線只有1根。控制線主要有讀根。控制線主要有讀/寫控制線（或?qū)懺试S線）和片選線兩種，寫控制

53、線（或?qū)懺试S線）和片選線兩種，讀讀/寫控制線是用來決定芯片是進行讀操作寫控制線是用來決定芯片是進行讀操作還是寫操作的，片選線是用來決定該芯片還是寫操作的，片選線是用來決定該芯片是否被選中的。是否被選中的。計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器 由于由于DRAM芯片集成度高，容量大，芯片集成度高，容量大，為了減少芯片引腳數(shù)量，為了減少芯片引腳數(shù)量，DRAM芯片把地芯片把地址線分成相等的兩部分，分兩次從相同的址線分成相等的兩部分，分兩次從相同的引腳送入。兩次輸入的地址分別稱為行地引腳送入

54、。兩次輸入的地址分別稱為行地址和列地址，行地址由行地址選通信號址和列地址，行地址由行地址選通信號 送入存儲芯片，列地址由列地址選通信號送入存儲芯片，列地址由列地址選通信號 送入存儲芯片。由于采用了地址復(fù)用技術(shù)，送入存儲芯片。由于采用了地址復(fù)用技術(shù)，因此，因此，DRAM芯片每增加一條地址線，實芯片每增加一條地址線，實際上是增加了兩位地址，也即增加了際上是增加了兩位地址，也即增加了4倍的倍的容量。容量。RASCAS計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器2.地址譯碼方式地址譯碼方式 地址譯

55、碼電路能把地址線送來的地址地址譯碼電路能把地址線送來的地址信號翻譯成對應(yīng)存儲單元的選擇信號。信號翻譯成對應(yīng)存儲單元的選擇信號。(1)單譯碼方式單譯碼方式 單譯碼方式又稱字選法，它所對應(yīng)的單譯碼方式又稱字選法，它所對應(yīng)的存儲器結(jié)構(gòu)是字結(jié)構(gòu)的，容量為存儲器結(jié)構(gòu)是字結(jié)構(gòu)的，容量為M個字的個字的存儲器（存儲器（M個字，每字個字，每字b位），排列成位），排列成M行行b列的矩陣，矩陣的每一行對應(yīng)一個字，列的矩陣，矩陣的每一行對應(yīng)一個字，有一條公用的選擇線有一條公用的選擇線wi（字線）。字線選（字線）。字線選中某一行時，同一行中的各位就都被選中，中某一行時，同一行中的各位就都被選中，由讀寫電路對被選中的各位

56、實施讀出或?qū)懹勺x寫電路對被選中的各位實施讀出或?qū)懭氩僮?。入操作。計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器 字結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，缺點是使用字結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，缺點是使用的外圍電路多，成本昂貴。更嚴重的是，當?shù)耐鈬娐范啵杀景嘿F。更嚴重的是，當字數(shù)大大超過位數(shù)時，存儲器會形成縱向很字數(shù)大大超過位數(shù)時，存儲器會形成縱向很長而橫向很窄的不合理結(jié)構(gòu)，所以這種方式長而橫向很窄的不合理結(jié)構(gòu)，所以這種方式只適用于容量不大的存儲器。只適用于容量不大的存儲器。計算機組成原理計算機組成原理2012

57、.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器(2)雙譯碼方式雙譯碼方式 雙譯碼方式又稱為重合法。通常是把雙譯碼方式又稱為重合法。通常是把K位地址碼分成接近相等的兩段，一段用于水位地址碼分成接近相等的兩段，一段用于水平方向作平方向作X地址線，供地址線，供X地址譯碼器譯碼；地址譯碼器譯碼；一段用于垂直方向作一段用于垂直方向作Y地址線，供地址線，供Y地址譯地址譯碼器譯碼。碼器譯碼。X和和Y兩個方向的選擇線在存儲兩個方向的選擇線在存儲體內(nèi)部的一個記憶單元上交叉，以選擇相應(yīng)體內(nèi)部的一個記憶單元上交叉，以選擇相應(yīng)的記憶單元。的記憶單元。

58、計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器 雙譯碼方式對應(yīng)的存儲芯片結(jié)構(gòu)可以雙譯碼方式對應(yīng)的存儲芯片結(jié)構(gòu)可以是位結(jié)構(gòu)的，則在是位結(jié)構(gòu)的，則在Z方向上重疊方向上重疊b個芯片。個芯片。 也可以是字段結(jié)構(gòu)的。也可以是字段結(jié)構(gòu)的。 X選擇線選擇線Y選擇線選擇線計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲器 對于字段結(jié)構(gòu)的存儲芯片，行選擇線對于字段結(jié)構(gòu)的存儲芯片，行選擇線為為M/s根，列選擇線為

59、根，列選擇線為s，K位地址線也要劃位地址線也要劃分為兩部分：分為兩部分：Kxlog2M/s，Kylog2s。 雙譯碼方式與單譯碼方式相比，減少雙譯碼方式與單譯碼方式相比，減少了選擇線數(shù)目和驅(qū)動器數(shù)目。存儲容量越大，了選擇線數(shù)目和驅(qū)動器數(shù)目。存儲容量越大，這兩種方式的差異越明顯。這兩種方式的差異越明顯。256 256256 2568 8雙譯碼雙譯碼655366553616單譯碼單譯碼驅(qū)動器數(shù)驅(qū)動器數(shù)選擇線數(shù)選擇線數(shù)占用地址位占用地址位譯碼方式譯碼方式計算機組成原理計算機組成原理2012.10北京理工大學(xué)計算機學(xué)院北京理工大學(xué)計算機學(xué)院5.3 半導(dǎo)體隨機存儲器半導(dǎo)體隨機存儲器和只讀存儲器和只讀存儲

60、器以以Intel 2114為例為例 存儲容量為存儲容量為1K4，由，由4096個六管記個六管記憶單元電路組成，它們排成憶單元電路組成，它們排成6464的矩陣，的矩陣，采用字段結(jié)構(gòu)。采用字段結(jié)構(gòu)。CPU送來的地址總線送來的地址總線10位位（A0A9），其中），其中6位作為行選擇電路的輸位作為行選擇電路的輸入，經(jīng)行地址譯碼器產(chǎn)生入，經(jīng)行地址譯碼器產(chǎn)生64條行選擇線；條行選擇線；另另4位作為列選擇電路的輸入，經(jīng)列地址譯位作為列選擇電路的輸入，經(jīng)列地址譯碼器產(chǎn)生碼器產(chǎn)生16條列選擇線，每條列選擇線再條列選擇線，每條列選擇線再經(jīng)列經(jīng)列I/O電路把電路把4條數(shù)據(jù)線（條數(shù)據(jù)線（I/O1I/O4）連）連接到各