課程B： 第5章 存儲系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)

1、西西 南南 交交 通通 大大 學(xué)學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院院20201616年年5 5月月 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu) 5.1 5.1 存儲系統(tǒng)的組成存儲系統(tǒng)的組成 5.2 5.2 主存儲器的組織主存儲器的組織 5.3 5.3 半導(dǎo)體隨機(jī)存儲器和只讀存儲器半導(dǎo)體隨機(jī)存儲器和只讀存儲器 5.4 5.4 主存儲器的連接與控制主存儲器的連接與控制 5.6 5.6 并行存儲器和相聯(lián)存儲器并行存儲器和相聯(lián)存儲器5.7 5.7 高速緩沖存儲器高速緩沖存儲器 5.8 5.8 虛擬存儲器虛擬存儲器 西南交通大學(xué)信

2、息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)3第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu) 存儲器用途：存儲器用途：存放程序和數(shù)據(jù)。存放程序和數(shù)據(jù)。 要求容量大、速度高、成本低。要求容量大、速度高、成本低。 （但在同樣技術(shù)條件下三者往往相互矛盾）（但在同樣技術(shù)條件下三者往往相互矛盾）存儲系統(tǒng)：存儲系統(tǒng)：由幾個(gè)容量、速度和價(jià)格各不相同的存儲器構(gòu)成的系統(tǒng)。由幾個(gè)容量、速度和價(jià)格各不相同的存儲器構(gòu)成的系統(tǒng)。 （以提高整體性能）（以提高整體性能） 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算

3、機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)45.1 5.1 存儲系統(tǒng)的組成存儲系統(tǒng)的組成5.1.1 5.1.1 存儲器的分類存儲器的分類 1. 1. 按存儲器在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的作用分類按存儲器在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的作用分類 （1 1）高速緩沖存儲器（）高速緩沖存儲器（CacheCache） （2 2）主存儲器（內(nèi)存、主存）主存儲器（內(nèi)存、主存） 比如：內(nèi)存條比如：內(nèi)存條 （3 3）輔助存儲器（外存、后援存儲器）輔助存儲器（外存、后援存儲器） 比如：磁盤、光盤比如：磁盤、光盤2 2按存儲介質(zhì)分類按存儲介質(zhì)分類（1 1）半導(dǎo)體存儲器（靜態(tài)）半導(dǎo)體存儲器（靜態(tài)/ /動(dòng)態(tài)）

4、動(dòng)態(tài)）（2 2）磁芯存儲器）磁芯存儲器（3 3）磁表面存儲器）磁表面存儲器（4 4）光存儲器）光存儲器 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)55.1 5.1 存儲系統(tǒng)的組成存儲系統(tǒng)的組成5.1.1 5.1.1 存儲器的分類存儲器的分類3 3按存取方式分類按存取方式分類（1 1）隨機(jī)存取存儲器）隨機(jī)存取存儲器(Random Access Memory(Random Access Memory，RAM)RAM) 可對其任意單元進(jìn)行讀寫，并且可對其任意單元進(jìn)行讀寫，并且 讀寫所需時(shí)間與存儲單

5、元的地址無關(guān)。讀寫所需時(shí)間與存儲單元的地址無關(guān)。（2 2）只讀存儲器）只讀存儲器(Read Only Memory, ROM)(Read Only Memory, ROM)（3 3）順序存儲器）順序存儲器(Serial Access Memory, SAM)(Serial Access Memory, SAM)（4 4）直接存取存儲器）直接存取存儲器 (Direct Access Memory, DAM) (Direct Access Memory, DAM) 又稱半順序存儲器又稱半順序存儲器 例如磁盤：尋道例如磁盤：尋道可看作隨機(jī)方式；可看作隨機(jī)方式； 尋找磁道內(nèi)扇區(qū)的數(shù)據(jù)尋找磁道內(nèi)扇區(qū)的數(shù)

6、據(jù)采用順序存取。采用順序存取。 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)65.1 5.1 存儲系統(tǒng)的組成存儲系統(tǒng)的組成5.1.1 5.1.1 存儲器的分類存儲器的分類4 4按信息的可保存性分類按信息的可保存性分類（1 1）易失性存儲器（又稱揮發(fā)性存儲器）易失性存儲器（又稱揮發(fā)性存儲器） 斷電后要丟失信息斷電后要丟失信息（2 2）非易失性存儲器）非易失性存儲器 斷電后存儲信息仍然保存斷電后存儲信息仍然保存 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組

7、成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)75.1 5.1 存儲系統(tǒng)的組成存儲系統(tǒng)的組成5.1.2 5.1.2 存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 目的：目的：解決存儲容量、存取速度和價(jià)格之間的矛盾。解決存儲容量、存取速度和價(jià)格之間的矛盾。方法：方法：采用多級存儲層次，以提高存儲系統(tǒng)的整體性能。采用多級存儲層次，以提高存儲系統(tǒng)的整體性能。1 1多級存儲層次多級存儲層次 “Cache-Cache-主存主存-外存外存” ” 是最典型的三級物理存儲體系是最典型的三級物理存儲體系CPUCache主存儲器主存儲器輔助存儲器輔助存儲器高高高高低低低低小小大大速度速度價(jià)格價(jià)格容量容量 西

8、南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)8CPUCache主存儲器主存儲器輔助存儲器輔助存儲器高高高高低低低低小小大大速度速度價(jià)格價(jià)格容量容量（1 1）CacheCache 存放少量內(nèi)存數(shù)據(jù)的副本，其速度很快，可與存放少量內(nèi)存數(shù)據(jù)的副本，其速度很快，可與CPUCPU速度匹配。速度匹配。 （與主存之間有數(shù)據(jù)映射算法、淘汰算法）（與主存之間有數(shù)據(jù)映射算法、淘汰算法）（2 2）主存）主存 能由能由CPUCPU直接編程訪問。運(yùn)行的程序及處理數(shù)據(jù)要放在主存中。直接編程訪問。運(yùn)行的程序及處理數(shù)據(jù)要放在主

9、存中。（3 3）輔存）輔存 存放需聯(lián)機(jī)保存但暫不使用的程序與數(shù)據(jù)。存放需聯(lián)機(jī)保存但暫不使用的程序與數(shù)據(jù)。 當(dāng)要運(yùn)行其中的程序時(shí)，先把傳到內(nèi)存再運(yùn)行。當(dāng)要運(yùn)行其中的程序時(shí)，先把傳到內(nèi)存再運(yùn)行。 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)92 2CacheCache主存存儲層次（主存存儲層次（CacheCache存儲系統(tǒng)）存儲系統(tǒng)） 為解決主存速度不足而提出來的。為解決主存速度不足而提出來的。CPUCache主存輔助硬件 由于由于CacheCache存儲系統(tǒng)全部用硬件來調(diào)度，因此它對系統(tǒng)程序存儲

10、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。員和應(yīng)用程序員都是透明的。5.1 5.1 存儲系統(tǒng)的組成存儲系統(tǒng)的組成5.1.2 5.1.2 存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)105.1.2 5.1.2 存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 3 3主存主存輔存存儲層次（虛擬存儲系統(tǒng)）輔存存儲層次（虛擬存儲系統(tǒng)） 為解決主存容量不足而提出來的。為解決主存容量不足而提出來的。 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)由于虛擬

11、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，但對應(yīng)用程序員是透明的。程序員是不透明的，但對應(yīng)用程序員是透明的。CPU主存輔存輔助軟硬件5.1 5.1 存儲系統(tǒng)的組成存儲系統(tǒng)的組成 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)115.2.15.2.1主存儲器的存儲單元主存儲器的存儲單元 1 1基本概念基本概念 存儲字：可作為一個(gè)整體存入或取出的二進(jìn)制位數(shù)。存儲字：可作為一個(gè)整體存入或取出的二進(jìn)制位數(shù)。 存儲單元：存放存儲字或存儲字節(jié)的主存空間。存儲單元：存放存儲字或存儲字節(jié)的主存

12、空間。 地址：存儲單元的編號。和存儲單元之間一一對應(yīng)。地址：存儲單元的編號。和存儲單元之間一一對應(yīng)。5.2 5.2 主存儲器存儲單元的組織主存儲器存儲單元的組織 2 2地址編排方案地址編排方案 內(nèi)存的常見編址單位有：內(nèi)存的常見編址單位有： 1 1）按字編址：編址單位）按字編址：編址單位= =計(jì)算機(jī)字長計(jì)算機(jī)字長 2 2）按字節(jié)編址：編址單位）按字節(jié)編址：編址單位=1=1個(gè)字節(jié)個(gè)字節(jié) 3 3）按位編址：編址單位）按位編址：編址單位=1bit=1bit 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)

13、12 按字編址時(shí)，有大端方案和小端方案之分。按字編址時(shí)，有大端方案和小端方案之分。大端方案大端方案 字地址等于最高有效字節(jié)地址。例如：字地址等于最高有效字節(jié)地址。例如：IBM 370IBM 370機(jī)，字長機(jī)，字長3232位，按字節(jié)編址，字地址總是等于位，按字節(jié)編址，字地址總是等于4 4的整數(shù)倍，用地址碼的的整數(shù)倍，用地址碼的最末兩位來區(qū)分同一個(gè)字的最末兩位來區(qū)分同一個(gè)字的4 4個(gè)字節(jié)。個(gè)字節(jié)。 00144889101156723字 地 址字 節(jié) 地 址 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和

14、結(jié)構(gòu)13 按字編址時(shí)，有大端方案和小端方案之分。按字編址時(shí)，有大端方案和小端方案之分。小端方案小端方案 字地址等于最低有效字節(jié)地址。例如：字地址等于最低有效字節(jié)地址。例如：PDP-11PDP-11機(jī)，字長機(jī)，字長為為1616位，按字節(jié)編址，字地址等于位，按字節(jié)編址，字地址等于2 2的整數(shù)倍。用地址碼的的整數(shù)倍。用地址碼的最末最末1 1位來區(qū)分同一個(gè)字的兩個(gè)字節(jié)。位來區(qū)分同一個(gè)字的兩個(gè)字節(jié)。 004412235字地址字節(jié)地址 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)145.2.2 5.2.2

15、 數(shù)據(jù)在主存中的存放方式數(shù)據(jù)在主存中的存放方式按字節(jié)編址的情況下，數(shù)據(jù)在主存儲器中的按字節(jié)編址的情況下，數(shù)據(jù)在主存儲器中的3 3種不同存放方法：種不同存放方法： 1) 1) 緊縮存放緊縮存放 2) 2) 字邊界存放字邊界存放 3) 3) 整數(shù)邊界存放整數(shù)邊界存放 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)155.2.2 5.2.2 數(shù)據(jù)在主存中的存放方式數(shù)據(jù)在主存中的存放方式【例例】設(shè)存儲字長為設(shè)存儲字長為6464位，讀寫的數(shù)據(jù)有以下位，讀寫的數(shù)據(jù)有以下4 4種不同長度種不同長度字節(jié)字節(jié)(8

16、(8位位) )半字半字(16(16位位) )單字單字(32(32位位) )雙字雙字(64(64位位) )1)1)緊縮存放：緊縮存放：4 4種不同長度的數(shù)據(jù)一個(gè)緊接著一個(gè)存放。種不同長度的數(shù)據(jù)一個(gè)緊接著一個(gè)存放。 存儲字存儲字6464位（位（8 8個(gè)字節(jié)）個(gè)字節(jié)）不浪費(fèi)存儲器資源，但一個(gè)數(shù)據(jù)可能跨字存放，不浪費(fèi)存儲器資源，但一個(gè)數(shù)據(jù)可能跨字存放，要讀數(shù)要訪存兩次要讀數(shù)要訪存兩次 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)165.2.2 5.2.2 數(shù)據(jù)在主存中的存放方式數(shù)據(jù)在主存中的存放方式【

17、例例】設(shè)存儲字長為設(shè)存儲字長為6464位，讀寫的數(shù)據(jù)有以下位，讀寫的數(shù)據(jù)有以下4 4種不同長度種不同長度字節(jié)字節(jié)(8(8位位) )半字半字(16(16位位) )單字單字(32(32位位) )雙字雙字(64(64位位) )2)2)字邊界存放：從存儲字的起始位置開始存放字邊界存放：從存儲字的起始位置開始存放. . 每個(gè)存儲字最多只存一個(gè)數(shù)據(jù)每個(gè)存儲字最多只存一個(gè)數(shù)據(jù)( (不管該數(shù)是不管該數(shù)是1 1字字節(jié)長還是節(jié)長還是1 1字長字長) )。 存儲字存儲字64位（位（8個(gè)字節(jié)）個(gè)字節(jié)） 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章

18、 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)175.2.2 5.2.2 數(shù)據(jù)在主存中的存放方式數(shù)據(jù)在主存中的存放方式【例例】設(shè)存儲字長為設(shè)存儲字長為6464位，讀寫的數(shù)據(jù)有以下位，讀寫的數(shù)據(jù)有以下4 4種不同長度種不同長度字節(jié)字節(jié)(8(8位位) )半字半字(16(16位位) )單字單字(32(32位位) )雙字雙字(64(64位位) )3)3)整數(shù)邊界存放：單字節(jié)數(shù)據(jù)的地址可任意，整數(shù)邊界存放：單字節(jié)數(shù)據(jù)的地址可任意， 二字節(jié)數(shù)據(jù)的地址只能是二字節(jié)數(shù)據(jù)的地址只能是(XXX0)(XXX0)2 2 四字節(jié)數(shù)據(jù)的地址只能是四字節(jié)數(shù)據(jù)的地址只能是 (XXX00)(XXX00)2 2存儲字存儲字64位（位（8個(gè)字節(jié)）

19、個(gè)字節(jié)）0181624329172533210183111941220513216142271523263427283635293730313938 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)185.2.3 5.2.3 存儲器的主要技術(shù)指標(biāo)存儲器的主要技術(shù)指標(biāo) 1. 1.存儲容量存儲容量 以以字節(jié)字節(jié)編址的計(jì)算機(jī)，通常以字節(jié)為單位。編址的計(jì)算機(jī)，通常以字節(jié)為單位。 對于以對于以字字編址的計(jì)算機(jī)，以編址的計(jì)算機(jī)，以字?jǐn)?shù)與其字長的乘積字?jǐn)?shù)與其字長的乘積表示容量。表示容量。 例：例：64K64K1

20、616128KB 128KB 。注意：注意：通常情況下，應(yīng)認(rèn)為通常情況下，應(yīng)認(rèn)為1MB1MB代表代表1024KB1024KB。 但在表述硬盤的存儲容量時(shí)，目前習(xí)慣上但在表述硬盤的存儲容量時(shí)，目前習(xí)慣上 1MB1MB指指1000KB1000KB。 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)195.2.3 5.2.3 存儲器的主要技術(shù)指標(biāo)存儲器的主要技術(shù)指標(biāo) 2. 2.存取速度存取速度 存取時(shí)間（訪問時(shí)間或讀寫時(shí)間）存取時(shí)間（訪問時(shí)間或讀寫時(shí)間）TaTa 指從啟動(dòng)一次存儲器操作到完成該操作所經(jīng)歷

21、的時(shí)間。指從啟動(dòng)一次存儲器操作到完成該操作所經(jīng)歷的時(shí)間。 Ta Ta越小，存取速度越快。越小，存取速度越快。 存取周期（訪問周期或讀寫周期）存取周期（訪問周期或讀寫周期）TmTm 指存儲器進(jìn)行一次完整的讀寫操作所需的全部時(shí)間。即兩次連指存儲器進(jìn)行一次完整的讀寫操作所需的全部時(shí)間。即兩次連續(xù)訪問存儲器（讀或?qū)懀┎僮髦g所需的最小時(shí)間間隔。續(xù)訪問存儲器（讀或?qū)懀┎僮髦g所需的最小時(shí)間間隔。 一般一般TmTaTmTa。 主存帶寬主存帶寬BmBm（數(shù)據(jù)傳輸率）（數(shù)據(jù)傳輸率） 每秒從主存進(jìn)出信息的最大數(shù)量。每秒從主存進(jìn)出信息的最大數(shù)量。 字字/ /秒、字節(jié)秒、字節(jié)/ /秒或位秒或位/ /秒秒 若存儲器的

22、字長為若存儲器的字長為W W位，則位，則Bm=W/TmBm=W/Tm。 1.1.存儲容量存儲容量 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)205.2.3 5.2.3 存儲器的主要技術(shù)指標(biāo)存儲器的主要技術(shù)指標(biāo) 2. 2.存取速度存取速度 存取時(shí)間（訪問時(shí)間或讀寫時(shí)間）存取時(shí)間（訪問時(shí)間或讀寫時(shí)間）TaTa 指從啟動(dòng)一次存儲器操作到完成該操作所經(jīng)歷的時(shí)間。指從啟動(dòng)一次存儲器操作到完成該操作所經(jīng)歷的時(shí)間。 Ta Ta越小，存取速度越快。越小，存取速度越快。 存取周期（訪問周期或讀寫周期）存取周期

23、（訪問周期或讀寫周期）TmTm 指存儲器進(jìn)行一次完整的讀寫操作所需的全部時(shí)間。即兩次連指存儲器進(jìn)行一次完整的讀寫操作所需的全部時(shí)間。即兩次連續(xù)訪問存儲器（讀或?qū)懀┎僮髦g所需的最小時(shí)間間隔。續(xù)訪問存儲器（讀或?qū)懀┎僮髦g所需的最小時(shí)間間隔。 一般一般TmTaTmTa。 主存帶寬主存帶寬BmBm（數(shù)據(jù)傳輸率）（數(shù)據(jù)傳輸率） 每秒從主存進(jìn)出信息的最大數(shù)量。每秒從主存進(jìn)出信息的最大數(shù)量。 字字/ /秒、字節(jié)秒、字節(jié)/ /秒或位秒或位/ /秒秒 若存儲器的字長為若存儲器的字長為W W位，則位，則Bm=W/TmBm=W/Tm。 1.1.存儲容量存儲容量 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)

24、與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)215.2.3 5.2.3 存儲器的主要技術(shù)指標(biāo)存儲器的主要技術(shù)指標(biāo) 2. 2.存取速度存取速度 1.1.存儲容量存儲容量3.3.可靠性可靠性 指在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，存儲器無故障的概率。指在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，存儲器無故障的概率。 4.4.功耗功耗 反映存儲器耗電的多少和發(fā)熱的程度。反映存儲器耗電的多少和發(fā)熱的程度。5.5.價(jià)格（性能價(jià)格比）價(jià)格（性能價(jià)格比） 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)22半導(dǎo)

25、體存儲器半導(dǎo)體存儲器RAMRAM雙極型存儲器（靜態(tài)）雙極型存儲器（靜態(tài)）SRAMSRAM場效應(yīng)晶體管場效應(yīng)晶體管MOSMOS存儲器存儲器靜態(tài)存儲器靜態(tài)存儲器SRAMSRAM動(dòng)態(tài)存儲器動(dòng)態(tài)存儲器DRAMDRAM5.3 5.3 半導(dǎo)體隨機(jī)存儲器和只讀存儲器半導(dǎo)體隨機(jī)存儲器和只讀存儲器5.3.1 RAM5.3.1 RAM記憶單元電路記憶單元電路 1. 61. 6管管SRAMSRAM記憶單元電路記憶單元電路 用雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來存儲一位二進(jìn)制信息用雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來存儲一位二進(jìn)制信息0 0或或1 1。 字線位線I/OT3T2T1T4位線I/OVccT5T6AB 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科

26、學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)23字線位線I/OT3T2T1T4位線I/OVccT5T6AB 保存信息：保存信息：字線為低；字線為低； 觸發(fā)器與位線斷開觸發(fā)器與位線斷開 1 1：T T1 1截止，截止，T T2 2導(dǎo)通導(dǎo)通 0 0：T T1 1導(dǎo)通，導(dǎo)通，T T2 2截止截止 讀出操作：讀出操作：字線為高；字線為高； 若存若存“1”“1”，I/OI/O上輸出高電平。上輸出高電平。 寫入操作：寫入操作：字線為高。字線為高。 寫寫“1”“1”時(shí)，位線時(shí)，位線I/OI/O為高為高; I/O; I/O為低電位；為低電位； 西南交通大學(xué)

27、信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)242. 42. 4管管DRAMDRAM記憶單元電路記憶單元電路 靠靠MOSMOS電路中的柵極電容電路中的柵極電容C1C1、C2C2來存儲信息的。來存儲信息的。 保存信息：保存信息：字線為低；字線為低； 1 1：C C2 2上有電荷，上有電荷，C C1 1上無電荷上無電荷 0 0：C C2 2上無電荷，上無電荷，C C1 1上有電荷上有電荷由于存在漏電流，需周期性給由于存在漏電流，需周期性給電容補(bǔ)充電荷，即刷新。電容補(bǔ)充電荷，即刷新。 讀出操作：讀出操作：字線為

28、高；若存字線為高；若存“1”“1”，C C2 2上有電荷，上有電荷，I/OI/O線上有負(fù)脈線上有負(fù)脈沖輸出。若存沖輸出。若存“0”0”，C C1 1上有電荷，上有電荷，I/OI/O線上有負(fù)脈沖輸出。線上有負(fù)脈沖輸出。 字線位線I/OC1T3C2T2T1T4預(yù)充預(yù)充位線I/OVccAB 寫入操作：寫入操作： 字線為高。字線為高。寫寫“1”“1”時(shí)，時(shí)，I/OI/O為高電位，為高電位， I/OI/O為低電位；寫為低電位；寫“0”“0”時(shí)，時(shí)， I/OI/O為高電位，為高電位，I/OI/O為低電位。為低電位。 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原

29、理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)253. 3. 單管單管DRAMDRAM記憶單元記憶單元 由一個(gè)由一個(gè)MOSMOS管管T1T1和一個(gè)存儲電容和一個(gè)存儲電容C C構(gòu)成，用構(gòu)成，用C C存儲電荷來表示信息。存儲電荷來表示信息。 寫入操作：寫入操作：字線為高電平，當(dāng)位線為字線為高電平，當(dāng)位線為高電平時(shí)，高電平時(shí)，C C被充電，寫入被充電，寫入“1”1”；當(dāng)位；當(dāng)位線為低電平，線為低電平，C C被放電，寫入被放電，寫入“0” 0” 讀出操作：讀出操作：字線為高電平，字線為高電平，T1T1管導(dǎo)通。若存儲的是管導(dǎo)通。若存儲的是“1”1”，C C上上有電荷，位線上產(chǎn)生讀電流；若存儲的

30、是有電荷，位線上產(chǎn)生讀電流；若存儲的是“0”0”，C C上無電荷，位上無電荷，位線上不產(chǎn)生讀電流。線上不產(chǎn)生讀電流。 字線位線CCdT1 保存信息：保存信息：字線為低；由于存在漏電字線為低；由于存在漏電流，需周期性給電容補(bǔ)充電荷，即刷新。流，需周期性給電容補(bǔ)充電荷，即刷新。 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)265.3.2 5.3.2 半導(dǎo)體隨機(jī)存儲器和只讀存儲器半導(dǎo)體隨機(jī)存儲器和只讀存儲器1 1RAMRAM芯片的基本結(jié)構(gòu)芯片的基本結(jié)構(gòu)存儲體存儲體地址線地址線數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線讀讀/ /寫

31、控制線寫控制線I/O和讀寫電路和讀寫電路地址譯碼驅(qū)動(dòng)地址譯碼驅(qū)動(dòng)（1 1）存儲體（存儲陣列、存儲矩陣）存儲體（存儲陣列、存儲矩陣）（2 2）地址譯碼驅(qū)動(dòng)電路）地址譯碼驅(qū)動(dòng)電路（3 3）I/OI/O和讀寫電路和讀寫電路 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)275.3.2 5.3.2 半導(dǎo)體隨機(jī)存儲器和只讀存儲器半導(dǎo)體隨機(jī)存儲器和只讀存儲器2 2地址譯碼方式地址譯碼方式（1 1）單譯碼方式）單譯碼方式( (一維地址譯碼方式，字選法一維地址譯碼方式，字選法) ) 0,00,731,031,7

32、讀 /寫 控 制 電 路地址譯碼器字 線位線讀 /寫片 選00731D7D0D1D2A0A1A2A3A432 8矩 陣.000000000111111. 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)285.3.2 5.3.2 半導(dǎo)體隨機(jī)存儲器和只讀存儲器半導(dǎo)體隨機(jī)存儲器和只讀存儲器2 2地址譯碼方式地址譯碼方式（2 2）雙譯碼方式）雙譯碼方式( (二維地址譯碼二維地址譯碼) ) 0,00,6363,063,63I/OY地 址 譯 碼器地址譯碼器XA0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A

33、11DinDoutDD_D_D64 64矩陣X0X63Y0Y63.XYZ 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)29雙譯碼方式地址譯碼器結(jié)構(gòu)簡單，連線少。雙譯碼方式地址譯碼器結(jié)構(gòu)簡單，連線少。思考：思考：1K1K4 4存儲器芯片，采用單譯碼字選方式時(shí)芯片內(nèi)共需要存儲器芯片，采用單譯碼字選方式時(shí)芯片內(nèi)共需要多少根字選線？多少根字選線？409640961 1的存儲芯片內(nèi)部可排列成的存儲芯片內(nèi)部可排列成64646464的矩陣，采用雙譯碼方式時(shí)芯片內(nèi)共需要多少根選擇線？的矩陣，采用雙譯碼方式時(shí)芯

34、片內(nèi)共需要多少根選擇線？ 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)302 2靜態(tài)存儲器（靜態(tài)存儲器（SRAMSRAM）芯片及其工作時(shí)序）芯片及其工作時(shí)序 1K 4A9-0CSRDD1-4WR 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)312 2靜態(tài)存儲器（靜態(tài)存儲器（SRAMSRAM）芯片及其工作時(shí)序）芯片及其工作時(shí)序 1K 4A9-0CSRDD1-4WR讀寫時(shí)序（注意片選信號的作用區(qū)域

35、）：讀寫時(shí)序（注意片選信號的作用區(qū)域）：數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)地址CSWE讀時(shí)序讀時(shí)序讀周期讀周期 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)322 2靜態(tài)存儲器（靜態(tài)存儲器（SRAMSRAM）芯片及其工作時(shí)序）芯片及其工作時(shí)序 1K 4A9-0CSRDD1-4WR讀寫時(shí)序（注意片選信號的作用區(qū)域）：讀寫時(shí)序（注意片選信號的作用區(qū)域）：數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)地址CSWE寫時(shí)序?qū)憰r(shí)序?qū)懼芷趯懼芷?西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章

36、存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)333 3動(dòng)態(tài)存儲器（動(dòng)態(tài)存儲器（DRAMDRAM）芯片及其工作時(shí)序）芯片及其工作時(shí)序 64K 1A7-0RASDRDCASWRDRAMDRAM芯片一般沒有片選端，用芯片一般沒有片選端，用RASRAS和和CASCAS信號代替片選信號代替片選 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)343 3動(dòng)態(tài)存儲器（動(dòng)態(tài)存儲器（DRAMDRAM）芯片及其工作時(shí)序）芯片及其工作時(shí)序 64K 1A7-0RASDRDCASWR讀寫時(shí)序：讀寫時(shí)序： 數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)地址讀周期CASWE(

37、a)(b)RAS行地址列地址數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)地址寫周期CASWERAS行地址列地址 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)351.1.刷新間隔刷新間隔 DRAM DRAM記憶單元中電容信息可保持的時(shí)間決定了兩次刷新記憶單元中電容信息可保持的時(shí)間決定了兩次刷新操作的時(shí)間間隔，在這段時(shí)間內(nèi)必須將所有存儲單元都刷新操作的時(shí)間間隔，在這段時(shí)間內(nèi)必須將所有存儲單元都刷新一遍。一般芯片的最大刷新間隔為一遍。一般芯片的最大刷新間隔為2ms2ms。 5.3.3 5.3.3 動(dòng)態(tài)存儲器的刷新動(dòng)態(tài)存儲器的刷新刷

38、新：刷新：在存儲電荷要消失但還沒消失到使信息不能辨認(rèn)之前，給在存儲電荷要消失但還沒消失到使信息不能辨認(rèn)之前，給電容器上充電以補(bǔ)充原來丟失的電荷，使信息再生。電容器上充電以補(bǔ)充原來丟失的電荷，使信息再生。 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)362. 2. 刷新方式刷新方式 (1) (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)，按照存儲芯片容量的大小集中安排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(gè)刷新周期，刷新時(shí)停止讀寫操作。若干個(gè)刷新周期，刷新時(shí)停止讀寫

39、操作。刷新時(shí)間刷新時(shí)間= =存儲矩陣行數(shù)存儲矩陣行數(shù)刷新周期刷新周期 注意：注意：這里刷新周期是指刷新一行所需要的時(shí)間，由于刷這里刷新周期是指刷新一行所需要的時(shí)間，由于刷新過程就是新過程就是“假讀假讀”的過程，所以刷新周期等于的過程，所以刷新周期等于存取周期存取周期。 刷新間隔（刷新間隔（2 ms）讀寫操作讀寫操作刷新刷新013967396839993968個(gè)周期（個(gè)周期（1984 s）32個(gè)周期（個(gè)周期（16 s） 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)37（2 2） 分散刷新方式分散

40、刷新方式 把刷新操作分散到每個(gè)存取周期內(nèi)進(jìn)行，在一個(gè)系統(tǒng)存取把刷新操作分散到每個(gè)存取周期內(nèi)進(jìn)行，在一個(gè)系統(tǒng)存取周期內(nèi)刷新存儲矩陣中的一行。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讀寫讀寫讀寫讀寫讀寫讀寫刷新刷新刷新刷新刷新刷新 特點(diǎn)：特點(diǎn)：沒有死區(qū)，但加長了系統(tǒng)存取周期，降低了整機(jī)速度；沒有死區(qū)，但加長了系統(tǒng)存取周期，降低了整機(jī)速度；而且刷新過于頻繁而且刷新過于頻繁，沒有充分利用所允許的最大刷新間隔，沒有充分利用所允許的最大刷新間隔。 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5

41、5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)38（3 3）異步刷新方式）異步刷新方式 是前兩種方式的結(jié)合，充分利用了最大刷新間隔時(shí)間，把是前兩種方式的結(jié)合，充分利用了最大刷新間隔時(shí)間，把刷新操作平均分配到整個(gè)最大刷新間隔時(shí)間內(nèi)進(jìn)行。刷新操作平均分配到整個(gè)最大刷新間隔時(shí)間內(nèi)進(jìn)行。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(shí)間最大刷新間隔時(shí)間行數(shù)行數(shù) 刷新間隔（刷新間隔（2 ms）讀寫讀寫讀寫讀寫讀寫讀寫刷新刷新刷新刷新刷新刷新62s0.5s62.5s62.5s（4 4）其他刷新方式）其他刷新方式 如不定期刷新，把刷新安排在如不定期刷新，把刷新安排在CPUCPU不訪存的空閑時(shí)間里，不會(huì)不訪存的

42、空閑時(shí)間里，不會(huì)出現(xiàn)死區(qū)，也不會(huì)降低存儲器存取速度，但控制復(fù)雜。出現(xiàn)死區(qū)，也不會(huì)降低存儲器存取速度，但控制復(fù)雜。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：雖然也有死區(qū)，但比集中刷新方式的死區(qū)小得多，雖然也有死區(qū)，但比集中刷新方式的死區(qū)小得多，且且減少了刷新次數(shù)。減少了刷新次數(shù)。 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)393. DRAM3. DRAM的刷新要注意的問題的刷新要注意的問題 刷新控制電路的主要任務(wù)是解決刷新和刷新控制電路的主要任務(wù)是解決刷新和CPUCPU訪問存儲器之訪問存儲器之間的矛盾。當(dāng)刷新請求和訪存請

43、求同時(shí)發(fā)生時(shí)，應(yīng)優(yōu)先進(jìn)間的矛盾。當(dāng)刷新請求和訪存請求同時(shí)發(fā)生時(shí)，應(yīng)優(yōu)先進(jìn)行行刷新刷新操作。操作。刷新對刷新對CPUCPU是是透明透明的。的。刷新以行為單位進(jìn)行，每一行中各記憶單元同時(shí)被刷新，刷新以行為單位進(jìn)行，每一行中各記憶單元同時(shí)被刷新，故刷新操作時(shí)僅需要故刷新操作時(shí)僅需要行地址行地址，不需要列地址。，不需要列地址。刷新操作類似于讀出操作，但不需要信息輸出。刷新時(shí)刷新操作類似于讀出操作，但不需要信息輸出。刷新時(shí)不不需要需要加加片選片選信號，信號，考慮刷新問題時(shí)，應(yīng)當(dāng)從考慮刷新問題時(shí)，應(yīng)當(dāng)從單個(gè)單個(gè)芯片的存儲容量著手，而不芯片的存儲容量著手，而不是從整個(gè)存儲器的容量著手。是從整個(gè)存儲器的容量著

44、手。 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)40【例例】64K64K 1 1 的芯片，共有的芯片，共有8 8位行地址，譯碼后產(chǎn)生位行地址，譯碼后產(chǎn)生256256個(gè)行，所個(gè)行，所以，在以，在2ms 2ms 內(nèi)至少應(yīng)有內(nèi)至少應(yīng)有256256個(gè)刷新周期。個(gè)刷新周期。 【例例】某機(jī)主存容量某機(jī)主存容量1MB1MB，用，用16K16K 1/1/片的片的DRAMDRAM芯片構(gòu)成，芯片最芯片構(gòu)成，芯片最大刷新周期為大刷新周期為2ms2ms。問：刷新一遍需要多少次刷新？主存不能提。問：刷新一遍需要多少次

45、刷新？主存不能提供讀寫服務(wù)的百分比占到多少？供讀寫服務(wù)的百分比占到多少？ 【解解】 16K16K 1 1的的DRAMDRAM芯片有芯片有14/214/27 7位行地址，即共有位行地址，即共有128128個(gè)刷新個(gè)刷新行地址。所以，需要行地址。所以，需要128128次的刷新才能刷遍所有的單元。次的刷新才能刷遍所有的單元。 若每次刷新所需的時(shí)間為若每次刷新所需的時(shí)間為Ts,Ts,則主存不能提供讀寫服務(wù)的百則主存不能提供讀寫服務(wù)的百分比為：分比為： (Ts(Ts 128)/2ms)128)/2ms) 100%100% 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)

46、組成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)41思考：思考：第第5 5章習(xí)題：章習(xí)題： 1-101-10，2323，2424，2626 第第5 5章習(xí)題：章習(xí)題： 1 1，2 2，5-105-10，2323，2424，2626 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)42特點(diǎn)：特點(diǎn)：非易失性存儲器，造價(jià)比非易失性存儲器，造價(jià)比RAMRAM低，集成度高，低，集成度高， 組成結(jié)構(gòu)比組成結(jié)構(gòu)比RAMRAM簡單。簡單。用途：用途：存放軟件；存放微程序；存放特殊編碼存放軟件；存放微

47、程序；存放特殊編碼 1.1.掩模式掩模式ROM(MROM)ROM(MROM) 廠家制造芯片時(shí)把數(shù)據(jù)用光刻掩摸寫入芯片，不能改。廠家制造芯片時(shí)把數(shù)據(jù)用光刻掩摸寫入芯片，不能改。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：可靠性高，集成度高，批量生產(chǎn)價(jià)格便宜，但用戶可靠性高，集成度高，批量生產(chǎn)價(jià)格便宜，但用戶對廠家依賴性大，靈活性差。對廠家依賴性大，靈活性差。 存儲單元可用二級管、雙極型晶體管和存儲單元可用二級管、雙極型晶體管和MOSMOS三極管作為耦合三極管作為耦合元件。元件。 5.3.45.3.4半導(dǎo)體只讀存儲器（半導(dǎo)體只讀存儲器（ROMROM） 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原

48、理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)43 一種封裝后可編程的半一種封裝后可編程的半導(dǎo)體只讀存儲器。存儲的初導(dǎo)體只讀存儲器。存儲的初始內(nèi)容為全始內(nèi)容為全“0”0”或全或全“1”1”，用戶可用專門的編程器或?qū)懹脩艨捎脤ｉT的編程器或?qū)懭肫鳎舆^載電壓來寫入信入器，加過載電壓來寫入信息，但只能寫入一次。息，但只能寫入一次。 存儲單元可分為熔絲型、存儲單元可分為熔絲型、二極管型等。二極管型等。 2. 2. 一次可編程一次可編程ROMROM（PROMPROM） 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5

49、章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)44 可由用戶利用編程器寫入信息，且可對其內(nèi)容多次改寫?？捎捎脩衾镁幊唐鲗懭胄畔ⅲ铱蓪ζ鋬?nèi)容多次改寫。 EPROM EPROM可分為兩種：紫外線擦除（可分為兩種：紫外線擦除（UVEPROMUVEPROM） 電擦除（電擦除（EEPROMEEPROM）。）。 3.3.可擦除可編程可擦除可編程ROM(EPROM) ROM(EPROM) n UVEPROM 需用紫外線燈制作的擦抹器照射存儲器芯片上的透明窗口，需用紫外線燈制作的擦抹器照射存儲器芯片上的透明窗口，擦除芯片中信息，只能對整個(gè)芯片擦除，不能對芯片中個(gè)別存儲擦除芯片中信息，只能對整個(gè)芯片擦除，不能對芯片中個(gè)

50、別存儲單元單獨(dú)擦除。單元單獨(dú)擦除。 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)45 可由用戶利用編程器寫入信息，且可對其內(nèi)容多次改寫?？捎捎脩衾镁幊唐鲗懭胄畔?，且可對其內(nèi)容多次改寫。 EPROM EPROM可分為兩種：紫外線擦除（可分為兩種：紫外線擦除（UVEPROMUVEPROM） 電擦除（電擦除（EEPROMEEPROM）。）。 3.3.可擦除可編程可擦除可編程ROM(EPROM) ROM(EPROM) n UVEPROM 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院

51、“計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)46 可由用戶利用編程器寫入信息，且可對其內(nèi)容多次改寫?？捎捎脩衾镁幊唐鲗懭胄畔ⅲ铱蓪ζ鋬?nèi)容多次改寫。 EPROM EPROM可分為兩種：紫外線擦除（可分為兩種：紫外線擦除（UVEPROMUVEPROM） 電擦除（電擦除（EEPROMEEPROM）。）。 3.3.可擦除可編程可擦除可編程ROM(EPROM) ROM(EPROM) n UVEPROM 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)47 可由用戶

52、利用編程器寫入信息，且可對其內(nèi)容多次改寫。可由用戶利用編程器寫入信息，且可對其內(nèi)容多次改寫。 EPROM EPROM可分為兩種：紫外線擦除（可分為兩種：紫外線擦除（UVEPROMUVEPROM） 電擦除（電擦除（EEPROMEEPROM）。）。 3.3.可擦除可編程可擦除可編程ROM(EPROM) ROM(EPROM) n UVEPROM 需用紫外線燈制作的擦抹器照射存儲器芯片上的透明窗口，需用紫外線燈制作的擦抹器照射存儲器芯片上的透明窗口，擦除芯片中信息，只能對整個(gè)芯片擦除，不能對芯片中個(gè)別存儲擦除芯片中信息，只能對整個(gè)芯片擦除，不能對芯片中個(gè)別存儲單元單獨(dú)擦除。單元單獨(dú)擦除。 采用電氣方法

53、進(jìn)行擦除，在聯(lián)機(jī)條件下既可以用字擦除方采用電氣方法進(jìn)行擦除，在聯(lián)機(jī)條件下既可以用字擦除方式擦除，也可以用數(shù)據(jù)塊擦除方式擦除。式擦除，也可以用數(shù)據(jù)塊擦除方式擦除。n EEPROM 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)48 4. 4. 閃速存儲器（閃速存儲器（Flash MemoryFlash Memory） 可擦除非揮發(fā)性存儲器，存儲結(jié)構(gòu)與可擦除非揮發(fā)性存儲器，存儲結(jié)構(gòu)與EEPROMEEPROM類似，具備類似，具備RAMRAM與與ROMROM的所有功能，但擦除、重寫速度比的所有功能，但擦

54、除、重寫速度比EEPROMEEPROM快很多。快很多。 可聯(lián)機(jī)工作，在計(jì)算機(jī)內(nèi)進(jìn)行擦除和重寫。擦寫次數(shù)在可聯(lián)機(jī)工作，在計(jì)算機(jī)內(nèi)進(jìn)行擦除和重寫。擦寫次數(shù)在1010萬次以上，讀取速度小于萬次以上，讀取速度小于90ns90ns。具有密度高、可靠性高、體積。具有密度高、可靠性高、體積小、功耗低等特點(diǎn)，有望取代小、功耗低等特點(diǎn)，有望取代EPROMEPROM、磁盤。、磁盤。 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)495 5ROMROM芯片芯片 ROM ROM中使用最多的是可擦除可編程中使用最多的是可

55、擦除可編程ROMROM（EPROMEPROM）。各種）。各種EPROMEPROM芯片的外引腳主要有：地址線、數(shù)據(jù)線、片選線、功率下降與編芯片的外引腳主要有：地址線、數(shù)據(jù)線、片選線、功率下降與編程輸入線、電源線等。程輸入線、電源線等。 例如，例如，2K2K 8 8的的ROMROM芯片芯片CS A10-0D7-0地址線地址線1111條條CS CS 片選片選( (低有效低有效) )（有的芯片還有（有的芯片還有OE: OE: 輸出允許輸出允許( (低有效低有效) )） 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存

56、儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)505.4 5.4 主存儲器的連接與控制主存儲器的連接與控制5.4.1 5.4.1 主存容量的擴(kuò)展主存容量的擴(kuò)展 當(dāng)一個(gè)存儲器芯片的容量規(guī)格不能滿足主存系統(tǒng)容量規(guī)格當(dāng)一個(gè)存儲器芯片的容量規(guī)格不能滿足主存系統(tǒng)容量規(guī)格的要求時(shí)，需要用多個(gè)芯片來構(gòu)成主存系統(tǒng)，即對存儲體進(jìn)行的要求時(shí)，需要用多個(gè)芯片來構(gòu)成主存系統(tǒng)，即對存儲體進(jìn)行擴(kuò)展。擴(kuò)展。 容量擴(kuò)展方式：容量擴(kuò)展方式： 位擴(kuò)展位擴(kuò)展 字?jǐn)U展字?jǐn)U展 字位同時(shí)擴(kuò)展字位同時(shí)擴(kuò)展 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)511 1位擴(kuò)展位擴(kuò)展

57、 只在位數(shù)方向擴(kuò)展（加大字長），而芯片的字?jǐn)?shù)和存儲器的只在位數(shù)方向擴(kuò)展（加大字長），而芯片的字?jǐn)?shù)和存儲器的字?jǐn)?shù)是一致的。字?jǐn)?shù)是一致的。連接方式：連接方式：各存儲芯片的地址線、片選線和讀各存儲芯片的地址線、片選線和讀/ /寫線并聯(lián)寫線并聯(lián) 各芯片的數(shù)據(jù)線單獨(dú)列出。各芯片的數(shù)據(jù)線單獨(dú)列出。 D7 D0. 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)52【例例】用用64K64K1 1的的SRAMSRAM芯片組成芯片組成64K64K8 8的存儲器的存儲器 擴(kuò)展條件：擴(kuò)展條件：設(shè)目標(biāo)容量為設(shè)目標(biāo)容量為M

58、 M字字N N位，存儲器芯片容量為位，存儲器芯片容量為 m m字字n n位，位， M Mm m ，NnNn，則需要的存儲器芯片數(shù)，則需要的存儲器芯片數(shù)N/nN/n。 64 K 8芯片組A15 A0A0A15D7 D0D0D7_CS_CS_WE_WE等效為64 K 112345678I/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/O. .地址總線數(shù)據(jù)總線 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)53 2. 2.字?jǐn)U展字?jǐn)U展 僅在字?jǐn)?shù)方向擴(kuò)展，位數(shù)不變。僅在字?jǐn)?shù)方向擴(kuò)展，位數(shù)不變。 16K 80

59、000H0000H3FFFH3FFFH16K 84000H4000H7FFFH7FFFH16K 8C000HC000HFFFFHFFFFH.D D7 7 D D0 0連接方式：連接方式：各芯片的地址線、數(shù)據(jù)線、讀各芯片的地址線、數(shù)據(jù)線、讀/ /寫線并聯(lián)寫線并聯(lián) 由片選信號來區(qū)分各個(gè)芯片。由片選信號來區(qū)分各個(gè)芯片。 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)54 【例例】用用16K16K8 8的的SRAMSRAM芯片組成芯片組成64K64K8 8存儲器存儲器 16K816K816K816K8_

60、WECSD7D0A15A0A13A0A15A14_WE_WE_WE_WED7D0D7D0D7D0D7D0A13A0A13A0_CS_CS_CS_CSA13A0A13A0譯碼器_Y3_Y2_Y1_Y0.。 。 。 。 。 CS3CS2CS1CS0在同一時(shí)間內(nèi)在同一時(shí)間內(nèi)4 4個(gè)芯片中最多只有一個(gè)芯片被選中。個(gè)芯片中最多只有一個(gè)芯片被選中。 西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 “計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理B”教案 第第5 5章章 存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)55 這這4 4片片SRAMSRAM芯片的地址分配為：芯片的地址分配為：芯片編號芯片編號A15 A14 A13 A