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计算机组成原理第一章
计算机组成原理第三章
存储器是计算机系统中的记忆设备,用来存放程序和数据。随着计算机的发展,存储器在系统中的低位越来越重要。
半导体存储器:TTL、MOS
磁表面存储器:磁盘、磁带、磁鼓
磁芯存储器:硬磁材料的环状元件
光盘存储器:激光、磁光
随机存储器RAM:易失性;包含静态随机存储器、动态随机存储器
只读存储器ROM:非易失性;掩膜型只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪速存储器(Flash Memory)
直接访问:内存,访问时间不随访问位置而变化
串行访问:磁带,访问时间随访问位置而变化
部分串行访问:磁盘(寻道直接,等待串行)介于上述二者之间
主存储器、辅助存储器、高速缓冲存储器
速度:由上到下,由高到低
价格:由上到下,由高到低
容量:由上到下,由低到高
?缓冲——主存层次
主要解决CPU和主存速度不匹配问题,由于缓冲速度较快,将CPU近期要用的信息调入缓存,? ? ? ? CPU可以直接从缓存中获取信息。主存和缓存之间的数据调动是硬件自动完成的,对程序员是透明的。
主存——辅存层次
主要解决存储系统的容量问题,辅存容量大可以存放主存暂时不用的信息。主存和辅存之间的数据调动是由硬件和操作系统共同完成的。
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主存的主要技术指标是存储容量和存储速度。?
存储容量:存储容量是指能存放二进制代码的总位数。
存储容量=存储单元个数×存储字长
目前计算机存储容量大多以字节数来表示,例如:某机主存的存储容量为256MB,则按字节寻址的地址线位数应对应28位。
存储速度:存储速度是由存取时间和存取周期来表示的。
存取时间又称为存储器的访问时间,是指启动一次存储器操作到完成该操作所需的全部时间。
存取周期进行连续两次独立的存储器操作所需的最小间隔时间,通常·存取周期大于存取时间。
存储器带宽:单位时间内存储器存取的信息量。单位:字节/秒,字/秒,位/秒
例如:存取周期是500ns,每个存取周期可访问16位,则带宽是32M位/秒
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?由于半导体存储器是由许多芯片组成的,为此需用片选信号来确定哪个芯片被选中。例如:一个64K×8位的存储器可由32片16K×1位的存储芯片组成。????????
线选法:
一根字选择线直接选中一个存储单元的各位。这种结构方式简单,但只适合容量小的存储芯片。
?重合法:
需要X,Y两个方向各32根选择线,构成一个32×32的矩阵。当地址线全为0,译码输出X0和Y0有效,矩阵中第0行,第0列被选中。
动态RAM的刷新:
动态RAM是利用电容存储电荷的方式来保存信息的,电容很小,很容易漏电,容易造成信息丢失,所以要对动态RAM进行刷新
集中刷新(存取周期为0.5us):
死区:0.5us×128=64us
“死时间率”:128/4000×100%=3.2%
?分散刷新(存取周期为1us)
异步刷新(存取周期为0.5us):?
静态RAM和动态RAM的比较:?
行列选择线交叉处有MOS管为“1”,无MOS管为“0”.
由于单片存储芯片的容量总是有限的,很难满足实际的需求。因此,必须将若干存储芯片连在一起才能组成足够容量的存储器,称为存储容量的扩展。
通常有位扩展和字扩展。
位扩展:位扩展是增加存储字长,例如2片1K×4位的芯片可以组成1K×8位的存储器。
地址线为10根,数据线为8根
?字扩展:字扩展是增加存储器字的数量,例如用2片1K×8位的存储芯片可组成1个2K×8位的存储器,即存储字增加了一倍。
字、位扩展: 既增加存储字长又增加存储字的数量。例如用8片1K×4位组成4K×8位。
存储器与CPU连接步骤:
1.芯片选型2.地址线3.数据线4.读写命令线5.片选6.其他实际问题:时序、负载......
例4.1 设CPU有16根地址线、8根数据线,并用作为访存控制信号(低电平有效),用?作为读/写控制信号(高电平为读、低电平为写)。
现有下列存储芯片:1K×4位RAM、 4K×8位RAM、 8K×8位RAM、 2K×8位ROM、 4K×8位ROM、 8K×8位ROM及74138译码器和各种门电路,如图4.36所示。画出CPU与存储器的连接图,要求如下:
① 主存地址空间分配: 6000H~67FFH 为系统程序区; 6800H~6BFFH 为用户程序区。cs