计算机组成原理及汇编语言6ppt课件

.,第六章存储系统,第一节存储器概述,一、存储系统：由多种不同工艺的存储器组成,二、存储器分类：1、按存储介质：半导体、磁介质、光介质等。2、按信息的可保存性：易失性、非易失性3、按存取方式：RAM、ROM、SAM、DAM4、按在计算机系统中的功能：主存储器、辅助存储器、Cache存储器和控制存储器,第一节存储器概述,三、存储器的主要技术指标：容量、速度、位价格,四、存储系统的分层结构：,第二节随机存取存储器和只读存储器,1、静态RAM芯片(SRAM)（1）静态MOS存储单元电路举例,一、RAM芯片所用器件主要有双极型和MOS型两类，可分为SRAM芯片和DRAM芯片两种。SRAM特点：存取速度快、集成度低、功耗大DRAM特点：存取速度较SRAM慢、集成度高、功耗小,定义：T1导通、T2截止，存“0”T2导通、T1截止，存“1”,保持状态：行选择线Xi低，T5、T6管截止,工作状态：写“1”操作：行选择线Xi加高电平，位线加高电平，使T1截止、T2导通（“1”状态）写“0”操作：行选择线Xi加高电平，位线加低电平，使T2截止、T1导通（“0”状态）,读操作：行选择线Xi加高电平,（2）SRAM存储芯片举例（Intel2114）,内部结构(1K*4位)每个位平面1024单元（64行*16列）,内部结构,（2）SRAM存储芯片举例（Intel2114）,引脚,（2）SRAM存储芯片举例（Intel2114）,（1）单管MOS动态存储单元电路,定义：C有电荷，存“1”C无电荷，存“0”保持状态：字线及位线均为低电平。,2、动态RAM芯片（DRAM）,工作状态：写操作：字线Z加高电平写“1”：位线W加高电平，经T对C充电（V1）写“0”：位线W加低电平，电容C经T放电（V0）写结束：字线Z、位线W加低电平。,读操作：先对位线W预充电，使其分布电容C1充电至Vm=（V1+V0）/2，然后字线Z加高电平。若原存“1”：C经T向位线W放电，使W电平上升；若原存“0”：则W经T向C充电，使W电平下降。为破坏性读出，需立即重写。,2、动态RAM芯片（DRAM）,内部结构,（2）DRAM芯片举例Intel2116(16k*1位),引脚及功能16脚封装,（2）DRAM芯片举例Intel2116(16k*1位),（3）动态存储器的刷新,每隔2ms周期对存储体中全部的存储电容充电,以补充所消失的电荷,维持原存信息不变,这个过程被称为“刷新”(按行刷新)。最大刷新周期:全部刷新一遍所允许的最大时间间隔。,优点：读写操作不受刷新工作影响，系统存取速度比较快。缺点：集中刷新期间必须停止读写，形成一段死区。,集中刷新方式在2ms最大刷新周期内,集中对每一行进行刷新。,（3）动态存储器的刷新,分散刷新方式将存储周期分为两段,前段读/写/保持,后段刷新。,优点：没有长的死区缺点：存取速度降低，降低整机的速度。刷新过于频繁,（3）动态存储器的刷新,优点：兼有前面两种的优点,对主存利用率和工作速度影响小。控制上稍复杂。,异步刷新方式按芯片行数决定所需的刷新周期数,并分散安排在最大刷新周期2ms中。,（3）动态存储器的刷新,3、主存容量的扩展,（1）位扩展用1M*1位的存储芯片，组成1M*8位（1MB）的主存采用数据线相拼接，共用一个片选信号（2）字扩展高位地址译码产生若干不同片选信号，按各芯片在存储空间分配中所占的编址范围，分送给芯片。低位地址线直接送往各芯片,选片内某单元。,用8K*1位的存储芯片，组成8k*8位的主存,3、主存容量的扩展,用16K*8位的存储芯片，组成64k*8位的主存,3、主存容量的扩展,例1:半导体存储器总容量4k*8位,其中固化区2KB,选用EPROM芯片2716(2K*8/片),工作区2KB,选用SRAM芯片2114(1K*4/片),地址总线A15A0，双向数据总线D7D0,（1）芯片选取与存储空间分配共需:2716:1片,2114:4片存储空间分配:,（2）地址分配与片选逻辑,（3）逻辑图,答案：1）8K*8的EPROM片2片8K*8的SRAM片4片4K*8的SRAM片2片,例2:CPU具有16根地址总线（A15A0），16根双向数据总线(D15D0)，控制总线中与主存有关的信号有(允许访存，低电平有效)，(高电平读命令，低电平写命令)。主存按字编址，其地址空间分配如下：01FFFH为系统程序区，由EPROM芯片组成，从2000H起共16K地址空间为用户程序区，最后（最大地址）4K地址空间为系统程序工作区。现有如下芯片：EPROM:8K8位（控制端仅有），16K8位SRAM:16K1位，2K8位,4K8位，8K8位问题：1）请从上述芯片中选择适当芯片设计该计算机的主存储器；2）画出主存储器与总线逻辑连接图，其中片选译码器可选用3：8译码器74LS138或者采用逻辑门设计。,2）每个芯片的地址与存储器地址的特点,2片8K*8EPROM地址0000,0000,0000,00000001,1111,1111,11112片8K*8SRAM地址0010,0000,0000,00000011,1111,1111,11112片8K*8SRAM地址0100,0000,0000,00000101,1111,1111,1111最后2片4K*8SRAM地址:1111,0000,0000,00001111,1111,1111,1111,4、主存储器与CPU的连接,（1）CPU与主存间的信息交换方式CPU通过MAR、MDR与主存交换信息。,（2）CPU与主存速度匹配按CPU内部操作划分时钟周期,每个时钟周期完成一个CPU内部操作。,同步控制方式：主存的一个存取周期包含若干个时钟周期。扩展的同步控制方式：允许延长总线周期(增加时钟周期数),4、主存储器与CPU的连接,（3）数据通路匹配总线的数据通路宽度:数据总线一次能并行传送的位数,Intel8088:主存按字节编址,数据总线8位。总线周期占用4个CPU时钟周期,读/写8位,Intel8086:一个总线周期存/取两个字节。送偶单元地址。数据总线低8位,传送偶单元数据。数据总线高8位,传送奇单元数据。,4、主存储器与CPU的连接,二、半导体只读存储器,第三节高速存储器,一、双端口存储器,二、多体并行交叉存储器,三、相联存储器,第四节Cache存储器与虚拟存储器,第五节辅助存储器,一、磁表面存储器,二、光盘存储器,1、磁带存储器2、磁盘存储器：硬盘,三、移动存储设备,第六节磁盘阵列RAID,一、RAID0用户和系统数据分布在阵列的所有磁盘上，有可能实现多个条区并行处理,二、RAID1磁盘镜像,三、RAID2海明码,四、RAID3奇偶校验,第六节磁盘阵列