《ewch4存储器》PPT课件.ppt

1、第四章 存储器,4.1 存储器概述 4.2 主存储器 4.3 存储器的应用 4.4 外存储器,4.1 存储器概述,存储器是计算机的记忆部件，用于存储程序和被处理的数据以及运算的结果。 数据在存储器中的存储都以二进制形式存在。,1、存储器的分类 （1）按存储器在微机中的不同地位，可以分为： 主存：或称内存，它用来存放当前正在使用的或经常要使用的程序和数据，CPU可以直接对其进行访问。程序只有被放入内存，才能被CPU执行。 高速缓存：或称cache，介于CPU与主存之间的容量更小、而速度更快的存储器。 辅存：或称外存，它用来永久存放各种信息。,4.1 存储器概述,1、存储器的分类 （2）按存储介质

2、（纪录0、1信息的物质）分类：,4.1 存储器概述,半导体存储器：用半导体材料制成的存储器，大多用作主存。 磁表面存储器：利用磁层来纪录信息，工作时由磁头在磁层上的移动，来进行读或写操作。磁表面存储器常用作辅存，如硬盘、软磁盘、磁带等。 （磁介质通常要避免粉尘、高温、烟雾的影响。磁介质的磁性会随着时间的流逝而慢慢降低，最终导致数据丢失。),光存储器：使用激光在存储介质表面上烧蚀出数据。烧蚀在介质表面微小的凸凹模式表示了数据。光学介质上的数据可以永久保存。但是，使用光学介质不像使用磁介质那样可以容易地改变它存储的数据。光驱使用激光从光盘上读数据。,（3）按存取方式分类：,4.1 存储器概述,RA

3、M随机存储器:,按工艺分为晶体管双极型和MOS型（金属氧化物半导体）。 双极型RAM：用晶体管组成基本存储电路，特点是存取速度快，但与MOS型相比，集成度低、功耗大、成本高，常用来制造cache； MOS型RAM：功耗小、集成度高、成本低，但速度比双极型RAM低。,读写速度快，通常用来做Cache,需要刷新 存取速度慢 通常用来做内存,SIMMSingle Inline Memory Module单列直插式内存模块 72线：32位数据 在Pentium微型机中必须成对使用 FPM/EDO,DRAM内存条的种类,DIMMDual Inline Memory Module双列直插式内存模块 168

4、线：64位数据 SDRAM/DDR SDRAM,DRAM内存条的种类,ROM只读存贮器 CPU正常操作时，只能读取ROM中的内容，但对它的访问也是随机的。 一般在ROM中存放固定的程序和数据，如计算机系统的引导程序、监控程序、基本输入输出（BIOS）程序等，使计算机能够开机运行。 计算机系统在加电以后，马上就运行ROM中的引导程序，将系统程序从辅存中引入主存。,掩模ROM、PROM、EPROM、 E2PROM 掩模ROM是由厂家按用户要求制作的，制成后，只能读不能改写； PROM称为可编程的只读存储器， PROM允许用户写一次，写完后就无法再改动，应用于高速计算机的微程序存储器； EPROM称

5、为可擦写的只读存储器， EPROM允许用户将写入的内容整个擦除掉，擦掉后还可以重写，这样可以反复多次。最后一次写成后仍是一个只读存储器； E2PROM称为可在线擦写只读存储器，它和RAM的读、写方式完全类似，只是写操作时，需等待E2PROM内部操作完成后再写入下一个字节，常用作计算机的BIOS芯片。,FLASH闪存,FLASH是一种非易失性的内存，是E2PROM的一种，与普通E2PROM存储单元的物理结构基本相同。其不同点在于FLASH是按数据块进行擦写，因此其擦写速度远高于普通E2PROM 。FLASH具有速度快、容量大和价格低等优点。因为它体积小，所以闪存卡在手机/数码相机/掌上电脑/MP

6、3等设备上获得了广泛的应用。,2、存储器的层次结构 （1）多级存储结构的形成: CPU不断的访问存储器，存储器的存取速度将直接影响计算机的工作效率。 在某一段时间内，CPU只运行存储器中部分程序和访问部分数据，其中大部分是暂时不用的。,增加Cache的目的是为了提高CPU运行速度，提高运行效率。,4.1 存储器概述,外存平均访问时间ms级 硬盘910ms 光盘80120ms,内存平均访问时间ns级 SRAM Cache15ns SDRAM内存610ns,4.1 存储器概述,Cache的访问机制 主存先将某一小数据块移入Cache中，当CPU对主存某地址进行访问时，先通过地址映像变换机制判断该地

7、址所在的数据块是否已经在Cache中，若在则访问Cache，称为“命中”，若不在则CPU直接访问主存，并同时将主存中包含该地址的数据块调入Cache中，以备CPU的进一步访问。 动态演示Cache访问过程 动画演示Cache机制,4.1 存储器概述,主存地址,地址映像变换,Cache,主存,CPU,译码,命中,未命中,动态演示过程,（1）存储容量 存储器能够存放信息的总数量，以字节为单位。CPU地址总线的位数决定可支持的主存储器的最大容量。 （2）最大存取时间 存储器从接收到某一存储单元的地址码开始，到取出或存入数据为止所需要的时间。 （3）存取周期 CPU连续两次访问存储器所需要的最短时间间

8、隔，它总是大于最大存取时间。因为在数据写入或读出后，存储器的读写电路和存储体及连线都需要有一段稳定和恢复时间。,4.1 存储器概述,3、存储器的主要参数指标,存储器的计量单位 位：一个cell，记做bit 字节：8bit，记做byte 1KB=1024byte 1MB=1024KB 1GB=1024MB 1TB=1024GB 1PB=1024TB ,4.1 存储器概述,存储单元物理地址的计算 物理地址=段地址+偏移量,8086运行过程中，取指令时：CPU就会选取CS和IP中内容，形成指令所在的20位物理地址； 堆栈操作时：CPU会选择SS和SP或BP形成20位堆栈地址； 进行内存操作时：CPU

9、会选择DS和SI、DI或BX形成操作数所在的20位物理地址。,4.1 存储器概述,存储器地址空间 8086地址总线有20位，可以寻址220 = 1M字节的存储器地址空间 ，按照00000HFFFFFH来编址。 编址的单位为字节,4.1 存储器概述,存储字时，一个字的低位字节放在较低的地址单元,CPU,时序/控制,MAR,地址 译码 器,存储体,读写 驱动 器,MBR,数据线,地址线,控制信号,地址码,MAR,读信号,地址码,地址码,地址 译码 器,某存储单元,数据,读写 驱动 器,数据,地址 译码 器,4.2 主存储器,1、主存储器的基本组成,译码,MBR,数据,CPU访问存储器时，通常都通过

10、地址寄存器MAR和存储器缓冲寄存器MBR进行。 当CPU需要从某一存储单元中读取数据时，首先将该单元地址送入MAR，并向存储器发读控制信号。存储器此时开始进行读操作，将MAR经过地址译码器选中的存储单元中的内容经读写驱动器送入MBR，CPU通过数据总线将数据读入。 当CPU要向某单元中写入信息时，首先将该单元的地址送入MAR，要写入的数据送入MBR。然后通过控制信号线发出写信号，将MBR的内容写入由MAR经地址译码器选中的存储单元。,2、主存储器的操作过程,4.2 主存储器,（1）集成度 集成度指在一片芯片上能够集成多少个基本存储电路。每一个基本存储电路存储一个二进制位，所以集成度通常表示为位

11、/片，如64K位/片、256K位/片等。 （2）存取速度 常用存取时间和存储周期表示。指访问一次存储器所需要的时间。 （3）性价比 性能价格比常以每位价格来描述。,4.2 主存储器,3、主存储器的主要参数指标,(1) 位扩展：进行存储器位数的扩充 连接方式：将多片存储器芯片的地址、片选、读写控制端并联，数据端单独引出。,4.2 主存储器,4、主存储器的容量扩充,(1) 位扩展：进行存储器位数的扩充 连接方式：将多片存储器芯片的地址、片选、读写控制端并联，数据端单独引出。,4.2 主存储器,4、主存储器的容量扩充,例：将16K*1位的存储芯片扩展为16K*8位的存储器,(1)位扩展：进行存储器位

12、数的扩充 连接方式：将多片存储器芯片的地址、片选、读写控制端并联，数据端单独引出。,4.2 主存储器,4、主存储器的容量扩充,例：将16K*1位的存储芯片扩展为16K*8位的存储器,(1)位扩展：进行存储器位数的扩充 连接方式：将多片存储器芯片的地址、片选、读写控制端并联，数据端单独引出。,4.2 主存储器,4、主存储器的容量扩充,例：将16K*1位的存储芯片扩展为16K*8位的存储器,(1)位扩展：进行存储器位数的扩充 连接方式：将多片存储器芯片的地址、片选、读写控制端并联，数据端单独引出。,4.2 主存储器,4、主存储器的容量扩充,例：将16K*1位的存储芯片扩展为16K*8位的存储器,m

13、位n位，需n/m片,(2)字扩展：达不到地址范围要求，则增加字数 连接方式：将各个芯片的地址线、数据线、读写控制端并联，片选端单独引出。,4.2 主存储器,4、主存储器的容量扩充,(2)字扩展：达不到地址范围要求，则增加字数 连接方式：将各个芯片的地址线、数据线、读写控制端并联，片选端单独引出。,4.2 主存储器,4、主存储器的容量扩充,例：由16K*8位扩充成64K*8位的存储器,(2)字扩展：达不到地址范围要求，则增加字数 连接方式：将各个芯片的地址线、数据线、读写控制端并联，片选端单独引出。,4.2 主存储器,4、主存储器的容量扩充,例：由16K*8位扩充成64K*8位的存储器,(2)字

14、扩展：达不到地址范围要求，则增加字数 连接方式：将各个芯片的地址线、数据线、读写控制端并联，片选端单独引出。,4.2 主存储器,4、主存储器的容量扩充,例：由16K*8位扩充成64K*8位的存储器,(2)字扩展：达不到地址范围要求，则增加字数 连接方式：将各个芯片的地址线、数据线、读写控制端并联，片选端单独引出。,4.2 主存储器,4、主存储器的容量扩充,例：由16K*8位扩充成64K*8位的存储器,(2)字扩展：达不到地址范围要求，则增加字数 连接方式：将各个芯片的地址线、数据线、读写控制端并联，片选端单独引出。,4.2 主存储器,4、主存储器的容量扩充,例：由16K*8位扩充成64K*8位

15、的存储器,mknk，需n/m组芯片，每组一片,(3)字位扩展：字向和位向同时进行扩展。 使用L字K位芯片扩充成M字N位存储器,需(M/L)(N/k)片芯片，分M/L组，每组N/K片芯片,4.2 主存储器,4、主存储器的容量扩充,1K4扩展为4K8,4.2 主存储器,5、主存储器芯片的外特性,4.2 主存储器,主存储器与CPU总线相关的信号线,5、主存储器芯片的外特性,存储器与CPU的连接,4.3 存储器应用,4.3 存储器应用,2764的CE接8086/8088 CPU的A19; A0A12接CPU地址总线的A0A12; D0D7接数据总线的AD0AD7 ； OE=RDIO/M(或运算) CP

16、U 访问2764芯片，须满足如下条件： (1)OE=0，即RD和IO/M 必须同时为0，则CPU执行对存储器的读操作。 (2)CE=0，即A19 =0。 (3) CPU的A0A12引脚为0000H1FFFH。,解：,4.3 存储器应用,从以上条件可以得出，2764的地址范围是： A19A18A17A16A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0 首单元地址 0 X X X X X X 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 尾单元地址 0 X X X X X X 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 其中X可以是低电平，也可以是高电平

17、。 因此2764可以有64种不同的地址范围。存储器地址范围不唯一，浪费了CPU的寻址空间。 例如，00000H01FFFH,02000H03FFFH,04000H05FFFH 06000H07FFFH都是2764的地址范围。,4.3 存储器应用,CPU的A19经过非门接6264的CE; OE=RD IO/M(或运算) ; WE=WR IO/M； 地址线和数据线的连接同2764 CPU对6264进行操作必须满足以下条件： (1)OE=0,即RD和IO/M 同时为0，CPU对存储器执行读操作; 或WE=0,即WR和IO/M 同时为0，CPU对存储器执行写操作。 (2)CE=0,即A19 =1。 (

18、3)CPU的 A0A12为0000H1FFFH。,4.3 存储器应用,从以上条件可以得出，6264的地址范围： A19A18A17A16A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0 首单元地址 1 X X X X X X 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 尾单元地址 1 X X X X X X 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 其中X可以是低电平，也可以是高电平。 6264也有64种不同的地址：80000H81FFFH，82000H83FFFH，84000H85FFFH，86000H87FFFH等,4.3 存储器应用,假设我们

19、选用6264的地址范围为80000H81FFFH。6264的单元个数为8K，即213。由于6264地址范围为80000H81FFFH，不妨设其段地址为8000H，则6264首地址的偏移地址为0000H，尾地址的偏移地址为1FFFH。对存储器清0编程如下： MOV AX,8000H ;6264首地址的段地址 MOV DS,AX ;把段地址存入数据段寄存器 MOV CX,1FFFH ; 6264的单元个数213-1 MOV BX,0000H ; 6264首地址的偏移地址 MOV AL,00H ;对累加器清0 P1: MOV BX,AL ;把0存储到存储器单元中 INC BX ;存储器指针加1 LO

20、OP P1 ;循环1FFFH次,4.4 外存储器,1、磁道和扇区的概念,4.4 外存储器,2、硬盘驱动器的工作原理,3、簇和文件分配表（FAT） 簇就是一组扇区，它是计算机可以访问的最小存储单元。一簇中扇区的数量依赖于计算机的类型和磁盘的容量。文件实际是存储在簇中。 每个簇都有编号，操作系统记录表用来记录扇区对应哪个簇 而文件分配表（FAT）用来记录磁盘上的文件和它们在硬盘上物理位置所对应的簇的编号，FAT是一个操作系统文件。 当计算机在磁盘上读取文件时，都要通过FAT表来完成相应操作,4.4 外存储器,（1）操作系统存储文件的过程描述： 如下页所示 当存储一个文件时，操作系统首先查看FAT表寻找空簇 找到后，操作系统就将数据存放在空簇中，在FAT表中记录下该簇的编号。