10-存储系统01

1、它是系统的主线，内存，运算器，控制器，接口和通信，输入/输出设备，南林办公室：211办公室电话子邮件：南林 计算机组成原理，第4章内存，概要要求，1。内存设计，根据给定的内存芯片和要求设计主内存，并画出连接图；2.缓存的三种不同映射方法，缓存替换策略和相关计算，缓存写策略；3.虚拟内存三种常见实现方式的优缺点，页表和段表的原理和优化方法，以及相关计算。1、回顾目标，了解记忆类型，了解各种记忆的工作原理，掌握相关技术指标；2.了解内存系统的层次结构，高速缓存主内存和辅助内存层次结构的作用，以及程序访问的局部性原则和内存系统层次结构之间的关系，并熟练进行相关的分析和计

2、算。3.了解半导体存储芯片的外部特性及其与中央处理器的联系；可以根据给定的存储芯片和要求设计主存储器；4.了解提高内存访问速度的各种技术；了解双按钮内存和多模块内存；手掌握力高水平交叉和低水平交叉的多模块记忆的相关计算：5。了解缓存的基本工作原理，了解缓存的三种映射方法，掌握相关计算；了解缓存替换算法和写策略；6.了解虚拟内存的基本概念和三种常用实现方法：页式、分段式和分段页式虚拟内存的原理、优缺点。重点和难点、存储器的基本结构(函数的结构)、存储器功能：存储程序和数据设备，并满足计算机在执行期间用计算机访问这些程序和数据的能力。设计思路：存储，数据(一个接一个访问)，程序(一个接一个访问)，

3、每个存储单元编码(单元地址)，地址在哪里？设置“地址寄存器”MAR，按地址访问，在地址寄存器和存储体之间添加地址解码器？它取决于地址给出模式：直接给出/编码给出、编码给出(加上地址解码器)、存储(写入)、提取(读取)、访问、建立存储体并将存储体分成几个存储单元。和、和、和、和、和、和存储单元，0/1、0/1、0/1、0/1、0001、0010、0100、1000、0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1011 1100 1101 1110 1111、存储单元、存储单元、存储单元、存储单元设置“数据缓冲寄存器”MDR为读写数据，操作区

4、别，添加读写控制电路(R/W控制)，存储器基本结构：存储体(由存储单元组成)地址寄存器地址解码器数据缓冲寄存器读写控制电路，设计思想：存储器基本结构，存储体，驱动器，解码器，地址寄存器MAR，控制电路，读写电路，数据缓冲寄存器MDR，地址总线，数据总线，读，写，写，触发器可以存储一位二进制代码。 触发器电路被称为存储单元(存储位)，是存储器中最小的单元。多个存储元件形成存储单元，多个存储单元形成存储器。根据内存元素的不同性能和使用方法，内存：1有多种分类方法。记忆的分类，1。按存储介质分类：半导体存储器(易失性):由半导体器件组成的存储器(存储器)。磁性存储器(不易丢失):磁芯存储器(硬盘)、

5、磁性表面存储器(磁带)。光盘存储器(不易丢失):感光材料(光盘)。2.根据存取模式：存取时间与物理地址无关(随机存取):随机存取存储器随机存取存储器，只读存储器只读存储器存取时间取决于物理地址(串行存取):顺序存取存储器(磁带)直接存取存储器(磁盘)随机存取存储器(随机存取存储器):在程序执行期间可读和可写。只读存储器：在程序执行期间只读。(1)存储器的分类，(2)半导体存储器有双极型和金属氧化物半导体型。双极存储器速度快，金属氧化物半导体存储器容量大，4.1，1，分类存储器，3，按计算机中的作用分类，(磁盘，磁带，光盘)，高速缓存，存储，随机存取存储器，只读存储器等。MROM(掩模只读存储器

6、)可编程只读存储器(初级可编程只读存储器)可擦除可编程只读存储器(可擦除可编程只读存储器)紫外线擦除可编程只读存储器(电擦除)闪速存储器，第4章存储器，辅助存储器，第2节。存储器的层次结构目的：存储器是计算机中用来存储程序和数据的重要部件。要求：读写速度尽可能快，存储容量尽可能大，成本尽可能低。如何同时实现这些需求？显然，不可能使用存储介质。因此，在现代计算机系统中，要使用的程序和数据根据其使用的紧急程度被分阶段转移到具有不同存储容量和不同操作速度的存储器中。三级结构存储器由高速缓冲存储器、主存储器和辅助存储器组成，由硬件和软件系统统一调度和管理。缓存内存也有两种类型：一种是在中央处理器内部(

7、一级缓存，二级缓存)。中央处理器通过内部总线对其进行读写。首先，在中央处理器之外，主板上的中央处理器通过内存总线对其执行读/写操作。2、内存层次结构，内部缓存的中央处理器比较贵，因为缓存需要占用大量的晶体管，是中央处理器的晶体管占了总量的最大部分，高容量缓存成本相当高！因此，英特尔和AMD将L2产能的差异作为高端和低端产品的分界线。1，内存层次，辅助内存，高速缓存，4.1，1，内存层次，高速缓存，中央处理器，主内存，辅助内存，和，和，和，和，高速缓存-主内存级别，10 ns，20 ns，200 ns，ms，(速度)，(容量)，主内存-辅助内存级别，1s(秒)=1000ms(毫秒)1 ms=10

8、00s(微秒)1s=1000ns(纳秒)，多级存储系统可以实现：程序的前提时间局部性：在短时间内，最近访问的程序和数据可能会再次被访问。空间局部性：在空间中，这些经常被访问的程序和数据通常集中在一个小的存储区域。访问序列的局部性：在访问序列中，指令序列的执行比转移执行更有可能(约5:1)。如果程序和数据根据使用的紧急程度和频率合理地分布在不同的存储介质中。选择生产经营成本不同、存储容量不同、读写速度不同的多种存储介质，形成统一的存储系统，使每种介质处于不同的位置，发挥不同的作用，充分发挥各自在速度、容量和成本上的优势，从而达到最优的性价比。例如，高速缓存由容量最小、速度最快的静态随机存取存储器

9、芯片组成，主存储器(核心)由容量较大、速度适中的动态随机存取存储器芯片组组成，辅助存储器由容量大、速度极慢的磁盘设备组成。(1)存储器的分级结构，分级存储系统遵循的原则：1)一致性原则：不同存储器中的相同数据应该保持相同的值。2)包含原则：内层(靠近中央处理器)的数据必须包含在外层的内存中，否则无效。(即内部存储器中的所有数据是其相邻外部存储器中的一些数据的副本。)，1，存储器层次结构，第4章存储器，辅助存储器，3.1，主存储器概述3.2，主存储器组成3.2.1，位单元组成(随机存取存储器，只读存储器)3.2.2，地址解码(单向，双向)3.2.3，主存储器组成(芯片封装)，3，主存储器(存储器

10、)，存储单元，存储器，存储位，主存储器组成：随机存取存储器静态随机存取存储器静态随机存取存储器静态随机存取存储器：静态随机存取存储器分为双极型和金属氧化物半导体型。动态随机存取存储器：动态随机存取存储器是只读存储器。只读存储器(只读存储器)MROM(屏蔽只读存储器)可编程只读存储器(主可编程只读存储器)可擦除可编程只读存储器(可擦除可编程只读存储器)紫外线擦除可编程只读存储器(电擦除)闪存，3.1。主存储器概述，双极静态随机存取存储器：高存取速度，低集成度，高位平均功耗和小容量主存储器。金属氧化物半导体动态随机存取存储器：存取速度慢，集成度高，位平均功耗低，主存储器容量大。半导体存储器3.1主

11、存储器概述计算机中存储运行程序和数据(或其一部分)的部件。主存储器通过地址、数据和控制总线连接到中央处理器和其他部件。地址总线地址总线：传输地址。它的位数决定了可以访问的最大内存空间。(例如，k=32位地址访问4G的主存储空间)数据总线数据总线：传输n=64位的数据。其位数和工作频率的乘积与最大读写数据量成正比。控制总线控制总线：指示总线周期的类型和读写操作完成的时间。主内存的性能指标：存储容量、访问时间、存储周期和内存带宽。3.1，主存储器概述，1s(秒)=1000ms(毫秒)1 ms=1000s(微秒)1s=1000ns(纳秒)，3.1，主存储器概述3.2，主存储器组合3.2.1，位单元组

12、合(随机存取存储器，只读存储器)3.2.2，地址解码(单向，双向)3.2.3，主存储器组合(芯片封装)，3，主存储器，存储单元，存储位，存储器，综述：晶体管和反相电路，三极管：集电极，发射极和三极管构成反相器电路，完成逻辑反相功能。逆变电路是其他逻辑电路的基本内容。通过电阻器，集电极和发射极之间的电压差接近0V。因此，集电极输出电平为0 V，基极输入低电平=0 V(三极管关断)电流不能通过集电极流到发射极。集电极和发射极之间的电压差很高，例如4 V，因此集电极输出电平为4 V。要点：1)静态随机存取存储器的位存储单元存储机制：数据(0或1)由双稳态触发器存储。存储器1: T1开启，T2关闭，存

13、储器0: T1关闭，T2开启字线Z:连接地址线位线W:连接数据线分析：(1)保持数据：不发送地址信号(Z=0，T5T6关闭)(2)读取：发送地址(Z=1，T5T6开启)，发送读取命令(3)写入：发送地址(Z=1，T5T6开启)，发送数据(W=0/1)，发送写入命令，3.2.1。位单元的组成，Z=1，W=1，读0，写0，W=1，读1，写1，6管静态位单元，静态随机存取存储器：小容量，存取速度快，静态(不需要刷新电路来保存数据)(小容量高速缓存)，数据线，数据线，地址线，2)动态随机存取存储器的位存储单元的存储机制：利用金属氧化物半导体电路中的栅极电容来保存数据。存储器1:电容性充电存储器0:电容

14、性不充电字线Z:连接的地址线位线W:连接的数据线分析：(1)维护信息：不发送地址信号(Z=0，T关)(2)读取：发送地址(Z=1，T开)，发送读取命令(3)写入：发送地址(Z=1，T开)，发送数据(W=0/1)，发送写入命令，3.2.1，位单元组成，单管动态位单元，动态位单元，动态随机存取存储器：大容量，存取速度慢，动态(需要刷新电路来保持数据)(2) W=1读1写1，地址线，Z=1，3.2.1，位单元组成，3)只读存储器的位存储单元，只读存储器的位单元图，电流，读0，在生产过程中，如果存储“1”，它将被烧掉。 它也可以被不同的技术重写，以便这个地方可以连接/断开。3.1，主存储器概述3.2，

15、主存储器组成3.2.1，位单元组成(随机存取存储器，只读存储器)3.2.2，地址解码(单向，双向)3.2.3，主存储器组成(芯片封装)，3，主存储器，搜索存储器单元，存储器位，存储器，存储器单元，3.2.2，地址解码，地址解码器：将从地址线发送的信号转换成相应存储器单元的选择信号。单解码：(字结构存储器)32字线W0-W31。当选择字线时，选择同一行中的每个位b0-b7，并且由读/写电路读取和写入存储单元。地址解码目前大容量存储采用双向解码。双重解码比单一解码使用更少的字线。为什么？双重解码(位结构存储器)将k位地址线分成两个几乎相等的段，一个段是由x地址解码器解码的水平x地址线，另一个段是由y地址解码器解码的垂直y地址线。x和y方向选择线的交点选择某个存储位。例如，12位地址线：双64 64=128单4096，3.1，主存储器概述3.2，主存储器组成3.2.1，位单元组成(随机存取存储器，只读存储器)3.2.2，地址解码(单向，双向)3.2.3，主存储器组成(芯片封装)，3，主存储器，存储位，存储器，存储单元，存储器封装(蓝色封装模式)，芯片中有太多引脚)，地