计算机存储器的容量与扩展方式
第4章 存储器
2.数据总线匹配和存储器接口
奇 存 储 体 （512KB） 偶 存 储 体 （512KB）
00001H 00003H 00005H · · ·
00000H 00002H 00004H · · ·
FFFFFHH
FFFFEHH
A19～A1
D15～D8
BHE
D7～D0
A0
图4.23 8086的存储体组织
字选择线
。
位 线
T1
C
D
图4.8
单管动态存储元
2. DRAM存储芯片实例（见图4.9）
4.2.3 存储器芯片的读/写时序
tCYC tRAS RAS
CAS
tCAS
地址
行地址 tRCS
列地址 tRCH
tCYC：读周期时间 tRAS：RAS脉冲宽度 tCAS：CAS脉冲宽度 tRCS：读命令建立时间 tRCH：读命令保持时间 tDOH：数据输出保持时间
4.1 存储器系统概述
4.1.0 存储器系统的Cache—主存层次结构
硬件管理
CPU
Cache
主存储器
图4.0 Cache—主存存储层次
4.1.1 存储器分类
1.按存储介质分类 （1）半导体存储器 （2）磁表面存储器 （3）光盘存储器 2.按存取方式分类 （1）随机存储器RAM （2）只读存储器ROM （3）顺序存储器SAM （4）相联存储器 3. 按在计算机中的作用分类 （1）主存储器 （2）外存储器 （3）高速度缓冲存储器（Cache） （4）控制存储器 4. 按信息的可保存性分类
R/W 32K×8
D7～D0
R/W D7 ～D0
图4.26
内存与CPU的连接框图
存储器扩展仿真实验报告
一、实验目的1. 理解存储器扩展的基本原理和方法。
2. 掌握位扩展和字扩展的技巧。
3. 利用仿真软件实现存储器扩展，并验证其功能。
二、实验环境1. 仿真软件：Logisim2. 硬件设备：电脑三、实验原理1. 存储器扩展的基本原理存储器扩展是指将多个存储器芯片组合在一起，以实现更大的存储容量或更高的数据位宽。
存储器扩展主要有两种方式：位扩展和字扩展。
（1）位扩展：当存储芯片的数据位小于CPU对数据位的要求时，可以通过位扩展方式解决。
位扩展时，将所有存储芯片的地址线、读写控制线并联后与CPU的地址线和读写控制线连接，各存储芯片的数据总线汇聚成更高位宽的数据总线与CPU的数据总线相连。
（2）字扩展：当存储芯片的存储容量不能满足CPU对存储容量的要求时，可以通过字扩展方式来扩展存储器。
字扩展时，将所有存储芯片的数据总线、读写控制线各自并联后与CPU数据总线、读写控制线相连，各存储芯片的片选信号由CPU高位多余的地址线译码产生。
2. 存储器扩展的方法（1）位扩展：选择合适的存储芯片，将多个存储芯片的数据总线并联，连接到CPU的数据总线上。
（2）字扩展：选择合适的存储芯片，将多个存储芯片的数据总线、读写控制线分别并联，连接到CPU的数据总线和读写控制线上。
同时，使用译码器产生片选信号，连接到各个存储芯片的片选端。
四、实验步骤1. 创建一个新的Logisim项目。
2. 在项目中添加以下模块：（1）存储芯片模块：选择合适的存储芯片，如RAM或ROM。
（2）译码器模块：根据存储芯片的数量和地址线的位数，选择合适的译码器。
（3）数据总线模块：根据位扩展或字扩展的要求，设置数据总线的位数。
（4）地址线模块：根据存储芯片的数量和地址线的位数，设置地址线的位数。
3. 连接各个模块：（1）将存储芯片的数据总线连接到数据总线模块。
（2）将存储芯片的地址线连接到地址线模块。
（3）将译码器的输出连接到各个存储芯片的片选端。
（4）将存储芯片的读写控制线连接到CPU的读写控制线上。
了解计算机存储器的分类与特点
了解计算机存储器的分类与特点计算机存储器是计算机系统中非常重要的组成部分，它用于存储和读取数据和程序。
根据其特点和功能，计算机存储器可以被分为主存储器和辅助存储器两类。
本文将详细介绍这两类存储器的分类和特点。
一、主存储器主存储器又称为内存（Memory），是计算机中用于存放当前正在运行的程序和数据的地方。
它具有以下特点：1. 随机访问性（Random Accessibility）：主存储器中的数据可以被随机访问，即可以直接读取或写入任意单元的数据。
这使得计算机可以非常快速地对数据进行操作。
2. 容量有限：主存储器的容量相对较小，通常以字节（Byte）为单位进行计量。
对于个人计算机而言，主存储器的容量通常在几十GB到几百GB之间。
3. 临时性：主存储器中的数据是临时存放的，当计算机断电或者重新启动后，主存储器中的数据将会被清空。
因此，我们需要将重要的数据及时保存到辅助存储器中，以防数据的丢失。
二、辅助存储器辅助存储器又称为外存储器（External Storage），主要用于长期存储数据、程序和文件等。
辅助存储器具有以下特点：1. 非随机访问性：与主存储器不同，辅助存储器的数据访问不是随机的，而是按照存储的物理位置进行顺序访问。
这也导致了辅助存储器的访问速度相对较慢。
2. 容量较大：相对于主存储器来说，辅助存储器的容量要大得多。
常见的辅助存储器设备有硬盘、固态硬盘（SSD）、光盘、蓝光盘、磁带等。
3. 永久性：辅助存储器中的数据是永久存储的，即使计算机断电或者重新启动，数据也不会丢失。
这使得我们可以长期保存应用程序、文件以及操作系统等数据。
总结：计算机存储器根据其功能和特点被分为主存储器和辅助存储器两类。
主存储器具有随机访问性、容量有限和临时性等特点；而辅助存储器则具有非随机访问性、容量较大和永久性等特点。
这两类存储器在计算机系统中互相配合，共同完成计算机的存储功能。
存储器扩展-
A9～ A0
WE CS R A M2 2114
I /O1～ I /O4
A9～ A0
WE CS R A M3 2114
I /O1～ I /O4
D7～ D4 WR
字位同时扩展连接图
I /O1～ I /O4 WE CS
R A M4 2114 A9～ A0
A9～ A0 WE CS
R A M4 2114 I /O1～ I /O4
RAM1 2114 I/O1～I/O4
I/O1～I/O4 WE CS
RAM2 2114 A9～A0
A9～A0 WE CS
RAM2 2114 I/O1～I/O4
I/O1～I/O4 WE CS
RAM3 2114 A9～A0
A9～A0 WE CS
RAM3 2114 I/O1～I/O4
I/O1～I/O4 WE CS
A11
A10
译码器
1
2
3
4
A9~A0 CPU
1 CS
1K×4
WE I/O1~4
2 CS
1K×4
WE I/O1~4
D7~D4
D3~D0
1 CS
1K×4
WE I/O1~4
2 CS
1K×4
WE I/O1~4
D7~D4
D3~D0
WE D7~D0
D7~D0
D7~D0
D7~D0
字位同时扩展构成4K×8存储器电路连接示意图
3
2. 字扩展(地址范围)
字扩展用于存储芯片的位数满足要求而字数不够的情况，是
对存储单元数量的扩3 展。
A15
2-4 译
2
码1
《计算机组成原理》第7章：存储系统
/webnew/
7.1 存储系统概论
所谓速度，通常用存取时间(访问时间)和存取周期 来表示。存取时间是指从启动一次存取操作到完成 该操作所经历的时间；存取周期是指对存储器进行 连续两次存取操作所需要的最小时间间隔。由于有 些存储器在一次存取操作后需要有一定的恢复时间， 所以通常存取周期大于或等于取数时间。单位容量 的价格是指每位的价格。数据传输率是指在单位时 间内可以存取的二进制信息的位数，在数值上等于 存储器总线宽度除以存取周期，所以又可称为存储 器总线带宽或频宽。除此之外，存储器件还有一个 十分重要的性能，就是它是否是挥发性的。
图7-6 2114的读/写周期波形图
/webnew/
7.2.2 静态MOS RAM芯片举例
4. 静态存储器的组织 1)位扩展
图7-7 位扩展连接方式
/webnew/
/webnew/
性 能 存储信息 破坏性读出 需要刷新 行列地址 运行速度
SRAM 触发器 否 否 同时送 快 电容 是 需要 分两次送 慢
DRAM
集成度
发热量 存储成本
低
大 高
高
小 低
表7-1 静态存储器和动态存储器性能比较
/webnew/
7.2 主 存 储 器
7.2.1 7.2.2 7.2.3 7.2.4 7.2.5 7.2.6 7.2.7
基本概念 静态MOS RAM芯片举例 动态MOS RAM 2164芯片 动态MOS RAM 4116芯片 动态RAM的刷新 只读存储器举例 主存储器与CPU的连接
/webnew/
/webnew/
7.2.2 静态MOS RAM芯片举例
3. 读写时序 为了使芯片正常工作，必须按所要求的时序关系 提供地址信息、数据信息和有关控制信号，2114 的读/写周期波形图如图7-6所示。 1) 读周期 2) 写周期
主存储器容量扩展的方法
主存储器容量扩展的方法主存储器容量是计算机系统中重要的组成部分，它直接影响着计算机的运行速度和能力。
在现代计算机系统中，随着计算机应用场景的不断扩展，对主存储器容量的需求也越来越大。
为了满足这一需求，人们提出了各种方法来扩展主存储器容量。
本文将系统地介绍主存储器容量扩展的方法。
主存储器容量扩展的方法可以分为物理方法和逻辑方法两大类。
物理方法主要包括增设内存条、使用高密度存储器件和分布式存储系统等；逻辑方法则主要包括虚拟存储和页面置换等。
一、增设内存条增设内存条是增加主存储器容量的最简单也是最直接的方法之一。
通过增加内存条的数量，就可以扩展主存储器的容量。
这种方法的优点是简单、成本低，但也存在一定的限制，因为主板的插槽数量和支持的内存条容量有限。
二、使用高密度存储器件随着半导体技术的发展，高密度存储器件如DRAM（动态随机存储器）和NAND 闪存逐渐成为了一种常见的主存储器扩展方法。
DRAM是一种非常快速的主存储器，但它的存储密度有限；而NAND闪存具有非常高的存储密度和可擦写性，但速度相对较慢。
使用高密度存储器件扩展主存储器容量的方法有多种。
一种常见的方法是通过内存芯片的堆叠来增加DRAM芯片的存储密度。
例如，3D XPoint技术可以将多个DRAM芯片堆叠在一起，从而实现更高的存储密度。
另一种常见的方法是采用闪存作为主存储器。
闪存具有非常高的存储密度和较低的功耗，因此它在嵌入式系统和移动设备中得到了广泛的应用。
在这种方案中，计算机系统将数据从主存储器复制到闪存中，在需要时再将数据从闪存中读取到主存储器中。
这种方法的优点是可以显著提高主存储器的容量，但其缺点是速度相对较慢，并且需要额外的控制逻辑。
三、分布式存储系统分布式存储系统是一种通过网络将多个计算机的存储资源组合起来形成一个虚拟的存储系统，从而扩展主存储器容量的方法。
在分布式存储系统中，多个计算机通过网络连接在一起，彼此共享各自的存储资源。
存储器的扩展实验总结
存储器的扩展实验总结：
一、实验目的
本次实验旨在通过实际操作，深入了解存储器的扩展原理和方法，掌握存储器扩展的基本技能，提高对计算机存储系统的认识和理解。
二、实验原理
存储器扩展主要涉及地址线的扩展和数据线的扩展。
通过增加地址线和数据线的数量，可以增加存储器的容量。
此外，还可以采用位扩展、字扩展和字位同时扩展的方法来扩展存储器。
三、实验步骤
1.准备实验材料：包括存储器芯片、地址线、数据线等。
2.搭建实验电路：将存储器芯片与地址线和数据线连接，形成完整的存储器扩展电路。
3.初始化存储器：对存储器进行初始化操作，设置初始地址和数据。
4.读取和写入数据：通过地址线和数据线，对存储器进行读取和写入操作。
5.验证结果：比较写入的数据与读取的数据，确保数据的正确性。
四、实验结果
通过实验，我们成功实现了存储器的扩展，并验证了数据的正确性。
实验结果表明，通过增加地址线和数据线的数量，可以有效地扩展存储器的容量。
五、实验总结
通过本次实验，我们深入了解了存储器的扩展原理和方法，掌握了存储器扩展的基本技能。
同时，我们也认识到在实际应用中，需要根据具体需求选择合适的扩展方法，以确保存储器的容量和性能满足要求。
此外，我们还应注意数据的正确性和稳定性，确保存储器的可靠性和稳定性。
存储器芯片的容量通常用的方式表示,其中为字数,为每个字的位数
（2） 每块 4 字。 9. 对于下述访存地址序列（字地址） ： 1，4，8，5，20，17，19，56，9，11，4，43，5，6，9，17 假定 cache 是全相联映像的，cache 的容量都是 16 字，初始时 cache 为空。在下列情况 下，标出每次访存的 cache 命中情况以及最后 cache 的内容： （1） 每块一字，采用 FIFO 替换策略。 （2） Cache 是全相联映像，每块 4 字，采用 FIFO 替换策略。 （3） Cache 是全相联映像每块 4 字，采用 LRU 替换策略。 10. 对于下述访存地址序列（字地址） ： 1，4，8，5，20，17，19，56，9，11，4，43，5，6，9，17 假定 cache 的容量都是 16 字， 初始时 cache 为空。 在下列情况下， 标出每次访存的 cache 命中情况以及最后 cache 的内容： （1） Cache 是 4 路组相联映像，每块 1 字，采用 FIFO 替换策略。 （2） Cache 是 2 路组相联映像，每块 4 字，采用 LRU 替换策略。 11. 设 2 路组相联映像的 cache 容量为214 块，每块是一个 32 位的字，主存容量是 cache 的 256 倍，其中有如表 5-5 所示数据（地址和数据均采用十六进制表示） 地址 数据 000000 13579246 000008 87654321 010000 7777777 010004 11235813 00FFFC 12345678 FFFFF8 11223344 FFFFFC 24682468
存储器芯片的容量通常用的方式表示其中为字数为每个字的位数大容量存储器大容量存储器驱动下载虚拟存储器的最大容量大容量存储器驱动异常大容量存储器驱动存储器容量内存储器的容量是指存储器容量单位内部大容量存储器
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
计算机存储器的容量与扩展方式
计算机存储器是计算机硬件中的一个重要组成部分，用于保存和处理数据。
随着计算机应用的不断发展，存储器的容量也在不断扩展，以满足对大量数据的存储和处理需求。
本文将详细介绍计算机存储器的容量与扩展方式，包括存储器的基本概念、计算机存储器的分类以及存储器扩展的不同方式。
一、存储器的基本概念
1. 存储器的定义：存储器是计算机中用于保存数据的设备，它具有读写功能，可以实现对数据的存储和读取操作。
2. 存储单元：存储器是由许多存储单元组成的，每个存储单元可以存储一个字节（8位）的数据。
3. 存储器的访问速度：存储器的访问速度快，是因为它与计算机的主控制器之间通过总线相连，数据传输的速度较快。
二、计算机存储器的分类
1. 内部存储器：也称为主存储器或随机访问存储器（RAM），它是计算机中最常用的存储器。
内存的容量直接决定了计算机可以同时处理的数据量大小。
2. 外部存储器：也称为辅助存储器或外部存储器（ROM），它一般用于长期存储数据，不易丢失。
常见的外部存储器包括硬盘、磁带等。
三、计算机存储器的扩展方式
1. 增加存储芯片：通过增加存储芯片的数量，可以扩展计算机的存储容量。
这种方式适合于内部存储器的扩展，可以通过在计算机主板上增加内存插槽来实现。
但是，增加存储芯片的方式不适用于外部存储器的扩展。
2. 使用存储扩展卡：存储扩展卡是一种插入计算机主板上扩展槽的卡片，可以增加计算机的存储容量。
这种方式适合于用于扩展计算机的内部存储器，例如添加额外的硬盘。
3. 利用网络存储：通过网络连接，将计算机与其他设备连接起来，可以利用其他设备的存储空间。
这种方式适合于扩展计算机的外部存储空间，例如使用网络存储设备（NAS）。
4. 使用云存储：云存储是一种将数据存储在互联网上的方式，可以通过互联网将数据上传到云存储服务提供商的服务器上，实现数据的存储和访问。
这种方式适合于扩展计算机的外部存储空间，可以随时随地访问数据。
5. 存储器分级：存储器分级是一种将不同速度和容量的存储器组合起来使用的方式。
例如，将高速但容量较小的缓存存储器与低速但容量较大的主存储器结合起来使用，可以提高计算机的运行效率。
总结：
计算机存储器的容量与扩展方式是计算机领域中的一个重要问题。
了解存储器的基本概念和分类，以及不同的存储器扩展方式，对于提高计算机的存储和处理能力具有重要意义。
未来随着科技的发展，存储器的容量将会进一步扩展，为计算机应用提供更加强大的支持。