白中英 第五版 计算机组成原理第3章.

• 按字节编址：一个存储单元存放一个字节。 • 按字编址：一个存储单元存放一个字。
例如一个16位二进制字存储单元可以存放两个字节。
计算机组成原理
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3.1.3 主存储器的技术指标
1、存储容量
指一个存储器所能容纳的二进制信息的总量。
•以比特表示容量。（bit）
•以字节数表示容量。（Byte） 如：某计算机存储器的容量为 16K ×16。
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字和位同时扩展的连接方式： ＊ 各芯片的片内地址线、读/写控制线均对应地并接在地址和控制总线的 对应位上； ＊ 由高位地址（n位）译码产生2n个片选信号，决定芯片分成2n个组； ＊ 由数据线决定每组的芯片片数。
存储器模块条


存储器通常以插槽用模块条形式供应市场。这种模块条常称 为内存条，它们是在一个条状形的小印制电路板上，用一定 数量的存储器芯片，组成一个存储容量固定的存储模块。 内存条有 30 脚、 72 脚、 100 脚、 144 脚、 168 脚、 184 脚、 240 脚等多种形式。
• SDRAM与CPU的数据交换同步于外部的系统时钟信号，
并且以 CPU/存储器总线的最高速度运行，而不需要插入 等待状态。
数不满足存储器单元数要求时，需进行字扩展。

字位同时扩展法
• 当芯片的单元数和单元的数据位均不满足存储器的要求
时需要进行字和位的同时扩展。
存储器系统的存储容量： 2M×N位
使用芯片的存储容量：2L×K位(L≤M，K≤N)
需要存储器芯片个数：(2M×N)/(2L×K)
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1．位扩展

当芯片的单元数满足存储器单元数的要求，但单元 中的位数不满足要求时，需要进行位扩展。
A15 … A0 0000~03FF 4000~7FFF 8000~BFFF
4
11
00…0 ~ 11…1
C000~FFFF
0
1
2
3
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3．字和位同时扩展

当芯片的单元数和单元的数据位均不满足存储器的要 求时需要进行字和位的同时扩展。
例：用2114芯片（1K×4位）组成4K×8位存储器。


半导体存储器 主要由晶体管构成 速度高，集成度高 半导体RAM存储的信息易失 做主存、高速缓存 磁表面存储器 容量大，价格低，存取速度慢。 多用做辅助存储器。 磁盘、磁带
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计算机组成原理
3.1.1存储器分类-按存取方式分
随机存储器 （Random Access Memory,RAM）

任何存储单元的内容都能被随 机存取，且存取时间和存储单 元的物理位置无关
高两位地址A15、A14用于选择芯片
▲ 数据线：存储器8位；芯片8位 ▲ 控制线：读写控制；
片选——由高位地址经译码进行控制
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用 4 片 16K×8 位 RAM ， 扩 展成64K×8位存储器
片号 1 2 3
A15A14 00 01 10
A13 … A0 00…0 ห้องสมุดไป่ตู้ 11…1 00…0 ~ 11…1 00…0 ~ 11…1
容量小
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3.1.2 存储器的分级结构
高速缓冲存储器：高速小容量半导 体存储器 内存：CPU 可直接访问 的存储器
存放计算机运行期间的大量程序和数据
外存：大容量辅助存储器。 用来存放系统程序和大型数 据文件及数据库。
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计算机存储器关系图
CPU
Cache
内 存
外 存
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存储器芯片的容量是有限的 ,为了满足实际存储器的容量要求， 需要对存储器进行扩展。
• • •
位扩展法 字扩展法
字位同时扩展法
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3.3.4 存储器容量的扩充

位扩展法
• 当芯片的单元数满足存储器单元数的要求，但单元中的
位数不满足要求时，需要进行位扩展。

字扩展法
• 当芯片单元中的的位数满足存储器位数的要求，但单元
解：所需芯片数：
4K 8位 ＝（片） 8 1K 4位 ▲地址线：地址12位A11～A0；2114芯片10位A9～A0 高两位地址A11、A10用于选择芯片 — 4组芯片 ▲ 数据线：数据8位；芯片4位。 两片2114的数据线分别连接D7～D4和 D3～D0
◆ 将2114芯片分为4组，每组2片芯片。 ▲ 控制线：读写控制； 片选——由高位地址经译码进行控制
RAM(随机存取存储器): 在运行状态可以随时进行读或写操作。 存储的数据必须有电源供应才能保存, 一旦掉电, 数据全部丢失。 ROM(只读存储器)：在正常工作状态只能读出信息。
断电后信息不会丢失，常用于存放固定信息（如程序、常数等）。
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3.2 SRAM存储器
目前广泛使用的半导体存储器。 优点：存取速度快，存储体积小，可靠性高，价格高； 缺点：容量小，断电后不能保存信息。
4、存储器带宽 单位时间里存储器所存取的信息量。
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3.1.3 主存储器的技术指标
指
标
含
义
表
现
单
位
存储容量 存取时间 存储周期 存储器带宽
在一个存储器中可以容 比特数，字节 存储空间的大小 纳的二进制信息的总量 数
启动读操作到完成一次存 储器操作所经历的时间
连续启动两次操作所需 间隔的最小时间
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3.3.1

DRAM存储位元的记忆原理
DRAM的存储元是由一个MOS晶体管和电容器组成的记忆电路。
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3.3.2
DRAM芯片的逻辑结构
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计算机组成原理
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3.3.2
DRAM芯片的逻辑结构
DRAM与SRAM不同的是： （1）增加了行地址锁存器和列地址锁存器。

3.2.1 基本的静态存储元阵列 3.2.2 基本的SRAM逻辑结构 3.2.3 存储器的读写周期
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3.2.1 基本的静态存储元阵列
锁存器作 为存储元
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计算机组成原理
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3.2.2 基本的SRAM逻辑结构
SRAM芯片大多采用双译码方式，以便组织更大的存储容量。将地址分成x向、 y向两部分，第一级进行x向(行译码)和y向(列译码),然后在存储阵列中完 成第二级的交叉译码。
半导体存储器

顺序存储器 （Sequential Access Memory,SAM）
磁带
只能按某种顺序来存取，存取 时间和存储单元的物理位置有 关
计算机组成原理
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3.1.1存储器分类-按存储内容可变性分

只读存储器ROM
存储的内容固定不变，即 只能读出，不能写入。

随机读写存储器RAM
既能读出，又能写入
主存的速度 主存的速度
ｎｓ ｎｓ
单位时间里存储器所存 数据传输速率技 取的信息量 术指标
位/秒，字节/ 秒
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存储器参数实例：现代 DDR3 1033 PC3-10600S 2G
计算机组成原理
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存储器的基本结构
地址译码器
地 址 输 入
存储矩阵
地 址 译 码 器
存储矩阵
输入输出控制 电路
• 假设 DRAM有 1024行，如果刷新周期为 8ms，则每一行必须
计算机组成原理
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存储器与CPU连接

存储器与CPU之间，要完成: ① 地址线的连接；② 数据线的连接；③ 控制线的连接。
存储器芯片结构：
芯片的存储容量＝2M×N＝存储单元数×每个存储单元的数据位数

M＝芯片地址线的个数；N＝数据线的个数
控制信号输入
输入输出控制电路
数据输入输出
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3.2 SRAM存储器
按存 储内 容可 变性
SRAM (Static RAM)：静态RAM
(Random-Access Memory)
RAM
存储器
DRAM (Dynamic RAM)：动态RAM 固定ROM
可编程ROM
ROM
(Read-Only Memory)
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3.1.3 主存储器的技术指标——（技术参数）
基本概念：
存储单元-存储单位：
• 存储一位二进制信息，是计算机存储信息的最小
单位。b(bit) • 8位二进制数称为一个字节。B(Byte)
由许多的存储单元组成一个存储体。
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基本概念 存储单元地址：存储单元的编号，识别存储单 元，从零开始。存储单元是计算机访问存储器 的最小单位。
第 3章
3.1 存储器概述
存储器
3.2
3.3
SRAM存储器
DRAM存储器
3.4
☆ 3.5 ☆ 3.6
只读存储器(ROM)和闪速存储器
并行存储器 Cache存储器
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计算机组成原理
3.1 存储器概述
3.1.1 存储器分类
3.1.2 存储器的分级结构
3.1.3 存储器的技术指标
计算机组成原理
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3.1.1存储器分类-按存储介质分

• 集中式刷新:DRAM的所有行在每一个刷新周期中都被刷新。
• 例如刷新周期为8ms的内存，将8ms时间分为两部分：前一段
时间进行正常的读 /写操作，后一段时间（8ms至正常读/写周 期时间）做为集中刷新操作时间。