第3章存储系统

存储器的读、写操作分时进行的， 存储器的读、写操作分时进行的，故读写可共用 数据总线。 数据总线。
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4 存储器与 存储器与CPU的连接 的连接 系统连接模式 最小系统： 最小系统：与系统总线直接 CPU 连接。 连接。CPU通过系统总线控 通过系统总线控 制： 存储器 地址总线给出地址信号； 地址总线给出地址信号； 最小系统模式 控制总线发出相应的读/写 控制总线发出相应的读 写 操作信号； 操作信号； 地址锁存器 在数据总线上实现数据传 CPU 数据缓存器 送。 总线控制器 较大系统：通过接口芯片与 较大系统： 系统总线连接。 系统总线连接。 存储器 大系统：设置专用存储总线。 大系统：设置专用存储总线。 较大系统模式
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存储器的分类
按存储介质分
半导体存储器：用半导体器件组成的存储器。 半导体存储器：用半导体器件组成的存储器。 磁表面存储器：用磁性材料做成的存储器。 磁表面存储器：用磁性材料做成的存储器。
按存储方式分
随机存储器：任何存储单元的内容都能被随机存取， 随机存储器：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。 储单元的物理位置无关。 顺序存储器：只能按某种顺序来存取， 顺序存储器：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。 置有关。
按存储器的读写功能分
只读存储器(ROM)：存储的内容只能读出而不能写入的半导体存储器。 ：存储的内容只能读出而不能写入的半导体存储器。 只读存储器 随机读写存储器(RAM)：既能读出又能写入的半导体存储器。 随机读写存储器 ：既能读出又能写入的半导体存储器。
按信息的可保存性分
非永久记忆的存储器：断电后信息即消失的存储器。 非永久记忆的存储器：断电后信息即消失的存储器。 永久记忆性存储器：断电后仍能保存信息的存储器。 永久记忆性存储器：断电后仍能保存信息的存储器。
2ms内集中安排所有刷新周期 2ms内集中安排所有刷新周期 刷新 刷新 用在实时 2ms 要求不高 死区 的场合
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（2）分散刷新 各刷新周期分散安排在存取周期中。 各刷新周期分散安排在存取周期中。 R/W 刷新 tc （3）异步刷新 R/W 刷新 用在低速 系统中
CS2=!A15*!A14 CS3=A15*A14
CPU
A15 A14 A13 . . . A0 WE D0 ~ D7
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2 4 2：4 译码
a13 CS 0 16Kx8 a0 WEI/O
CS 1 16Kx8
WE I/O
CS 2 16Kx8
WE I/O
CS 3 16Kx8
WE I/O
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第6章 存储系统
1、存储器概述 2、随机读写存储器 3、只读存储器 4、高速存储器 5、cache存储器 cache存储器 6、虚拟存储器 7、存储保护
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第1节 存储器概述 节
存储器的作用 存储CPU执行的指令和数据； 执行的指令和数据； 存储 执行的指令和数据 与输入输出设备直接交换数据； 与输入输出设备直接交换数据； 在多处理器系统中，存储共享数据。 在多处理器系统中，存储共享数据。 存储器的单位 存储元（存储位）: 一个二进制位； 存储元（存储位） 一个二进制位； 存储单元：由若干个存储元组成；（字长） ；（字长 存储单元：由若干个存储元组成；（字长） 存储器：由许多存储单元组成。 存储器：由许多存储单元组成。
读周期 读出时间： 读出时间：从给出有效地址到外部数据总线上稳定 地出现所读出的数据信息所经历的时间。 地出现所读出的数据信息所经历的时间。 读周期时间： 读周期时间：指存储片进行两次连续读操作时所必 须间隔的时间，它总是大于或等于读出时间。 须间隔的时间，它总是大于或等于读出时间。
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SRAM特点： 特点： 特点 采用双稳态触发器来保存信息。 双稳态触发器来保存信息 采用双稳态触发器来保存信息。 2012-3-15 集成度较低，功耗大。 集成度较低，功耗大。
NMOS六管存储元电路
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2 SRAM存储器的组成 存储器的组成 存储器体：若干存储单元的集合 存储单元的集合； 存储器体：若干存储单元的集合； 地址译码器： 地址译码器：将用二进制代码表示的地址转换成 输出端的高电位，用来驱动相应的读写电路， 输出端的高电位，用来驱动相应的读写电路，以 便选择所要访问的存储单元。 便选择所要访问的存储单元。
存储体 外围电路 结构(16Kx1) 例2116结构 结构
的存储体组成， 有4个32x128的存储体组成，分成行、列地址寻址。 个 的存储体组成 分成行、列地址寻址。
/RAS /CAS
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DRAM存储器的读、写周期 存储器的读、 存储器的读
读周期
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写周期。 写周期。
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SRAM存储器容量扩展方法： 存储器容量扩展方法： 存储器容量扩展方法 位扩展法：进行位数的扩充（加大字长） 位扩展法：进行位数的扩充（加大字长） 例1：计算机位长为８，设计容量为 ：计算机位长为８ 设计容量为8Kx8,可用的芯 可用的芯 片为8Kx1. 片为
6 5 4
CPU
再生读出。 再生读出。 读出 信息暂存： 信息暂存：X=0
必须定时刷新。 必须定时刷新。 定时刷新
DRAM特点： 特点： 特点
利用记忆电容来保存信息； 利用记忆电容来保存信息； 记忆电容来保存信息 需要定时刷新； 需要定时刷新； 集成度高，功耗低。 集成度高，功耗低。
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动态存储器芯片组成： 动态存储器芯片组成：
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DRAM刷新： DRAM刷新： 刷新 最大刷新周期： 最大刷新周期： 刷新方法： 刷新方法： 刷新周期： 刷新周期： 2ms、4ms、 2ms、4ms、8ms 各芯片同时， 各芯片同时，片内按行 刷新一行所用时间， 刷新一行所用时间，与读写周期相同
（1）集中刷新 R/W R/W tc
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A0 A1
A9
1维 地 址 译 码 器
字线0
字线0 字线1
1024条
字线1023
I/O
A0 A1
X地 址译 码器 字线31 A4 I/O CS WE
位线0
位线31
Y地址译码器
A5 A9
8
3 、例2114存储器芯片结构 存储器芯片结构
容量：1Kx4b； 容量： ； 引脚数：地址线： ；数据线： ；片选： ；读写： 引脚数：地址线：10；数据线：4；片选：1；读写：1
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按在计算机中的作用分类：主存储器、辅助存储器、 按在计算机中的作用分类：主存储器、辅助存储器、高 速缓冲存储器、控制存储器等。 速缓冲存储器、控制存储器等。
存储器的分级结构
名 称 高速缓冲 存储器 主存储器 外存储器 简称 Cache 主存 外存 用 途 特 点 存取速度快， 高速存取指令和数据 存取速度快，但存储容量小 存放计算机运行期间 存取速度较快， 存取速度较快，存储容量中 的大量程序和数据 存放系统程序和大型 存储容量大， 存储容量大，位成本低 数据文件及数据库
0 800~BFF 1 C00~FFF
2：4 译码 CS 1Kx4 CS 1Kx4
WE I/O WE I/O
CS 1Kx4 CS 1Kx4
WE I/O WE I/O
CS 1Kx4 CS 1Kx4
WE I/O WE I/O
CS CS 1Kx4 1Kx4
WE I/O WE I/O
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存储器的读、 存储器的读、写周期
字位扩展法：字向和位向都扩充。 字位扩展法：字向和位向都扩充。 例3：用2114（1Kx4）的芯片及译 ： （ ） 门电路组成4Kx8的存储器 码、门电路组成 的存储器
CPU A11 A10 A9 . . . A0 WE D7~D4 D3~D0
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A11 A10 A11~A0 0 0 1 1 0 1 000~3FF 400~7FF 1KX4 1KX4 1KX4 1KX4 1KX4 1KX4 1KX4 1KX4
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3 0 I/O
I/O CS I/O
A0 . . . A12 WE D0. . . D7
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1 I/O
2 I/O
I/O I/O I/O
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A15A14 A15 ~ A0 字扩展法：进行字数的扩充。 字扩展法：进行字数的扩充。 16KX8 0 0 0000~3FFF 的芯片组成65536x8 例2：用16Kx8的芯片组成 ： 的芯片组成 16KX8 0 1 4000~7FFF 的存储器。 的存储器。 16KX8 1 0 8000~BFFF 存储空间分配： 存储空间分配：芯片个数及地址 16KX8 1 1 C000~FFFF 片选逻辑确定： 片选逻辑确定：高位地址译码控制 CS0=!A15*!A14 CS1=!A15*A14 片选。 片选。
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写周期。 写周期。
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2、半导体动态存储器（DRAM） 、半导体动态存储器（ ） 基本存储元工作原理： 基本存储元工作原理： 写入： 写入：X=1， ，
D=0，写0 ， D=1，写1 ，
读出： 读出： 先送预充信号； 先送预充信号； X=1
T5管导通，读出0； 管导通，读出 ； 管导通 T6管导通，读出 ； 管导通， 管导通 读出1；
基本存储元工作原理 写入： 、 译码信号为高 译码信号为高， 写入：X、Y译码信号为高， /I/O=1、I/O=0，写0 、 ， /I/O=0、I/O=1，写1 、 ， 读出：先置D为高电平 再置X、 为高 为高电平， 为高， 读出：先置 为高电平，再置 、Y为高， T5有电流读出 有电流读出0 有电流读出 T6有电流读出 有电流读出1 有电流读出 保持： 保持：X/Y=0