存储器1
数字逻辑与计算机组成原理：第三章 存储器系统(1)
A3 0
字线
地0 A2 0 址
译
A1
0码 器
A0 0
15
读 / 写选通
… …
…
0,0 … 0,7
16×8矩阵
15,0 … 15,7
0
…
7 位线
读/写控制电路
D0
… D7
(2) 重合法（双译码方式）
0 A4
0,00
…
0 A3
阵
A2
译
0码
31,0
…
A1
器 X 31
0 A0
… …
或低表示存储的是1或0。 T5和T6是两个门控管，读写操作时，两管需导通。
六管存储单元
保持
字驱动线处于低电位时，T5、T6 截止， 切断了两根位线与触发器之间的 联系。
六管存储单元
单译码方式
读出时: 字线接通 1)位线1和位线2上加高电平; 2)若存储元原存0，A点为低电
平，B点为高电平，位线2无电 流，读出0。
3)若存储元原存1，A点为高电 平，B点为低电平，位线2有电
流，读出1。
静态 RAM 基本电路的 读 操作（双译码方式）
位线A1
A T1 ~ T4 B
位线2
T5
行地址选择
T6
行选
T5、T6 开
列选
T7、T8 开
T7
T8
读选择有效
列地址选择 写放大器
写放大器
VA
T6
读放
读放
DOUT
T8 DOUT
DIN
1．主存与CPU的连接
是由总线支持的; 总线包括数据总线、地址总线和控制总线; CPU通过使用MAR（存储器地址寄存器）和MDR（存储
计算机组成原理存储器（1）（1）
计算机组成原理存储器（1）（1）1.存储器⼀、单选题（题数 54，共7 ）1在下述存储器中，允许随机访问的存储器是（）。
（1.2分）A、磁带 B 、磁盘 C 、磁⿎ D 、半导体存储器正确答案 D2若存储周期250ns，每次读出16位，则该存储器的数据传送率为（）。
（1.2分）A、4×10^6字节/秒B、4M字节/秒C、8×10^6字节/秒D、8M字节/秒正确答案 C3下列有关RAM和ROM得叙述中正确的是()。
IRAM是易失性存储器，ROM是⾮易失性存储器IIRAM和ROM都是采⽤随机存取⽅式进⾏信息访问IIIRAM和ROM都可⽤做CacheIVRAM和ROM都需要进⾏刷新（1.2分）A、仅I和IIB、仅I和IIIC、仅I，II，IIID、仅II，III，IV正确答案 A4静态RAM利⽤（）。
（1.2分）A、电容存储信息B、触发器存储信息C、门电路存储信息D、读电流存储信息正确答案 B5关于计算机中存储容量单位的叙述，其中错误的是（）。
（1.2分）A、最⼩的计量单位为位（bit），表⽰⼀位“0”或“1”B、最基本的计量单位是字节（Byte），⼀个字节等于8bC、⼀台计算机的编址单位、指令字长和数据字长都⼀样，且是字节的整数倍D、主存容量为1KB，其含义是主存中能存放1024个字节的⼆进制信息正确答案 C6若CPU的地址线为16根，则能够直接访问的存储区最⼤容量为（）。
（1.2分）A、1MB、640KC、64KD、384K正确答案 C7由2K×4的芯⽚组成容量为4KB的存储器需要()⽚这样的存储芯⽚。
（1.2分）A、2B、4C、8D、16正确答案 B8下⾯什么存储器是⽬前已被淘汰的存储器。
（1.2分）A、半导体存储器B、磁表⾯存储器C、磁芯存储器D、光盘存储器正确答案 C9下列⼏种存储器中，（）是易失性存储器。
（1.2分）A、cacheB、EPROMC、FlashMemoryD 、 C D-ROM正确答案 A10下⾯关于半导体存储器组织叙述中，错误的是什么。
计算机的存储系统(一)
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用磁性材料构成的存储器称为磁表面存储器，磁表面存储器是在金属或塑料载体上均匀地涂抹 一层磁性材料，利用该磁层存储信息，日常所用的磁盘和磁带等都属于磁表面存储器。磁表面存储 器的容量大、价格低，但访问速度慢，一般用作辅助存储器。 光存储器是一种利用激光技术进行访问的存储器，如今经常用到的 CD-ROM（只 读光盘） 、MO （可读写光盘） 、 WORM （一次写入、多次读出光盘）都属于光存储器。这类存储器的容量很大， 但访问速度也慢，一般也作为辅助存储器使用。 存储器的实际存取速度取决于构成存储器的存储介质物理状态的改变速度。 2. 按存取方式分类 对存储器的存取方式是很多的，如顺序存取、随机存取、直接存取、关联存取等。如果可以随 机地、个别地对存储器中的任何存储单元进行存取，这种存储器称为随机存储器 （ RAM ）。计算机 内存就多指系统的 RAM 。如果在读取存储器的内容时，只能按照一定的顺序存取，即存取时间和 存 储单元的物理位置有关，这种存储器就称为顺序存储器。磁带就是一种典型的顺序存储器。直接存 取则介于随机存取和顺序存取之间，如磁盘就是一种直接存取存储器。在存取信息时，磁盘需要完 成两个逻辑操作，首先直接指向整个存储器的某一区域（磁道或磁头） ，然后对所指向的区域按顺 序 存取。关联存取存储器是一种随机存取存储器，通过在一个字中比较所要的位进行特定地匹配，并 且能同时在所有字中进行。换句话说，关联存取存储器是按内容访问（而不是按地址访问）的存储 器，它将存储单元所存内容的某一部分作为检索项（称为关键字项）对存储器进行检索，然后对存 储器中与检索内容相符的存储单元内容进行读出或写入。 3. 按物理特性分类 不同的存储器的物理特性也不尽相同，有些存储器只能短暂存储信息，时间长了或者掉电就会 丢失信息；有些存储器则可以长久保存信息，即使掉电也不会导致信息丢失。从这种角度分，存储 器可以分为易失性的存储器和非易失性存储器。随机存储器（ RAM ）属于易失性的存储器，只有加 电信息才能保存，掉电则会使信息丢失；只读存储器（ ROM ）则属于一种非易失性的存储器，即使 掉电也不会丢失，因此，计算机主板上用于保存系统信息的 BIOS 就是采用非易失性存储器。 另外，随着存储器技术的不断发展，只读存储器也出现了不同的种类。根据存储内容能否擦除 ， 存储器又分为可擦存储器和不可擦存储器。如掩模式只读存储器和一次编程只读存储器 （ PROM ） 就是不可擦存储器，其中的数据只能读出，不能改变；而 EPROM 和 EEPROM 则是可擦存储器，可 以反复擦除和向其中写入信息。 4. 按存储位置分类 现代计算机系统中的存储器是一个多层次的存储器系统。不同的存储器分布在计算机系统中不 同的地方，起着不同的作用。可以据此将存储器分为高速缓存、主存（内存）和辅存（外存） 。现今 的高速缓存已经集成到 CPU 内部，其容量最小，每位价格高，但速度很高，接近于 CPU 的处理速 度；主存的存取速度仅次于高速缓存，容量较大，每位价格也比较高；辅存的速度最慢，但容量最 大，单位存储容量价格最低。这几种存储器在计算机中各自担负不同的职责，都发挥着非常重要的 作用。
第5章 虚拟存储器 (1)
• (2)驻留性，是指作业被装入内存后，整个作业都一直驻留在内存中，其中 任何部分都不会被换出，直至作业运行结束。尽管运行中的进程被阻塞，而处于 长期等待状态，它们都仍将驻留在内存中，继续占用宝贵的内存资源。
虚拟存储ห้องสมุดไป่ตู้概述
虚拟存储器的定义和特征
虚拟存储器的特征
• (3)虚拟性。是指能够从逻辑上扩充内存容量，使用户所看到的内存容 量远大于实际内存容量。这样，就可以在小的内存中运行大的作业，或者 能提高多道程序度。它不仅能有效地改善内存的利用率，还可提高程序执 行的并发程度。
• 虚拟存储器目前已在大、中、小及微机上广泛采用。虚拟性是以多次 性和对换性为基础的，或者说，仅当系统允许将作业分多次调入内存，并 能将内存中暂时不运行的程序和数据换至盘上时，才能实现虚拟存储器。
虚拟存储器概述
5.1.3 虚拟存储器的实现方法 P167
• 在虚拟存储器中，允许将一个作业分多次调入内存。所以，虚拟存储器的 实现，都建立在离散分配存储管理方式的基础上。目前，所有的虚拟存储器都 是采用下述方式之一实现的。
• 1．分页请求系统
• 分页请求是在分页的基础上增加了请求调页功能和页面置换功能所形成的 页式虚拟存储系统。它允许用户程序只装入少数页面的程序（及数据）即可启 动运行。以后，再通过调页功能及页面置换功能陆续地把即将运行的页面调入 内存，同时把暂不运行的页面换出到外存上。置换时以页面为单位；为了能实 现请求调页和页面置换功能，系统必须提供硬件支持和请求分页的软件。
5.2 请求分页存储管理方式 P168
存储器的基础知识第四组1 (1)
计算机存储信息的大小,最基本的单位是字节,一个汉 字由两个字节组成,字母和数字由一个字节组成. 容量的单位从小到大依次是：字节（B）、KB、MB、 GB、TB.它们之间的关系是: 1TB=1024GB 1GB=1024MB 1MB=1024KB 1KB=1024字节 通常人们都使用简便的叫法,把后面的“B”去掉.
光盘是以光信息做为存储的载体并用来存储数据的一 种物品。 分为： 1.不可擦写光盘，如CD-ROM、DVD-ROM等；2.可擦写光 盘，如CD-RW、DVD-RAM等。 光盘是利用激光原理进行读、写的设备，是迅速发展 的一种辅助存储器，可以存放各种文字、声音、图形、图 像和动画等多媒体数字信息。 光盘定义：即高密度光盘（Compact Disc）是近代发展起 来不同于完全磁性载体的光学存储介质（例如：磁光盘也 是光盘），用聚焦的氢离子激光束处理记录介质的方法存 储和再生信息，又称激光光盘。
在计算机诞生初期并不存在内存条的概念.
最早的内存是以磁芯的形式排列在线路上，每个磁芯与晶体管组成的一个双稳态电 路作为一比特（BIT)的存储器,每一比特都要有玉米粒大小，可以想象一间的机房只能 装下不超过百k字节左右的容量。 后来才出现了焊接在主板上集成内存芯片，以内存芯片的形式为计算机的运算提供 直接支持。那时的内存芯片容量都特别小，最常见的莫过于256K×1bit、1M×4bit，虽 然如此，但这相对于那时的运算任务来说却已经绰绰有余了。
硬盘是电脑主要的存储媒介之一，由一个或者 多个铝制或者玻璃制的碟片组成。碟片外覆盖有铁 磁性材料。 硬盘有固态硬盘、机械硬盘、混合硬盘，混合 硬盘是把磁性硬盘和闪存集成到一起的一种硬盘。 绝大多数硬盘都是固定硬盘，被永久性地密封固定 在硬盘驱动器中。 磁头复位节能技术：通过在闲时对磁头的复位来节 能。 多磁头技术：通过在同一碟片上增加多个磁头同时 的读或写来为硬盘提速，或同时在多碟片同时利用 磁头来读或写来为磁盘提速，多用于服务器和数据 库中心。
存储器是计算机的主要组成部件
存储器是计算机的主要组成部件，它主要是用来存储信息的。
存储器的类型有很多，按存储介质分为半导体存储器、磁存储器和光存储器。
半导体存储器芯片内包含大量的存储单元，每个存储单元都有唯一的地址代码加以区分，并能存储一位二进制信息。
本章只讨论半导体存储器。
一、存储器的分类：1.按工作方式不同：分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）两大类。
2.按制造工艺不同：RAM、ROM又可分为双极型半导体存储器和单极型MOS存储器。
MOS型RAM又可分为静态RAM和动态RAM两种。
RAM中任何存储单元的内容均能被随机存取。
它的特点是存取速度快，一般用作计算机的主存。
ROM中的内容是在专门的条件下写入的，信息一旦写入就不能或不易修改。
根据信息的写入方式不同，ROM可以分为掩膜ROM、可编程ROM（PROM）、可擦除可编程ROM（EPROM）和电可擦除可编程ROM（E2PROM）四种。
在正常工作时，信息只能读出不能写入，通常用于存放固定信息。
掩膜ROM中的内容是在出厂前已写好的,用户不能改写；PROM可由用户以专用设备将信息写入一次，写后不能改变；EPROM可由用户以专用设备将信息写入，然后用紫外线照射擦除信息；E2PROM采用电气方法擦除信息。
半导体存储器的分类情况如图5-1所示。
二、随机存取存储器(RAM)RAM既可向指定单元写入信息又可从指定单元读出信息,且读写时间与信息所处位置无关。
RAM根据制造工艺的不同可分为双极型RAM和MOS型RAM，双极型RAM较MOS型RAM来说，速度高、功耗大、集成度低。
在断电后，RAM中信息将消失。
1.随机存取存储器（RAM）的结构RAM的一般结构形式包括存储矩阵、地址译码器和读写控制器三部分，并通过数据输入/输出线，地址输入线片选控制线和读写控制线与外界发生联系。
如图5-2所示：解释：存储矩阵由若干存储单元组成，一个存储单元称为存储器的一个字，它所含有的基本存储电路（二进制数）的个数称存储器的字长。
1t1c的存储器原理
1t1c的存储器原理1t1c的存储器原理概述1t1c（One Transistor One Capacitor）是一种常见的存储器原理，它是一种静态随机存取存储器（SRAM）的设计方案。
在这种存储器中，每个存储单元由一个晶体管和一个电容器组成，通过电荷在电容器中的积累来存储数据。
以下是对1t1c存储器原理的详细解释。
单元结构1t1c存储器中的每个存储单元由一个晶体管和一个电容器组成。
晶体管用于控制电荷在电容器中的存储和释放。
电荷的存在表示存储单元的状态，可以是高电压表示逻辑”1”，低电压表示逻辑”0”。
读操作在1t1c存储器中进行读操作时，首先需要将读取请求发送给所需存储单元的引脚。
晶体管将电容器上的电荷放大并传递到输出引脚。
然后，读取电路将电压转换为所需的逻辑电平，并将其传递给读取接口。
写操作写操作包括两个步骤：写入数据和存储数据。
在写入数据时，外部输入电路将数据转换为逻辑电平，并将其传递给存储器的引脚。
然后，晶体管将电压传递到电容器，以存储所需的数据。
写入操作完成后，电容器中的电荷表示写入的数据。
优点1t1c存储器具有以下优点： - 高集成度：每个存储单元只需要一个晶体管和一个电容器，占用的面积较小。
- 读写速度快：由于存储单元的电容器可以直接访问，读写操作速度较快。
- 低功耗：由于晶体管和电容器的工作电压较低，1t1c存储器具有较低的功耗。
缺点1t1c存储器也存在一些缺点： - 数据保持时间短：由于电容器会自然放电，存储的数据持续时间有限，通常需要进行周期性刷新操作。
- 复杂的控制电路：为了确保正确的读写操作，需要复杂的控制电路来管理存储单元的状态。
应用1t1c存储器广泛应用于各种计算机系统和电子设备中，例如： - 高性能微处理器的高速缓存存储器。
- 嵌入式系统中的存储器单元。
- 通信设备中的数据缓冲器。
结论1t1c存储器原理是一种常见的存储器设计方案，它通过晶体管和电容器组成的存储单元来存储和读取数据。
存储器和寄存器有什么区别？
存储器（Memory）和寄存器（Register）是计算机系统中用于存储数据的两种不同类型的组件。
它们的主要区别如下：
1. 功能：存储器是用于存储大量数据和程序的地方，其中包括操作系统、应用程序和用户数据。
它通常用于长期存储，并在需要时进行读写操作。
寄存器是一种高速的临时存储器，用于存储和操作处理器（CPU）在执行指令期间的中间结果和控制信息。
2. 容量：存储器的容量可以很大，通常以字节（Byte）或其倍数表示，可存储大量的数据。
寄存器的容量相对较小，通常以位（bit）或字（Word）表示，因为它们用于处理器的内部运算和状态存储。
3. 访问速度：存储器的访问速度比寄存器要慢得多，因为它们通常位于较慢的主存储器（RAM）中。
而寄存器是CPU内部的组件，具有非常高的访问速度，可以立即获取和存储数据。
4. 使用方式：存储器通常用于存储程序和数据，可以按需读取和写入。
它是计算机系统中的主要数据存储区域。
寄存器用于存储指令操作的操作数和结果以及其他控制信息，用于
执行指令级操作和控制计算机的运算过程。
总而言之，存储器和寄存器在计算机系统中具有不同的作用和特点。
存储器用于长期存储和读写大量数据，而寄存器作为处理器内部的快速临时存储器，用于处理器的操作和控制。
它们共同构成了计算机系统中的数据和指令存储层次结构。
存储系统结构(1)
图3.2 六管静态存储元电路工作过程演示
2. SRAM存储器的组成
图示3.3为SRAM存储器的结构框图。
其内部组成结构是： 存储体：存储单元的集合，通常用X选择线
(行线)和Y选择线(列线)的交叉来选择所需要的 单元。
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，以便选择所要访问的存储单元。地址译码 有两种方式。
分为主存储器、辅助存储器、高速缓冲存储器、 控制存储器等。
3.1.2 存储器的分级结构
为了解决对存储器要求容量大，速度快， 成本低三者之间的矛盾，目前通常采用多级 存储器体系结构，即使用高速缓冲存储器、 主存储器和外存储器。
名称
高速缓冲 存储器 主存储器
简称 Cache
主存
外存储器 外存
用途
特点
高速存取指令和数据
片选: 在地址选择时，首先要选片,只有当片 选信号有效时，此片所连的地址线才有效。
输出驱动电路: 为了扩展存储器的容量，常 需要将几个芯片的数据线并联使用；另外存储 器的读出数据或写入数据都放在双向的数据总 线上。这就用到三态输出缓冲器。
3. SRAM存储器芯片实例
在了解了SRAM的内部组成结构后，下 面我们通过实际中的存储器芯片来加以具体 说明。下图是2114存储器芯片(1K×4)的逻辑 结构方框图。
tCWL— 写命令开始到CAS
无效的时间
tDS— 写入数据建立时间 tDH— 写入数据保持时间
4. DRAM的刷新
动态MOS存储器采用“读出”方式进行 刷新。从上一次对整个存储器刷新结束到下 一次对整个存储器全部刷新一遍为止，这一 段时间间隔叫刷新周期。
常用的刷新方式有三种： 集中式 分散式 异步式
第四章 存储器管理(1-2)
物理地址空间
Load A data1
100
Load A 200
1100
Load A 1200
编译 连接
data1 3456 200 3456
地址映射
1200 3456 。 。
第四章 存 储 器 管 理
地址映射的方式
静态地址映射： 1）程序被装入内存时由操作系统的连接装入程序完成 程序的逻辑地址到内存地址的转换； 2）地址转换工作是在程序执行前由装入程序集中一次 完成。 假定程序装入内存的首地址为BR，程序地址为VR，内存 地址为MR，则地址映射按下式进行：MR=BR+VR
② 便于实现对目标模块的共享：将内存中的一个模块可 以连接到多个程序中。 ③ 要运行的程序都必须在装入时，全部连接调入内存。
第四章 存 储 器 管 理
3. 运行时动态链接(Run-time Dynamic Linking) 动态链接方式：将对某些模块的链接推迟到执行时才实施， 亦即，在执行过程中，当发现一个被调用模块尚未装 入内存时，立即由OS去找到该模块并将之装入内存， 把它链接到调用者模块上。特点如下： 特点：凡在执行过程中未被用到的目标模块，都不会被调 入内存和被链接到装入模块上，这样不仅可加快程序 的装入过程，而且可节省大量的内存空间。
硬件支持：在动态地址重定位机构中，有一个基地址寄存器BR和一 个程序地址寄存器VR，一个内存地址寄存器MR。
转换过程：MR=BR+VR
第四章 存 储 器 管 理
把程序装入起始地址为100的内存区
0 100
重定位寄存器 1000
…
MOV r1，[50]
0 1000 1100
… …
MOV r1பைடு நூலகம்[50]
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第4章
存储器
4.5.5 存储器的管理
1．实地址方式
实地址方式是80286~80486最基本的工 作方式，寻址范围只能在1MB范围内， 故不能管理和使用扩展存储器。它在复 位时，启动地址为FFFF0H，在此安装一 个跳转指令，进入上电自检和自举程序。
第4章
存储器
2．虚地址保护方式
（1）存储器管理机制：80386先使用段机制， 把包含两个部分的虚拟地址空间转化为一 个中间地址空间的地址，然后再用分页机 制把线性地址转化为物理地址 （2）分段分页机制：是所管理的存储器块具 有固定的大小它把线性地址空间中的任一 页映射到物理空间的一页。
第4章
存储器
Cache工作原理
Cache组织除了有SRAM外，还要有 相应的控制逻辑 · Cache的基本操作： CPU首先在Cache中进行比较（可使用相联存 储器） 数据在Cache中---无需访存，直接从 Cache中存取（需地址变换） 数据不在Cache中---则进行主存读写，同时， 把该数据所在的块复制到Cache中。
写命令有效 CS复位 地址撤销
第4章
存储器
DRAM时序
读周期：行地址有效－行选择信号有效－列地 址有效－列选择信号有效－数据输出－行选择 信号、列选择信号及地址撤销 写周期：行地址有效－行选择信号有效－列地 址、数据有效－列地址信号有效－写入命令－ 数据输入－行选择信号、列选择信号及地址撤 销
第4章
第4章
存储器
（3）保护：第一是保护操作系统的存储段 和其专用处理寄存器不被应用程序所破 坏；第二是为每一个任务分配不同的虚 地址空间，从而使不同任务之间完全隔 离，实现任务的保护。 （4）虚拟存储器的概念：由存储器管理机 制以及一个大容量的快速硬盘存储器或 光盘支持。
第4章
存储器
3．虚拟8086方式
存储器
Cache基本原理
Cache是为了解决CPU和主存之间速度匹 配问题而采用的一项重要技术。 特点： 高速： 存取速度比主存快，以求与CPU匹 配。由高速的SRAM组成，全部功能由硬件 实现，保证了高速度。 容量小：因价格贵，所以容量较小，一般 为几百KB，作为主存的一个副本可分为片 内Cache和片外Cache。
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第4章
存储器
本章学习小结
l掌握半导体存储器的分类、组成及组成部件 的作用及工作原理。 l掌握SRAM、DRAM芯片的组成特点、工作 过程、典型芯片的引脚信号、了解DRAM刷 新的基本概念。 l掌握半导体存储器的主要技术指标、芯片的 扩充、CPU与半导体存储器间的连接。 l了解存储器的读写周期和层次结构。
支持存储管理、保护及多任务环境中执 行8086程序，创建一个在虚拟8086方式下执 行8086程序的任务，可以使CPU同时执行三 个任务：以32位虚地址保护方式执行第一个 任务的80386程序；以16位虚地址保护方式 执行第二个任务的80286程序；以虚拟8086 方式执行第三个任务的8086程序。
第4章
存储器
4.5.1存储器的读写周期 4.5.2存储空间的分配 4.5.4 PC机存储系统的层次结构 4.5.5 存储器的管理
第4章
存储器
图1 HM628128管脚排列及说明
第4章
存储器
读周期： 地址有效CS有效来自数据输出CS复位
地址撤销
第4章
存储器
写周期： 地址有效
CS有效
数据有效
第4章
存储器
本章到此结束
存储器
存储空间的分配
图 4 22 -
空 间 的 分 配
IBM PC/XT
存 储
通常1MB空间分为3个区，即RAM区、保留区和ROM区。
返回本节
第4章
存储器
DOS下的内存分配
第4章
存储器
PC机存储系统的层次结构
CPU Cache 主存 辅存
辅助硬件
辅助软/硬件 虚拟存储器
存储系统结构图 下一节
第4章