计算机组成原理第3章课件
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计算机组成原理课件第三章资料
主存（内部存储器）是半导体存储器。根据信息存储 的机理不同可以分为两类：
静态读写存储器(SRAM)：存取速度快 动态读写存储器(DRAM)：存储容量不如DRAM大。
信息工程学院软件工程系 2020/11/12
1、存储位元 2、三组信号线 地址线 数据线
行线 按存储介质分类：磁表面/半导体存储器 按存取方式分类：随机/顺序存取（磁带） 按读写功能分类：ROM，RAM
RAM：双极型/MOS ROM：MROM/PROM/EPROM/EEPROM
按信息的可保存性分类：永久性和非永久性的 按存储器系统中的作用分类：主/辅/缓/控
信息工程学院软件工程系 2020/11/12
目前存储器的特点是：
速度快的存储器价格贵，容量小； 价格低的存储器速度慢，容量大。
在计算机存储器体系结构设计时，我们希望存 储器系统的性能高、价格低，那么在存储器系统设 计时，应当在存储器容量，速度和价格方面的因素 作折中考虑，建立了分层次的存储器体系结构如下 图所示。
信息工程学院软件工程系 2020/11/12
信息工程学院软件工程系 2020/11/12
SRAM芯大多采用 双译码方式，以 便组织更大的存 储容量。采用了 二级译码：将地 址分成x向、y向 两部分如图所示
信息工程学院软件工程系 2020/11/12
信息工程学院软件工程系 2020/11/12
存储体（256×128×8）
通常把各个字的同一个字的同一位集成在一个芯片 （32K×1）中，32K位排成256×128的矩阵。8个片子 就可以构成32KB。
门G1关闭，存储器 进行读操作。写操作时， WE=0，门G1开启，门G2 关闭。注意，门G1和G2是 互锁的，一个开启时另一个 必定关闭，这样保证了读时 不写，写时不读。
静态读写存储器(SRAM)：存取速度快 动态读写存储器(DRAM)：存储容量不如DRAM大。
信息工程学院软件工程系 2020/11/12
1、存储位元 2、三组信号线 地址线 数据线
行线 按存储介质分类：磁表面/半导体存储器 按存取方式分类：随机/顺序存取（磁带） 按读写功能分类：ROM，RAM
RAM：双极型/MOS ROM：MROM/PROM/EPROM/EEPROM
按信息的可保存性分类：永久性和非永久性的 按存储器系统中的作用分类：主/辅/缓/控
信息工程学院软件工程系 2020/11/12
目前存储器的特点是：
速度快的存储器价格贵，容量小； 价格低的存储器速度慢，容量大。
在计算机存储器体系结构设计时，我们希望存 储器系统的性能高、价格低，那么在存储器系统设 计时，应当在存储器容量，速度和价格方面的因素 作折中考虑，建立了分层次的存储器体系结构如下 图所示。
信息工程学院软件工程系 2020/11/12
信息工程学院软件工程系 2020/11/12
SRAM芯大多采用 双译码方式，以 便组织更大的存 储容量。采用了 二级译码：将地 址分成x向、y向 两部分如图所示
信息工程学院软件工程系 2020/11/12
信息工程学院软件工程系 2020/11/12
存储体（256×128×8）
通常把各个字的同一个字的同一位集成在一个芯片 （32K×1）中，32K位排成256×128的矩阵。8个片子 就可以构成32KB。
门G1关闭，存储器 进行读操作。写操作时， WE=0，门G1开启，门G2 关闭。注意，门G1和G2是 互锁的，一个开启时另一个 必定关闭，这样保证了读时 不写，写时不读。
计算机组成原理第三章课件
A、电路图： 由两个MOS反相器交叉耦合而成的双稳态触发器。
字线
V
位/读出线 BS0 读/写“0” T2 T0 T1 A T4 T5 B T3 位/读出线 BS1 读/写“1”
6管MOS存储电路
静态MOS存储器
基本存储元—6管静态MOS存储元 B、存储元的工作原理
字线
①写操作。在字线上加一个正电压的字脉 冲，使 T2 、 T3 管导通。若要写“ 0”， 位/读出线 无论该位存储元电路原存何种状态， BS0 只需使写“ 0”的位线 BS0 电压降为地 电位（加负电压的位脉冲），经导通 读/写“0” T2 的Ｔ2 管，迫使节点Ａ的电位等于地电 位，就能使Ｔ1 管截止而Ｔ0 管导通。 写入1，只需使写1的位线BS1 降为地电 位，经导通的 T3 管传给节点Ｂ，迫使 T0 管截止而T1 管导通。 写入过程是字线上的字脉冲和位线上 的位脉冲相重合的操作过程。
静态MOS存储器
用静态MOS存储片组成RAM
字位同时扩展法： 一个存储器的容量假定为 M×N位，若使用l×k位的芯片（l＜M,k＜N）需 要在字向和位向同时进行扩展。此时共需要（M ／l）×（N ／k）个存 储器芯片。 其中， M ／ l 表示把 M×N 的空间分成（ M ／ l ）个部分（称为页或区）， 每页（N／k）个芯片。 地址分配： （A）用log2 l位表示低位地址：用来选择访问页内的l个字 （B ） 用log2 （M／l）位表示高位地址：用来经片选译码器产生片 选信号。
• 片选有效，才可以对芯片进行读/写操作 • 无效时，数据引脚呈现高阻状态，并可降低功耗
读控制（OE*）
• 芯片被选中有效，数据输出到数据引脚 • 对应存储器读MEMR*
计算机组成原理课件第3章
如果把16位ALU中的每四位作为一组，用类似位间快速进位的方法 来实现16位ALU（四片ALU组成），那么就能得到16位快速ALU。推导 过程如下：
• 与前面讲过的一位的进位产生函数Gi的定义相似，根据四位一组的进 位产生函数GN为“1”的条件，可以得到GN的表达式为：
GN =G3+P3G2 +P3P2G1 +P3P2P1G0
X+Y=(-1100001)2=-97
例3：已知机器字长n=8，X=0.1101，Y=0.0110，求X-Y=？
解：[X]补= 0.1101000，[Y]补=0.0110000， [-Y]补=1.1010000 [X]补=0. 1 1 0 1 0 0 0 + [-Y]补=1. 1 0 1 0 0 0 0 1 0 .0 1 1 1 0 0 0 自然
根据上式可画得“超前进位产生电路”及四位超前进位加法器的逻辑图如图 2.14。
算术逻辑单元 （简称ALU）
• ALU是一种功能较强的组合逻辑电路。它能进行多种算术运算和逻辑 运算。ALU的基本逻辑结构是超前进位加法器，它通过改变加法器的 进位产生函数G和进位传递函数P来获得多种运算能力。下面通过介 绍SN74181型四位ALU中规模集成电路了介绍ALU的原理。
写成通用式为： C1=G1+P1C0 （低位） C2=G2+P2C1= G2+P2(G1+P1C0)= G2+P2G1+P2P1C0 C3=G3+P3 G2+ P3 P2G1+ P3 P2P1C0 C4=G4+P4 G3+ P4 P3 G2+ P4 P3 P2G1+ P4 P3 P2P1C0
当全加器的输入均取反码时，它的输出也均取反码。（应用反演律采 用与非、或非、与或非表示）将上式改写成如下：
• 与前面讲过的一位的进位产生函数Gi的定义相似，根据四位一组的进 位产生函数GN为“1”的条件，可以得到GN的表达式为：
GN =G3+P3G2 +P3P2G1 +P3P2P1G0
X+Y=(-1100001)2=-97
例3：已知机器字长n=8，X=0.1101，Y=0.0110，求X-Y=？
解：[X]补= 0.1101000，[Y]补=0.0110000， [-Y]补=1.1010000 [X]补=0. 1 1 0 1 0 0 0 + [-Y]补=1. 1 0 1 0 0 0 0 1 0 .0 1 1 1 0 0 0 自然
根据上式可画得“超前进位产生电路”及四位超前进位加法器的逻辑图如图 2.14。
算术逻辑单元 （简称ALU）
• ALU是一种功能较强的组合逻辑电路。它能进行多种算术运算和逻辑 运算。ALU的基本逻辑结构是超前进位加法器，它通过改变加法器的 进位产生函数G和进位传递函数P来获得多种运算能力。下面通过介 绍SN74181型四位ALU中规模集成电路了介绍ALU的原理。
写成通用式为： C1=G1+P1C0 （低位） C2=G2+P2C1= G2+P2(G1+P1C0)= G2+P2G1+P2P1C0 C3=G3+P3 G2+ P3 P2G1+ P3 P2P1C0 C4=G4+P4 G3+ P4 P3 G2+ P4 P3 P2G1+ P4 P3 P2P1C0
当全加器的输入均取反码时，它的输出也均取反码。（应用反演律采 用与非、或非、与或非表示）将上式改写成如下：
计算机组成原理第3章课件
数据传输速率 技术指标
位/秒，字节/秒
3.2 SRAM存储器
目前广泛使用的内存是半导体存储器。 优点：存取速度快，存储体积小，可靠性高，价格低； 缺点：断电后不能保存信息。 根据存储原理不同，可分为静态读写存储器（SRAM）和动态读写
存储器（DRAM）。 SRAM存取速度快，但容量不如DRAM大。
读与写 的互锁
逻辑
play
3.2.3 存储器的读写周期
计算机组成原理
10
3.2.3 存储器的读写周期
计算机组成原理
play
11
【例】 下图是SRAM的写入时序图。其中R/W是读/写命令控 制线，当R/W线为低电平时,存储器按给定地址把数据线上的数 据写入存储器。请指出下图写入时序中的错误，并画出正确的 写入时序图。
计算机组成原理
0
1
2
3
play 27
字存储容量扩展
字存储容量扩展的连接方式：
各芯片使用相同的数据线、控制线。
CPU地址位数 > 芯片的地址输入位数
•取一部分CPU地址，送各芯片的地址线； •另一部分CPU地址（高位地址），经译码器产生一
组片选信号，各芯片的片选端选用其中一个片选 信号。
地址 数据 CS R/W
play
3.3 DRAM存储器
3.3.1 DRAM存储位元的记忆原理 3.3.2 DRAM芯片的逻辑结构 3.3.3 读/写周期、刷新周期 3.3.4 存储器容量的扩充 3.3.5 高级的DRAM结构 3.3.6 DRAM主存读/写的正确性校验
计算机组成原理
内存条有30脚、72脚、100脚、144脚、168脚、184脚、240 脚等多种形式。
计算机组成原理课件 3
➢ 如总线工作频率为33MHz，总线宽度为32位， 则它的总线带宽为132MB／s。
➢ 总线带宽实际上即是在总线上每秒能传输的最大 字节量。
3.3.2
时钟同步／异步
➢ 总线上的数据与时钟同步工作的总 线称同步总线
➢ 与时钟不同步工作的总线称异步总 线。
3.3.2
总线复用
➢ 总线复用指两种不同性质且不同时出现的信号 分时使用同一组总线，称为总线的“多路分时 复用”。
带宽 15 MBps 33 MBps
66 MHz（CPU）
266MBps
33 MHz（独立） 64 MHz（独立）
66.7 MHz（独立） 133 MHz（独立）
133 MBps 266 MBps 266 MBps 533 MBps
数据终端设备（计算机）和数据通信设备 （调制解调器）之间的标准接口
普通无屏蔽双绞线 带屏蔽双绞线 最高
➢ PCI总线相当于CPU与外设间的一个中间层。
➢ PCI控制器有多级缓冲,可把数据快速写入其中， 写入过程中,CPU可以执行其他操作,可以并行工 作。
3.3.3 PCI(Peripheral Component Interconnect)
➢ PCI总线支持两种电压标准：5V与3.3V。 ➢ PCI为用户提供了真正的即插即用功能。 ➢ 可扩充性好,可以采用多层结构提高驱动能力 ➢ 还配有延时器,规定使用PCI总线的最长时间周
3.3.3
3.3.3
RS232C总线
➢ RS232C总线是一种串行的外总线标准，在应 用系统中应用十分广泛。
➢ 它规定了数据终端设备（DTE）和数据通信设 备（DCE）或调制解调器之间的接口。
➢ RS232C总线特性包括：可实现双工通信、可 使用适应不同传输速率的外设、传输距离远、 抗干扰能力强。
➢ 总线带宽实际上即是在总线上每秒能传输的最大 字节量。
3.3.2
时钟同步／异步
➢ 总线上的数据与时钟同步工作的总 线称同步总线
➢ 与时钟不同步工作的总线称异步总 线。
3.3.2
总线复用
➢ 总线复用指两种不同性质且不同时出现的信号 分时使用同一组总线，称为总线的“多路分时 复用”。
带宽 15 MBps 33 MBps
66 MHz（CPU）
266MBps
33 MHz（独立） 64 MHz（独立）
66.7 MHz（独立） 133 MHz（独立）
133 MBps 266 MBps 266 MBps 533 MBps
数据终端设备（计算机）和数据通信设备 （调制解调器）之间的标准接口
普通无屏蔽双绞线 带屏蔽双绞线 最高
➢ PCI总线相当于CPU与外设间的一个中间层。
➢ PCI控制器有多级缓冲,可把数据快速写入其中， 写入过程中,CPU可以执行其他操作,可以并行工 作。
3.3.3 PCI(Peripheral Component Interconnect)
➢ PCI总线支持两种电压标准：5V与3.3V。 ➢ PCI为用户提供了真正的即插即用功能。 ➢ 可扩充性好,可以采用多层结构提高驱动能力 ➢ 还配有延时器,规定使用PCI总线的最长时间周
3.3.3
3.3.3
RS232C总线
➢ RS232C总线是一种串行的外总线标准，在应 用系统中应用十分广泛。
➢ 它规定了数据终端设备（DTE）和数据通信设 备（DCE）或调制解调器之间的接口。
➢ RS232C总线特性包括：可实现双工通信、可 使用适应不同传输速率的外设、传输距离远、 抗干扰能力强。
计算机组成原理课件第3章
主存储器
辅助存储器
5. 按在计算机系统中的作用分
5
高速缓冲存储器
控制存储器
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。
6
表3.1
名
存储器的用途和特点
称 简称 用 途 特 点 存储介质
21
3.2.2 DRAM存储元
22
23
3. DRAM芯片的逻辑结构
24
3. DRAM芯片的逻辑结构
25
读/写周期、刷新周期
1、读/写周期 读周期、写周期的定义是从行选通信号 RAS下降沿开始，到下一个RAS信号的下降沿为止 的时间，也就是连续两个读周期的时间间隔。通常 为控制方便，读周期和写周期时间相等。
14
2) 字扩展法：
目的:用多个芯片扩大存储单元数，每个存储单元的位数已满足使 用要求，单元数为各芯片的单元数之和。 例：用16K×8的RAM存储器芯片,组成64K×8位的存储器
连接方法：
CPU的数据线 D0~D7 共8根 分别接到每一个芯片
CPU的地址线 A0~A13 共14根 分别接到每一个芯片 CPU的地址线A14A15经2:4译码器产生4根片选信号线分别接 到4个芯片的CE（或CS)
EPROM
电子通过绝缘层注入硅栅，在 高压电源去除后硅栅中的电子 被绝缘层包围而无法泄漏，硅 栅变负，形成导电沟，从而使 EPROM存储元导通，输出为 “0”。 芯片封装于石英玻璃窗口 内，当用紫外线照射该窗口时， 浮空栅中的电子会形成光电流 泄漏，从而使EPROM管恢复 初态。
43
EPROM内部结构＿＿以2716为例
计算机组成原理第三章课件白中英版
衡量磁盘存储器性能的 指标，如转速、传输速 率和平均寻道时间。
4 容量扩展方法
5 磁盘数组及其RAID技术
扩展磁盘存储器容量的方法，如分区、数 据压缩和虚拟磁盘。
利用多个磁盘构建磁盘阵列，提升数据安 全性和性能的RAID技术。
其他存储器
彩色显存
了解彩色显存在图形显示 中的作用和相关概念，如 像素和颜色深度。
光盘及光盘存储
介绍光盘的工作原理和光 盘存储技术，如CD、DVD 和蓝光光盘。
USB闪存存储
探究USB闪存存储器的优 势和应用场景，如便携存 储和数据传输。
FLASH存储器
了解闪存存储器的工作原理和特点，如快速 擦除和低功耗。
EEPROM存储器
探索可擦写可编程只读存储器的结构和应用， 如BIOS芯片和电子车钥匙。
工作原理
SRAM和DRAM的工作机制，解释内部电路如何 实现数据的存储和读取。
优缺点
SRAM和DRAM的优点和缺点对比，帮助选择合 适的存储器方案。
磁盘存储器
1 组成
2 工作原理
3 性能指标
磁盘存储器的构成和各 个组件的作用，如盘片、 读写头和控制器。
磁盘存储器的读写过程， 如何将数据从磁盘读取 到内存或写入磁盘。
概述
存储器层次结构概念和目的，为什么 需要多层次的存储器。
存储器分类
主存、辅存和高速缓存的区别，各种 存储器分类的特点。
半导体随机访问存储器
SRAM和DRAM的结构及特点
静态随机访问存储器和动态随机访问存储器的 构造和特点比较。
应用领域
SRAM和DRAM在不同领域的应用，如计算机内 存和图形处理。
5 实例
通过实际的存储器系统例子，深入了解设 计和优化的过程。
计算机组成原理 第三章 三主存储器课件
• 译码方式
– 单译码 – 双译码
• 存储容量的计算
– SRAM – DRAM
SRAM芯片（3.2）
返回
逻辑符号与组成框图 容量计算 • 存储位元是触发器（SRAM芯片存储位元记忆原理） • 存储单元（在单译码方式下；在双译码方式下） 3. 功能表 4. 波形图 5. SRAM与CPU的接口 1. 2.
• 四、DRAM与CPU的接口 • 五、DRAM正确性校验 • 六、DRAM与SRAM的比较
存储器容量扩展
• 课本P73的例2、例3 • 讲位扩展及字扩展电路怎么接，以及为 什么这么接
六、SRAM与DRAM比较
• DRAM优点
– – – 同样大小的芯片，DRAM的集成度远高于SRAM ； DRAM行列地址分两次送，减少了芯片引脚，也 减小了封装尺寸； DRAM功耗为SRAM的1/6，价格为SRAM的1/4 DRAM因为使用电容，所以速度比SRAM低； DRAM需配置再生电路，要消耗一部分能量。 DRAM被广泛用于构造主存 SRAM多用于构造Cache
• •
DRAM缺点
– – – –
应用
ROM与Flash（3.4）
返回
一、MROM
1.存储位元记忆原理 2.逻辑符号
二、EPROM
1.存储位元记忆原理 2.EPROM与CPU的接口
三、用半导体芯片组织简单的主存
三、用半导体芯片组织简单的主存
例：CPU的地址总线16根(A15—A0，A0为低位)，双向数据总 线8根(D7—D0)，控制总线中与主存有关的信号有MREQ(允 许访存， 低电平有效)，R/W(高电平为读命令，低电平为写 命令)。 主存地址空间分配如下：0—8191为系统程序区，由只读 存储芯片组成；8192—32767为用户程序区；最后(最大地 址)2K地址空间为系统程序工作区。上述地址为十进制，按 字节编址。 现有如下存储器芯片：EPROM：8K×8位(控制端仅有 CS);SRAM：16K×1位，2K×8位，4K×8位，8K×8位. 请从上述芯片中选择适当芯片设计该计算机主存储器， 画出主存储器逻辑框图.
– 单译码 – 双译码
• 存储容量的计算
– SRAM – DRAM
SRAM芯片（3.2）
返回
逻辑符号与组成框图 容量计算 • 存储位元是触发器（SRAM芯片存储位元记忆原理） • 存储单元（在单译码方式下；在双译码方式下） 3. 功能表 4. 波形图 5. SRAM与CPU的接口 1. 2.
• 四、DRAM与CPU的接口 • 五、DRAM正确性校验 • 六、DRAM与SRAM的比较
存储器容量扩展
• 课本P73的例2、例3 • 讲位扩展及字扩展电路怎么接，以及为 什么这么接
六、SRAM与DRAM比较
• DRAM优点
– – – 同样大小的芯片，DRAM的集成度远高于SRAM ； DRAM行列地址分两次送，减少了芯片引脚，也 减小了封装尺寸； DRAM功耗为SRAM的1/6，价格为SRAM的1/4 DRAM因为使用电容，所以速度比SRAM低； DRAM需配置再生电路，要消耗一部分能量。 DRAM被广泛用于构造主存 SRAM多用于构造Cache
• •
DRAM缺点
– – – –
应用
ROM与Flash（3.4）
返回
一、MROM
1.存储位元记忆原理 2.逻辑符号
二、EPROM
1.存储位元记忆原理 2.EPROM与CPU的接口
三、用半导体芯片组织简单的主存
三、用半导体芯片组织简单的主存
例：CPU的地址总线16根(A15—A0，A0为低位)，双向数据总 线8根(D7—D0)，控制总线中与主存有关的信号有MREQ(允 许访存， 低电平有效)，R/W(高电平为读命令，低电平为写 命令)。 主存地址空间分配如下：0—8191为系统程序区，由只读 存储芯片组成；8192—32767为用户程序区；最后(最大地 址)2K地址空间为系统程序工作区。上述地址为十进制，按 字节编址。 现有如下存储器芯片：EPROM：8K×8位(控制端仅有 CS);SRAM：16K×1位，2K×8位，4K×8位，8K×8位. 请从上述芯片中选择适当芯片设计该计算机主存储器， 画出主存储器逻辑框图.
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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。
play
3.1.3 主存储器的技术指标
主存储器的主要几项技术指标
指标 存储容量 存取时间 存储周期
含义
在一个存储器中可以 容纳的存储单元总数
启动到完成一次存储器 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
PROM
EPROM E2PROM
一次编程 多次编程
用户可自行改变产品中 可以根据用户
某些存储元
需要编程
可以用紫外光照射或电
擦除原来的数据，然后 再重新写入新的数据
可以多次改写 ROM中的内容
只能一次性改 写。已淘汰。
1. 掩模ROM
掩膜ROM的逻辑符号和内部逻辑框图
2. 可编程ROM
1)、EPROM --光擦除可编程只读存储器
计算机组成原理
23
控制总线 E
字长位数扩展的连接方式： 多个RAM芯片使用相同的地址信号、控制信号，数据线单
独列出，分别接到数据总线的对应位。
2．字存储容量扩展
当芯片单元中的的位数满足存储器位数的要求，但单 元数不满足存储器单元数要求时。 课本P73，例3
例：用16K×8位的存储器芯片构成64K×8位的存储器。
地址 数据 CS R/W
play
3.3 DRAM存储器
3.3.1 DRAM存储位元的记忆原理 3.3.2 DRAM芯片的逻辑结构 3.3.3 读/写周期、刷新周期 3.3.4 存储器容量的扩充 3.3.5 高级的DRAM结构 3.3.6 DRAM主存读/写的正确性校验
计算机组成原理
存储器（DRAM）。 SRAM存取速度快，但容量不如DRAM大。
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
3.2.1 基本的静态存储元阵列
锁存器作 为存储元
计算机组成原理
play
7
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。 二级译码： 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)的独立译码,然后在存储阵列中完成第二级的交叉译码。
紫外线照射擦除信息
2)、E2PROM --电擦除可编程只读存储器
3.4.2 FLASH存储器
FLASH存储器也翻译成闪速存储器，它是高密度非失易失 性的读/写存储器。 高密度意味着它具有巨大比特数目的存储容量。 非易失性指存放的数据在没有电源时可以长期保存。 它既有RAM的优点 ，又有ROM的优点，称得上是存储 技术划时代的进展。
读与写 的互锁
逻辑
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3.2.3 存储器的读写周期
计算机组成原理
9
3.2.3 存储器的读写周期
计算机组成原理
play
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【例】 下图是SRAM的写入时序图。其中R/W是读/写命令控 制线，当R/W线为低电平时,存储器按给定地址把数据线上的数 据写入存储器。请指出下图写入时序中的错误，并画出正确的 写入时序图。
字长位数扩展法
• 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，需要进行字长位数扩展。
字存储容量扩展法
• 当芯片单元中的的位数满足存储器位数的要求，但单元数
不满足存储器单元数要求时，需进行字存储容量扩展。
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
用 4 片 16K×8 位 RAM ， 扩 展成64K×8位存储器
片号 1 2 3 4
A15A14 00 01 10 11
A13 … A0 00…0 ~ 11…1 00…0 ~ 11…1 00…0 ~ 11…1 00…0 ~ 11…1
A15 … A0 0000~03FF 4000~7FFF 8000~BFFF C000~FFFF
计算机组成原理
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字存储容量扩展
字存储容量扩展的连接方式：
各芯片使用相同的数据线、控制线。
CPU地址位数 > 芯片的地址输入位数
•取一部分CPU地址，送各芯片的地址线； •另一部分CPU地址（高位地址），经译码器产生一
组片选信号，各芯片的片选端选用其中一个片选 信号。
内存条有30脚、72脚、100脚、144脚、168脚、184脚、240 脚等多种形式。
计算机组成原理
30
3.3.5 高级的DRAM结构
1、FPM DRAM —快速页模式动态存储器 2、CDRAM —带高速缓冲存储器（cache）的动态存储器 3、SDRAM —同步型动态存储器 4、DDR — DDR SDRAM，双倍速率SDRAM
行地址由行选通信号/RAS打入到行地址锁存器； 列地址由列选通信号/CAS打入到列地址锁存器。
（2）增加了刷新计数器和相应的控制电路。
DRAM读出后必须刷新，而未读写的存储元也要 定期刷新，而且要按行刷新，所以刷新计数器的长度 等于行地址锁存器。
计算机组成原理
18
3.3.3 读/写周期、刷新周期
读周期、写周期的定义是从行选通信号RAS下降沿开始，到下 一个RAS信号的下降沿为止的时间，也就是连续两个读周期的 时间间隔。
FLASH存储元是在EPROM存储元基础上发展起来的，由 此可以看出创新与继承的关系。
闪速存储器中的存储元，由单个MOS晶体管组成，除漏极 D和源极S外，还有一个控制栅和浮空栅。
FLASH存储器基本操作
写0，就是要在控制栅C上加正电压
控制栅加 上正电压
存储元擦除后原 始状态全为1
读出电路检 测到有电流， 表示存储元
思路：1)所需芯片数量：
(64K×8位)/(16K×8位) =4片
2)芯片的连接方式 ▲ 地址线：存储器16位A15～A0；芯片14位A13～A0
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
计算机组成原理
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字存储容量扩展
计算机组成原理
31
3.3.6 DRAM主存读/写的正确性校验
DRAM通常用做主存储器，其读写操作的正确性与可靠性至 关重要。因此需进行正确性校验。
正常的数据位上增加附加位，用于读/写操作正确性校验。增 加的附加位也要同数据位一起写入DRAM中保存。
奇偶校验码 海明校验码 CRC校验码
计算机组成原理
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
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。
• 字长位数扩展 • 字存储容量扩展 • 字位同时扩展法
计算机组成原理
21
3.3.4 存储器容量的扩充
中存1
晶体管源极S加上正 电压 ，吸收浮空栅
中的电子，使全部 存储元变成1状态
FLASH存储器的阵列结构
• 在某一时间只有一条行选择线被激活。
40
• 目前市场上常见的FLASH存来自器：•U盘•
CF卡
•
SM卡
•
SD/MMC卡
•
记忆棒
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3.5 并行存储器
▲ 3.5.1 双端口存储器
—空间并行技术
计算机组成原理 第3章课件
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 主存储器的技术指标
按存储介质分
半导体存储器
任何存储单元的内容都能被
磁表面存储器 随机存取，且存取时间和存 随机存储器 半储导单元体的存物储理位器置无关
按存取方式分
顺序存储器 磁只存能取表按时面某间存种和顺存储序储器来单存元取的，物
表现 存储空间的大
小
主存的速度
主存的速度
单位 字数，字节数
ｎｓ ｎｓ
存储器带宽
单位时间里存储器所 存取的信息量
数据传输速率 技术指标
位/秒，字节/秒
3.2 SRAM存储器
目前广泛使用的内存是半导体存储器。 优点：存取速度快，存储体积小，可靠性高，价格低； 缺点：断电后不能保存信息。 根据存储原理不同，可分为静态读写存储器（SRAM）和动态读写
计算机组成原理
play
19
2、刷新周期
刷新周期：DRAM存储位元是基于电容器上的电荷量存储， 这个电荷量随着时间和温度而减少，因此必须定期地刷新， 以保持它们原来记忆的正确信息。
刷新操作有两种刷新方式：
• 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
计算机组成原理
27
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。
解：所需芯片数： 14KK48位位＝（8 片）
▲地址线：存储器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：存储器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
计算机组成原理
28
A10
2:4
A11
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。
play
3.1.3 主存储器的技术指标
主存储器的主要几项技术指标
指标 存储容量 存取时间 存储周期
含义
在一个存储器中可以 容纳的存储单元总数
启动到完成一次存储器 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
PROM
EPROM E2PROM
一次编程 多次编程
用户可自行改变产品中 可以根据用户
某些存储元
需要编程
可以用紫外光照射或电
擦除原来的数据，然后 再重新写入新的数据
可以多次改写 ROM中的内容
只能一次性改 写。已淘汰。
1. 掩模ROM
掩膜ROM的逻辑符号和内部逻辑框图
2. 可编程ROM
1)、EPROM --光擦除可编程只读存储器
计算机组成原理
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控制总线 E
字长位数扩展的连接方式： 多个RAM芯片使用相同的地址信号、控制信号，数据线单
独列出，分别接到数据总线的对应位。
2．字存储容量扩展
当芯片单元中的的位数满足存储器位数的要求，但单 元数不满足存储器单元数要求时。 课本P73，例3
例：用16K×8位的存储器芯片构成64K×8位的存储器。
地址 数据 CS R/W
play
3.3 DRAM存储器
3.3.1 DRAM存储位元的记忆原理 3.3.2 DRAM芯片的逻辑结构 3.3.3 读/写周期、刷新周期 3.3.4 存储器容量的扩充 3.3.5 高级的DRAM结构 3.3.6 DRAM主存读/写的正确性校验
计算机组成原理
存储器（DRAM）。 SRAM存取速度快，但容量不如DRAM大。
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
3.2.1 基本的静态存储元阵列
锁存器作 为存储元
计算机组成原理
play
7
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。 二级译码： 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)的独立译码,然后在存储阵列中完成第二级的交叉译码。
紫外线照射擦除信息
2)、E2PROM --电擦除可编程只读存储器
3.4.2 FLASH存储器
FLASH存储器也翻译成闪速存储器，它是高密度非失易失 性的读/写存储器。 高密度意味着它具有巨大比特数目的存储容量。 非易失性指存放的数据在没有电源时可以长期保存。 它既有RAM的优点 ，又有ROM的优点，称得上是存储 技术划时代的进展。
读与写 的互锁
逻辑
play
3.2.3 存储器的读写周期
计算机组成原理
9
3.2.3 存储器的读写周期
计算机组成原理
play
10
【例】 下图是SRAM的写入时序图。其中R/W是读/写命令控 制线，当R/W线为低电平时,存储器按给定地址把数据线上的数 据写入存储器。请指出下图写入时序中的错误，并画出正确的 写入时序图。
字长位数扩展法
• 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，需要进行字长位数扩展。
字存储容量扩展法
• 当芯片单元中的的位数满足存储器位数的要求，但单元数
不满足存储器单元数要求时，需进行字存储容量扩展。
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
用 4 片 16K×8 位 RAM ， 扩 展成64K×8位存储器
片号 1 2 3 4
A15A14 00 01 10 11
A13 … A0 00…0 ~ 11…1 00…0 ~ 11…1 00…0 ~ 11…1 00…0 ~ 11…1
A15 … A0 0000~03FF 4000~7FFF 8000~BFFF C000~FFFF
计算机组成原理
0
1
2
3
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字存储容量扩展
字存储容量扩展的连接方式：
各芯片使用相同的数据线、控制线。
CPU地址位数 > 芯片的地址输入位数
•取一部分CPU地址，送各芯片的地址线； •另一部分CPU地址（高位地址），经译码器产生一
组片选信号，各芯片的片选端选用其中一个片选 信号。
内存条有30脚、72脚、100脚、144脚、168脚、184脚、240 脚等多种形式。
计算机组成原理
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3.3.5 高级的DRAM结构
1、FPM DRAM —快速页模式动态存储器 2、CDRAM —带高速缓冲存储器（cache）的动态存储器 3、SDRAM —同步型动态存储器 4、DDR — DDR SDRAM，双倍速率SDRAM
行地址由行选通信号/RAS打入到行地址锁存器； 列地址由列选通信号/CAS打入到列地址锁存器。
（2）增加了刷新计数器和相应的控制电路。
DRAM读出后必须刷新，而未读写的存储元也要 定期刷新，而且要按行刷新，所以刷新计数器的长度 等于行地址锁存器。
计算机组成原理
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3.3.3 读/写周期、刷新周期
读周期、写周期的定义是从行选通信号RAS下降沿开始，到下 一个RAS信号的下降沿为止的时间，也就是连续两个读周期的 时间间隔。
FLASH存储元是在EPROM存储元基础上发展起来的，由 此可以看出创新与继承的关系。
闪速存储器中的存储元，由单个MOS晶体管组成，除漏极 D和源极S外，还有一个控制栅和浮空栅。
FLASH存储器基本操作
写0，就是要在控制栅C上加正电压
控制栅加 上正电压
存储元擦除后原 始状态全为1
读出电路检 测到有电流， 表示存储元
思路：1)所需芯片数量：
(64K×8位)/(16K×8位) =4片
2)芯片的连接方式 ▲ 地址线：存储器16位A15～A0；芯片14位A13～A0
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
计算机组成原理
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字存储容量扩展
计算机组成原理
31
3.3.6 DRAM主存读/写的正确性校验
DRAM通常用做主存储器，其读写操作的正确性与可靠性至 关重要。因此需进行正确性校验。
正常的数据位上增加附加位，用于读/写操作正确性校验。增 加的附加位也要同数据位一起写入DRAM中保存。
奇偶校验码 海明校验码 CRC校验码
计算机组成原理
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
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。
• 字长位数扩展 • 字存储容量扩展 • 字位同时扩展法
计算机组成原理
21
3.3.4 存储器容量的扩充
中存1
晶体管源极S加上正 电压 ，吸收浮空栅
中的电子，使全部 存储元变成1状态
FLASH存储器的阵列结构
• 在某一时间只有一条行选择线被激活。
40
• 目前市场上常见的FLASH存来自器：•U盘•
CF卡
•
SM卡
•
SD/MMC卡
•
记忆棒
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3.5 并行存储器
▲ 3.5.1 双端口存储器
—空间并行技术
计算机组成原理 第3章课件
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 主存储器的技术指标
按存储介质分
半导体存储器
任何存储单元的内容都能被
磁表面存储器 随机存取，且存取时间和存 随机存储器 半储导单元体的存物储理位器置无关
按存取方式分
顺序存储器 磁只存能取表按时面某间存种和顺存储序储器来单存元取的，物
表现 存储空间的大
小
主存的速度
主存的速度
单位 字数，字节数
ｎｓ ｎｓ
存储器带宽
单位时间里存储器所 存取的信息量
数据传输速率 技术指标
位/秒，字节/秒
3.2 SRAM存储器
目前广泛使用的内存是半导体存储器。 优点：存取速度快，存储体积小，可靠性高，价格低； 缺点：断电后不能保存信息。 根据存储原理不同，可分为静态读写存储器（SRAM）和动态读写
计算机组成原理
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2、刷新周期
刷新周期：DRAM存储位元是基于电容器上的电荷量存储， 这个电荷量随着时间和温度而减少，因此必须定期地刷新， 以保持它们原来记忆的正确信息。
刷新操作有两种刷新方式：
• 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
计算机组成原理
27
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。
解：所需芯片数： 14KK48位位＝（8 片）
▲地址线：存储器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：存储器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
计算机组成原理
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