计算机组成原理3.1

第三章内部存储器3.1存储器概述*3.2半导体存储器（SRAM和DRAM）3.3只读存储器和闪速存储器3.5并行存储器*3.6Cache存储器*3.7虚拟存储器3.1存储器概述一、存储器的分类•概念：存储位元、存储单元、存储器•分类：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/顺序存取按读写功能分类：ROM，RAM按信息的可保存性分类：永久性（非易失性）的和非永久性（易失性）的。按存储器在系统中的作用分类：主/辅/缓/控•本章讲述的是半导体存储器。二、存储器的分级结构•高速缓冲存储器简称cache，它是计算机系统中的一个高速小容量半导体存储器。•主存储器简称主存，是计算机系统的主要存储器，用来存放计算机运行期间的大量程序和数据。•外存储器简称外存，它是大容量辅助存储器。高低小大快慢辅存寄存器缓存主存磁盘光盘磁带光盘磁带速度容量价格位／1.存储器的层次结构CPUCPU主机缓存CPU主存辅存2.缓存主存层次和主存辅存层次缓存主存辅存主存虚拟存储器10ns20ns200nsms虚地址逻辑地址实地址物理地址主存储器（速度）（容量）3.主存的基本组成存储体驱动器译码器MAR控制电路读写电路MDR....................地址总线数据总线读写4.主存和CPU的联系MDRMARCPU主存读数据总线地址总线写三、主存储器的技术指标1、相关概念：•字存储单元：存放一个机器字的存储单元，相应的单元地址叫字地址。•字节存储单元：存放一个字节的单元，相应的地址称为字节地址。•如果计算机中可以编址的最小单位是字存储单元，则该计算机称为按字寻址的计算机。如果计算机中可以编址的最小单位是字节存储单元，则该计算机称为按字节寻址的计算机。•一个机器字可以包含数个字节，所以一个存储单元也可以包含数个能够单独编址的字节地址。例1：某系统中主存容量为16K×32位,如果采用按字编址方式，地址码长度应为14位，如果采用按字节编址方式，地址码长度应为16位，如图所示00000000000000000000000000010000000000001011111111111111...地址310图1按字编址0310000000000000000000000000000010000000000000010001111111111111100...地址32107654BA98FFFFFFFEFFFDFFFC图2按字节编址•图1和图2所示的存储容量相同，都是16K×32位。图1中的字地址码是连续的，而图2中的字地址码是不连续的。它所指向的是该字中最低端的那个字节。•采用按字节编址的存储器可根据给定的字节地址访问存储器中的任何一个字节，也可以根据给定的字地址访问一个存储字。例2：存储器是怎样编址的？128K字、512K字和1M字容量的存储器按十六进制编址，范围如何表示？答：存储单元按顺序编号，每个存储单元对应一个编号，此编号称为存储单元地址，简称地址。地址与存储单元是一一对应的，每个存储单元只有一个地址。存储器的容量(字)十六进制编址范围128K00000H~1FFFFH512K00000H~7FFFFH1M00000H~FFFFFH例3：某计算机存储器按照字节编址，主存地址空间大小为64MB，现用4M×8位的RAM芯片组成32MB的主存储器，则存储器地址寄存器MAR的位数至少是多少？A.22位B.23位C.25位D.26位解答：D.因为主存地址空间大小为64MB，所以MAR的寻址范围是64M，故而是26位。而实际的主存空间不能代表MAR的位数。2、主要性能指标（1）存储容量：指一个存储器中可以容纳的存储信息的总数。存储容量越大，能存储的信息就越多。容量用位数来表示,公式为：存储容量=存储单元个数×存储字长容量用字节数来表示,公式为：存储容量=存储单元个数×存储字长/8•目前计算机存储容量大多以字节数来表示，例如：某机主存的存储容量为256MB，则按字节寻址的地址线位数对应28位。（2）存取时间又称存储器访问时间（MemoryAccessTime）：指启动一次存储器操作（读或写）到完成该操作所需的全部时间。存取时间分为读出时间和写入时间两种。•读出时间是从存储器接收到有效地址开始，到产生有效输出所需的全部时间。•写入时间是从存储器接收到有效地址开始，到数据写入被选中单元为止所需的全部时间。•通常取写操作时间等于读操作时间，故称为存储器存取时间。（3）存储周期（MemoryCycleTime）：指存储器进行连续两次独立的存储器操作（如连续两次读操作）所需的最小间隔时间。通常，存储周期略大于存取时间，其时间单位为ns。如：MOS型存储器的存储周期可达100ns，双极型TTL存储器的存取周期接近于10ns。（4）存储器带宽：单位时间里存储器所存取的信息量，通常以字/秒、位/秒或字节/秒做度量单位。例：存取周期为500ns，每个存取周期可访问16位，则它的带宽为32M位/秒。为了提高存储器带宽，可采用以下措施：缩短存取周期增加存储字长，使每个存取周期可读、写更多的二进制位数增加存储体（多体交叉存储）返回