文档介绍：第3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
6、虚拟存储器
7、存储保护
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第1节存储器概述
存储器的作用
存储CPU执行的指令和数据;
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。
存储器的单位
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)
存储器:由许多存储单元组成。
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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。
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,且存取时间和存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,存取时间和存储单元的物理位置有关。
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。
随机读写存储器(RAM):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。
永久记忆性存储器:断电后仍能保存信息的存储器。
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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、寄存器等。
存储器的分级结构
名称
简称
用途
特点
高速缓冲存储器
Cache
高速存取指令和数据
存取速度快,但存储容量小
主存储器
主存
存放计算机运行期间的大量程序和数据
存取速度较快,存储容量中
外存储器
外存
存放系统程序和大型数据文件及数据库
存储容量大,位成本低
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主存的主要技术指标
存储容量:主存所能容纳的二进制信息总量。常用容量单位:Byte、KB、MB、GB、TB
存取速度
存取时间(访问时间、读写时间):指启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间。
存取周期(读写周期):指存储器进行一次完整的读/写操作所需的全部时间。
可靠性:规定时间内存储器无故障读写的概率。常用平均无故障时间MTBF来衡量
存储器带宽:单位时间里存储器所存取的信息量,以位/秒或字节/秒为单位。
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存储介质:半导体,常用MOS管构造
静态MOS存储器(SRAM)
动态MOS存储器(DRAM)
特点:根据地址可以访问任何存储单元且时间相同;但属易失性。
1 半导体静态存储器(SRAM)
基本存储元工作原理
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:置X、Y为高,
T5有电流读出1
T6有电流读出0
保持:X/Y=0
SRAM特点:
采用双稳态触发器来保存信息。
集成度较低,功耗大。
第2节随机读写存储器
NMOS六管存储元电路
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0
D0
X0
1
D1
X1
n-1
Xm-1
n
n+1
2n-1
(m-1)n
mn-1
Dn-1
I/O
地
址
译
码
电
路
MxN矩阵电路
2 SRAM存储器的组成
存储器体:若干存储单元的集合;
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。
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地址译码电路(续)
单译码结构(一维编址)
译码线路复杂,干扰大;
双译码结构(二维编址)
译码线路简单
驱动器:增大译码信号线驱动能力的所有存储元电路。
I/O电路:存储器的数据线路, 控制被选中的单元读出或写入,具有放大信息作用。
片选与读/写控制电路:存储器工作的总控制信号产生电路。
输出驱动电路:用于扩充时的三态驱动电路。
小结:存储器对外呈现三组信号线,即地址线、数据线、读/写控制线。
1维
地
址
译
码
器
A0
A1
A9
字线0
字线1
字线1023
1024条
X地
址译
码器
Y地址译码器
A0
A1
A4
A5
A9
字线0
位线0
字线31
位线31
I/O
I/O
CS
WE
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3 、例2114存储器芯片结构
容量:1Kx4b;
引脚数:地址线:10;数据线:4;片选:1;读写:1
存储器的读、写操作分时进行的,故读写可共用数据总线。
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4 存储器与CPU的连接
系统连接模式
最小系统:与系统总线直接连接。CPU通过系统总线控制:
地址总线给出地址信号;
控制总线发出相应的读/写操作信号;
在数据总线上实现数据传送。
较大系统:通过接口芯片与系统总线连接。
大系统:设置专用存储总线。
CPU
存储器
最小系统模式