第 6 章 存储系统 ——本章主要介绍三级存储体系的含义,及存储器的逻辑设计方法。

Slides:



Advertisements
Similar presentations
第七章 半导体存储器 《数字电子技术》7.1 概述 7.2 只读存储器( ROM ) 7.5 用存储器实现组合逻辑函数 7.4 存储器的扩展 7.3 随机存储器( RAM ) 7.6 集成芯片简介及应用举例.
Advertisements

第五章 存储系统 5.1 存储器的构成 5.2 存储系统的构成 5.3 Cache 5.4 虚拟存储器.
第 4 章存储器、存储管理和 高速缓存技术 4.1 存储器和存储部件 4.2 存储器的连接 4.3 微型计算机系统中存储器的体系结构 4.4 Pentium 的虚拟存储机制和片内两级存储管理 4.5 高档微机系统中的高速缓存技术 第一次课 第二次课 第三次课.
第四章 存储系统 4-1 存储系统概论 4-2 RAM(随机读写存储器) 4-3 ROM(只读存储器) 4-4 高速缓冲存储器(Cache)
第6章 微机存储器系统 存储器是计算机中存储信息的部件。它可以把需要CPU处理的程序和原始数据存储起来,处理时自动而连续地从存储器中取出程序中的指令并执行指令规定的操作。程序执行过程中的数据也可利用存储器保存起来。这就是说,计算机每完成一条指令,至少有一次为了取指而访问存储器。
第5章 存储器 本章学习主要内容为: 存储器的分类及性能指标。 存储器的分级结构。 常用存储芯片与CPU的接口特性。 存储器的接口设计。
计算机原理及系统结构 第三十一讲 主讲教师:赵宏伟                 学时:64.
第 6 章 存储系统 ——本章主要介绍三级存储体系的含义,及存储器的逻辑设计方法。
中央电大远程开放教育网址: 《计算机组成原理》主持教师电子邮件:
第六章 存储系统 《 计 算 机 组 成 原 理 》精 品 课 程 进 入.
实验四 利用中规模芯片设计时序电路(二).
第六章 微型计算机存储器.
第6章 存储系统 计算机教学实验中心.
5.4 顺序脉冲发生器、 三态逻辑和微机总线接口 顺序脉冲发生器 顺序脉冲 计数型 分类 移位型.
第6章 存储器和高速缓存技术.
计算机组成原理第四章 知识点一:存储系统层次结构和评价方法 主讲教师:吴非.
计算机基础知识 丁家营镇九年制学校 徐中先.
第8章 AT89S51单片机 外部存储器的扩展 1.
单片机系统的三总线的构造 半导体存储器 程序存储器和数据存储器的扩展方法 E2PROM的使用 程序存储器和数据存储器的同时扩展
版权所有,引用请注明出处 第四章、存储系统 原著 谭志虎 主讲(改编) 蒋文斌.
Hadoop I/O By ShiChaojie.
第五章 存储系统 半导体存储器概述 系统内存扩充 高速缓冲存储器 虚拟存储器 PC系列机中的主存储器 习题与思考 上一章 目 录 帮助
4.1 概述 4.2 主存储器 4.3 高速缓冲存储器 4.4 辅助存储器.
第 6 章 存储系统 6.1 概述 存储器的层次结构 存储器的分类 存储器的基本组成
第四章 存 储 器 4.1 概述 4.2 主存储器 4.3 高速缓冲存储器 4.4 辅助存储器.
第三章 微机基本系统的设计 第一章 8086程序设计 第二章 MCS-51程序设计 第四章 存贮器与接口 第五章 并行接口
存储系统.
微机原理与接口技术 第5章 80X86_88存储系统 黄强 深圳大学 信息工程学院.
微机原理与接口技术 第5章 存储器 朱华贵 2015年11月05日.
第一单元 初识C程序与C程序开发平台搭建 ---观其大略
第4章 存 储 器 4.1 概述 4.2 主存储器 4.3 高速缓冲存储器 4.4 辅助存储器 本章主要知识点小结.
逆向工程-汇编语言
CPU结构和功能.
第5章 单片机应用系统的扩展 5.1 单片机扩展的基本概念 5.2 存储器的扩展 5.2 I/O接口扩展电路设计.
第六章 半导体存储器 第一节 半导体存储器的分类 第二节 读写存储器RAM 第三节 只读存储器ROM 第四节 存储器空间的分配和使用 第六章 半导体存储器 第一节 半导体存储器的分类 第二节 读写存储器RAM 第三节 只读存储器ROM 第四节 存储器空间的分配和使用 第五节.
第12章 半导体存储器 孙卫强.
移相正弦信号发生器设计 采用直接数字综合器DDS发生器的设计 原理:图1是此电路模型图
计算机组成与系统结构 陈泽宇 副教授.
内容摘要 ■ 课程概述 ■ 教学安排 ■ 什么是操作系统? ■ 为什么学习操作系统? ■ 如何学习操作系统? ■ 操作系统实例
C语言程序设计 主讲教师:陆幼利.
微机系统的组成.
数字电子技术 Digital Electronics Technology
第四章 存储子系统 第一节 概述 本章需解决的主要问题: (1)存储器如何存储信息? (2)在实际应用中如何用存储芯片组成具
存储器和可编程逻辑器件.
第5章 存储器 5.1 存储器概述 5.2 半导体存储芯片结构及使用 位系统的存储器接口.
(Random Access Memory)
第三章 MCS 51的硬件结构.
第3章 PLC的结构特点及技术性能 3.1 可编程控制器的结构特点 3.2 FX2N系列PLC的主要技术性能.
第二章 补充知识 2.1 总线和三态门 一、总线(BUS) 三总线结构 数据总线DB(Data Bus)
<编程达人入门课程> 本节内容 内存的使用 视频提供:昆山爱达人信息技术有限公司 官网地址: 联系QQ: QQ交流群: ,
第七章 半导体存储器.
实验三 16位算术逻辑运算实验 不带进位控制的算术运算 置AR=1: 设置开关CN 1 不带进位 0 带进位运算;
第6章 半导体存储器和可编程逻辑器件 6.1 半导体存储器 返回 概述 随机存取存储器(RAM)
长春理工大学 电工电子实验教学中心 数字电路实验 数字电路实验室.
实验二 带进位控制8位算术逻辑运算实验 带进位控制8位算术逻辑运算: ① 带进位运算 ② 保存运算后产生进位
《数字电子技术基础》(第五版)教学课件 清华大学 阎石 王红
《数字电子技术基础》(第五版)教学课件 清华大学 阎石 王红
第八章 总线技术 8.1 概述 8.2 局部总线 8.3 系统总线 8.4 通信总线.
本节内容 文件系统 视频提供:昆山爱达人信息技术有限公司 官网地址: 联系QQ: QQ交流群 : 联系电话:
7.1 AT89C51最小应用系统 从本质上讲,单片机本身就是一个最小应用系统。由于晶振、开关等器件无法集成到芯片内部,这些器件又是单片机工作所必需的器件,因此,由单片机与晶振电路及由开关、电阻、电容等构成的复位电路就是单片机的最小应用系统。如图7-1所示,AT89C51片内有Flash程序存储器,由它构成的最小应用系统简单可靠。
实验目的:掌握数据的顺序存储结构及它们在计算机中的操作。 实验内容:
汽车单片机应用技术 学习情景1: 汽车空调系统的单片机控制 主讲:向楠.
C++语言程序设计 C++语言程序设计 第一章 C++语言概述 第十一组 C++语言程序设计.
第 7 章 存储器.
第九章 存储器和可编程逻辑器件 本章主要内容 半导体存储器 只读存储器 随机存取存储器 存储器容量的扩展 可编程逻辑器件
第四章 存储子系统 西南石油大学计算机科学学院 主讲教师 杨 梅 联系电话:
第四章:内存储器接口的基本技术 主讲教师:范新民.
DSP技术与应用 电子与信息技术系.
9.6.2 互补对称放大电路 1. 无输出变压器(OTL)的互补对称放大电路 +UCC
学习目标 1、什么是列类型 2、列类型之数值类型.
Presentation transcript:

第 6 章 存储系统 ——本章主要介绍三级存储体系的含义,及存储器的逻辑设计方法。 第 6 章 存储系统 ——本章主要介绍三级存储体系的含义,及存储器的逻辑设计方法。 ——存储系统是现代计算机系统的重要组成部分,通常由高速缓冲存储器、主存储器和外存储器三个层次构成的,主存和高速缓存又是由若干半导体存储器芯片。

学习目标 掌握三级存储体系的功能、所用存储器、存取方式、性能,熟练掌握主存储器逻辑设计。 理解SRAM和DRAM的存储原理、特点、选用原则,动态刷新,主存与CPU之间的连接。 了解高速缓存与虚拟存储器的基本思想。

§6 .1 常见的存储器子系统组织 §6 .2 半导体存储器芯片 §6.1.1 主存储器 §6.1.2 外存储器 §6 .1 常见的存储器子系统组织 §6.1.1 主存储器 §6.1.2 外存储器 §6.1.3 高速缓冲存储器 §6 .2 半导体存储器芯片 §6.2.1 半导体静态存储器举例 §6.2.2 半导体动态存储器举例 §6.2.3 半导体只读存储器举例

§6 .3 主存储器组织 §6 .4 提高存储子系统性能的一些方法 §6.3.1 主存储器的逻辑设计 §6.3.2 主存储器与CPU的连接 §6 .3 主存储器组织 §6.3.1 主存储器的逻辑设计 §6.3.2 主存储器与CPU的连接 §6.3.3 高速缓冲存储器 §6 .4 提高存储子系统性能的一些方法 §6.4.1 高速缓存技术 §6.4.2 虚拟存储器 §6.4.3 并行存储系统

存储系统的关键是如何组织好速度、容量和价格均不相同的存储器, 使这个存储器的速度接近速度最快的那个存储器, 存储容量与容量最大的那个存储器相等, 单位容量的价格接近最便宜的那个存储器。

§6 .1 常见的存储器子系统组织 §6.1.1 主存储器 主存储器存放CPU当前需要执行的程序和需要处理的数据,以及驻留操作系统的核心部分。 主存储器能够由CPU直接编程访问,因位于传统主机的范畴之内,故常称为内存。 在存取方式、工作速度和存储容量等方面的特点: (1)采取随机存取方式 (2)工作速度快 (3)有一定存储容量 是指能按地址直接访问存储器中的任一单元,访问时间与地址无关。

主存储器的技术指标 1、存储容量:用一为衡量存储存储信息的能力。 字节数 单元数×位数 2、存取周期:用来衡量存储器的工作速度。 存取周期是指访问一次存储器所需要的时间,即从地址有效到允许更换下一个地址之间的时间。 3、读写时间:用来衡量存储器的读/写速度。(读出时间和写入时间) 可靠性:包括主存本身的可靠程序和对主存的校验两层含义。 字节数 单元数×位数

§6 .1.2 外存储器 外存储器是用来存放需要联机存放,但暂不执行的程序和数据,当需要时再由外存调入主存 §6 .1.2 外存储器 外存储器是用来存放需要联机存放,但暂不执行的程序和数据,当需要时再由外存调入主存 外存通常由磁盘、磁带等磁表面存储器和光盘存储器构成。 在存取方式、工作速度和存储容量等方面的特点: (1)信息组织采取文件、数据块的结构,存取方式采取顺序存取或直接存取。 (2)工作速度较主存慢 (3)存储容量很大,价格低。

§6 .1.3 高速缓冲存储器 高速缓存用高速半导体存储器构成,存取周期约为几至十几ns。 采用随机存取方式,便于CPU直接访问。 §6 .1.3 高速缓冲存储器 高速缓冲存储器:设置在CPU和主存之间,用于存放CPU在最近一小段时间内要使用的程序和数据。主要为了解决CPU与主存之间的速度匹配问题。 高速缓存用高速半导体存储器构成,存取周期约为几至十几ns。 采用随机存取方式,便于CPU直接访问。 高速缓存技术利用了程序的局部性原理,即在程序执行的某一小段时间内,所访问的程序指令通常集中在主存的一个局部区域内,并该区域内容会被CPU多次反复使用。

三级存储体系各层中的作用和特点等比较 主存储器 用来存入需要执行的程序及需要处理的数据,能由CPU直接读出或写入。 名称 作用 构成 存取方式 速度 容量 主存储器 用来存入需要执行的程序及需要处理的数据,能由CPU直接读出或写入。 由半导体动态MOS存储器构成, 采取随机存取方式,按字节存放或读取内容 工作速度快 有一定存储容量 外存储器 用来存放需要联机存放,但暂不执行的程序和数据,当需要时再由外存调入主存 磁盘、磁带等磁表面存储器和光盘存储器构成。 按文件进行组织,采取顺序存取或直接存取 速度较低 存储容量大、

三级存储体系各层中的作用和特点等比较 高速缓冲存储器 名称 作用 构成 存取方式 速度 容量 高速缓冲存储器 用于存放CPU在最近一小段时间内要使用的程序和数据。作为主存某些局部区域的内容副本。主要为了解决CPU与主存之间的速度匹配问题 用高速半导体存储器构成,存取周期约为几至十几ns 采用随机存取方式,便于CPU直接访问 工作速度快 存储容量小

题目:什么是随机存取、顺序存取、直接存取方式,各适用于什么存储器? 随机存取方式——即能按地址直接访问存储器中的任一单元,且访问所需的时间与单元的地址无关。适用于主存储器和高速缓存。 顺序存取方式——文件或数据顺序地记录在外存储器(磁带),从开始顺序寻址,找到所需文件、数据块的位置,然后再读写进行。访问的时间与信息在磁中的位置。适用于外存储器。 直接存取方式——直接指向存储器中某个较小的局部区域开始顺序寻址,访问的时间与信息所在位置有关。适用于外存储器。

§6 .2 半导体存储器芯片 半导体存储器分类: (按不同的存储原理) 静态存储器是依靠触发器的两个稳定状态存储信息。 是指用晶体管作为存储介质的存储器。 §6 .2 半导体存储器芯片 半导体存储器分类: (按不同的存储原理) 静态存储器是依靠触发器的两个稳定状态存储信息。 动态存储器是依靠电容上的存储电荷来保存信息。 半导体存储器采取随机访问的存取方式,即能按地址直接访问存储器中的任一单元,且访问所需的时间与单元的地址无关。

静态RAM 静态RAM依靠双稳态电路(内部交叉反馈)存储信息,即一个双稳态电路单元存放一位二进制信息,一种稳态为0,另一种稳态为1。只要电源正常就能长期保存信息,不需动态刷新,所以称为静态存储器。一旦断电则信息将会丢失,属于易失性(挥发性)存储器。 与动态RAM相比,静态RAM的速度更快,功耗较大,集成度较低,常用于容量较小的存储器中。 改错题:静态RAM的"静态"二字含意是:在工作中它的内容静止不变。

§6.2.1 半导体静态存储器举例 1、存储原理: 见教材P276页图6-3 六管静态MOS存储单元 2、芯片引脚功能 3、读/写时序 §6.2.1 半导体静态存储器举例 Intel2114是一种曾经广泛使用的静态MOS存储(SRAM)芯片,它的容量较小,为1K×4位,即每个芯片上有1K个编址单元,每个单元有4位,因此,一块2114芯片有4096个存储电路单元,可以存储4096位二进制代码。 1、存储原理: 见教材P276页图6-3 六管静态MOS存储单元 2、芯片引脚功能 3、读/写时序

动态RAM 动态RAM依靠电容暂存电荷来存储信息,电容充电至高电平为1,放电至低电平为0。由于暂存电荷会逐渐泄漏,需要定期补充电荷来维持为1的存储内容,这种方法称为动态刷新。由于需要动态刷新,所以称为动态存储器。在电源正常并采取动态刷新的条件下,可以长期保存信息。一旦断电则信息丢失,也属于易失性存储器。 与静态RAM相比,动态RAM功耗较小,集成度较高,但速度稍慢一些。常用来构成容量较大的存储器。

§6.2.2 半导体动态存储器举例 1、存储原理: 见教材P279页图6-6 单管动态MOS存储单元 2、芯片引脚功能: 3、读/写时序: §6.2.2 半导体动态存储器举例 Intel2164是一种动态MOS存储(DRAM)芯片,容量为64K×1位,即每个芯片上有64K个编址单元,每个单元有1位。这64K个单元需要量6位地址寻址。 1、存储原理: 见教材P279页图6-6 单管动态MOS存储单元 2、芯片引脚功能: 3、读/写时序: 4、动态刷新: 集中刷新方式 分散刷新方式 异步刷新方式

动态刷新 在动态存储器中,定期对原存信息为1的电容补充电荷,称为动态刷新。动态刷新的方法是:存储器中各存储芯片同时按行地读出重写。全部刷新一遍所允许的最大时间间隔称为最大刷新周期,一般为2ms。 动态刷新的安排方式有三种:集中刷新、分散刷新、异步刷新,目前广泛采用后一种,或是利用DMA方式实现,或是设置专门的刷新逻辑,或是将刷新逻辑集成在存储芯片内部。

动态刷新安排方式: (1)集中刷新方式:在2ms内集中安排所有刷新周期.适用于实时性要求不高的场合. (2)分散刷新方式:各刷新周期安排在存取周期中.适用于低速的系统中. (3)异步刷新方式:各刷新周期分散安排. 例如:2ms内分散安排128个刷新周期, 2ms/128=15.6us,所以每隔15.6us可提出一次刷新请示,安排一个刷新周期刷新一行,2ms内刷新完毕.

§6.2.3 半导体只读存储器举例 半导体只读存储器的种类: 1、可重编程只读存储器(EPROM) (1)工作原理 (2)引脚功能与工作方式 §6.2.3 半导体只读存储器举例 半导体只读存储器的种类: 1、可重编程只读存储器(EPROM) (1)工作原理 (2)引脚功能与工作方式 2、电擦除可重写只读存储器(EEPROM)和快擦写存储器(Flash Memory) 掩模型只读(MROM)存储器 一次编程型只读(PROM)存储器 多次编程型只读存储器(EPROM等)

§6 .3 主存储器组织 §6.3.1 主存储器的逻辑设计 通过教材上的两例题学习有关知识 例6-1 例6-2 分析往届试卷上题目。

§6.3.2 主存储器与CPU的连接 1、系统模式: 定义:系统模式是指系统内CPU与其他部件的连接模式。 最小系统模式 较大系统模式 专用存储总路线模式

(1) 最小系统模式: 定义:在一些小系统中,常将CPU芯片与存储芯片直接连接,即CPU通过地址线直接向存储器送出地址,通过数据线直接与存储器交换数据,通过控制信号线直接向存储器发出读/写命令,这种连接模式称~。 地址 CPU 数据 R/W M

(2) 较大系统模式: 定义:在有一定规模的计算机系统中,由于系统总线除了需连接主存外还需连接多个I/O接口,为提高系统总线的驱动能力,增强总线的控制功能,CPU芯片通过地址锁存器、数据缓冲器和总线控制器等缓冲部件与系统总线相连接,主存储挂接在系统总线上,这种连接模式称~。 地址 CPU 地址锁存器 数据 数据缓冲器 R/W 总线控制器 M

(3) 专用存储总线模式: 定义:当系统所带外围设备较多,并要求访存速度较高时,可以在CPU与主存储器之间建立一组专用的高速存储总线,以缓解因频繁使用系统总线而产生的瓶颈,这种连接模式称~。 系统总线 CPU M 存储总线

2、速度匹配与时序控制 由于CPU的工作速度高于主存的存取速度,所以计算机在时序控制上用两种周期(时钟周期和总线周期)。 3、数据通路匹配 总线的数据通路宽度:即数据总线一次能并行传送的位数,称为~。 4、有关主存的控制信号: 读/写命令: 片选信号 选择命令 存储器扩展信号

§6 .4 提高存储子系统性能的一些方法 该部分内容了解。 §6.4.1 高速缓存技术 §6.4.2 虚拟存储器 §6.4.3 并行存储系统

小结 典型的存储子系统采取三级结构:Cache、主存、外存。 半导体存储又分为静态和动态两类。 用存储芯片构成半导体存储器的逻辑设计方法是全书的重点之一。

作业 第六章的四道题。