文章目录

  • 1 主存简单模型及寻址的概念
    • 1.1 主存储器
      • 1.1.1 存储器芯片的基本结构
      • 1.1.2 寻址
  • 2 半导体存储器
    • 2.1 半导体随机存取存储器
      • 2.1.1 DRAM的刷新
      • 2.1.2 SRAM的读周期
      • 2.1.3 SRAM的写周期
      • 2.1.4 RAM-易失性存储器
    • 2.2 ROM
      • 2.2.1 ROM分类
      • 2.2.2 半导体随机存储器小结
  • 3 存储器分类
    • 3.1 存储器的性能指标
    • 3.2 存储器的层次化结构
    • 3.3 存储器概念小结
  • 4 主存与CPU的连接
    • 4.1 主存容量扩展-位扩展
    • 4.2 主存容量扩展-字扩展
    • 4.3 主存容量扩展-字位同时扩展
    • 4.4 字位扩展实例
  • 5 双口RAM多模块存储器
    • 5.1 双端口RAM
    • 5.2 多模块存储器
      • 5.2.1 单体多字存储器和多体并行存储器
      • 5.2.2 多体并行存储器工作模式
      • 5.2.3 流水线

存储系统总述：

1 主存简单模型及寻址的概念

1.1 主存储器

存储体负责存储具体的二进制位
地址寄存器接收外部功能部件传到存储器的地址
数据寄存器暂存要传出去或传进来的数据信号
存储体、地址寄存器、数据寄存器在一个时序控制逻辑的控制下协调工作

1.1.1 存储器芯片的基本结构

  1. 存储矩阵：由大量相同的位存储单元阵列构成。
  2. 译码驱动：将来自地址总线的地址信号翻译成对应存储单元的选通信号，该信号在读写电路的配合下完成对被选中单元的读/写操作。
  3. 读写电路：包括读出放大器和写入电路，用来完成读/写操作。
  4. 读/写控制线：决定芯片进行读/写操作。
  5. 片选线：确定哪个存储芯片被选中。可用于容量扩充。
  6. 地址线：是单向输入的，其位数与存储字的个数有关。
  7. 数据线：是双向的，其位数与读出或写入的数据位数有关。
  8. 数据线数和地址线数共同反映存储芯片容量的大小。

如地址线10根，数据线8根，则芯片容量=210×8=8K位。

n位地址一>2n个存储单元总容量=存储单元个数×存储字长

=23×8bit=23×1Byte=8B

8×8位的存储芯片

常见的描述：

8K×8位，即213×8 bit = 8 KB 地址线13根，数据线8根
8K×1位，即213×1 bit = 8 Kb=1 KB
64K×16位，即216×16 bit

1.1.2 寻址

2 半导体存储器

2.1 半导体随机存取存储器

2.1.1 DRAM的刷新
  1. 多久需要刷新一次？刷新周期：一般为2ms
  2. 每次刷新多少存储单元？以行为单位，每次刷新一行存储单元
    ——为什么要用行列地址？减少选通线的数量

行列地址：行地址决定存储单元在哪一行，列地址决定存储单元在那一列，行列交叉即可得存储单元位置
地址0000,0000 对应行地址0000，列地址0000，选中（0,0）号存储单元（8位二进制，行4位，列4位）

  1. 如何刷新？有硬件支持，读出一行的信息后重新写入，占用1个读/写周期
  2. 在什么时刻刷新？
    假设DRAM内部结构排列成128×128的形式，读/写周期（存储周期）0.5us
    2ms共2ms/0.5us=4000个周期

2.1.2 SRAM的读周期

2.1.3 SRAM的写周期

2.1.4 RAM-易失性存储器

2.2 ROM

用RAM做主存，一旦断电，内容全部丢失，ROM掉电之后，内容不会丢失，而且ROM可以直接跟CPU通信
用ROM存储一些开机之后必要的信息，而更详细的、正在运行的程序的数据放在RAM中

2.2.1 ROM分类

2.2.2 半导体随机存储器小结

3 存储器分类


按特点和使用方法的不同，可以分为以下几类：

3.1 存储器的性能指标

  1. 存储容量：存储字数×字长（如1M×8位）。 存放的二进制位数或字（字节）数
  2. 单位成本：每位价格=总成本/总容量。
  3. 存储速度：数据传输率=数据的宽度/存储周期。
  1. 存取时间（Ta）：存取时间是指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间，分为读出时间和写入时间。
  2. 存取周期（Tm）：存取周期又称为读写周期或访问周期。它是指存储器进行一次完整的读写操作所需的全部时间，即连续两次独立地访问存储器操作（读或写操作）之间所需的最小时间间隔。
  3. 主存带宽（Bm）：主存带宽又称数据传输率，表示每秒从主存进出信息的最大数量，单位为字/秒、字节/秒（B/s）或位/秒（b/s）。

3.2 存储器的层次化结构

3.3 存储器概念小结

4 主存与CPU的连接

4.1 主存容量扩展-位扩展

CPU数据线数与存储芯片的数据位数不相等时，此时必须对存储芯片扩位，增加存储字长，使其数据位数与CPU的数据线数相等

8Kx1位芯片说明：

1根数据线D0
13根数据线A0~A12
片选线 CS： 高电平有效， 收到1工作，收到 0 不工作
读写控制线 WE ：高电平有效

位扩展：

4.2 主存容量扩展-字扩展

增加存储器芯片中字的数量，位数不变

方案1：
当两个芯片CS同为1时，无法进行正常读写，两位存储器芯片可能冲突

方案2：使用地址线控制片选信号

方案3：使用非门控制片选信号

译码器：

译码器左边101对应5（A低位，C高位），则右边Y5置1


片选信号区分芯片地址范围：

  • A13A14为00时，译码器对应0号线有效，其余皆无效，选中0号芯片，
    地址范围：00，0…00~00,1…11
  • A13A14为01时，译码器对应1号线有效，其余皆无效，选中1号芯片，
    地址范围：01，0…00~01,1…11
  • A13A14为10时，译码器对应0号线有效，其余皆无效，选中2号芯片，
    地址范围：10，0…00~10,1…11
  • A13A14为11时，译码器对应0号线有效，其余皆无效，选中3号芯片，
    地址范围：11，0…00~11,1…11

特殊情况：

  • A13A15为00时，译码器对应0号线有效，其余皆无效，选中0号芯片 ， A14不用管，取0取1无影响

4.3 主存容量扩展-字位同时扩展

用8片16Kx4位的芯片组成64Kx8位的存储器：

  • 每两片构成一组16Kx8位的存储器（位扩展）
  • 4组构成64Kx8位存储器（字扩展）
  • 地址线 A15A14经 2/4译码器得到4个片选信号
  • A15A14=00时，输出端0有效，选中第一组芯片（①②）
  • A15A14=01时，输出端1有效，选中第二组芯片（③④）

4.4 字位扩展实例

解题步骤：

数据线：CPU数据线8根→存储器位数应扩展为8位，如果没有8位的芯片，应选择低位扩展到8位
地址线：首先确定内存空间的分配

  • 67FFH-6000H+1=7FFH+1=800H 表示800H地址空间内有2K个存储单元，每个存储单元8位，则存储容量2KB
  • 6BFFH-6800H+1=3FFH+1=400H（B：11，11-8=3）

分析地址线如何跟CPU之间进行连接：把地址空间写成二进制形式

总的地址线16根，而ROM 11根，RAM 10根，把低地址位位直接相连，剩下的高位作为选片信号

  • 3/8译码器：在剩下的地址位中选三位做片选信号，选取原则：以低位占用最多的存储为准，向它高位选三位，用此三位做3/8译码器的输入。即100时选中ROM，101选中RAM
  • 剩下的01做译码器使能端（使能端刚好需要一个1和0），最后的一个端口连MREQ，决定译码器是否工作。而MREQ是低电平有效，只能连0，不可以连1，是译码器开关

说明：

低10位 A0~A9直接连到每一块存储器芯片；
ROM需要11位地址线。把A10直接连到ROM；
CBA 刚好直接用，100对应Y4，连到ROM；
ROM 不仅要求 CBA 101 对应Y5，还要求第10位地址必须是0才可以选通；

A10=0 表示A10经过一个非得1，Y5非为0，经过一个非得1，将两个1与一下，即得RAM的选通信号，非作用就是低电平有效；
A14A151 0 充当译码器使能端信号，A14连上1，A15连上0；
MREQ 是低电平有效，接最后一个使能端；
数据线 ROM 8 位直接连CPU数据线；
RAM 经过扩展了，一个连低四位，另外一个连高四位；
最后读写控制线WR的连接，只有RAM需要直接连接CPU的读写控制线，ROM读写控制线是一个静态状态，直接给一个固定信号，题意要求低电平有效，所以可以直接连接地面。

5 双口RAM多模块存储器

为了提高CPU访问存储器的工作速度

5.1 双端口RAM

双口RAM空间上并行，当两个端口地址不相同时，在两个端口上读写一定不会冲突

两个端口对同一主存操作有以下4种情况：

  1. 两个端口不同时对同一地址单元存取数据。没有问题
  2. 两个端口同时对同一地址单元读出数据。没有问题
  3. 两个端口同时对同一地址单元写入数据。可能写入错误
  4. 两个端口同时对同一地址单元，一个写入数据，另一个读出数据。可能读出错误

解决方法：置“忙”信号为0，由判断逻辑决定暂时关闭一个端口（即被延时），未被关闭的端口正常访问，被关闭的端口延长一个很短的时间段后再访问。

5.2 多模块存储器

5.2.1 单体多字存储器和多体并行存储器

5.2.2 多体并行存储器工作模式

多体并行存储器工作模式依赖于地址的设置方式


高位交叉编址的多体存储器：体号在前体内地址在后，地址的高位决定现在访问的是哪个体，低位决定访问体内的哪一块单元


低位交叉编址的多体存储器：体号在后体内地址在前，地址的低位决定现在访问的是哪个体，高位决定访问体内的哪一块单元


高位交叉编址的多体存储器：由上往下编，每个存储体地址的高位一致，对应存储体下标，如00对应M0
低位交叉编址的多体存储器：由左往右编，每个存储体地址的低位一致，对应存储体下标，如01对应M1

5.2.3 流水线

微观（计算题）

模块数m=4，存储周期为T，字长W，数据总线宽度为w，总线传输周期为r，连续存取n个字，求交叉存储器的带宽。

上面题目对应：有m个存储体，存储周期为T，字长W，每隔r时间启动下一个存储体，连续存取n个字，求存储器的存取速率。


宏观（概念题）

一个存储周期内，交叉存储器可以提供的数据量为单个模块的m倍。

3 计算机组成原理第三章 存储系统 主存简单模型及寻址 半导体寄存器 存储器分类 主存与CPU连接 双口RAM和多模块寄存器相关推荐

  1. (计算机组成原理)第三章存储系统-第七节1：页式存储器、页表及快表

    文章目录 一:页式存储器 二:逻辑地址和物理地址 三:页表和地址变换过程 (1)页表 (2)快表 一:页式存储器 前面说过主存和Cache之间是以块作为数据的传输单位的 我们知道,应用程序运行时需要加 ...

  2. (计算机组成原理)第三章存储系统-第二节：基本的半导体原件和存储器芯片的原理

    文章目录 一:基本的半导体元件及原理 二:存储器芯片的基本原理 三:寻址 一:基本的半导体元件及原理 前文已经讲过,一个存储器可以由存储体.MAR(地址寄存器)和MDR(数据寄存器) 构成,这三大部分 ...

  3. (计算机组成原理)第三章存储系统-第六节4：Cache的写策略（写回法和全写法，写分配法和非写分配法）

    文章目录 一:写命中 (1)写回法(write-back) (2)全写法(write-through) 二:写不命中 (1)写分配法(write-allocate) (2)非写分配法(not-writ ...

  4. 计算机组成原理 第三章存储系统 知识点

    第三章. 存储器层次机构 基础概念 存储元件:用一个具有两种稳定状态,并且在一定条件下状态可相互转换的物理器件来表示二进制数码0和1,这种器件称为存储元件. 存储单元:由若干个存储元组成一个存储单元. ...

  5. 计算机组成原理-第三章-存储系统

    文章目录 2022大纲 一.基本概念 二.存储器的分类 1.按存储介质分类 2.按照存取方式分类 3.按在计算机中的作用分类 总结 三.存储器的层次结构(存储模型) 四.主存储器 主存的基本组成 存储 ...

  6. 计算机组成原理三种译码方式,计算机组成原理第三章存储系统

    第三章存储系统 3．1存储器的构成 二.六管静态MOS存储单元线路 存储机理:利用双稳态触发器保存信息 T1通.T2止,存0 T1止.T2通.存1 分析:1保持信息:不打扰,不送地址选通信号:2读出: ...

  7. 计算机组成原理 第三章 存储系统

    第三章属于考察重点,涉及到存储器的扩展分类与cache的连接等知识点,不仅复杂而且很容易出错,属于重点内容. 3.1 存储器概述 存储器种类非常多,可以根据不同的角度进行分类. 按照在计算机中的作用分 ...

  8. 【408笔记】计算机组成原理 第三章 存储系统

    文章目录 3.1 存储器概述 3.1.1 存储器分类 按照在计算机中的作用(层次)分类 按照存储介质分类 按照存取方式分类 按照信息的可保存性分类 3.1.2 存储器性能指标 3.1.3 多级层次的存 ...

  9. 计算机组成原理——第三章存储系统（上）

    提示:吾与春风皆过客,君携秋水揽星河 文章目录 前言 3.1 存储系统基本概念 3.2.1 主存储器的基本组成 3.2.2 SRAM DRAM\ 3.2.3 只读存储器ROM 3.3.1 主存储器与C ...

最新文章

  1. 计算机/ARM 系统
  2. 随着通信和编程，它是一门艺术系列3（沟通的目的）
  3. 在WinAPI环境下获得1小时前系统时间
  4. 用函数刷新页面内容比刷新页面要好
  5. python开发网络小工具_Python 实现简单网络应用程序开发
  6. 豪！华为放话：3年培养100万AI人才！网友神回应了
  7. 针对卡巴斯基2010的免杀研究
  8. 【科普】有趣“小学”数学题，做出一道即可成名（持续补充）
  9. 多缝夫琅禾费衍射matlab,用matlab实现夫琅禾费多缝衍射代码
  10. Linux---ALSA音频工具arecord、aplay、amixer使用
  11. dejavu歌曲识别介绍
  12. UPDATE更新数据库数据详解
  13. WORD 常用操作技巧
  14. matlab求偏迹,矩阵的偏迹
  15. 什么剪辑软件好用？视频剪辑这样做
  16. 路由器R473g虚拟服务器设置,TL-R473G上网方式配置详解 路由器
  17. pytorch manual_seed()
  18. 魔坊APP项目-23-种植园，宠物和种植物的状态改变、宠物的状态改动
  19. 增长复盘|我们在小程序实现裂变！日拉新1000+
  20. 使用预训练网络训练的两种方式：Keras Applications、TensorFlow Hub

热门文章

  1. 2019 高考填报志愿建议
  2. ubuntu下面的git服务器搭建
  3. 每日一题（22）——malloc与free（三）
  4. ftp linux包,图文详解Ubuntu搭建Ftp服务器的方法(包成功)
  5. mysql concat $_mysql concat 的诡异问题
  6. python空列表添加_Python列表的简单操作
  7. 计算机辅助翻译专业院校,2017年北大计算机辅助翻译考研经验分享
  8. php 循环队列,队列和循环队列-php数组
  9. python导出数据顿号做分隔符_Python语言和matplotlib库做数据可视化分析
  10. LeetCode 1770. 执行乘法运算的最大分数（DP）