计算机组成原理-主存储器.ppt

第4章 主存储器 现代计算机中，主存储器（简称主存或内存）处于全机中心地位。 当前计算机正在执行的程序和数据均存放在存储器中。CPU从存储器中取指令或存取数据。 采用DMA(直接存储器存取)技术和输入/输出通道技术,在存储器与输入/输出系统之间直接传送数据。 共享存储器的多处理机,利用存储器存放共享数据,并实现处理机之间的通信。 现在计算机中还设有辅助存储器（简称辅存或外存），用来存放主存的副本和不在运行的程序和数据。 4.1 主存储器分类、技术指标和基本操作 1.主存储器的类型 (1) RAM(random access memory)：随机存储器，又称可读写存储器。可以随机对各个存储单元进行访问(读写)，访问时间固定，与单元地址无关，但断电会使信息丢失。属于易失性存储器。 DRAM(动态RAM) SRAM(静态RAM) (2) ROM(read only memory)：只读存储器。断电后信息不会丢失，属于非易失性存储器。 PROM：可编程序的只读存储器。 EPROM ：可擦除可编程序的只读存储器。 EEPROM：可电擦除可编程序的只读存储器。 Flash Memory: 闪存(以整体或分区快速擦除)。 2.主存储器的主要技术指标 2.主存储器的主要技术指标为：容量、存取时间、存储周期。 (1)容量 计算机可寻址的最小信息单位是一个存储字，一个存储字所包括的二进制位数称为字长。 现代计算机中，一个字节（Byte）定为8个二进制位（bit），一个字长是字节的整数倍。 以字节为单位来表示主存储器存储单元的总数，就是主存储器的容量。 单位：B、KB、MB、GB、TB。 1KB=1024B=210B 1MB=1024KB=220B 1GB=1024MB=230B 1TB=1024GB=240B (2)存储器存取时间(Memory Access Time) 启动一次存储器操作(读/写)到完成该操作所经历的时间。 (3)存储周期(Memory Cycle Time) 连续启动两次独立的存储器操作(例如连续两次读操作)所需间隔的最小时间。 通常存储周期略大于存取时间。 具有合适价格的主存储器能提供信息的速度总跟不上CPU的处理速度。 3.主存储器的基本操作 读操作：存储器→CPU CPU把信息字的地址送到AR,经地址总线送往主存储器。 CPU发读(Read)命令。 CPU等待主存储器的Ready回答信号,Ready为 1,表示信息已读出并放到数据总线上,送入DR。 写操作：CPU→存储器 CPU把信息字的地址送到AR，经地址总线送往主存储器,并将信息字送往DR。 CPU发写(Write)命令。 CPU等待主存储器的Ready回答信号,Ready为 1,表示信息已从数据总线写入主存储器。 4.2读/写存储器(RAM) 半导体读/写存储器有静态存储器SRAM和动态存储器DRAM两种。 静态存储器利用双稳态触发器来保存信息，只要不断电，信息就不会丢失。 动态存储器利用MOS电容存储电荷来保存信息，使用时需不断给电容充电才能使信息保持。 静态存储器的集成度低，功耗较大；动态存储器的集成度高，功耗小，主要用于大容量存储器(主存)。 1.静态存储器(SRAM) 静态存储器的存储单元如图4.2 所示，它由6个MOS管组成一个双稳态触发器。 16×1位静态存储器的结构图 1K静态存储器框图 2.动态存储器(DRAM) 单管存储单元。 写入: 字线为高电平,T导通, 写入信息由数据线D (位线)存入电容CS中。 读出:首先要对数据线上的 分布电容CD预充电， 再加入字脉冲，使Ｔ 管导通，CS与CD上电 荷重新分配以达到平衡，根据动态平衡的电荷数多少来判断原存信息是０或１。每次读出后，存储内容就被破坏。因此读出是破坏性的,故读出后要立即对单元进行“重写” ，以恢复原有信息。 单管存储单元的优点：线路简单，单元占用面积小。 单管存储单元的缺点：读出是破坏性的，读出后要立即对单元进行“重写”；单元读出信号很小，要求有高灵敏度的读出放大器。 再生(刷新): DRAM是通过电容的充电来保存信息的,由于漏电阻的存在，其电荷会逐渐漏掉，从而使存储的信息丢失。因此，必须在电荷漏掉以前就进行充电, 这一充电过程称为再生，或称为刷新。DRAM的刷新时间一般小于或等于2ms。 DRAM采用“读出”方式进行再生。再生是整行进行的，即每一行的所有单元同时进行读出并再生；当把所有行读出一遍，就完成了对所有存储单元的再