计算机组成原理N005.ppt

第五章 存储体系 5.1 存储体系概述 5.1 存储体系概述 比特b (bit) 一个二进制位（bit）是构成存储器的最小单位； 字节B（byte） 字节（8bits）是数据存储的基本单位。 内存单元地址 单元地址是内存单元的唯一标志。 内存操作 存储器具有两种基本的访问操作：读和写。 5.1.1 存储器的分类 （1）按存储介质分类 半导体器件 RAM、ROM、优盘、缓存等（用于主存） 磁性材料 磁盘、磁带（用于辅存） 光介质 光盘（用作辅存） （2）按存取方式分类 随机存取存储器 存储器中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（主存） 顺序存取存储器 存取时间和存储单元的物理位置有关 （磁盘、磁带） 相联存储器 按内容访问。 5.1.1 存储器的分类(续） （3）按存储器的读写功能分类 只读存储器（ROM） 读写存储器（RAM） （4）按信息的可保存性分类 永久记忆的存储器 又称非易失性存储器，在断电后还能保存信息（辅存、ROM） 非永久记忆的存储器 又称易失性存储器，在断电后信息丢失（主存中的RAM） （5）按在计算机系统中的作用分类 主存储器 又称内存，为主机的一部分，用于存放系统当前正在执行的数据和程序，属于临时存储器。 辅助存储器 又称外存，为外部设备，用于存放暂不用的数据和程序，属于永久存储器。 5.1.2 存储器的层次结构 Everest测试结果(DDR1333) Everest测试结果(DDR1600) Everest（V5.01.17） CPU性能测试 5.2.1 主存储器的性能指标 1、存储容量： 指存储器可容纳的二进制信息量，描述存储容量的单位是字节或位。 量化单位： 1K＝210 1M＝220 1G＝230 1T＝240 存储器芯片的存储容量 存储单元个数×每存储单元的字长/8 例 64K×16bit 容量为128KB 5.2.1 主存储器的性能指标 2、存储速度：由以下3个方法来衡量。 存取时间tA （Memory Access Time） 指启动一次存储器操作到完成该操作所需的全部时间。 存储周期TC （Memory Cycle Time） 指存储器进行连续两次独立的存储器操作所需的最小间隔时间。 通常存取周期TC大于存取时间tA ，即TC≥tA。 存储器带宽 每秒传输的最大字节数 现行内存计算方法 标称频率×64/8 （MB/s) 5.2.2 主存储器的工作原理 特点： 先给地址后给数据 断电数据消失 随机存取：读写任意存储单元所用时间是相同的，与单元地址无关。 与辅存相比，速度快，价格高，容量小。 5.2.3 （1）SRAM存储位元 5.2.3 （2）SRAM存储器 地址译码方式： 线性译码方式：n位地址线，经过一维译码后，有2n根选择线。 5.2.3（2）SRAM存储器 双向译码方式：n位地址分为行、列地址分别译码 Open Question： 1维地址 VS 2维地址 假设芯片的工艺是45nm，并假设实现一个存储字节占用了10个宽度，即450nm，假设采用1维译码，将不同地址的存储比特列在同一直线上，对于1GB的内存，试计算其排列长度，若采用二维译码，试重新计算X向和Y向的长度，并分别计算电信号从首端到尾端所需时间。 2114 SRAM存储器（静态存储器） 1K×4位 5.2.3 2、动态存储器（DRAM） （1）DRAM存储位元（P168） “1”状态：电容C上有电荷 “0”状态：电容C上无电荷 再生 读出后信息可能被破坏，需要重写。 刷新 经过一段时间后，信息可能丢失，需要重写。 （2）DRAM存储器的组成（P170） （3）DRAM的读/写过程时序（P170) (5) DRAM存储器的刷新(P173) 刷新的必要性 DRAM存储位元是基于电容器上的电荷量存储，这个电荷量随着时间和温度而减少，因此必须定期地刷新，以保持它们原来记忆的正确信息。 刷新操作有三种刷新方式： 集中式刷新 分散式刷新 异步刷新 集中刷新-示例 分散刷新-示例 异步刷新-示例 教材补充：SRAM和DRAM的对比 5.2.4 只读存储器ROM ROM分类 掩模ROM 掩模ROM实际上是一个存储内容固定的ROM，由生产厂家提供产品。 可编程ROM：用户后写入内容，有些可以多次写入。 一次性编程的PROM 多次编程 EPROM E2PROM FLASH ROM 等等 5.2.4 （1）掩模ROM 1、掩模ROM的阵列结构和存储元 教材补充：EPROM-光擦除PROM 5.2.4 （3）E2PROM-电擦除可编程只读存储器 5.2.4 （4）闪速存储器 Open Question 5.2.5 高性能的主存储器（课外阅读） EDRAM，即增强型