多级结构存储器系统概述以及主存储器.pptVIP

计算机组成与系统结构——流水线技术 第7章 本章主要内容 多级结构的存储器系统概述 主存储器部件的组成和设计 主存储器概述 动态存储器原理 静态存储器原理 存储器的组织 教学计算机的内存储器实例 提高储存器系统性能的途径 存储器系统的概念与目标 存储器的作用 计算机中用来存放程序和数据的部件，是冯.诺依曼结构计算机的重要组成 程序和数据的共同特点：二进制位串 存储器的要求 能够有两个稳定状态来表示二进制中的“0”和“1” 容易识别，两个状态能方便地进行转换 几种常用的存储介质：磁介质、触发器、电容、光盘 存储器系统的概念与目标 存储器追求的目标 尽可能快的存取速度：应能基本满足CPU对数据的要求 尽可能大的存储空间：可以满足程序对存储空间的要求 尽可能低的单位成本：(价格/位)在用户能够承受范围内 怎么实现这个目标？ 用多级结构存储器把要用的程序和数据，按其使用的急迫程度分段调入存储容量不同、运行速度不同的存储器中，并由硬软件系统统一调度管理 例如三级结构存储器：cache－主存－虚存 多级结构存储器系统 选用生产与运行成本不同的、存储容量不同的、读写速度不同的多种存储介质，组成一个统一的存储器系统，使每种介质都处于不同的地位，发挥不同的作用，充分发挥各自在速度、容量、成本方面的优势，从而达到最优性能价格比，以满足使用要求。 例如：用容量更小但速度最快的 SRAM芯片组成 CACHE，容量较大速度适中的 DRAM芯片组成 MAIN MEMORY，用容量特大但速度较慢的磁盘设备构成 VIRTUAL MEMORY。 程序运行的局部性原理 程序运行的局部性原理表现在三方面 时间方面：在一小段时间内，最近被访问过的程序和数据很可能再次被访问，例如：程序循环 空间方面：在空间上这些被访问的程序和数据往往集中在一小片存储区，例如：数组存放 指令执行顺序方面：在访问顺序上，指令顺序执行比转移执行的可能性大 (大约 5:1 ) 合理地把程序和数据分配在不同存储介质中 多级结构存储器之间应满足的原则 一致性原则 同一个信息可以处在不同层次存储器中，此时，这一信息在几个级别的存储器中应保持相同的值。 包含性原则 处在内层的信息一定被包含在其外层的存储器中，反之则不成立，即内层存储器中的全部信息是其相邻外层存储器中一部分信息的复制品 。 主存储器概述 主存储器的读写过程 主存储器主要技术指标 存取时间 通常用读写一个存储单元所需的时间度量，即读写速度 存储周期 连续两次读写存储单元所需的时间间隔 大于读写一次存储单元的存取时间 存储容量 通常用构成存储器的字节（8位）或者字数（2、4、8个字节）表述 多数计算机能在逻辑上同时支持按字节或者字读写存储器 半导体存储器的分类 静态和动态RAM芯片特性 SRAM DRAM 存储信息 触发器 电容 破坏性读出 非 是 需要刷新 不要 需要 送行列地址 同时送 分两次送 运行速度 快 慢 集成度 低 高 发热量 大 小 存储成本 高 低 动态存储器读写原理 写1操作 写0操作 读操作 典型DRAM组成 典型DRAM组成：并行访问多位 动态存储器读写原理 破坏性读出：读操作后，被读单元的内容被清零，必须把刚读出的内容回写，称为预充电延迟，它影响存储器的工作频率，在结束预充电前不能开始下一次读。 定期刷新：在不进行读写操作时，DRAM 存储器的各单元处于断路状态，由于漏电的存在，保存在电容CS 上的电荷会慢慢地漏掉，为此必须定时予以补充，称为刷新操作。刷新不是按字处理，而是每次刷新一行，即为连接在同一行上所有存储单元的电容补充一次能量。刷新周期一般为2ms，刷新有两种常用方式： 集中刷新，停止内存读写操作，逐行将所有各行刷新一遍； 分散刷新，每隔一定时间段，刷新一行，各行轮流进行。 信号时序关系：结论性内容参考P203。 静态存储器存储原理 静态存储器（SRAM）是用触发器线路记忆和读写数据的，通常用6个MOS管组成存储一位二进制信息的存储单元。其中4个MOS管组成两个反相器，输入输出交叉耦合构成一位触发器，记忆一位二进制信息。 静态存储器存储原理 写操作 驱动位线（bit） 选择行 读操作 对两条位线预充电到高电平 选择行 存储单元将一条位线拉为低 列上的信号放大器检测到bit与bit之间的差异 典型的SRAM组织：16字*4位 存储器的组织 用1024×1位的芯片组成1KB RAM 存储器的组织 用256×4位的芯片组成1KB RAM 教学计算机的内存储器实例 设计基本要求 需要ROM来存放监控程序 需要RAM供用户和监控程序使用 能够让用户进行扩展 地址总线：16位，高3位译码产出片选信号 数据总线：16位，分为内部DB和外部DB