计算机组成与结构_第4章主存储器_ppt.

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1、 内容提要 u主存储器的分类 u主存储器的性能指标 u主存储器的基本操作 u随机存储器(RAM) u存储器芯片的发展 u主存储器的组成与控制 第4章 主存储器 难重点： v 1 了解计算机系统中使用的主要几种 存储器的性能参数，工作原理和优缺点 。 2 学会存储器的位扩展、字扩展和位 /字扩展方法。能够按照题目要求设计 一定容量和字长的存储器。 计算机组成与结构 基本概念：总 线 v 总线连接方式:是现代计算机(尤为微,小型机)采用的方式 v 总线:是一簇由并行导线组成的传递信息的公共通路. v 总线的三种类型:数据总线用于传输数据 v 地址总线用于传输内存存储单元地址 v 控制总线用于传输控

2、制信号 v 总线的任务:在计算机各部件间起沟通信息的作用. CPU 存 储 器 I/O1I/O2I/On 控制总线 地址总线 数据总线 计算机组成与结构 总线的物理表现形式： v 由直接印刷在电路板上的导线和安装在电路板 上的各种插槽组成. 其它部件以插件板形式插装在插 槽上. v 总线技术现已成为现代计算机技术中的一个重 要分支. 计算机组成与结构 l 按信号的作用，总线分为三类： 地址总线、数据总线、控制总线 存 储 器 I/O 接 口 输 入 设 备 I/O 接 口 数据总线 DB 控制总线 CB 地址总线 AB 输 出 设 备 CPU 计算机组成与结构 地址总线 AB ( Addres

3、s Bus) ：单向 用来传送CPU输出的地址信号， 确定被访问的存储单元、I/O端口。 存 储 器 I/O 接 口 输 入 设 备 I/O 接 口 数据总线 DB 控制总线 CB 地址总线 AB 输 出 设 备 CPU 计算机组成与结构 地址总线的条数 决定CPU的寻址能力。（存 储器容量） 10根 210 1024 1K 20根 220 1024K 1M 32根 232 22 230 4G 36根 236 26 230 64G 计算机组成与结构 数据总线 DB ( Data Bus )：双向 用来在CPU与存储器、I/O接口之间进行数据传送。 存 储 器 I/O 接 口 输 入 设 备 I

4、/O 接 口 数据总线 DB 控制总线 CB 地址总线 AB 输 出 设 备 CPU 计算机组成与结构 数据总线的条数（宽度）决定一次可最多传 送数据的宽度。（存储器字长） 8 根 一次传送 8位 16 根 一次传送 16位 32 根 一次传送 32位 64 根 一次传送 64位 计算机组成与结构 控制总线CB ( Control Bus ) ： 用于传送各种控制信号。 存 储 器 I/O 接 口 输 入 设 备 I/O 接 口 数据总线 DB 控制总线 CB 地址总线 AB 输 出 设 备 CPU 有的是CPU发出，如读控制信号、写控制信号； 有的是发向CPU，如外设向CPU发出的中断申请信

5、号。 计算机组成与结构 1. 位 ( bit ) 2. 字节 ( Byte ) 3. 字和字长 (word) 4. 位编号 5. 指令、指令系统和程序 6. 寄存器 7. 译码器 有关术语 计算机组成与结构 1. 位 ( bit) l 指计算机能表示的最基本最小的单位 l 在计算机中采用二进制表示数据和指令，故： 位就是一个二进制位，有两种状态，“0” 和 “1” 2. 字节 ( Byte ) 相邻的8位二进制数称为一个字节 1 Byte = 8 bit 如： 1100 0011 0101 0111 计算机组成与结构 3字和字长 l 字长是每一个字所包含的二进制位数 。 常与CPU内部的寄存器

6、、 运算装置、 总线宽度一致 l 字是CPU内部进行数据处理的基本单位。 计算机组成与结构 例 某CPU内含 8位运算器，则： 参加运算的数及结果均以 8位 表示, 最高位产生的进位或借位在8位运算器中不保 存，而将其保存到标志寄存器中 1 0 1 1 0 1 0 1 被加数8位 + 1 0 0 0 1 1 1 1 加数8位 进位 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 和8位 PSW 标志寄存器 运 算 器 标志 寄存器 运 算 器 被加数 加数 和 进位 计算机组成与结构 字长是衡量CPU工作性能的一个重要参数。 不同类型的CPU有不同的字长。 如: Intel 400

7、4 是 4 位 8080 是 8 位 8088/ 8086/80286 是 16 位 80386/80486、Pentium 是 32 位 1010 1100 0110 0101 1001 1000 0100 0011 被加数 + 1100 0011 1100 0011 0001 0101 0101 1000 加数 进位 1 1 1111 1 111 1 1 0111 0000 0010 1000 1010 1101 1001 1011 和 4位 8次 8位 4次 16位 2次 32位 1次 计算机组成与结构 4. 位编号 为便于描述，对字节,字和双字中的各位进行编号。 从低位开始，从右到左依

8、次为 0、1、2 编号 76543210 10100010 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 字节 数据Data 地址Address 计算机组成与结构 D0D7D15D8 158 1010101010101010 70 A0A7A15A8 字的编号为15 0 计算机组成与结构 5. 指令、指令系统和程序 l 一个CPU能执行什么操作，是工程人员设计和制造 好的， 是固定的，用户不能改变。 l 指令是CPU能执行的一个基本操作。 如：取数、加、减、乘、除、存数 等 l 指令系统是CPU所能执行的全部操作。不同的CPU ，其指令系统不同

9、。 l 程序是用户在使用计算机时，为要解决的问题， 用一条条指令编写的指令的序列。构成程序的指令在 存储器中一般都是顺序存放，要破坏这种顺序性，必 须由转移指令操作。 计算机组成与结构 6寄存器 l 寄存器是用来存放数据和指令的一种基本逻辑部件。 l 根据存放信息的不同， 有指令寄存器、数据寄存器、地址寄存器等。 标 志 寄存器 地址总线 AB 数据总线 DB 控制总线 CB 指令寄存器 数据寄存器 控制电路 指令译码器 地 址 寄 存 器 指 令 指 针 寄存器 R1 R2 R3 R4 寄存器组 运 算 器 IP CPU 结构 示意图 计算机组成与结构 7译码器 l 译码器是将输入代码转换成

10、相应输出信号的逻辑电路。 指令是CPU能执行的一个基本操作; CPU的设计者对CPU的所有指令进行编码; 用户用编码形式的指令进行编程，程序存放在内存中; CPU从内存取来编码形式的指令, 对指令进行译码，发出执行该指令功能所需的信号 计算机组成与结构 第四章 主存储器 主存储器的中心地位 存储器是计算机系统的重要组成部分， 用它来存放程序和数据。 计算机组成与结构 l主存储器一般通过存储总线与外部连接， 如下图所示。存储总线由数据总线、地址总 线和控制总线三部分组成。 数据总线的宽度（总线的线数）实际上就是 存储器的字长，例如，在以字节为访问单位 的存储器中，数据总线的宽度为8位。目前， 一

11、般通用计算机系统的数据总线宽度为64位 或128位，甚至更宽。 图 主存储器与外部的连接 主存储器与外部的连接 l地址总线的宽度由存储器的存储容量决定。 如果存储器的容量为S，则地址总线的宽度为 , l例如，存储器的容量S256M，则存储器 的地址总线应该为28位。 主机内存 计算机组成与结构 4.2 存储器的分类按功能分类 v主存储器：和CPU直接交换信息。 v辅助存储器：外存储器。 主存速度快、容量小、每位的价 格高；辅存速度慢、容量大、每位价格 低。 v缓冲存储器：用于两个速度不同的部件 之间，起到缓冲作用。 计算机组成与结构 RAM （易失性） ROM(非易 失性） 静态存储器SRAM

12、 依靠双稳态电路内部交叉反馈的机制存储信息，只要不断电 ，信息是不会丢失的。速度快，容量小，功耗大，作CACHE。 动态存储器DRAM 依靠电容存储电荷的原理存储信息。功耗较小,容量大,速度 较慢,作内存。 掩膜式ROM（MROM） PROM EPROM E2PROM FLASH MEMORY(快擦除） 4.2 存储器的分类按存取方式分 非易失性半导体存储器 1. 1. 只读存储器（只读存储器（ROMROM） 掩模式ROM由芯片制造商在制造时写入内容，以后 只能读而不能再写入。其基本存储原理是以元件的“有 无”来表示该存储单元的信息（“1”或“0”），可以用二极 管或晶体管作为元件，其存储内容

13、是不会改变的。 2. 2. 可编程序的只读存储器（可编程序的只读存储器（PROMPROM） PROM可由用户根据自己的需要来确定ROM中的内容 ，常见的熔丝式PROM是以熔丝的接通和断开来表示所 存的信息为“1”或“0”。刚出厂的产品，其熔丝是全部接 通的。根据需要断开某些单元的熔丝（写入）。显而易 见，断开后的熔丝是不能再接通了，因而是一次性写入 的存储器。掉电后不会影响其所存储的内容。 3 3可可擦可编程序的只读存储器（擦可编程序的只读存储器（EPROMEPROM） 为了能修改ROM中的内容，出现了EPROM。 4. 4.可电擦可编程序只读存储器（可电擦可编程序只读存储器（E E 2 2

14、PROMPROM） E2PROM的编程序原理与EPROM相同，但擦除 原理完全不同，重复改写的次数有限制（因氧化层 被磨损），一般为10万次。 其读写操作可按每个位或每个字节进行，类似于 SRAM，但每字节的写入周期要几毫秒，比SRAM长 得多。E2PROM每个存储单元采则2个晶体管。其栅 极氧化层具有电擦除功能。 lEEPROM能够通过电信号直接实现读或写， 而且断电之后能够保存数据，那么它能否代替 RAM呢？ l答案是否定的。主要原因有两个：一是 EEPROM的写入速度特别慢，通常要比SRAM 或DRAM慢1000倍左右；第二个原因是 EEPROM的擦除次数是有限的，一般在几万次 。 5.

15、 5. 快擦除读写存储器（快擦除读写存储器（Flash MemoryFlash Memory） F1ash Memory是在EPROM与E2PROM基础上发 展起来的。 l闪速存储器（flash memory）也是依靠电 信号擦除的，可以写成Flash EPROM。与 EEPROM相比，Flash EPROM具有存储容量 大，价格便宜，功耗低等优点，但是，它只 能以块为单位擦除。 目前，Flash EPROM被大量用做存储卡 和硅盘等，在不久的将来，很有可能代替磁 盘存储器。 l在只读存储器中，最简单，也是最便宜的是掩模 ROM，简称为MROM（mask programmable ROM ）。

16、MROM中所存储的数据只能由生产厂家在生产 芯片的过程中写入，用户无法改写。 lEPROM（Erasable PROM）不仅可以由用户写 入程序或数据，而且允许擦除已经写入的内容。就 象用铅笔在纸上写了字之后，能够用橡皮完全擦干 净，又恢复成一张白纸。 l还有一种EPROM，它不用紫外线来擦除，直接 用电信号来擦除数据，称为EEPROM（Electricity Erasable PROM），或写作E2PROM。 EEPROM的价格通常要比EPROM贵，使用起 来实际上比EPROM方便，它可以按单个字节擦除 。如果把编程和擦除电路都做在机器内，就不需要 象EPROM那样反复插拔芯片了。 EEPROM能够通过电