计算机原理(理工)2

《计算机原理(理工)2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机原理(理工)2（81页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、计算机组成原理天津大学三存储器层次结构存储器用来存放程序和数据，在现代计算 机中，处于全机的中心地位。存储器系统的设计目标：尽可能快的存取 速度、尽可能大的存储空间和尽可能低的单位 成本。实现这些目标，采用多级结构的存储器系 统。即选用成本、容量和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 质处于不同地位，发挥不同作用，充分发挥各 自的优势，从而达到最优性价比，以满足使用 要求。计算机组成原理天津大学三级存储体系：容量较小但速度最快的 SRAM芯片组成高速缓存Cache，容量较大速 度适中的DRAM芯片组成主存，容量特大但速 度较慢的磁盘构成辅助存储器。实现以低廉价 格提供速

2、度接近于Cache，且具有外存的容量的 存储系统。 Cache主存层次 借助于辅助硬件，实现Cache和主存间的数据交换。 主存辅存层次借助辅助软、硬件实现 主存和辅存之间的信息交换。计算机组成原理天津大学多级存储器系统之间应满足2个原则：一致性原则：处在不同层次存储器中的同一 信息应保持相同的值。包含性原则：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副本（逐级包 含，越靠近CPU ，信息越少）。为什么能提高性价比？利用程序访问的局 部性原理，程序顺序执行比转移执行的比率要 高得多。现代计算机中的存储层次：寄存器、片内 Cache、二级（或三级） Cache、主存、辅存 。计算机

3、组成原理天津大学（一）存储器分类1按功能/容量/速度分类寄存器型存储器、高速缓冲存储器（Cache ）、主存储器、辅助存储器2按工作性质/存取方式分类随机访问存储器RAM、只读存储器ROM、 顺序访问存储器SAM（完全的串行访问存储 器、直接存取存储器DAM）3按存储介质分类半导体存储器、磁存储器、光存储器计算机组成原理天津大学4按信息保存时间分类易失性存储器、永久性存储器 （二）存储器的层次化结构层次：寄存器、Cache、主存、磁盘、光盘三级存储体系：Cache、主存、辅存多级存储体系：Cache有多级 （三）半导体随机存取存储器1SRAM存储器的工作原理用类似触发器保存信息，只要不断电，信

4、 息可长久保存。速度快、容量小计算机组成原理天津大学2，DRAM存储器的工作原理单管电路仅包含一个MOS管和一个小电容 ，依靠电容的充放电存信息0和1。容量大但 速度慢，需要刷新，外部接口复杂（刷新电 路） 性能静态态存储储器动态动态 存储储器(SRAM)(DRAM)存储储信息触发发器电电容破坏性读读出否是需要刷新否需要行列地址同时时送分两次送运行速度快慢集成度低高发热发热 量大小存储储成本高低计算机组成原理天津大学例：下列有关SRAM和DRAM的叙述中，不 正确的是（） SRAM和DRAM的存储机理相同，都采用 触发器记忆 DRAM的集成度不如SRAM高 SRAM不需要刷新，DRAM需定期刷

5、新 SRAM和DRAM都是随机读写存储器A仅 B仅 C仅 D仅计算机组成原理天津大学刷新目的刷新方式（按行进行，类似读操作）计算机组成原理天津大学例：已知动态MOS存储器的刷新周期为 2ms，如果某一存储器的读/写周期为0.5s， 行地址为8位，该存储器可采用集中、分散和 异步三种刷新方式，分别计算每一种刷新方式 的刷新和读/写各占用多少时间？集中：刷新占用256*0.5s读写占用2000- 256*0.5s分散：刷新占用256*0.5s，只需256s 即可将整个存储器刷新一遍，在2ms内可进行 多次刷新。 异步：2000/256=7.8125s ，每 7.8125s有0.5s用于刷新，其余读

6、写。计算机组成原理天津大学（四）只读存储器（非易失）ROM 、PROM、 EPROM 、 EEPROM、 FLASH MEMORYEPROM：所存信息可用紫外线仪擦除。 可以多次擦除，多次写入。写入后作为ROM使用。EEPROM：这种擦除无需紫外线光源，只需加上一定的脉冲。FLASH MEMORY：它也属于E2PROM，但不提供字节擦除方式，可以进行块擦除。计算机组成原理天津大学16(10).下列有关RAM和ROM得叙述中正确的 是()I RAM是易失性存储器，ROM是非易失性 存储器II RAM和ROM都是采用随机存取方式进行 信息访问III RAM和ROM都可用做CacheIV RAM和R

7、OM都需要进行刷新A. 仅I和II B. 仅II和III C. 仅I ，II， IIID. 仅II，III，IV计算机组成原理天津大学（五）主存与CPU的连接地址、数据、 控制信号地址总线位数决定可寻址的最大主存空间 数据总线位数与总线工作频率 乘积与该总线的数据吞吐能力成正比 控制总线指出总线周期类型和本次读写操作完成时刻 例：某计算机字长32位，其存储容量为256MB,若 按单字编址，它的寻址范围是（）A 32MB B 64MB C 225单元 D 226单元主存储器的读写过程CPU read write存储储器Ready地址总线总线数据总线总线控制总线总线计算机组成原理天津大学主存储器的

8、技术指标：存取时间，读写一个存储单元所需的时间存储周期，连续两次读写存储单元所需的 时间间隔存储容量，存储器所能够容纳的二进制信 息的容量，常以字节（Byte）为单位（按字节 编址）。多数计算机能支持按字节或字（2、4、8个 字节）读写存储器。计算机组成原理天津大学RAM组织：选用已有芯片构建存储器1） RAM芯片的并联（位扩展）2 22） RAM芯片的串联（字扩展）28 43） RAM芯片的混联（字、位扩展）2 计算机组成原理天津大学10计算机组成原理天津大学由图可见，A0A10用来选择芯片内部地址 （2K），A1 A1用来选择4个（页）2KB RAM之一。A1A1=00，选择第0页（020

9、47单元）A1A1=01，选择第1页（20484095单元）A1A1=10，选择第2页（40966143单元）A1A1=11，选择第3页（61448191单元）计算机组成原理天津大学例：某半导体存储器容量32K8位，其 中ROM区8K8位，用4K4位的ROM芯片组 成；RAM区24K8位，用8K8位的RAM芯片 组成（ROM安排在内存的低端，RAM紧靠 ROM）,请回答：1）两种类型的芯片各需多少片？并写出各 芯片的地址范围(用十六进制表示)。2）说明如何使用译码器实现芯片片选（包 括译码器的输入端应连接的地址线位数及输出 端与每个芯片的片选如何连接）？计算机组成原理天津大学1）ROM芯片需4

10、片，RAM芯片需3片 地址分配 ROM1ROM2 0000-0FFFHROM3ROM4 1000H-1FFFHRAM1 2000H-3FFFHRAM2 4000H-5FFFHRAM3 6000H-7FFFH 2）38译码器的输入接地址线A14A13A12输出 000接ROM1ROM2的片选001接ROM3ROM4的片选010、011接RAM1的片选100、101接RAM2的片选110、111接RAM3的片选计算机组成原理天津大学15(09), 某计算机主存容量为64KB。其中 ROM区为4KB，其余为RAM区，按字节编址 。现在要用2K*8位的ROM芯片和4K*4位的 RAM芯片来设计该存储器

11、，则需要上述规格 的ROM芯片数和RAM芯片数分别是 A.1、15 B.2、15 C.1、30 D.2、30 解： ROM 4KB， RAM 60KB4K*8/ 2K*8=260K*8/ 4K*4=30计算机组成原理天津大学15(10).假定用若干个2K x 4位芯片组成一个8K x 8为存储器，则0B1FH所在芯片的最小地址是()A.0000H B.0600H C.0700H D.0800H1) 0000 0000 0000 0000 0000H0000 0111 1111 1111 07FFH2) 0000 1000 0000 0000 0800H0000 1111 1111 1111 0

12、FFFH3) 0001 0000 0000 0000 1000H0001 0111 1111 1111 17FFH4) 0001 1000 0000 0000 1800H0001 1111 1111 1111 1FFFH计算机组成原理天津大学（六）双口RAM和多模块存储器双口RAM ：两套相互独立的读写电路， 具有双端口输出功能。双端口存储器所以能进行高速读写操作， 是因为采用两套相互独立的读写电路。当双端口存储器的左右端口的地址码相同 时，会发生读写冲突，数据码相同没有问题。计算机组成原理天津大学提高存储器性能途径:1）主存的并行读写技术一个工作周期主存可以读出多个主存字。两种方案：一体多字

13、方案优点：通过加宽每个主存单元的宽度，使 每个主存单元同时存储几个主存字，每次读 操作能够同时读出几个主存字，使得读出一 个主存字的计算机组成原理天津大学平均读出时间变为原来的几分之一。缺点：每次读出的几个主存字需要一个位 数足够多的寄存器缓存，等待数据总线，分几 次被传送。数据总线计算机组成原理天津大学多体交叉编址技术（多模块存储器）将主存储器分成几个能独立读写、容量相同 、字长为一个主存字的存储体，通过合理的组织 ，使几个存储体协同动作，从而提供比单个存储 体更高的读写速度。两种读写方式：同一个读写周期同时启动 所有体的读写操作（低位交叉编址）；顺序轮流 启动各自的读写周期（高位交叉编址）

14、。低位交叉编址方式，把连续的主存字分配到 不同的存储体中。计算机组成原理天津大学0低位交叉编址使得低位地址经过译码后选 择不同的存储体，依据程序运行的局部性原理 ，则各个存储体就可以并行工作，大大提高了 主存的访问速度。计算机组成原理天津大学多模块交叉编址存储器带宽： 假设：存储器模块字长等于数据总线宽度模块存取一个字的存储周期为T总线传送周期为c交叉存储器的模块数为m低位交叉编址存储器可以在一个存储周期T同时 读出m个字，第一个可直接送数据总线。但由于数据 在总线的传输需要时间c，所以第一个字取出以后需 经过时间c才能传送第二个字。所以连续读取m个字所需时间为：以保证启动某模块后经mc时间再

15、次启动该模块时，它的上次操作已经完成，计算机组成原理天津大学例：设交叉存储器容量为1MB，字长64位，模块 数为4，存储周期200ns，数据总线宽度64位，总 线传送周期50ns，当连续读出4个字时，该存储器的带宽是（）A 320Mb/s B 320MB/s C 730Mb/s D 730MB/st=200+3*50=350ns传送信息量64*4=256b 带宽=256b/(350*10-9)=730Mb/s 顺序执行t=200*4带宽=256b/(800*10-9)=320Mb/s计算机组成原理天津大学2)支持成组数据传送成组数据传送方式是指用于提高在数据总线 上的数据传送能力的一种技术，即通过地址总 线传送一次地址后，能连续在数据总线上传送 多个（1组）数据。 （七）高速缓存Cache是为了解决CPU与主存速度不匹配的 问题，在CPU与主存之间设置的一个高速度小 容量的存储器。Cache通常用高速的SRAM组成，它能高速地计算机组成原理天津大学向CPU提供指令和数据，从而加