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1、系系统统总总线线存储器存储器 运算器运算器 控制器控制器 接口与通信接口与通信 输入输入/输出设备输出设备 计算机组成原理计算机组成原理 第四章第四章 存储器存储器复习与作业复习与作业第第4章章 存储器存储器 4.4 辅助存储器（不讲了）辅助存储器（不讲了）演讲演讲 下下周第一次课下下周第一次课 （23、24日）日）题目：题目：任意（只要是有关辅助存储器的）任意（只要是有关辅助存储器的）内容：内容：关于关于辅助存储器辅助存储器的分类、工作原理、先进技术等等的分类、工作原理、先进技术等等 可以从书中可以从书中4.4中选取内容，也可以从网上自己搜索整理。中选取内容，也可以从网上自己搜索整理。 （例
2、如：硬盘、光盘工作原理、读取方式、主流产品、（例如：硬盘、光盘工作原理、读取方式、主流产品、 主要型号参数的说明等等，主要型号参数的说明等等， 移动硬盘，磁盘阵列先进存储设备的技术应用与发展）移动硬盘，磁盘阵列先进存储设备的技术应用与发展）要求：要求：每小班四名同学每小班四名同学（只能多不能少）（只能多不能少） 每人每人6分钟（大概分钟（大概10张张PPT左右），准备充分，讲述流利。左右），准备充分，讲述流利。 凡演讲者，期末考试卷面成绩凡演讲者，期末考试卷面成绩 + 5分。分。 第四章第四章 存储器存储器1、存储器的分类、存储器的分类2、存储器的层次结构（三级存储系统）、存储器的层次结构（三
3、级存储系统）3、主存储器（内存、主存储器（内存 Main memory） 4、高速缓冲存储器（、高速缓冲存储器（Cache）5、虚拟存储器（、虚拟存储器（Virtual Memory）6、相联存储器（了解）、相联存储器（了解）辅助存储器辅助存储器DRAM与与SRAM的比较的比较 P87DRAM利用电容存储电荷来保存数据，使用时需不断给电容充电。利用电容存储电荷来保存数据，使用时需不断给电容充电。 （用于大容量存储器，内存）（用于大容量存储器，内存）优点：优点：1）集成度高：）集成度高：使用单管存储位，集成度高，存储容量大；使用单管存储位，集成度高，存储容量大；2）体积小：）体积小： DRAM的
4、地址是分批进入的，引脚数少，封装尺寸小；的地址是分批进入的，引脚数少，封装尺寸小；3）成本低：）成本低： 大约只有大约只有SRAM的的1/4；4）功耗小：）功耗小： 由于使用动态元件，所需功率大约只有由于使用动态元件，所需功率大约只有SRAM的的1/6。缺点：缺点：1）速度低：）速度低： 由于使用动态元件，它的速度比由于使用动态元件，它的速度比SRAM要低。要低。2）需要刷新：）需要刷新： DRAM需要需要刷新刷新，不仅浪费时间还需要有配套电路。，不仅浪费时间还需要有配套电路。SRAM利用双稳态触发器来保存数据，只要不断电，数据是不会丢失的。利用双稳态触发器来保存数据，只要不断电，数据是不会丢
5、失的。 状态稳定状态稳定、接口简单接口简单、速度快速度快、 但是但是集成度低集成度低、成本高成本高、功耗较大功耗较大， （用于小容量高速存储器、（用于小容量高速存储器、Cache）简单回顾：简单回顾：RAM与与ROM简单回顾：简单回顾：RAM与与ROMDRAM在原理和结构上与在原理和结构上与CPU接口时，有两种特殊的问题应该考虑：接口时，有两种特殊的问题应该考虑：1、刷新问题、刷新问题：需要增加刷新电路：需要增加刷新电路2、地址信号输入问题：、地址信号输入问题：由于由于DRAM集成度高，存储容量大，引脚数量集成度高，存储容量大，引脚数量 太多，所以地址的输入一般采用太多，所以地址的输入一般采用
6、两路锁存方式（地址线复用）两路锁存方式（地址线复用）。分两次送地址：分两次送地址：先先送行地址，送行地址，后后送列地址。送列地址。列地址列地址 行地址行地址行地址译码器行地址译码器列地址译码器列地址译码器锁锁存存地址总线地址总线 A19-A0A9-A0A19-A10A9-A0/RAS/CAS采用更高速的主存或加长存储器字长采用更高速的主存或加长存储器字长为了提供为了提供CPU的工作效率，的工作效率，主存读写操作是关键。主存读写操作是关键。存储器是整个计算机系统的瓶颈，存储器速度提高，整体性能提高。存储器是整个计算机系统的瓶颈，存储器速度提高，整体性能提高。可以采取一些加速可以采取一些加速CPU
7、和主存之间的有效传输措施提高存储器的速度。和主存之间的有效传输措施提高存储器的速度。加速加速CPU和主存和主存之间有效之间有效传输措施传输措施采用双端口存储器采用双端口存储器采用交叉存储器采用交叉存储器采用采用Cache3.5 提高主存储器性能的技术提高主存储器性能的技术3.1、主存储器概述、主存储器概述3.2、主存储器构成、主存储器构成3.3、主存储器扩展、主存储器扩展3.4、主存储器与、主存储器与CPU的连接的连接3.5、提高主存储器性能的技术、提高主存储器性能的技术 3.5.1、提高主存的制造技术、提高主存的制造技术 3.5.2、单体双端口存储器、单体双端口存储器 3.5.3、单体多字存
8、储器、单体多字存储器 3.5.4、多体并行存储器、多体并行存储器 3、主存储器、主存储器角度二：提高角度二：提高存储体系结构存储体系结构角度一：硬件角度一：硬件提高元器件提高元器件3.5.1、提高主存的制造技术、提高主存的制造技术作为计算机主存的作为计算机主存的DRAM问世以来，存储技术不断提高先后出现了：问世以来，存储技术不断提高先后出现了：1）FPM DRAM Fast Page Mode DRAM 快速页模式快速页模式DRAM FPMDRAM假定下一个所需数据处于同一行的下一列。假定下一个所需数据处于同一行的下一列。 发出行选信号，选中某一行，保持行选信号不撤消，发出行选信号，选中某一行
9、，保持行选信号不撤消， 然后连续发出列选信号，选中某一列。然后连续发出列选信号，选中某一列。 这样，减少了重复行选信号的时间，提高数据读写速度。这样，减少了重复行选信号的时间，提高数据读写速度。 （正常读写：正常读写：行选，列选，读写，行选，列选，读写行选，列选，读写，行选，列选，读写） （改进读写：改进读写：行选，列选，读写，列选，读写，列选行选，列选，读写，列选，读写，列选） 广泛应用在：广泛应用在：486、586计算机中。计算机中。行选信号行选信号列选信号列选信号列选信号列选信号列选信号列选信号列选信号列选信号2）EDODRAM Extended Data Out 扩展数据输出扩展数据输
10、出DRAM 它是对它是对FPMDRAM的简单扩充，增加了少量逻辑电路。的简单扩充，增加了少量逻辑电路。 对对DRAM的输出增加一组的输出增加一组“门槛门槛”电路电路（二级缓冲单元），（二级缓冲单元）， 这些电路用来存储数据并保持。这些电路用来存储数据并保持。 因此，不必等待当前读写完成，即可以启动下一个读写操作，因此，不必等待当前读写完成，即可以启动下一个读写操作， 直到直到CPU可靠的读走数据。可靠的读走数据。 正常读写：正常读写：行选，列选，读数据（待读周期完成），行选，列选，读数据（待读周期完成）， 行选，列选，读数据（待读周期完成）行选，列选，读数据（待读周期完成） 改进读写：改进读写
11、：行选，列选，读数据给二级缓冲单元（不等读周期完成），行选，列选，读数据给二级缓冲单元（不等读周期完成）， 行选，列选，读数据给二级缓冲单元（不等读周期完成），行选，列选，读数据给二级缓冲单元（不等读周期完成）， 3.5.1、提高主存的制造技术、提高主存的制造技术3）SDRAM Synchronous DRAM 同步动态存储器同步动态存储器 SDRAM 的最大的特点：的最大的特点：与与CPU的外频同步的外频同步。 SDRAM在在同步脉冲同步脉冲的控制下工作，取消了主存等待时间，减少了的控制下工作，取消了主存等待时间，减少了 数据传送的延迟时间，因而加快了系统速度。数据传送的延迟时间，因而加快了
12、系统速度。 SDRAM基于基于双存储体结构双存储体结构，内含，内含两个交错的存储矩阵（两个存储体）两个交错的存储矩阵（两个存储体） 当当CPU从一个存储体访问数据的同时，另一个已经准保好读写数据。从一个存储体访问数据的同时，另一个已经准保好读写数据。 通过两个存储矩阵的紧密配合，读取效率得到成倍提高。通过两个存储矩阵的紧密配合，读取效率得到成倍提高。 工作频率达到工作频率达到100MHz，133MHz。3.5.1、提高主存的制造技术、提高主存的制造技术4）DDR SDRAM Double Data Rate SDRAM 双速率双速率SDRAM DDR SDRAM 的核心建立在的核心建立在SDR
13、AM的基础上。的基础上。 主要区别是：主要区别是：DDR能在能在时钟脉冲时钟脉冲的的上升沿上升沿和和下降沿下降沿读出数据，读出数据， 不必提高时钟频率就能成倍的提高不必提高时钟频率就能成倍的提高SDRAM的速度。的速度。 DDR SDRAM 工作频率工作频率 200MHz， 266MHz，333Mhz， 400Mhz，500Mhz。DDR是是184pin脚脚3.5.1、提高主存的制造技术、提高主存的制造技术第一代第一代DDR的发展走到了技术的极限，的发展走到了技术的极限，已经很难通过常规办法提高内存的工作速度已经很难通过常规办法提高内存的工作速度5）DDR2 Double Data Rate
14、2 SDRAM 是由是由JEDEC（电子设备工程联合委员会）进行开发的新生代内存（电子设备工程联合委员会）进行开发的新生代内存 技术标准，它与上一代技术标准，它与上一代DDR内存技术标准最大的不同就是，虽然内存技术标准最大的不同就是，虽然 同是采用了在时钟的同是采用了在时钟的上升上升/下降延下降延同时进行数据传输的基本方式，同时进行数据传输的基本方式， 但但DDR2内存却拥有内存却拥有两倍于上一代两倍于上一代DDR内存预读取能力内存预读取能力 （即：（即：4bit 数据读预取）。数据读预取）。 换句话说，换句话说，DDR2内存每个时钟能够以内存每个时钟能够以4倍外部总线的速度读倍外部总线的速度
15、读/写数据，写数据， 并且能够以内部控制总线并且能够以内部控制总线4倍的速度运行。倍的速度运行。 DDR和和DDR2内存不能同时在主板上使用，内存不能同时在主板上使用，因为：它们的工作频率不同，插槽不同。因为：它们的工作频率不同，插槽不同。533Mhz以上都是以上都是DDR2DDR2是是240pin脚脚3.5.1、提高主存的制造技术、提高主存的制造技术6）DDR3时代时代DDR3相比起相比起DDR2有更低的工作电压，有更低的工作电压， 从从DDR2的的1.8V降落到降落到1.5V，性能更好更为省电；性能更好更为省电；DDR2的的4bit预读升级为预读升级为8bit预读。预读。DDR3目前最高能
16、够达到目前最高能够达到2000Mhz的速度。的速度。尽管目前最为快速的尽管目前最为快速的DDR2内存速度已经提升到内存速度已经提升到800Mhz/1066Mhz的速的速度，但是度，但是DDR3内存模组会从内存模组会从1066Mhz起跳。起跳。3.5.1、提高主存的制造技术、提高主存的制造技术数据传输速率数据传输速率 3.5.1、提高主存的制造技术、提高主存的制造技术3.1、主存储器概述、主存储器概述3.2、主存储器构成、主存储器构成3.3、主存储器扩展、主存储器扩展3.4、主存储器与、主存储器与CPU的连接的连接3.5、提高主存储器性能的技术、提高主存储器性能的技术 3.5.1、提高主存的制造技术、提高主存的制造技术 3.5.2、单体双端口存储器、单体双端口存储器 3.5.3、单体多字存储器、单体多字存储器 3.5.4、多体并行存储器、多体并行存储器 3、主存储器、主存储器角度二：提高角度二：提高存储体系结构存储体系结构角度一：硬件角度一：硬件提高元器件提高元器件3.5.2、单体双端口存储器、单体双端口存储器 传统存储器是传统存储器是单端口存储器：单端口存储器：每次只接收一个地址，访问
