计算机组成原理ch课件

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1、第二章第二章 存储系统存储系统n n2.1 存储器概述n n2.2 主存储器n n2.3 高速缓冲存储器(Cache)n n2.4 辅助存储器n n2.5 小型案例实训n n2.6 本章小结n n2.7 学习加油站计算机组成原理ch课件磁盘磁盘 磁带磁带 光盘光盘 高速缓冲存储器（高速缓冲存储器（Cache）Flash Memory存存储储器器主存储器主存储器辅助存储器辅助存储器MROMPROMEPROMEEPROMRAMROM静态静态 RAM动态动态 RAM一、存储器的分类1. 1. 按存储器在计算机系统中的作用分类按存储器在计算机系统中的作用分类2.1 存储器概述存储器概述计算机组成原理c

2、h课件(1) 存取时间与物理地址无关（随机访问）存取时间与物理地址无关（随机访问） 顺序存取存储器顺序存取存储器SAM 磁带磁带(2) 存取时间与物理地址有关（串行访问）存取时间与物理地址有关（串行访问） 随机存储器随机存储器RAM 只读存储器只读存储器ROM 直接存取存储器直接存取存储器DAM 磁盘磁盘在程序的执行过程中在程序的执行过程中 可可 读读 可可 写写在程序的执行过程中在程序的执行过程中 只只读读2.1 存储器概述存储器概述2. 按存放方式分类计算机组成原理ch课件2.1 存储器概述存储器概述3. 按存储介质分类(1) 半导体存储器半导体存储器(2) 磁表面存储器磁表面存储器(3)

3、 磁芯存储器磁芯存储器(4) 光盘存储器光盘存储器易失易失TTL 、MOS磁头、载磁体磁头、载磁体硬磁材料、环状元件硬磁材料、环状元件激光、磁光材料激光、磁光材料非非易易失失计算机组成原理ch课件2.1 存储器概述存储器概述4. 按信息的可保存性分类n n易失性存储器：断电后存储信息即消失的存储器，易失性存储器：断电后存储信息即消失的存储器，如半导体如半导体RAMRAM。n n非易失性存储器：断电后信息仍然保存的存储器，非易失性存储器：断电后信息仍然保存的存储器，称。例如，称。例如，ROMROM、磁芯存储器、磁表面存储器和、磁芯存储器、磁表面存储器和光存储器。光存储器。n n破坏性读出：如果某

4、个存储单元所存储的信息被读破坏性读出：如果某个存储单元所存储的信息被读出时，原存信息将被破坏，必须紧接一个重写出时，原存信息将被破坏，必须紧接一个重写( (再再生生) )的操作。的操作。n n非破坏性读出：单元原存信息不被破坏。非破坏性读出：单元原存信息不被破坏。计算机组成原理ch课件2.1 存储器概述存储器概述二、 存储器的层次结构高高低低小小大大快快慢慢外外存存寄存器寄存器缓存缓存主存主存磁盘磁盘光盘光盘磁带磁带光盘光盘磁带磁带速度速度容量容量 价格价格 位位CPUCPU主主机机计算机组成原理ch课件2.1 存储器概述存储器概述三、存储器的主要技术指标n n存储容量存储容量n n存取时间存

5、取时间 n n存储周期存储周期n n存储器带宽存储器带宽单位字数或字节数单位字数或字节数(B) (B) ，如，如64KB64KB、512KB512KB、64MB64MB 一次读操作命令发出到该操作完成，将一次读操作命令发出到该操作完成，将数据读出到数据总线上所经历的时间。数据读出到数据总线上所经历的时间。连续启动两次读操作所需间隔的最小时间。连续启动两次读操作所需间隔的最小时间。单位时间内存储器所存取的信息量，单位时间内存储器所存取的信息量，通常以位通常以位/ /秒或字节秒或字节/ /秒为度量单位。秒为度量单位。计算机组成原理ch课件2.2 主存储器主存储器一、半导体存储器的分类 1. 1.

6、随机存取存储器（随机存取存储器（RAMRAM）NV-RAMNV-RAM芯片使用了下面的技术：芯片使用了下面的技术：(1) (1) 它用由它用由CMOSCMOS构成的功耗极低的构成的功耗极低的SRAMSRAM存储单元。存储单元。(2(2）内部使用锂电池作为后备电源。）内部使用锂电池作为后备电源。(3) (3) 使用一个智能控制电路。使用一个智能控制电路。 静态静态 RAM动态动态 RAM非易失性存储器非易失性存储器(NV-RAM)RAMRAM计算机组成原理ch课件2.2 主存储器主存储器2. 只读存储器（ROM）MROMPROMEPROMROMEEPROMFlashROM计算机组成原理ch课件2

7、.2 主存储器主存储器二、随机存取寄存器（RAM）结构1. 1. 半导体存储芯片的基本结构半导体存储芯片的基本结构半导体存储芯片的基本结构半导体存储芯片的基本结构芯片容量芯片容量译译码码驱驱动动存存储储矩矩阵阵读读写写电电路路1K 4位位16K 1位位8K 8位位地址线地址线（单向）（单向）数据线数据线（双向）（双向）104141138计算机组成原理ch课件2.2 主存储器主存储器2. SRAM读写周期波形图计算机组成原理ch课件2.2 主存储器主存储器3. 动态存储器(DRAM) 1)DRAM存储元的记忆原理计算机组成原理ch课件2.2 主存储器主存储器2)DRAM芯片的逻辑结构计算机组成原

8、理ch课件2.2 主存储器主存储器n n动态存储器的刷新方式通常有以下几种：(1)(1)集中式刷新方式集中式刷新方式(2)(2)分散式刷新方式分散式刷新方式 (3)(3)异步式刷新方式异步式刷新方式计算机组成原理ch课件2.2 主存储器主存储器n n动态存储器动态存储器(DRAM)(DRAM)和静态存储器和静态存储器(SRAM)(SRAM)的比较的比较n n(1)(1)集成度集成度 在同样的大小的芯片中，动态在同样的大小的芯片中，动态RAMRAM的集成的集成度远高于静态度远高于静态RAMRAM；n n(2)(2)封装尺寸封装尺寸 动态动态RAMRAM行、列地址按先后顺序输送，行、列地址按先后顺

9、序输送，减少了芯片引脚，封装尺寸也减少；减少了芯片引脚，封装尺寸也减少；n n(3)(3)功耗功耗 动态动态RAMRAM的功耗仅为静态的功耗仅为静态RAMRAM的；的；n n(4)(4)价格价格 动态动态RAMRAM的价格仅为静态的价格仅为静态RAMRAM的。因此，的。因此，随着动态随着动态RAMRAM容量不断扩大，速度不断提高，它被广容量不断扩大，速度不断提高，它被广泛应用于计算机的主存；泛应用于计算机的主存；n n(5)(5)存储元件存储元件 动态动态RAMRAM使用电容，因此它的速度比静使用电容，因此它的速度比静态态RAMRAM低；低；n n(6)(6)刷新刷新 动态动态RAMRAM需要

10、再生，故需配置再生电路，也需要再生，故需配置再生电路，也需要消耗一部分功率。通常，容量不大的高速存储器需要消耗一部分功率。通常，容量不大的高速存储器大多用静态大多用静态RAMRAM实现。实现。计算机组成原理ch课件2.2 主存储器主存储器三、只读存储器（ROM）结构 1. 掩膜ROM 2. 可编程ROM(1) EPROM(1) EPROM( 2)EPROM( 2)EPROM(3) EEPROM(3) EEPROM(4)FlashROM(4)FlashROM计算机组成原理ch课件2.2 主存储器主存储器四、存储器与CPU的连接方法 1. 存储容量的扩展n n(1)(1)位扩展位扩展n n(2)(

11、2)字扩展字扩展n n(3)(3)字、位扩展字、位扩展计算机组成原理ch课件 (1) 位扩展位扩展（增加存储字长）（增加存储字长） 用用 2片片 1K 4位位 存储芯片组成存储芯片组成 1K 8位位 的存储器的存储器10根地址线根地址线8根数据线根数据线DDD0479AA021142114CSWE计算机组成原理ch课件 (2) 字扩展（增加存储字的数量）字扩展（增加存储字的数量） 用用 2片片 1K 8位位 存储芯片组成存储芯片组成 2K 8位位 的存储器的存储器11根地址线根地址线8根数据线根数据线 1K 8位位 1K 8位位D7D0WEA1A0A94.2CS0A10 1CS1计算机组成原理

12、ch课件 (3) 字、位扩展字、位扩展用用 8片片 1K 4位位 存储芯片组成存储芯片组成 4K 8位位 的存储器的存储器8根数据线根数据线12根地址线根地址线WEA8A9A0.D7D0A11A10CS0CS1CS2CS3片选片选译码译码.4.21K41K41K41K41K41K41K41K4计算机组成原理ch课件2.2 主存储器主存储器2. 存储器与CPU的连接(1)(1)地址线的连接地址线的连接(2)(2)数据线的连接数据线的连接(3)(3)读写命令线的连接读写命令线的连接 (4)(4)片选线的连接片选线的连接(5)(5)合理选择存储芯片合理选择存储芯片例题MDRCPU主主 存存读读数据总

13、线数据总线地址总线地址总线写写片选片选计算机组成原理ch课件2.2 主存储器主存储器【例【例2.22.2】设】设CPUCPU有有1616根地址线，根地址线，8 8根数据线，并用作访根数据线，并用作访存控制信号存控制信号( (低电平有效低电平有效) )，用作读，用作读/ /写控制信号写控制信号( (高高电平为读，低电平为写电平为读，低电平为写) )。现有下列存储芯片：。现有下列存储芯片：1K41K4位位RAMRAM；4K84K8位位RAMRAM；8K88K8位位RAMRAM；2K82K8位位ROMROM；4K84K8位位 ROM ROM；8K88K8位位ROMROM及及74LSl3874LSl3

14、8译码器和各译码器和各种门电路，如图种门电路，如图2-172-17所示。画出所示。画出CPUCPU与存储器的连接与存储器的连接图，要求：图，要求： 主存地址空间分配：主存地址空间分配： 6000H 6000H67FFH67FFH为系统程序区：为系统程序区： 6800H 6800H6BFFH6BFFH为用户程序区。为用户程序区。 合理选用上述存储芯片，说明各选几片？合理选用上述存储芯片，说明各选几片？ 详细画出存储芯片的片选逻辑图。详细画出存储芯片的片选逻辑图。计算机组成原理ch课件解解: : (1) 写出对应的二进制地址码写出对应的二进制地址码(2) 确定芯片的数量及类型确定芯片的数量及类型0

15、 1 1 00 0 0 00 0 0 00 0 0 0A15A14A13 A11 A10 A7 A4 A3 A00 1 1 00 1 1 11 1 1 11 1 1 10 1 1 01 0 0 00 0 0 00 0 0 00 1 1 01 0 1 11 1 1 11 1 1 12K8位位1K8位位4.2系统程序区系统程序区用户程序区用户程序区2片片1K4位位1片片 2K8位位计算机组成原理ch课件(3) 分配地址线分配地址线A10 A0 接接 2K 8位位 ROM 的地址线的地址线A9 A0 接接 1K 4位位 RAM 的地址线的地址线(4) 确定片选信号确定片选信号C BA0 1 1 0

16、0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0A15 A13 A11 A10 A7 A4 A3 A00 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 12K 8位位1片片 ROM1K 4位位2片片RAM计算机组成原理ch课件 2K 8位位 ROM 1K 4位位 RAM1K 4位位 RAM&Y5Y4G1CBAG2BG2AMREQA14A15A13A12A11A10A9A0D7D4D3D0WR计算机组成原理ch课件2.2 主存储器主存储器五、提高访存速度的措施1.

17、存储体系结构上的改进 (1)高速缓冲存储器(Cache) (2)并行主存储器系统n n1) 1) 单体多字并行主存系统单体多字并行主存系统n n2) 2)多体交叉存取方式的并行主存系统多体交叉存取方式的并行主存系统 多体交叉存多体交叉存取方式适合于流水线的处理方式取方式适合于流水线的处理方式计算机组成原理ch课件1) 单体多字系统单体多字系统 W位位W位位W位位W位位W位位地址寄存器地址寄存器主主存存控控制制部部件件. . . . . . . . . . .单字长寄存器单字长寄存器 数据寄存器数据寄存器 存储体存储体 增加存储器的带宽增加存储器的带宽 计算机组成原理ch课件2) 多体并行系统多

18、体并行系统(a) 高位交叉高位交叉 各个体并行工作各个体并行工作M0地址地址01n1M1nn+12n1M22n2n+13n1M33n3n+14n1地址译码地址译码体内地址体内地址体号体号计算机组成原理ch课件(2) 低位交叉低位交叉M0地址地址044n4M1154n3M2264n2M3374n1地址译码地址译码 体号体号体内地址体内地址各个体轮流编址各个体轮流编址计算机组成原理ch课件2.2 主存储器主存储器2. 存储芯片设计上的改进(1)(1)同步型动态存储器同步型动态存储器(SDRAM)(SDRAM)(2)(2)双倍速率双倍速率SDRAM(DDR SDRAM)SDRAM(DDR SDRAM

19、)(3)Direct Rambus DRAM(Direct RDRAM)(3)Direct Rambus DRAM(Direct RDRAM)(4)(4)同步链接内存同步链接内存SLDRAM(SyncLink DRAM)SLDRAM(SyncLink DRAM)(5)(5)虚拟信道内存虚拟信道内存(Virtual Channel DRAM)(Virtual Channel DRAM)计算机组成原理ch课件2.3 高速缓冲存储器高速缓冲存储器(Cache)一、Cache的功能与基本原理1. 1.程序的程序的程序的程序的局部局部局部局部性原理性原理性原理性原理 : :时间、空间时间、空间2.Cac

20、he2.Cache的位置的位置的位置的位置：CPUCPU与内存之间与内存之间3. 3.思想思想思想思想：利用了：利用了SRAMSRAM的速度优势和的速度优势和DRAMDRAM的高集成度、低功的高集成度、低功耗及低成本的特点耗及低成本的特点 4. 4.作用作用作用作用：解决：解决CPUCPU与主存之间速度不匹配而采用的一项重要与主存之间速度不匹配而采用的一项重要技术，从而达到提高技术，从而达到提高CPUCPU访存的速度目的访存的速度目的计算机组成原理ch课件2.3 高速缓冲存储器高速缓冲存储器(Cache)5.Cache的基本原理 访问访问Cache取出信息送取出信息送CPU 访问主存访问主存取

21、出信息送取出信息送CPU将新的主存块将新的主存块调入调入Cache中中执行替换算法执行替换算法 腾出空位腾出空位 结束结束命中？命中？Cache满？满？CPU发出访问地址发出访问地址 开始开始YNYN读读计算机组成原理ch课件2.3 高速缓冲存储器高速缓冲存储器(Cache)二、Cache存储器的地址映像1. 1.全相连映像全相连映像2. 2.直接映像直接映像3. 3.组相连映像组相连映像计算机组成原理ch课件1. 全相联映象全相联映象主存主存 中的中的 任一块任一块 可以映象到可以映象到 缓存缓存 中的中的 任一块任一块字块字块字块字块2 2mm1 1字块字块字块字块2 2c c1 1字块字

22、块字块字块1 1 字块字块字块字块0 0字块字块字块字块2 2c c1 1字块字块字块字块1 1字块字块字块字块0 0标记标记标记标记标记标记主存字块标记主存字块标记 字块内地址字块内地址主存地址主存地址Cache 存储器存储器主存储器主存储器 字块字块字块字块0 0计算机组成原理ch课件块0Cache块1块Cb-1块0块1块i块Mb-1主存储器全相联映象方式计算机组成原理ch课件 字块字块字块字块2 2mm1 1 字块字块字块字块2 2c c+1+1 字块字块字块字块2 2c c+1+11 1 字块字块字块字块2 2c c +1+1 字块字块字块字块2 2c c 字块字块字块字块2 2c c

23、1 1 字块字块字块字块1 1 字块字块字块字块0 0主存储体主存储体 字块字块字块字块 1 1 标记标记标记标记 字块字块字块字块 0 0 标记标记标记标记字块字块字块字块 2 2c c1 1标记标记标记标记Cache存储体存储体t位位01C1 字块字块字块字块字块地址字块地址字块地址字块地址 主存字主存字主存字主存字 块标记块标记块标记块标记t 位位c 位位b 位位主存地址主存地址 比较器（比较器（t位）位）= 不命中不命中有效位有效位=1？*m位位 Cache内地址内地址否否是是命中命中2. 直接映象直接映象每个缓存块每个缓存块 i 可以和可以和 若干若干 个个 主存块主存块 对应对应每

24、个主存块每个主存块 j 只能和只能和 一一 个个 缓存块缓存块 对应对应i = j mod C4.3 字块字块字块字块2 2c c+1+1 字块字块字块字块2 2c c 字块字块字块字块0 0 字块字块字块字块 0 0计算机组成原理ch课件块0Cache块1块Cb-1块0块Cb-1主存储器直接相联映象方式块Cb块2Cb-1块Mb-Cb块Mb-1区0区1区Me-1计算机组成原理ch课件组组组组2 2mm1 1字块字块字块字块2 2c c- -r r+1+1 组组组组2 2c c- -r r + + 1 1 字块字块字块字块2 2c c- -r r组组组组2 2c c- -r r 组组组组1 1

25、字块字块字块字块0 0 字块字块字块字块 3 3标记标记标记标记 字块字块字块字块 1 1标记标记标记标记字块字块字块字块 2 2c c1 1标记标记标记标记 字块字块字块字块 2 2标记标记标记标记 字块字块字块字块 0 0标记标记标记标记字块字块字块字块 2 2c c2 2标记标记标记标记 字块内地址字块内地址字块内地址字块内地址组地址组地址组地址组地址主存字块标记主存字块标记主存字块标记主存字块标记s = t + r 位位q = cr 位位b 位位组组012c-r1主存地址主存地址Cache主存储器主存储器m 位位共共 Q 组组，每组内两块（，每组内两块（r = 1)1某一主存块某一主存

26、块 j 按模按模 Q 映射到映射到 缓存缓存 的第的第 i 组组中的中的 任一块任一块i = j mod Q直接映象直接映象全相联映象全相联映象3. 组相联映象组相联映象4.3 组组组组0 0 字块字块字块字块 1 1 字块字块字块字块 0 0组组组组2 2c c- -r r组组组组2 2c c- -r r+1+1计算机组成原理ch课件2.3 高速缓冲存储器高速缓冲存储器(Cache)三、替换策略1. 1. 先进先出算法先进先出算法(FIFO)(FIFO)2. 2. 近期最少使用算法近期最少使用算法(LRU)(LRU)计算机组成原理ch课件2.4 辅助存储器辅助存储器一、磁记录的原理n n1

27、.1 .原理：利用磁性材料在不同方向的磁场作用下具有原理：利用磁性材料在不同方向的磁场作用下具有两个稳定的剩磁状态来记录信息。两个稳定的剩磁状态来记录信息。 n n2. 2. 构成：磁头构成：磁头 ，运动机构以及控制电路等。，运动机构以及控制电路等。 n n3. 3. 特点：特点：n n(1) (1) 掉电非易失性掉电非易失性 利用不同剩磁状态来存储信息。利用不同剩磁状态来存储信息。n n(2)(2)一次写入，多次读出一次写入，多次读出 利用电磁感应获得读出，因此读利用电磁感应获得读出，因此读出过程不会破坏磁化状态，属于出过程不会破坏磁化状态，属于“ “非破坏性读出非破坏性读出” ” 。n n

28、(3)(3)可多次重写可多次重写 重新磁化可以改变记录介质的磁化状态。重新磁化可以改变记录介质的磁化状态。n n(4)(4)顺序存取方式。顺序存取方式。n n(5) (5) 读写速度慢读写速度慢 在机械运动过程中读写在机械运动过程中读写n n(6)(6)可靠性较差。可靠性较差。计算机组成原理ch课件2.4 辅助存储器辅助存储器二、磁记录方式1. 1. 归零制归零制(RZ)(RZ)2. 2. 不归零制不归零制(NRZ)(NRZ)3. 3. 不归零不归零-1-1制制(NRZ-1)(NRZ-1)4. 4. 调相制调相制(PM)(PM)5. 5. 调频制调频制(FM)(FM)6. 6. 改进调频制改进

29、调频制(MFM)(MFM)计算机组成原理ch课件2.4 辅助存储器辅助存储器计算机组成原理ch课件2.4 辅助存储器辅助存储器三、磁盘存储器n n按盘片材料分类：硬盘、软盘两种按盘片材料分类：硬盘、软盘两种 n n温盘的构成：是一种典型的固定式盘片活动头硬盘温盘的构成：是一种典型的固定式盘片活动头硬盘存储器。其主要特点是把磁头、盘片、磁头定位机存储器。其主要特点是把磁头、盘片、磁头定位机构甚至读写电路等均密封在一个盘盒内，构成密封构甚至读写电路等均密封在一个盘盒内，构成密封的头的头- -盘组合体。这个组合体不可随意拆卸，它的防盘组合体。这个组合体不可随意拆卸，它的防尘性能好，可靠性高，对使用环

30、境要求不高。磁盘尘性能好，可靠性高，对使用环境要求不高。磁盘存储器由驱动器、控制器和盘片三部分组成。存储器由驱动器、控制器和盘片三部分组成。计算机组成原理ch课件2.4 辅助存储器辅助存储器1. 硬磁盘存储器n n1) 1) 硬盘的信息分布和磁盘地址硬盘的信息分布和磁盘地址 (a) (a) 硬硬盘盘的的信信息息分分布布 在在硬硬盘盘中中信信息息分分布布呈呈以以下下层层次：记录面、圆柱面、磁道和扇区。次：记录面、圆柱面、磁道和扇区。计算机组成原理ch课件2.4 辅助存储器辅助存储器n n(b) (b) 磁盘地址磁盘地址n n磁盘地址一般表示为：磁盘地址一般表示为：驱动器号驱动器号 圆柱面圆柱面(

31、 (磁道磁道) )号号 记录面记录面( (磁头磁头) )号号 扇区号扇区号计算机组成原理ch课件2.4 辅助存储器辅助存储器n2) 硬盘存储器的主要技术参数n n(1) (1) 存储容量存储容量C C n n(2) (2) 平均寻址时间平均寻址时间n n(3) (3) 存储密度存储密度n n(4) (4) 数据传输率数据传输率磁盘组所有盘片能记录的二进制信息磁盘组所有盘片能记录的二进制信息的最大数量，一般以字节为单位。的最大数量，一般以字节为单位。平均磁道定位时间和平均旋转等待时平均磁道定位时间和平均旋转等待时间之和间之和位密度和道密度位密度和道密度单位时间内磁盘存储器所能传送单位时间内磁盘存

32、储器所能传送的数据量的数据量计算机组成原理ch课件2.4 辅助存储器辅助存储器n n【例【例2.42.4】磁盘组有】磁盘组有6 6片磁盘，每片有两个记录面，最片磁盘，每片有两个记录面，最上最下两个面不用。存储区域内径上最下两个面不用。存储区域内径22cm22cm，外径，外径33cm33cm，道密度为，道密度为4040道道/cm/cm，内层位密度，内层位密度400400位位/cm/cm，转速，转速24002400转转/ /分，平均寻道时间为分，平均寻道时间为10ms 10ms 。问：。问：n n(1) (1) 共有多少柱面共有多少柱面? ?n n(2) (2) 盘组总存储容量是多少？盘组总存储容

33、量是多少？n n(3) (3) 数据传输率多少数据传输率多少? ?n n(4) (4) 平均寻址时间是多少？平均寻址时间是多少？n n(5) (5) 采用定长数据块记录格式，直接寻址的最小单位是什采用定长数据块记录格式，直接寻址的最小单位是什么么? ?寻址命令中如何表示磁盘地址寻址命令中如何表示磁盘地址? ?n n(6) (6) 如果某文件长度超过一个磁道的容量，应将它记录在如果某文件长度超过一个磁道的容量，应将它记录在同一个存储面上，还是记录在同一个柱面上同一个存储面上，还是记录在同一个柱面上? ?计算机组成原理ch课件n n解：解：n n(1)(1)有效存储区域有效存储区域16.516.5

34、11115.5(cm)5.5(cm) 因为道密度因为道密度4040道道/cm/cm，所以共有，所以共有405.5405.5220220道，即道，即220220个圆柱面。个圆柱面。n n(2) (2) 内层磁道周长为内层磁道周长为2R2R23.141123.141169.0869.08（cmcm） 每道信息量每道信息量400400位位/cm69.08cm/cm69.08cm2763227632位位3454B3454B 每面信息量每面信息量3454B2203454B220759880B759880B 盘组总容量盘组总容量759880Bl0759880Bl07598800B7598800B7.25M

35、B7.25MBn n(3)(3)磁盘数据传输率磁盘数据传输率DrDrrNrN N N为每条磁道容量，为每条磁道容量，NN3454 B3454 B r r为磁盘转速，为磁盘转速，r r24002400转转/60/60秒秒4040转转/ /秒秒 Dr DrrNrN403454B403454B13816 B/s13816 B/sn n(4)(4)磁盘旋转一圈的时间为磁盘旋转一圈的时间为 25ms 25ms 平均寻址时间平均寻址时间 10ms 10ms Ta Ta10ms10ms25/2ms25/2ms22.5ms22.5msn n(5) (5) 采用定长数据块格式，直接寻址的最小单位是一个扇区，每个

36、记录块采用定长数据块格式，直接寻址的最小单位是一个扇区，每个记录块 记录固定字节数目的信息，在定长记录的数据块中，活动头磁盘组的编记录固定字节数目的信息，在定长记录的数据块中，活动头磁盘组的编址方式可用如下格式：址方式可用如下格式：n n(6) (6) 如果某文件长度超过一个磁道的容量，应将它记录在同一柱面上，因如果某文件长度超过一个磁道的容量，应将它记录在同一柱面上，因为不需要重新寻道，数据读写速度快。为不需要重新寻道，数据读写速度快。驱动器号驱动器号圆柱面号圆柱面号 盘面号盘面号扇区号扇区号计算机组成原理ch课件2.4 辅助存储器辅助存储器2. 软磁盘存储器n n1) 1) 软盘片软盘片n

37、 n(a)(a)形状及尺寸：圆形盘片，按盘片直径可分为：形状及尺寸：圆形盘片，按盘片直径可分为：5.255.25英寸、英寸、3.53.5英寸、英寸、2.52.5英寸等。英寸等。n n(b)(b)结构：保护套，读写槽。结构：保护套，读写槽。n n(c)(c)读写保护：在软盘保护套上设置有写保护开读写保护：在软盘保护套上设置有写保护开关来实现只读不写的功能。关来实现只读不写的功能。n n2) 2) 磁头磁头计算机组成原理ch课件2.4 辅助存储器辅助存储器3 光盘存储器n n1) 1) 光盘存储器的类型n n只读光盘只读光盘(CD-ROM)(CD-ROM)n n只写一次型光盘只写一次型光盘(CD-

38、R) (CD-R) n n可擦写型光盘可擦写型光盘(CD-RW)(CD-RW)n nDVD-ROMDVD-ROM光盘光盘计算机组成原理ch课件2.5 小型案例实训n n【案例【案例1 1】模块化存储器设计。】模块化存储器设计。n n【说明】已知某【说明】已知某8 8位机的主存采用半导体存储器，地址码位机的主存采用半导体存储器，地址码为为1818位，若使用位，若使用4K44K4位位RAMRAM芯片组成该机所允许的最大芯片组成该机所允许的最大主存空间，并选用模块条的形式，问：主存空间，并选用模块条的形式，问：n n若每个模块条为若每个模块条为32K832K8位，共需几个模块条？位，共需几个模块条？

39、n n每个模块内共有多少片每个模块内共有多少片RAMRAM芯片？芯片？n n主存共需多少主存共需多少RAMRAM芯片？芯片？CPUCPU如何选择各模块条？如何选择各模块条？计算机组成原理ch课件n n【解答】n n 由于主存地址码给定由于主存地址码给定1818位，所以最大存储位，所以最大存储空间为空间为218=256K218=256K，主存的最大容量为，主存的最大容量为256KB256KB。现每个模块条的存储容量为现每个模块条的存储容量为32KB32KB，所以主存共，所以主存共需需256KB/32KB=8 256KB/32KB=8 块板。块板。n n 每个模块条的存储容量为每个模块条的存储容量

40、为32KB32KB，现使用，现使用4K44K4位的位的RAMRAM芯片拼成芯片拼成4K84K8位（共位（共8 8组），用组），用地址码的低地址码的低1212位（位（A0A0A11A11）直接接到芯片地）直接接到芯片地址输入端，然后用地址的高址输入端，然后用地址的高3 3位（位（A14A14A12A12）通过通过3:83:8译码器输出分别接到译码器输出分别接到8 8组芯片的片选端。组芯片的片选端。共有共有82=1682=16个个RAMRAM。n n 主存共需主存共需128128片片RAMRAM芯片。芯片。CPUCPU用用A17A16A15A17A16A15通过通过3:83:8译码器来选择模块条，

41、如图译码器来选择模块条，如图2-292-29所示。所示。计算机组成原理ch课件2.5 小型案例实训n n【案例【案例2 2】存储器设计。【说明】已知某】存储器设计。【说明】已知某8 8位机的【说明】位机的【说明】用用8K88K8位的位的ROMROM芯片和芯片和8K48K4位的位的RAMRAM芯片组成存储器，芯片组成存储器，按字节编址，其中按字节编址，其中RAMRAM的地址为的地址为2000H7FFFH2000H7FFFH，ROMROM的的地址为地址为C000FFFFHC000FFFFH，画出此存储器组成结构图及与，画出此存储器组成结构图及与CPUCPU的连接图。的连接图。n n【解答】【解答】

42、RAMRAM的地址范围展开为的地址范围展开为001,0000000000000011,1111111111111001,0000000000000011,1111111111111，A12A0A12A0为为0000H1FFFH0000H1FFFH，容量为，容量为8K8K，高位地址，高位地址A15A14A13A15A14A13为为001011001011，所以，所以RAMRAM的容量为的容量为8K3=24K8K3=24K。n nRAMRAM用用8K48K4的芯片组成，需的芯片组成，需8K48K4的芯片的芯片6 6片。片。n nROMROM的末地址的末地址- -首地址首地址=FFFFH-C000H

43、=3FFFH=FFFFH-C000H=3FFFH，所以，所以ROMROM的容量的容量为为214=16K214=16K。n nROMROM用用8K88K8的芯片组成，需的芯片组成，需8K88K8的芯片的芯片2 2片。片。n nROMROM的地址范围展开为的地址范围展开为1100000000000000110000000000000011111111111111111111111111111111，高，高位地址位地址A15 A14A13A15 A14A13为为110110111111。计算机组成原理ch课件2.6 本章小结 1. 1.多级存储体系结构，即多级存储体系结构，即CacheCache、主

44、存和外存、主存和外存 , ,以容量大、速度快、以容量大、速度快、成本低成本低 之间的矛盾。之间的矛盾。2. 2.存储器的技术指标有存储容量、存取时间、存储周期、存储器存储器的技术指标有存储容量、存取时间、存储周期、存储器带宽带宽 。3. SRAM3. SRAM和和DRAMDRAM的特点及应用。的特点及应用。4. Cache4. Cache是一种高速缓冲存储器，是为了解决是一种高速缓冲存储器，是为了解决CPUCPU和主存之间速和主存之间速度不匹配而采用的一项重要的硬件技术，并且发展为多级度不匹配而采用的一项重要的硬件技术，并且发展为多级CacheCache体系，指令体系，指令CacheCache

45、与数据与数据CacheCache分设体系。分设体系。 计算机组成原理ch课件2.7 学习加油站n n【问题【问题1 1】目前微机中使用的半导体存储器包括哪几种类型？】目前微机中使用的半导体存储器包括哪几种类型？它们各有哪些特点？分别适用于什么场合（请从存取方式、它们各有哪些特点？分别适用于什么场合（请从存取方式、制造工艺、速度、容量等各个方面讨论）？人们通常所说的制造工艺、速度、容量等各个方面讨论）？人们通常所说的内存是指这其中的哪一种或哪几种类型？内存是指这其中的哪一种或哪几种类型？n n答：微机中使用的半导体存储器包括半导体随机存储器（答：微机中使用的半导体存储器包括半导体随机存储器（RA

46、MRAM）和半）和半导体只读存储器（导体只读存储器（ROMROM），其中），其中RAMRAM又可以分为静态又可以分为静态RAMRAM（SRAMSRAM）和动态和动态RAMRAM（DRAMDRAM）。）。n nRAMRAM是可读、可写的存储器，是可读、可写的存储器，CPUCPU可以对可以对RAMRAM单元的内容随机地读单元的内容随机地读/ /写访问。写访问。RAMRAM多用多用MOSMOS型电路组成。型电路组成。SRAMSRAM的存取速度快，但集成度的存取速度快，但集成度低，功耗也较大，所以一般用来组成高速缓冲存储器和小容量内存系低，功耗也较大，所以一般用来组成高速缓冲存储器和小容量内存系统；统

47、；DRAMDRAM集成度高，功耗小，但存取速度慢，一般用来组成大容量集成度高，功耗小，但存取速度慢，一般用来组成大容量内存系统。内存系统。n nROMROM可以看作可以看作RAMRAM的一种特殊形式，其特点是：存储器的内容只能随的一种特殊形式，其特点是：存储器的内容只能随机读出而不能写入。这类存储器常用来存放那些不需要改变的信息，机读出而不能写入。这类存储器常用来存放那些不需要改变的信息，由于信息一旦写入存储器就固定不变了，即使断电，写入的内容也不由于信息一旦写入存储器就固定不变了，即使断电，写入的内容也不会丢失，所以又称为固定存储器。会丢失，所以又称为固定存储器。n n内存是指内存是指RAM

48、RAM和和ROMROM，其中的，其中的RAMRAM是动态是动态RAMRAM。计算机组成原理ch课件2.7 学习加油站n n【问题【问题2 2】存储元、存储单元、存储体、存储单元地址这几个】存储元、存储单元、存储体、存储单元地址这几个术语有何联系和区别术语有何联系和区别? ?n n答：计算机在存取数据时，以存储单元为单位进行存取。机器的所有答：计算机在存取数据时，以存储单元为单位进行存取。机器的所有存储单元长度相同，一般由存储单元长度相同，一般由8 8的整数倍个存储元构成。同一单元的存储的整数倍个存储元构成。同一单元的存储元必须并行工作，同时读出、写入。由许多存储单元构成一台机器的元必须并行工作

49、，同时读出、写入。由许多存储单元构成一台机器的存储体。由于每个存储单元在存储体中的地位平等，为区别不同单元，存储体。由于每个存储单元在存储体中的地位平等，为区别不同单元，给每个存储单元赋予地址。给每个存储单元赋予地址。计算机组成原理ch课件2.7 学习加油站n n【问题【问题3 3】针对寄存器组、主存、】针对寄存器组、主存、cachecache、光盘存储器、光盘存储器、软盘、硬盘、磁带，回答以下问题：软盘、硬盘、磁带，回答以下问题： （1 1）按存储容量排出顺序（从小到大）；）按存储容量排出顺序（从小到大）； （2 2）按读写时间排出顺序（从快到慢）。）按读写时间排出顺序（从快到慢）。n n答

50、：计算机系统中广义的存储器包括答：计算机系统中广义的存储器包括CPUCPU内部寄存器、高速缓存内部寄存器、高速缓存（cachecache）、内存储器和外存储器，其存取速度依次降低，存储成本也）、内存储器和外存储器，其存取速度依次降低，存储成本也依次降低。依次降低。 （a a）寄存器组）寄存器组cachecache软盘软盘主存主存光盘存储器光盘存储器硬盘硬盘磁带。磁带。 （b b）寄存器组）寄存器组cachecache主存主存硬盘硬盘光盘存储器光盘存储器软盘软盘磁带。磁带。计算机组成原理ch课件2.7 学习加油站n n【问题【问题4 4】ROMROM与与RAMRAM两者的差别是什么？指出下列两者

51、的差别是什么？指出下列存储器哪些是易失性的？哪些是非易失性的？哪些存储器哪些是易失性的？哪些是非易失性的？哪些是读出破坏性的？哪些是非读出破坏性的？是读出破坏性的？哪些是非读出破坏性的？ 动态动态RAMRAM，静态，静态RAMRAM，ROMROM，CacheCache，磁盘，光盘，磁盘，光盘n n答：答：ROMROM、RAMRAM都是主存储器的一部分，但它们有很多差别：都是主存储器的一部分，但它们有很多差别： RAM RAM是随机存取存储器，是随机存取存储器，ROMROM是只读存取存储器。是只读存取存储器。 RAM RAM是易失性的，一旦掉电，所有信息全部丢失。是易失性的，一旦掉电，所有信息全

52、部丢失。ROMROM是非易失性的，是非易失性的，其信息可以长期保存，常用于存放一些固定的数据和程序，比如计算其信息可以长期保存，常用于存放一些固定的数据和程序，比如计算机的自检程序、机的自检程序、BIOSBIOS、BASICBASIC解释程序、游戏卡中的游戏等。解释程序、游戏卡中的游戏等。 动态动态RAMRAM、静态、静态RAMRAM、CacheCache是易失性的，是易失性的，ROMROM、磁盘、光盘是非易、磁盘、光盘是非易失性的。动态失性的。动态RAMRAM是读出破坏性的，其余均为非读出破坏性的。是读出破坏性的，其余均为非读出破坏性的。计算机组成原理ch课件2.7 学习加油站n n【问题【

53、问题5 5】简述存储器芯片中地址译码的方式。】简述存储器芯片中地址译码的方式。n n答：单译码方式只用一个译码电路，将所有的地址信号转换成字选通信号，答：单译码方式只用一个译码电路，将所有的地址信号转换成字选通信号，每个字选通信号用于选择一个对应的存储单元。每个字选通信号用于选择一个对应的存储单元。 双译码方式采用两个地址译码器，分别产生行选通信号和列选通信号，行双译码方式采用两个地址译码器，分别产生行选通信号和列选通信号，行选通信号和列选通信号同时有效的单元被选中。存储器一般采用双译码方选通信号和列选通信号同时有效的单元被选中。存储器一般采用双译码方式，目的是减少存储单元选通线的数量。地址译

54、码的方式有两种：单译码式，目的是减少存储单元选通线的数量。地址译码的方式有两种：单译码方式和双译码方式。方式和双译码方式。计算机组成原理ch课件2.7 学习加油站n n【问题【问题5 5】简述存储器芯片中地址译码的方式。】简述存储器芯片中地址译码的方式。n n答：单译码方式只用一个译码电路，将所有的地址信号转换成字选通信号，答：单译码方式只用一个译码电路，将所有的地址信号转换成字选通信号，每个字选通信号用于选择一个对应的存储单元。每个字选通信号用于选择一个对应的存储单元。 双译码方式采用两个地址译码器，分别产生行选通信号和列选通信号，行双译码方式采用两个地址译码器，分别产生行选通信号和列选通信号，行选通信号和列选通信号同时有效的单元被选中。存储器一般采用双译码方选通信号和列选通信号同时有效的单元被选中。存储器一般采用双译码方式，目的是减少存储单元选通线的数量。地址译码的方式有两种：单译码式，目的是减少存储单元选通线的数量。地址译码的方式有两种：单译码方式和双译码方式。方式和双译码方式。计算机组成原理ch课件