第七章存储器课件.ppt
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- 第七 存储器 课件
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1、7.1存储系统的基本概念存储系统的基本概念7.2半导体存储器半导体存储器7.3高速缓冲存储器(高速缓冲存储器(Cache)7.4微机的外部存储器微机的外部存储器第七章第七章 存储器系统存储器系统7.1 存储系统的基本概念存储系统的基本概念一、存储系统的层次结构一、存储系统的层次结构微机存储系统有三个基本参数:容量、速度、成本微机存储系统有三个基本参数:容量、速度、成本F容量:以字节数表示容量:以字节数表示F速度:以访问时间速度:以访问时间TA、存储周期、存储周期TM或带宽或带宽BM表示表示TA从接收读申请到读出信息到存储器输出端从接收读申请到读出信息到存储器输出端的时间的时间TM连续两次启动存
2、储器所需的最小时间间连续两次启动存储器所需的最小时间间隔隔 TM TAMMTwB 一、存储系统的层次结构一、存储系统的层次结构w数据总线宽度数据总线宽度F成本:以每位价格表示成本:以每位价格表示存储系统的基本概念存储系统的基本概念一、存储系统的层次结构一、存储系统的层次结构速度速度成本成本低低磁带磁带磁盘磁盘半导体主存储器半导体主存储器Cache寄存器寄存器存储系统的基本概念存储系统的基本概念一、存储系统的层次结构一、存储系统的层次结构存储系统的基本概念存储系统的基本概念外存平均访问时间外存平均访问时间ms级级硬盘硬盘910ms光盘光盘80120ms内存平均访问时间内存平均访问时间ns级级SR
3、AM Cache15nsSDRAM内存内存715nsEDO内存内存6080nsEPROM存储器存储器100400ns一、存储系统的层次结构一、存储系统的层次结构存储系统的基本概念存储系统的基本概念寄存器寄存器Cache主存储器主存储器辅助存储器辅助存储器(磁盘磁盘)大容量存储器大容量存储器(磁带磁带)外存储器外存储器内存储器内存储器二、存储器访问的局部性原理二、存储器访问的局部性原理存储系统的基本概念存储系统的基本概念存储器访问的局部性指处理器访问存储器时,无论取存储器访问的局部性指处理器访问存储器时,无论取指令还是取数据,所访问的存储单元都趋向于聚集在指令还是取数据,所访问的存储单元都趋向于
4、聚集在一个较小的连续单元区域中。一个较小的连续单元区域中。时间上的局部性时间上的局部性最近的将来要用到的信息很可能最近的将来要用到的信息很可能就是现在正在使用的信息。主要由循环造成。就是现在正在使用的信息。主要由循环造成。空间上的局部性空间上的局部性最近的将来要用到的信息很可能最近的将来要用到的信息很可能与现在正在使用的信息在空间上是邻近的。主要由顺与现在正在使用的信息在空间上是邻近的。主要由顺序执行和数据的聚集存放造成。序执行和数据的聚集存放造成。二、存储器访问的局部性原理二、存储器访问的局部性原理存储系统的基本概念存储系统的基本概念存储器的层次结构是依靠存储器访问的局部性实现的存储器的层次
5、结构是依靠存储器访问的局部性实现的存储器的层次结构的性能由命中率来衡量:存储器的层次结构的性能由命中率来衡量:命中率命中率对层次结构存储系统中的某一级存储器来对层次结构存储系统中的某一级存储器来说,要访问的数据正好在这一级的概率说,要访问的数据正好在这一级的概率二、存储器访问的局部性原理二、存储器访问的局部性原理存储系统的基本概念存储系统的基本概念例:两级存储系统例:两级存储系统M1访问时间访问时间TA1, 命中率命中率HM2访问时间访问时间TA2则平均访问时间则平均访问时间 TA=HTA1+(1-H)TA2规定:访问时间比规定:访问时间比访问效率访问效率12AATTr AATTe1 则则Hr
6、re)1(1 Hrre)1(1 二、存储器访问的局部性原理二、存储器访问的局部性原理存储系统的基本概念存储系统的基本概念追求追求101.01.0r=1r=2r=10r=100eH7.2 半导体存储器半导体存储器一、半导体存储器的分类一、半导体存储器的分类RAM静态静态RAM(SRAM)动态动态RAM(DRAM)ROM掩膜型掩膜型ROM可编程可编程ROM(PROM)可擦除可编程可擦除可编程ROM(EPROM)电可擦除可编程电可擦除可编程ROM(E2PROM)半导体存储器半导体存储器二、静态二、静态RAM(SRAM)FSRAM基本存储电路基本存储电路选择线选择线VccT1T2T3T4T5T6I/O
7、I/OABT1T4 双稳态触发器双稳态触发器T1、T2 放大管放大管T3、T4 负载管负载管T5、T6 控制管控制管半导体存储器半导体存储器二、静态二、静态RAM(SRAM)FSRAM基本存储电路基本存储电路选择线选择线VccT1T2T3T4T5T6I/OI/OAB1、T1截止截止A为高,为高,B为低;为低;2、T2截止截止B为高,为高,A为低;为低;3、选择线为高,、选择线为高,T5、T6导通,导通,A与与I/O相连,相连,B与与I/O相连,从而进相连,从而进行读写;行读写;4、选择线为低,信号、选择线为低,信号保持不变;保持不变;半导体存储器半导体存储器三、静态三、静态RAM(SRAM)存
8、储矩阵存储矩阵地址译码器地址译码器地址寄存器地址寄存器地址总线地址总线读写放大器读写放大器数据寄存器数据寄存器数据总线数据总线控制电路控制电路OE WE CESRAM芯片的结构芯片的结构半导体存储器半导体存储器三、静态三、静态RAM(SRAM)FSRAM的特点的特点读写速度快读写速度快所用管子数目多,单个器件容量小所用管子数目多,单个器件容量小T1、T2总有一个处于到通状态,功耗较大总有一个处于到通状态,功耗较大SRAM通常用来做通常用来做Cache常用的常用的SRAM芯片有芯片有6116、6264、62256、628128等。等。四、动态四、动态RAM(DRAM)半导体存储器半导体存储器行选
9、择信号行选择信号列选择信号列选择信号数据输入输出线数据输入输出线刷新放大器刷新放大器单管动态存储电路单管动态存储电路1、C有电荷是为有电荷是为“1”,没,没电荷时为电荷时为“0”;2、电容漏电,利用刷新电、电容漏电,利用刷新电路刷新充电;路刷新充电;3、读时行地址译码选中某、读时行地址译码选中某行,列上刷新器读行,列上刷新器读C上的上的电压,刷新放大器将电压电压,刷新放大器将电压值转换为值转换为“0”或或“1”,列,列地址译码,读取信息。地址译码,读取信息。4、写时行列选择信号为、写时行列选择信号为1,T管导通存储电路被选中,管导通存储电路被选中,刷新器给刷新器给C充电或放电。充电或放电。5、
10、逐行刷新,行为、逐行刷新,行为1,列,列为为0 。四、动态四、动态RAM(DRAM)半导体存储器半导体存储器存储矩阵存储矩阵地址总线地址总线I/O缓冲器缓冲器数据总线数据总线读写控制读写控制/动态刷新电路动态刷新电路RAS#DRAM芯片的结构芯片的结构地址锁存器地址锁存器CAS#WE#四、动态四、动态RAM(DRAM)半导体存储器半导体存储器FDRAM的特点的特点所用管子少,芯片位密度高所用管子少,芯片位密度高功耗小功耗小需要刷新需要刷新存取速度慢存取速度慢DRAM主要用来做内存主要用来做内存四、动态四、动态RAM(DRAM)半导体存储器半导体存储器FDRAM的种类的种类FPM DRAM存取时
11、间存取时间80100nsEDO DRAM存取时间存取时间5070ns SDRAM存取时间存取时间610nsSIMMSingle Inline Memory Module单列直插式内存模块单列直插式内存模块72线:线:32位数据、位数据、12位行列公用地址、位行列公用地址、RAS#、CAS#等等在在Pentium微型机中必须成对使用微型机中必须成对使用FPM/EDO四、动态四、动态RAM(DRAM)半导体存储器半导体存储器FDRAM内存条的种类内存条的种类DIMMDual Inline Memory Module双列直插式内存模块双列直插式内存模块168线:线:64位数据、位数据、14位行列公用
12、地址、位行列公用地址、RAS#、CAS#等可单数使用等可单数使用FPM/EDO/SDRAM四、动态四、动态RAM(DRAM)半导体存储器半导体存储器FDRAM内存条的种类内存条的种类五、只读存储器(五、只读存储器(ROM)半导体存储器半导体存储器一、掩膜一、掩膜ROM一旦做好就不能修改,适应于成熟的产品,大规一旦做好就不能修改,适应于成熟的产品,大规模生产,成本低。模生产,成本低。二、可擦右编程只读存储器(二、可擦右编程只读存储器(EPROM)能够重复擦写,能够重复擦写,EPROM应用非常广泛,我们也经应用非常广泛,我们也经常用到。如要重写可先用紫外线进行照射(擦写常用到。如要重写可先用紫外线
13、进行照射(擦写器),后用编程器对其进行写。器),后用编程器对其进行写。典型的典型的EPROM芯片有芯片有2716、2732、2764、27128、27256等。等。五、只读存储器(五、只读存储器(ROM)半导体存储器半导体存储器三、电可擦除可编程三、电可擦除可编程ROM(EEPROM)EPROM的优点是一块芯片可多次使用,缺点是整个的优点是一块芯片可多次使用,缺点是整个芯片虽只写错一位,也必须从电路板上取下擦掉重写,芯片虽只写错一位,也必须从电路板上取下擦掉重写,这对于实际使用是很不方便的。而这对于实际使用是很不方便的。而EEPROM是一种是一种以字节为单位可用电擦除和编程的只读存储器。它能以
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