汇编语言与计算机系统组成第6章-存储系统课件.ppt

1、6.1.1 存储器分类存储器分类1.按存储介质分类按存储介质分类(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)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1(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 磁带磁带2.按存取方式分类按存取方式分类(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 只读存储器只读存储器 直接存取存储器直接存取存储器 磁盘磁盘

2、2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 RAM3.按在计算机中的作用分类按在计算机中的作用分类3(2)存储速度存储速度(1)存储容量存储容量(3)存储器的带宽存储器的带宽主存主存 存放二进制代码的总数量存放二进制代码的总数量 读出时间读出时间 写入时间写入时间 存储器的存储器的 访问时间访问时间 存取时间存取时间 存取周期存取周期 读周期读周期 写周期写周期 连续两次独立的存储器操作连续两次独立的存储器操作（读或

3、写）所需的（读或写）所需的 最小间隔时间最小间隔时间 位位/秒秒451T4T触发器触发器5TT6、行开关行开关7TT8、列开关列开关7TT8、一列共用一列共用6写入“1”I/O=1，I/O=0开启T5、T6、T7、T8 写入“0”I/O=0，I/O=1开启T5、T6、T7、T8 7选中一个存储单元开启该单元的T5、T6、T7、T8管 存储单元的信息被送至I/O和I/O线 8写入“1”时I/O=“1”，I/O=“0”字选择线的高电位打开T5、T6管信息送至A，B端，存储在T1、T2管的栅极电容上。读出时，预充信号使T9、T10管导通，电源向电容CD、CD充电 若存储的信息为“1”，则电容C2上有

4、电荷T2导通，T1截止CD经T2放电，故D=“0”，D=“1”，信号通过I/O和I/O线输出同时，D上的电荷通过A点向C2充电。故读出数据的同时刷新了存储单元信息。9需要输出“1”的地方使用一个MOS管，需要输出“0”的地方不用 1011121314151.磁存储原理磁存储原理写写局部磁化单元局部磁化单元载磁体载磁体写线圈写线圈SNI局部磁化单元局部磁化单元写线圈写线圈SN铁芯铁芯磁通磁通磁层磁层写入写入“0”写入写入“1”I16N读线圈读线圈S读线圈读线圈SN铁芯铁芯磁通磁通磁层磁层运动方向运动方向运动方向运动方向ssttffee读出读出“0”读出读出“1”读读17011100010数据序列

5、数据序列RZNRZNRZ1PMFMMFMT位周期位周期18编码效率 位密度与最大磁化翻转密度之比，即每次磁化状态翻转所存储的数据信息位的多少 自同步能力 检读分辨率 指从单个磁道读出的脉冲序列中提取同步时钟脉冲的难易程度 磁记录系统对读出信号的分辨能力 191.概述概述采用光存储技术采用光存储技术采用非磁性介质采用非磁性介质采用磁性介质采用磁性介质第一代光存储技术第一代光存储技术第二代光存储技术第二代光存储技术不可擦写不可擦写可擦写可擦写2.光盘的存储原理光盘的存储原理只读型和只写一次型只读型和只写一次型可擦写光盘可擦写光盘热作用热作用（物理或化学变化）（物理或化学变化）热磁效应热磁效应20不

6、同机器的存储字长度不同，常用8位二进制数表示一个字节，而存储字长都取8的倍数。通常计算机系统既能够按字寻址，又能够按字节寻址 21222324WE：写允许，低电平有效CS：片选，低电平有效A3A8：行译码，产生64根行选择线 A0A2与A9：列译码，产生16根列选择线每根列选择线控制一组4位同时进行读或写操作 CS=0及WE=0，写入CS=0及WE=1，读出25ACSDOUT地址有效地址有效地址失效地址失效片选失效片选失效数据有效数据有效数据稳定数据稳定高阻高阻tAtCOtOHAtOTDtRC片选有效片选有效读周期读周期 t tRCRC 地址有效地址有效 下一次地址有效下一次地址有效读时间读时

7、间 t tA A 地址有效地址有效数据稳定数据稳定 t tCOCO 片选有效片选有效数据稳定数据稳定t tOTDOTD 片选失效片选失效输出高阻输出高阻t tOHAOHA 地址失效后的地址失效后的数据维持时间数据维持时间26ACSWEDOUTDINtWCtWtAWtDWtDHtWR写周期写周期 t tWCWC 地址有效地址有效下一次地址有下一次地址有效效写时间写时间 t tW W 写命令写命令 WEWE 的有效时间的有效时间t tAWAW 地址有效地址有效片选有效的滞后时间片选有效的滞后时间t tWRWR 片选失效片选失效下一次地址有效下一次地址有效t tDW DW 数据稳定数据稳定 WE W

8、E 失效失效t tDHDH WE WE 失效后的数据维持时间失效后的数据维持时间27DRAM、SRAM相同点：存储阵列排列成矩阵DRAM、SRAM不同点：DRAM有行选通RAS和列选通CASSRAM没有2829 行、列地址分开传送行、列地址分开传送写时序写时序行地址行地址 RAS 有效有效写允许写允许 WE 有效有效(高高)数据数据 DOUT OUT 有效有效数据数据 DIN IN 有效有效读时序读时序行地址行地址 RAS 有效有效写允许写允许 WE 有效有效(低低)列地址列地址 CAS 有效有效列地址列地址 CAS 有效有效30 刷新与行地址有关刷新与行地址有关 集中刷新集中刷新（存取周期为

9、存取周期为0.5s）“死区比例死区比例”为为 32/4000 100%=0.8%“死区死区”为为 0.5 s 32=16 s周期序号周期序号地址序号地址序号tc0123967 396801tctctctc3999V W0131读读/写或维持写或维持刷新刷新读读/写或维持写或维持3968个周期个周期（1984）32个周期个周期（16）刷新时间间隔刷新时间间隔（2ms）刷新序号刷新序号sstcXtcY 以以 32 32 矩阵为矩阵为例例31t tC C=t tM M +t tR R读写读写 刷新刷新无无“死区死区”(存取周期为存取周期为 0.5 s+0.5 s)W/RREF0W/RtRtMtCRE

10、F126REF127REFW/RW/RW/RW/R刷新间隔刷新间隔 128 个读写周期个读写周期以以 128 128 矩阵为例矩阵为例32对于对于 128 128 的存储芯片的存储芯片（存取周期为存取周期为 0.5s）将刷新安排在指令译码阶段，不会出现将刷新安排在指令译码阶段，不会出现“死区死区”“死区死区”为为 0.5 s若每隔若每隔 15.6 s 刷新一行刷新一行而且每行每隔而且每行每隔 2 ms 刷新一次刷新一次若每隔若每隔 2 ms 集中刷新一次集中刷新一次“死区死区”为为 64 s33DRAMSRAM存储原理存储原理集成度集成度芯片引脚芯片引脚功耗功耗价格价格速度速度刷新刷新电容电容

11、触发器触发器高高低低少少多多小小大大低低高高慢慢快快有有无无主存主存缓存缓存34 1.存储器容量的扩展存储器容量的扩展(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DDD0479AA021142114CSWE35 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D7D0WEA1A0A9CS0A10 1CS136用用 8片片 1K 4位位 存储芯片组成存储芯片组成 4K

12、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.1K41K41K41K41K41K41K41K437(1)地址线的连接地址线的连接(2)数据线的连接数据线的连接(3)读读/写线的连接写线的连接(4)片选线的连接片选线的连接(5)合理选用芯片合理选用芯片(6)其他其他 时序、负载时序、负载3839第一步，先画出整个存储器的地址空间分布图 ROMRAM1RAM200001FFF20003FFF40005FFF60008K8K8K第二步，确定芯片的数量及类型1片ROM8K8位2片RAM8K4位2片RAM8K

13、4位第三步，分配CPU的地址线。将CPU的低13位地址线A0A12与ROM和RAM芯片的地址线连接；A13、A14用于形成片选信号。第四步，片选信号的形成 404142首先根据地址范围写出相应的二进制地址码 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0A15A14A13 A11 A10 A7 A4 A3 A00 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 116K8位位40K8位位RAM5片片8K8位位ROM1片片16K8位位第2步，确定芯片

14、的数量及类型43第三步，分配CPU地址线 CPU、ROM以及5片RAM的A0A12连接，而CPU的A13则与ROM的A13连接。另外，CPU地址线A13A15用于形成片选信号。第四步，形成片选信号 4445在DRAM芯片上集成了一个小容量cache，改进了DRAM芯片的性能芯片存储阵列被组织成2048行512列4位，即行列交叉处为4位存储单元，11条地址线，20位地址分为高11位和低9位，从地址线A0A10分两次送入芯片 46首次读取数据行地址锁存器实际读出行地址锁存器读出一行共5124位数据至SRAM输出4位数据读列选通信号CAS低9位列地址行选通信号RAS高11位地址第2次以后读取数据，输

15、入的行地址首先和实际读出行地址锁存器的11位地址进行比较。如果比较结果相符合，则SRAM命中，再由输入的列地址从SRAM选中某一列(4位)数据输出 47n2.FPM DRAM(Fast Page Mode DRAM)和EDO DRAM(Extended Data Output DRAM)n3.SDRAM(Synchronous DRAM，同步动态随机存取存储器)和DDR SDRAM存储器芯片 n4.RDRAM(Rambus DRAM)存储器芯片 n5.其它存储器芯片n SL DRAM(SyncLink DRAM，同步链动态存储器)n VCM SRDRAM(Virtual Channel Mem

16、ory SRDRAM，虚拟通道存储器)n FCRAM(快速循环动态存储器)4849505101234567块号 Cache主存 块号0123456789101112131415525301234567块号 Cache主存 块号012345678910111213141554主存块地址 i：m位555601234567块号 Cache主存 块号0123456789101112131415第 0 组第 1 组第 2 组第 3 组575859606162636465666768正常命中时间伪命中时间失效开销时间6970717273子块747576777831 12 11 079801.硬磁盘存储器的

17、类型(1)固定磁头和移动磁头(2)可换盘和固定盘2.硬磁盘存储器结构磁 盘 控 制 器磁 盘 驱 动 器盘 片主 机81磁盘磁盘磁磁盘盘组组主轴主轴磁头磁头音圈音圈电机电机位置检测位置检测定位驱动定位驱动模拟控制模拟控制放放大大闭环自动控制系统闭环自动控制系统由磁盘控制由磁盘控制器送来的目器送来的目标磁道信号标磁道信号测测速速输输出出读写臂读写臂传动机构传动机构主轴主轴定位驱动定位驱动数据控制数据控制(1)磁盘驱动器磁盘驱动器82(2)磁盘控制器磁盘控制器 接受主机发来的命令，转换成磁盘驱动器的控制命令接受主机发来的命令，转换成磁盘驱动器的控制命令 实现主机和驱动器之间的数据格式转换实现主机和

18、驱动器之间的数据格式转换 控制磁盘驱动器读写控制磁盘驱动器读写通过总线通过总线(3)盘片盘片对主机对主机对硬盘（设备）对硬盘（设备）磁盘控制器磁盘控制器 是是主机与磁盘驱动器之间的主机与磁盘驱动器之间的 接口接口由硬质铝合金材料制成由硬质铝合金材料制成83848586878889909192939495969798LHDMIEANJFBOKGC99HFDBGECAGECAHFDB100101D0C0B0A0Ecc/DxD1C1B1A1D2C2B2A2D3C3B3A3Ecc/CxEcc/BxEcc/AxEcc/DyEcc/CyEcc/ByEcc/AyEcc/DzEcc/CzEcc/BzEcc/A

19、z102103D0C0B0A0D1C1B1A1D2C2B2A2D3C3B3A3D检验码C检验码B检验码A检验码校验码产生器位或字节104105D0C0B0A0D1C1B1A1D2C2B2A2D3C3B3A3D检验码C检验码B检验码A检验码校验码产生器数据块106107D4D3D21检验码C4C32检验码B43检验码4检验码A3A2A1A0B2B1B0C1C0D0校验码产生器E4E3E2E10检验码108109110111D3D2C2B2C检验码2检验码D检验码3检验码A2A1A0B1B0校验码产生器C1B检验码1检验码C0D1A检验码0检验码112C0B0A0C1B1A1C2B2A2C检验码B

20、检验码A检验码实时操作系统113114115M0000000040008000C4j+0M0000100050009000D4j+1M000020006000A000E4j+2M000030007000B000F4j+3116假设多体交叉存储器有4个分体组成，每个存储体一次读、写一个字。各个体分时启动，即每隔1/4存储周期启动一个分体 117118119120121122段式管理 主存空间按段分配 优点：段的分界与程序的自然分界对应；易于编译、管理、修改和保护,便于多道程序共享；某些类型的段具有动态可变长度，允许自由调度以便有效利用主存空间 缺点：段的长度各不相同，段的起点和终点不定，主存空间分配复杂，容易在段间留下许多空余的零碎存储空间，造成浪费。123页式管理 主存物理空间被划分为等长的固定区域，称为页面 优点：便于管理 缺点：页不是逻辑上独立的单位，所以处理、保护和共享都不及段式方便。124125126127128129130映象规则 全相联映象 替换算法 替换最近最少使用（即LRU）的页 写策略 写回策略 131