第05講――第4章 存儲器(4.1-4.2.2)

1、計算機(jī)組成原理 課程教案（第5次課）章 節(jié)名 稱第4章 存儲器（4.14.2.2）課 時安 排第3周 2學(xué)時授 課方 式理論課教學(xué)環(huán)境及教具準(zhǔn)備有投影儀的教室PPT多媒體教學(xué)課件教 學(xué)目 的了解存儲器的分類方法，掌握存儲系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)、主存中存儲單元地址分配、主存的技術(shù)指標(biāo)；了解半導(dǎo)體存儲芯片的基本結(jié)構(gòu)，掌握其譯碼驅(qū)動方式教 學(xué)重 點存儲系統(tǒng)多級層次結(jié)構(gòu)；半導(dǎo)體存儲芯片的基本結(jié)構(gòu)和譯碼驅(qū)動方式 教 學(xué)難 點半導(dǎo)體存儲芯片的片選和譯碼驅(qū)動教 學(xué) 基 本 內(nèi) 容是否重、難點方法及手段 了解重點了解重點&難點多媒體講解多媒體講解多媒體講解舉例講解教 學(xué) 過 程 與 設(shè) 計復(fù)習(xí)舊課：計算機(jī)中的數(shù)

2、據(jù)經(jīng)總線傳輸，但數(shù)據(jù)從哪里來？到哪里去？中途又怎么保存不丟失呢？引入新課：計算機(jī)能夠處理的數(shù)據(jù)是怎樣保存、怎樣取用、怎樣刪除的呢？存儲器是計算機(jī)系統(tǒng)中的記憶設(shè)備，用來存放程序和數(shù)據(jù)。隨著計算機(jī)發(fā)展，存儲器在系統(tǒng)的地位越來越重要。當(dāng)今，存儲器的種類繁多，從不同的角度對存儲器可作不同的分類。（1）按存儲介質(zhì)分類1）半導(dǎo)體存儲器 存儲元件由半導(dǎo)體器件組成的存儲器稱為半導(dǎo)體存儲器。 其優(yōu)點是體積小、功耗低、存取時間短。 其缺點是當(dāng)電源消失時，所存信息也隨即丟失，它是一種易失性存儲器。 半導(dǎo)體存儲器又可按其材料的不同，分為雙極型（TTL）半導(dǎo)體存儲器和MOS半導(dǎo)體存儲器兩種。 前者具有高速的特點；后者具

3、有高集成度的特點，并且制造簡單，成本低廉，功耗小。2） 磁表面存儲器 磁表面存儲器是在金屬或塑料基體的表面上涂一層磁性材料作為記錄介質(zhì)，工作時磁層隨載磁體高速運(yùn)轉(zhuǎn)，用磁頭在磁層上進(jìn)行讀/寫操作。 這類存儲器具有非易失性的特點。 按載磁體形狀的不同，可分為磁盤、磁帶和磁鼓。3）磁芯存儲器 磁芯是由硬磁材料做成的環(huán)狀元件，在磁芯中穿有驅(qū)動線和讀出線，這樣便可進(jìn)行讀/寫操作。 磁芯屬磁性材料，故它也是不易失的永久存儲器。4）光盤存儲器 光盤存儲器是應(yīng)用激光在記錄介質(zhì)上進(jìn)行讀/寫的存儲器，具有非易失性的特點。（2）按存取方式分類1）存取時間與物理地址無關(guān)（隨機(jī)訪問） 隨機(jī)存儲器（RAM）：在程序的執(zhí)行

4、過程中可讀可寫。 RAM又可分為靜態(tài)RAM（以觸發(fā)器原理寄存信息）和動態(tài)RAM（以電容充放電原理寄存信息） 只讀存儲器（ROM）：在程序的執(zhí)行過程中只讀。2）存取時間與物理地址有關(guān)（串行訪問） 順序存取存儲器（串行訪問存儲器）如磁帶 直接存取存儲器 如磁盤（3）按在計算機(jī)中的作用分類 按在計算機(jī)中的作用不同，存儲器主要分為主存儲器、輔助存儲器、緩沖存儲器。 主存儲器的主要特點是它可以和CPU直接交換信息。 輔助存儲器是主存儲器的后援存儲器，用來存放當(dāng)前暫時不用的程序和數(shù)據(jù)，它不能與CPU直接交換信息。 緩沖存儲器用在兩個速度不同的部件之中，起到緩沖作用。 存儲器有3個主要性能指標(biāo)：速度、容量和

5、每位價格。一般來說，速度越高，位價就越高；容量越大，位價就越低，而且容量越大，速度必越低。形象地反映了這三者的關(guān)系。 存儲系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在緩存-主存和主存-輔存這兩個存儲層次上，。 CPU和緩存、主存都能直接交換信息；緩存能直接和CPU、主存交換信息；主存可以和CPU、緩存、輔存交換信息。 緩存-主存層次主要解決CPU和主存速度不匹配的問題。主存和緩存之間的數(shù)據(jù)調(diào)動是由硬件自動完成的，對程序員是透明的。 主存-輔存層次主要解決存儲系統(tǒng)的容量問題。主存和輔存之間的數(shù)據(jù)調(diào)動是由硬件和操作系統(tǒng)共同完成的。這一層的不斷發(fā)展中，逐漸形成了虛擬存儲系統(tǒng)。主存的實際地址稱為物理地址或?qū)嵉刂?。?）主存

6、的基本組成 現(xiàn)代計算機(jī)的主存都有由半導(dǎo)體集成電路構(gòu)成，驅(qū)動器、譯碼器和讀寫電路均制作在存儲芯片中，而MAR和MDR制作在CPU芯片內(nèi)，如。問題1：存儲容量如何表示？地址線與數(shù)據(jù)線根數(shù)如何推算？FLASH動畫演示主存的實際結(jié)構(gòu)。（2）存儲芯片和CPU芯片的聯(lián)系 可通過總線連接，見P73圖4.5。（3）主存中存儲單元地址的分配 主存各存儲單元的空間位置是由單元地址號來表示，而地址總線是用來指出存儲單元地址號的，根據(jù)該地址可讀出或?qū)懭胍粋€存儲字。舉例： 設(shè)地址線 24 根，按字節(jié)尋址的范圍是16M 若字長為 16 位，按字尋址的范圍是8M 若字長為32 位，按字尋址的范圍是4M問題2：存儲單元按字節(jié)

7、尋址、按字尋址？尋址范圍?（4）主存的技術(shù)指標(biāo) 主存的主要技術(shù)指標(biāo)是主存容量和存儲速度。1）存儲容量 存儲容量是指主存能存放二進(jìn)制代碼的總位數(shù)，即： 存儲容量=存儲單元個數(shù)×存儲字長2）存儲速度 存儲速度是由存取時間和存取周期來表示的。 存取時間又稱為存儲器的訪問時間，是指啟動一次存儲器操作到完成該操作所需的全部時間。 存取周期是指存儲器進(jìn)行連續(xù)兩次獨立的存儲器操作所需的最小間隔時間，通常存取周期大于存取時間。3）存儲器帶寬 表示單位時間內(nèi)存儲器存取的信息量，單位可用字/秒或字節(jié)/秒或位/秒表示。（1）半導(dǎo)體存儲芯片的基本結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體存儲芯片采用超大規(guī)模集成電路制造工藝，在一個芯片內(nèi)

8、集成具有記憶功能的存儲矩陣、譯碼驅(qū)動電路和讀/寫電路等，。問題3：存儲芯片片選線的作用？ 地址線是單向輸入的，地位線與芯片容量有關(guān)。 數(shù)據(jù)線是雙向的，其位數(shù)與芯片可讀出或?qū)懭氲臄?shù)據(jù)位數(shù)有關(guān)。數(shù)據(jù)線的位數(shù)與芯片容量有關(guān)。 地址線和數(shù)據(jù)線的位數(shù)共同反映存儲芯片的容量。 控制線主要有讀/寫控制線與片選線兩種。動畫演示P75圖4.8片選線的作用。（2）半導(dǎo)體存儲芯片的譯碼驅(qū)動方式 半導(dǎo)體存儲芯片的譯碼驅(qū)動方式有兩種：線選法和重合法， 線選法的特點是用一根字選擇線，直接選中一個存儲單元的各位。這種方式結(jié)構(gòu)較簡單，但只適于容量不大的存儲芯片。 重合法需X、Y兩個方向的地址決定被選單元，適合容量大的存儲芯片。實 驗內(nèi) 容實驗五 掌握靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器RAM工作特性及數(shù)據(jù)的讀寫方法課 內(nèi)練 習(xí)PPT多媒體教學(xué)課件后的課堂練習(xí)題課 外作 業(yè)考 核要 求1.本章考試題型主要有：選擇題、填空題、簡答題、設(shè)計應(yīng)用題2.本章主要考核存儲器的層次結(jié)構(gòu)和半導(dǎo)體隨機(jī)存取存儲器的工作原理、動態(tài)RAM刷新和存儲器的校驗、Cache和虛存概念、存儲器與CPU的連接和Cache主存地址映射參 考資 料1白中英.計算機(jī)組成原理（第四版.立體化教材）.科學(xué)出版社,20122唐朔飛.計算機(jī)組成原理學(xué)習(xí)指導(dǎo)與習(xí)題解答.高等教育出版社,20103李淑芝.計算機(jī)組成