計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)

1、第四章存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)4.1分層的存儲(chǔ)器系統(tǒng)一、存儲(chǔ)器系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)已經(jīng)從以運(yùn)算器為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐源鎯?chǔ)器為中心。人 們希望存儲(chǔ)器的容量越大越好，存取速度越快越好，價(jià)格越低越好。然而現(xiàn)有的各種存儲(chǔ)器還不能 同時(shí)滿(mǎn)足上述所有的要求。速度價(jià)格CPU寄存器最快最貴緩存(Cache)較快較貴內(nèi)存(RAM/ROM)快便宜外存（硬盤(pán)/光盤(pán)等）慢最便宜存儲(chǔ)系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu):4.2存儲(chǔ)器芯片一、基本結(jié)構(gòu)地址線片選線地址譯碼存儲(chǔ) 數(shù)據(jù) 控制 電路數(shù)據(jù)線寫(xiě)控制線讀控制線二、內(nèi)部存儲(chǔ)器的種類(lèi)只讀存儲(chǔ)器（ROM）隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）名稱(chēng)寫(xiě)入方式名稱(chēng)特點(diǎn)MASK ROM生產(chǎn)廠家加工SRA

2、M（靜態(tài)）通電可保留數(shù)據(jù)PROM一次性編程DRAM （動(dòng)態(tài)）需要不斷進(jìn)行刷新EPROM可擦寫(xiě)，可編程EEPROM電擦除，可編程FLASH MEMORY (閃存)在線可擦、可寫(xiě)1、地址線：地址線決定于存儲(chǔ)單元的數(shù)目;2、數(shù)據(jù)線：數(shù)據(jù)線決定于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的位數(shù);3、片選線：片選CS，片允許CE，選擇S。只有當(dāng)全部片選線都有效時(shí)，存儲(chǔ)器才能完成讀寫(xiě)操作；4、控制信號(hào)：ROM：只有一個(gè)讀控制信號(hào)：輸出允許OE或G ；RAM： 一個(gè)控制信號(hào)：讀寫(xiě)信號(hào)：R/W ；兩個(gè)控制信號(hào)：寫(xiě)信號(hào)：WE（W）；讀信號(hào)：OE（G），讀操作時(shí)有效;兩個(gè)信號(hào)同時(shí)有效，數(shù)據(jù)線處于高阻態(tài)。、常用的存儲(chǔ)器芯片1. ROM： 2716，

3、2K*8，EEPROMA7124VqcA6223A8A.5322A4421IPPA3520A2 6M2 71619A10A1 718EPA0317Q0916Q6 1 1015Q.502 1114Q4vssE1213Q3AICB785A0A10地址線Vpp2716EpAG片選 .Q0Q7數(shù)據(jù)線正常狀態(tài)編程狀態(tài)Vpp+5Vpp+25VEP，PD/Progr片選信號(hào)EP，PD/Progr寫(xiě)信號(hào)G，CS輸出允許G，CS輸出允許2.SRAM：2114, 1K*43.SRAM：6264, 8K*8A0-A12地址線6264D0-D7數(shù)據(jù)線商:OCS1.,WE 4*4.DRAM：TMS4464, 64K*4

4、A0-A7 .行鎖存A 8-A 15 h4.3利用存儲(chǔ)器芯片構(gòu)造存儲(chǔ)系統(tǒng)、主存儲(chǔ)器的工作過(guò)程1、主存與CPU的連接方式:數(shù)據(jù)寄存器CPU地址寄存器數(shù)據(jù)線、控制線卜.J 主存地址線,2、主存的工作過(guò)程：1）讀取數(shù)據(jù)時(shí)：CPU： CPU給出數(shù)據(jù)的地址3地址總線驅(qū)動(dòng)主存3CPU通過(guò)信號(hào)線發(fā)出讀信號(hào)； 主存：主存根據(jù)地址信息確定操作單元3主存收到讀信號(hào)，將數(shù)據(jù)放到數(shù)據(jù)總線上； CPU： CPU從數(shù)據(jù)總線上讀入數(shù)據(jù)。2）寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)：CPU： CPU給出數(shù)據(jù)的地址3地址總線驅(qū)動(dòng)主存3CPU將數(shù)據(jù)放到數(shù)據(jù)總線上3CPU 通過(guò)信號(hào)線發(fā)出寫(xiě)信號(hào)；主存：主存根據(jù)地址信息確定操作單元3主存收到寫(xiě)信號(hào)，從數(shù)據(jù)總線上獲

5、取數(shù)據(jù)；在一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，一般來(lái)說(shuō)內(nèi)存的容量都比較大，需要由多個(gè)存儲(chǔ)芯片構(gòu)成一個(gè)存儲(chǔ) 系統(tǒng)，這就需要有一個(gè)地址譯碼的過(guò)程。二、利用與非門(mén)實(shí)現(xiàn)地址譯碼例一：CPU地址線20位，數(shù)據(jù)線8位，讀信號(hào)RD，IO/存儲(chǔ)器選擇IO/MEPROM： 2K 8，存儲(chǔ)地址：0FF000H0FF7FFH。 起始地址：1111 1111 0000 0000 0000 終止地址：1111 1111 0111 1111 1111A10A0A10A0I/O7I/O7D7D0A19A1勺A113-IO/M mCSOERD三、利用譯碼器實(shí)現(xiàn)地址譯碼138譯碼器U11AY0-d15_2日YTo-3CY2皿Y3Y401LG2A

6、G20yToL5G1Y7oL74AS13BG2AG2BG1CBAY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y71XXXXX11111111X1XXXX11111111XX0XXX111111110010000111111100100110111111001010110111110010111110111100110011110111001101111110110011101111110100111111111110例二：CPU20位地址線，8位數(shù)據(jù)線，讀信號(hào)為RD , 2片8K 8的EPROM, 一片開(kāi)始地址為0E0000H, 一片開(kāi)始地址為0E8000H。第一步：將每一片的開(kāi)始地址和結(jié)束地址寫(xiě)為二進(jìn)制。第

7、一片：開(kāi)始：1110 0000 0000 0000 0000結(jié)束：1110 0001 1111 1111 1111第二片：開(kāi)始：1110 1000 0000 0000 0000結(jié)束：1110 1001 1111 1111 1111第二步：確定譯碼方案：A12A0 :片內(nèi)譯碼；A19A16 :譯碼器的片選；A15A13：譯碼器輸入。第三步：畫(huà)出電路邏輯圖：A17A18A19A14A15AByTGYZSTGZAG2SY&G1Y7例三：CPU16位地址線，8位數(shù)據(jù)線，MREQ訪問(wèn)存儲(chǔ)器控制信號(hào)，R/W讀寫(xiě)控制信號(hào)存儲(chǔ)芯片：RAM 1Kx 4,4K x 8,8K x 8ROM 2K x 8,4K x

8、8,8K x 8地址分配：6000H67FFH，系統(tǒng)區(qū)，ROM6800H6BFFH， 用戶(hù)區(qū)，RAM第一步：將兩個(gè)區(qū)域的開(kāi)始地址和結(jié)束地址寫(xiě)為二進(jìn)制。ROM 開(kāi)始： 0110 0000 0000 0000結(jié)束： 0110 0111 1111 1111 2KRAM 開(kāi)始： 0110 1000 0000 0000結(jié)束： 0110 1011 1111 1111 1K第二步：選芯片，1片2K x8的ROM，2片1Kx 4的RAM。第三步：分配地址線：ROMA10A0片內(nèi)譯碼，A13A11譯碼器輸入，A15A14譯碼器片選；RAMA9A0片內(nèi)譯碼，A13-A11譯碼器輸入，A15A14譯碼器片選，A10

9、芯片片選;4.4提高訪問(wèn)存儲(chǔ)器速度的方法、多存儲(chǔ)器方式單體多字方式通常情況下，程序和數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)體內(nèi)是連續(xù)存放的，正常的讀數(shù)據(jù)過(guò)程是：CPU發(fā)出 一個(gè)地址，存儲(chǔ)器發(fā)出一個(gè)數(shù)據(jù)，CPU發(fā)出下一個(gè)地址，存儲(chǔ)器發(fā)出下一個(gè)數(shù)據(jù)，。假設(shè)說(shuō)當(dāng)CPU發(fā)出一個(gè)地址之后，存儲(chǔ)器能夠依次發(fā)出N個(gè)數(shù)據(jù)，同時(shí)CPU能夠?qū)?這N個(gè)數(shù)據(jù)依次讀入，這樣就提高了存儲(chǔ)器的訪問(wèn)速度。這種方式能夠有效工作的前提是：指令或數(shù)據(jù)在內(nèi)存中是連續(xù)存放的，如果遇到轉(zhuǎn)移 指令，或數(shù)據(jù)不連續(xù)存放，這種方式的效果就不明顯了。指令1指令2指令kM位M位M位數(shù)據(jù)寄存器01N-1存儲(chǔ)體地址寄存器多體并行存儲(chǔ)系統(tǒng)二、Cache 技術(shù)則從Cache的特點(diǎn)：Cache 一般采用SRAM，高速，但價(jià)格貴。工作原理：CPU讀一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，地址信號(hào)送入Cache和主存，如果數(shù)據(jù)在Cache中，Cache中讀數(shù)據(jù)，否則從主存中讀數(shù)據(jù)，同時(shí)將主存中相鄰地址的數(shù)據(jù)裝入Cache。替換機(jī)制：當(dāng)Cache中內(nèi)容已滿(mǎn)時(shí)，按照一定