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  • 内部存储器

    2021-05-26 23:56:21
    存储器的基本知识 构成存储器的存储介质主要是半导体材料和磁性材料。 用半导体器件组成的存储器叫半导体存储器;用磁性材料组成的存储器叫磁表面存储器 存储位元(存储元):存储器中最小的存储单位,是一个二进制...

    存储器的基本知识

    • 构成存储器的存储介质主要是半导体材料磁性材料
      用半导体器件组成的存储器叫半导体存储器;用磁性材料组成的存储器叫磁表面存储器
    • 存储位元(存储元):存储器中最小的存储单位,是一个二进制代码位
    • 存储单元:由一些存储位元组成一个存储单元。
    • 存储器:由很多个存储单元组成一个存储器。
    • 随机存储器:这种存储器里的所有存储单元的内容都能被随机存储,并且读取和存储数据的时间与存储单元的物理位置无关
    • 顺序存储器:存储器只能按照某种顺序存储,也就是说存取的时间和存储单元的物理位置有关。如磁带存储器,磁盘存储器是半顺序存储器
    • 只读存储器(ROM):只能读出但是不能写入的半导体存储器叫 只读存储器。
    • 随机读写存储器(RAM):既能读出又能写入的半导体存储器。
    • 易失性存储器:断电后会信息消失的存储器。半导体存储器RAM就是易失性存储器。
    • 非易失性存储器:断电后仍然能够保存信息的存储器;磁表面存储器就是非易失性存储器。
    • 存储器在计算机中可以分为内部存储器(内存,CPU能直接访问的存储器,包括cache和主存)外部存储器(外存,信息需要传给内部存储器才能被CPU处理)。还可以分为主存储器辅助存储器高速缓冲器控制存储器。半导体存储器是内部存储器,磁盘是外部存储器,也是辅助存储器。
    • cache(高速缓冲器):特点是速度快,存储容量小,为了提高计算机的存储效率而诞生,用途是保存你经常使用的数据,当你要再次使用时计算机可以迅速调出来,根据如何选择保存你常使用的数据会有不同的选择方式。
    • 主要存储器:用来存放计算机的主要数据和程序,由MOS半导体存储器组成。
    • 外存储器:是一种大容量辅助存储器,用来存放大型文件和数据库。系统不可以直接访问,需要通过将数据传入到内存才可以访问其中的数据。

    主存储器

    • 子存储单元:存放一个机器字的存储单元,相应的单元地址叫字地址。每个存储单元都有唯一一个地址编号,这个编号叫做单元地址,给每一个存储单元编号就叫编址,经编址后,存储器在逻辑上便形成一个线性地址空间。存取数据时,必须先给出地址码,再由硬件电路译码找到数据所在地址,这叫寻址。有关存储单元地址参考这篇文章
    • 存储容量
      最小的存储单位是bit(比特),又叫位,依次往后是B(字节):1 B = 8 bit; KB(千字节):1 KB = 2¹⁰ B; MB(兆字节)1 MB = 2²⁰ B;GB(吉字节):1 GB = 2³⁰ B;TB(太字节):1 TB = 2⁴⁰ B …

    主存的速度指标

    • 存取时间
      指存储器从读数据开始到将数据读到数据总线上或取写数据开始到操作结束的时间,又叫做存储器访问时间。
    • 存取周期
      连续两次读操作之间的最小间隔时间,一般来讲存储周期略大于存取时间。
    • 存取器带宽
      单位时间里存储器存储的信息量。
      存储器带宽 = 信息总量 / 存储时间

    SRAM存储器

    Static RAM 静态随机存储器:是一种可以静态存储数据的存储器,静态是指不需要刷新电路就可以保存数据。
    SRAM 是用触发器作为存储元,触发器只要直流电源一直加在记忆电路上,就会一直保持0或1的状态,电源断电就会失去记忆,也就是说当供电时SRAM可以存储数据,但是一旦断电存储的数据就会消失。
    SRAM有三组信号线与外部连接:

    • 地址线
      地址线的条数 n 的数量指定了存储器的容量为 2 ^ n 个 存储单元。
    • 数据线
      n 条数据线指定了存储器的存储字长为 n 位。
    • 控制线
      控制线控制存储器是进行读操作(高电平)还是写操作(低电平)。
    • SRAM采用双译码方式,以便组织更大的存储容量。
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    想要了解更多SRAM存储器原理,可以参考这篇文章

    DRAM

    dynamic RAM (动态随机存储器) ,具有极大的存储容量,一般用作计算机的主存储器。
    SRAM 的存储元是一个触发器,有两个稳定的状态。这个触发器是由一个MOS管电容器组成的记忆电路。MOS管是用作开关使用的,电容器充满电表示存储1,电容器没电代表存储0。

    SRAM和DRAM的不同之处

    1. DRAM增加了行地址锁存器和列地址锁存器

    因为DRAM的存储容量很大,所以地址线的宽度很大,这需要增加地址线的管脚数目,因此会大大增加成本。为了避免这种情况采用的方法是分时传送法

    • 分时传送法:假设地址总线宽度为10位,先通过行地址选通信号RAS传送 A0~A9 地址位到行地址锁存器,再通过列地址选通信号CAS传送 A10~A19 地址位到列地址锁存器;芯片内部两部分合起来,地址总线宽度就达到了20位。
    1. DRAM增加刷新计数器和相应的控制电路
      DRAM读出后必须要进行刷新,并且刷新的是行,因此没有读写的存储元的也要按行刷新,所以刷新计数器的位宽和行地址锁存器的位宽相等;每次刷新是和读写操作交替进行,所以通过2选1多路开关来提供刷新行或者读写操作的行地址。

    DRAM读写周期

    读周期和写周期是从RAS行选通信号下降沿开始到下一个RAS信号开始的时间,为了控制方便,读周期和写周期的时间相等。

    刷新周期

    刷新方式有两种:

    1. 集中式刷新
    2. 分散式刷新

    刷新周期的来源是由于DRAM存储器的存储元是靠电容器上的电量来保持存储的状态的,是所以需要定期刷新来确保存储器的状态是正确的。

    1.集中式刷新
    DRAM 的所有行在每一个刷新周期中都被刷新。
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    Cache(高速缓冲存储器)

    cache是由 一系列SRAM组成的,所以它的存取速度比主存快,但是成本较高。

    cache基本原理

    CPU和cache数据传送是以为单位的,cache和主存之间的数据传送是以为单位的,一个块的包含了若干的字。
    CPU读一个字的时候把字的内存地址同时送给cache和内存,根据cache控制逻辑判断这个字是否在cache中。如果在就从cache中调出;如果不在就从主存中调出,并且把这个字的数据送入cache中。

    cache的命中率

    cache存在的意义就是提高CPU读取数据的效率,就是让CPU尽可能快的存取数据,因为从cache的传送数据的速度比从主存快的多,所以cache的命中率也就是CPU对cache的使用率越高效率就越高。
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    相关例题解释

    Cache的地址映射

    CPU要拿取数据的时候会通过cache控制逻辑判断数据是否在cache里,在的话就会从cache里拿取,不在的话才会去主存里存取数据,所以问题来了,数据是一样的数据,但是存放的地方不同,那么必然会出现两个地址,所以不管是靠主存的内存地址去对应cache内的地址,还是CPU根据内存地址转换成cache的地址,都要用到cache的地址映射。

    Cache有三种地址映射:全相联映射,直接映射,组相联映射;
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    全相联映射

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    【未完待续】

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  • 内部存储器——①静态存储器

    千次阅读 2020-03-20 16:04:12
    在现代计算机中,存储器处于全机中心地位,其原因是: (1) 当前计算机正在执行的程序和数据(除了暂存于CPU寄存器的)均存放在存储器中。CPU直接从存储器取指令或存取数据。 (2) 计算机系统中输入输出设备数量增多,...

     在现代计算机中,存储器处于全机中心地位,其原因是:

    (1) 当前计算机正在执行的程序和数据(除了暂存于CPU寄存器的)均存放在存储器中。CPU直接从存储器取指令或存取数据。

    (2) 计算机系统中输入输出设备数量增多,数据传送速度加快,因此采用了直接存储器存取(DMA)技术和I/O通道技术,在存储器与输入输出系统之间直接传送数据。

    (3) 共享存储器的多处理机的出现,利用存储器存放共享数据,并实现处理机之间的通信,更加强了存储器作为全机中心的地位。

        由于中央处理器都是由高速器件组成,不少指令的执行速度基本上取决于主存储器的速度。所以,计算机解题能力的提高、应用范围的日益广泛和系统软件的日益丰富,无一不与主存储器的技术发展密切相关。

     

    一、存储器概述

            存储器是一个记忆装置,用来存放程序和数据。它是计算机五大功能部件中的重要部件,是计算机能够实现“存储程序控制”的基础。

     

            通常,将两个或两个以上速度、容量和价格各不相同的存储器用硬件、软件或者软件和硬件相结合的方法连接起来就组成了存储系统。

     

    (一)几个基本概念


    1、存储器:是计算机系统中的记忆设备,用来存放程序和数据。

    2、存储元:存储器的最小组成单位,用以存储1位二进制代码。 

    3、存储单元:是CPU访问存储器基本单位,由若干个具有相同操作属性的存储元组成。 

    4、单元地址:在存储器中用以表识存储单元的唯一编号,CPU通过该编号访问相应的存储单元。 

    5、字存储单元:存放一个字的存储单元,相应的单元地址叫字地址。 

    6、字节存储单元:存放一个字节的存储单元,相应的单元地址叫字节地址 

    7、按字寻址计算机:可编址的最小单位是字存储单元的计算机。 

    8、按字节寻址计算机:可编址的最小单位是字节的计算机。 

    9、存储体:存储单元的集合,是存放二进制信息的地方

     

    存储器各个概念之间的关系

     

    (二)存储器功能


     

    (1)存取方式:随机存储器与存取时间和存储单元的物理位置无关。

    (2)存储介质:目前主要采用半导体器件和磁性材料。

    (3) 系统中的作用一 -可分为外部存储器、内部存储器;又可分为主存储器、高速缓冲存储器、控制存储器、辅助存储器。

    (4) 信息易失性:断电后信息消失的存储器,称为易失性存储器。

     

    (三)主存储器概述:


     

    CPU通过使用AR (地址寄存器)、DR (数据寄存器)和总线与主存进行数据传送。为了从存储器中取一个信息字,CPU必须指定存储器字地址并进行“读’操作。

    CPU需要把信息率的地址送到AR,经地址总线送往主存储器、同时,CPU应用控制线(read) 发一个“读”请求。此后,CPU等待从主存储器发来的回答信号通知CPU“读”操作完成。

    主存储器通过ready线做出回答,若ready信 号为“1”,说明存储器的内容已经读出,并放在数据总线上,送人DR,这时“取”数操作完成。

    为了"存”一个字到主存,CPU先将信息在主存中的地址经AR送地址总线,并将信息字送DR、同时发出“写”命令,CPU等待写操作完成信号;

    主存储器从数据总线接收到信息字并按地址总线指定的地址存储,然后经ready控制线发回存储器操作完成信号、这时“存”数操作完成。

     

    (四)主存和高速缓存之间的关系:

    在CPU和主存之间插入的由高速电子器件组成的容量不大,但速度很高的存储器作为缓冲区

    为解决CPU和主存之间的速度差距,提高整机的运算速度

    存取速度最快,容量小,存储控制和,管理由硬件实现

     

    缓存----主存层次和主存----辅存层次

     

    (五)存储器分类


     

            构成存储器的存储介质,目前主要采用的是半导体器件和磁性材料。存储器中最小的存储单位,我们成为是存储位元,即存放一位二进制代码。由若干个存储位元可以组成一个存储单元。由许多存储单元就可以组成一个存储器。

     

    1. 按存储介质分  

    • 半导体存储器:用半导体器件组成的存储器。

    • 磁表面存储器:用磁性材料做成的存储器。 

    • 磁表面存储器:在金属或者塑料基体上,涂覆一层磁性材料。常见的有磁盘、磁带等。多做辅助存储器。

    • 光存储器:采用激光技术控制访问的存储器,存储容量大,多做辅助存储器。

    2. 按存储方式分  

    • 随机存储器:任何存储单元的内容都能被随机存取,且存取时间和存储单元的物理位置无关。半导体存储器都是随机存储器。

    • 顺序存储器:只能按某种顺序来存取,存取时间和存储单元的物理位置有关。

    3. 按存储器的读写功能分 

    • 只读存储器(ROM):存储的内容是固定不变的,只能读出而不能写入的半导体存储器。只读存储器(ROM)所存储的内容是固定不变的,只能读出而不能写入的半导体存储器。它通常用于存放固定不变的程序、字符、汉字字型库及图形符号等。由于它和读写存储器共享主存储器的相同地址空间,因此仍属于主存储器的一部分。

      (1) MASK ROM (掩模型只读存储器)

      (2) PROM ( Programmable ROM,可编程只读存储器)

      (3) EPROM ( Erasable Programmable,可擦可编程只读存储器)

      (4) EEPROM ( Electrically ErasableProgrammable,电可擦除可编程只读存储器)

      (5) Flash Memory (快闪存储器)

    • 随机读写存储器(RAM):既能读出又能写入的半导体存储器。既能读出又能写入的半导体存储器。随机存储器(又称读写存储器)指通过指令可以随机地、个别地对各个存储单元进行访问,访问所需时间一般基本固定,与存储单元地址无关。在计算机系统中,不论是大、中、小型及微型计算机的主存储器主要都采用随机存储器。

    4. 按信息的可保存性分  

    • 非永久记忆的存储器:断电后信息即消失的存储器。  

    • 永久记忆性存储器:断电后仍能保存信息的存储器。

    5. 按在计算机系统中的作用分

        根据存储器在计算机系统中所起的作用,可分为: 主存储器、辅助存储器、高速缓冲存储器、微控制存储器等。

     

    半导体存储器

     

    (六)存储器层次结构


     

            对存储器的要求是:容量大,速度快,成本低。但是要在一个存储器中同时兼顾这三个方面是比较困难的。为此,目前的计算机系统中,通常采用多级存储器体系结构。

     

            通常把各种不同存储容量、不同存取速度的存储器,按一定的体系结构组织在一起,就形成了一个统一整体的存储系统。

     

    目前,比较常用的存储系统是由高速缓冲存储器(cache)、主存储器和外存储器构成的三级存储系统。

     

      

    图5.1-1 存储器的层次结构

     

     

     

    图5.1-2 存储器的层次结构(从硬件角度)
     

     

    为解决三者之间的矛盾,目前通常采用多级存储器体系结构,即使用高速缓冲存储器、主存储器和外存储器。

     

     

     

    存储器的用途和特点

     

     

    三级存储系统分为两个层次,其中高速缓冲存储器和主存之间层位Cache-主存层次,主存和辅存之间成为主存-辅存层次。

    图5.1-3 两种存储层次
     

     

     

            Cache存储器是为了解决主存速度不足而提出来的。在cache和主存之间,增加辅助的硬件,构成一个整体。从cpu的角度看,速度接近cache的速度,容量是主存的容量,价格接近主存的价格。由于cache的管理是用硬件来管理的,因此对程序员和用户而言是透明的。

     

            虚拟存储器是为了解决主存容量不足而提出来的。在主存和辅存之间,增加辅助的软件和硬件,让它们构成一个整体。从cpu的角度看,速度接近主存的速度,容量接近辅存的容量,价格接近辅存的价格。由于虚拟存储器需要通过软件和硬件来统一管理,因此,对系统程序员是不透明的,但是对应用程序员是透明的。

     

    层次间应满足的原则:

    • 一致性原则:处在不同层次的同一个信息应保持相同的值。

    • 包含性原则:处在内层的信息一定被包含在其外层的存储器中,反之则不成立,即内层存储器的全部信息,是其相邻外层信息的一部分的复制品

     

     

     

    (七)存储器的技术指标


     

     

    1.存储容量:存放信息的总数,容量S存储字数W*存储字长度L。通常以字节Byte)为单位B、KB、MB、GB、TB

     

    2.存取时间TA(存储器访问时间):是存储器从接到寻找存储单元的地址码开始,到读出或存入数据为止所需要的平均时间,称为存储器的存取时间,记为tA,也称为取数时间,tA对随机存储器一般是指:从中央处理器CPU的地址寄存器门输出端发出读数请求时起,到所要求的读出信息出现在存储器输出端为止,这期间所需要化费的时间值。

     

    3.存储周期TM:存储器进行一次完整的读写操作所需要的全部时间,称为存取周期。或具体地说,CPU连续两次访问存储器所需要的最短时间间隔。存储周期略大于存取时间,即TM>TA。

      tM = tA+复原时间:

      破坏性读出方式:tM=2tA。

      非破坏性读出:tM = tA+稳定时间

     

     

    4.存储器的价格:通常以每位价格P来衡量。

     

    5.存贮器带(频)宽BM:是单位时间内存储器所存取的信息量,称为数据传输率或称为存储器传输带宽bM。通常以位/秒或字节/秒做度量单位。

    BM=W/TM

            其中,存储周期的倒数1/tM是单位时间(每秒)内能读写存储器的最大次数。W表示存储器一次读取数据的宽度,即位数,也就是存储器传送数据的宽度。

     

     

    6.可靠性:主存储器的可靠性通常用平均无故障时间 MTBF(Mean Time Between Failures)来表征。MTBF指连续两次故障之间的平均时间间隔。显然,MTBF越长 ,意味着主存的可靠性越高。

     

    7.功耗:作为目前的主存储器的主体的半导体存储器的功耗包括“维持功耗”和“操作功耗”,应在保证速度的前提下尽可能地减小功耗,特别是要减小“维持功耗”。

     

    8.集成度 所谓集成度是指在一片数平方毫米的芯片上能集成多少个存储单元,每个存储单元存储一个二进制位,所以集成度常表示为位/片。      

     

    9.存储器速度

    (1)存储器取数时间(Memory Access Time) :从存储器写出/读入一个存储单元信息或从存储器写出/读入一次信息(信息可能是一个字节或一个字)所需要的平均时间,称为存储器的存数时间/取数时间,记为TA,也称为取数时间,TA对随机存储器一般是指: 从CPU的地址寄存器输出端开始发出读数命令,到读出信息出现在存储器输出端为止,这期间所需要花费的时间值。

    • 数据传输率:单位时间可写入存储器或从存储器取出的信息的最大数量,称为数据传输率或称为存储器传输带宽BM。BM =W/ TM

     

    (八)主存储的基本结构


    1.基本结构    

    存储器是由存储体、地址寄存器、数据寄存器、和读/写控制线路组成。

    图5.2-1 主存的组成框图

     

    存储体:是主存储器的核心,程序和数据都存放在存储体中。

     

    地址译码驱动电路:包含译码器和驱动器两部分。译码器将地址总线输入的地址码转换成与之对应的译码输出线上的有效电平,以表示选中了某一存储单元,然后由驱动器提供驱动电路去驱动相应的短些电路,完成对被选中存储单元的读写操作。

     

    I/O和读写电路:包括放大器、写入电路和读写控制电路,用以完成被选中的存储单元中各位的读出和写入操作。

     

    2.存储单元:

    位是二进制数的最基本的单位,也是存储器存储信息的最小单位。

     

    存储字:作为一个整体存入或读出存储器的若干位二进制信息。

     

    存储单元:存放存储字或存储字节的主存空间村委存储单元或主存单元。

     

    存储体:存储单元的集合。

     

    存储单元地址:存储单元的编号。

     

    一个存储单元可能存放一份字,也可能存放一个字节,对于字节编址的计算机,最小寻址单位就是一个字节,相邻的存储单元地址指向相邻的存储字节;对于字编址的计算机,最小寻址单位是一个字,相邻的存储单元地址指向相邻的存储字。 所以,存储单元是CPU对主存可访问操作的最小存储单位。

     

    (九)主存储器的基本操作


    主存储器和CPU的连接是由总线支持的。

    图5.2-2 主存储器与CPU的联系

     

             CPU通过使用MAR和MDR和主存进行数据传送,若MAR为K位字长,MDR为n位字长,则允许主存包含2K个可寻址单位(字节或字)。在一个存储周期内,CPU和主存之间通过总线进行n为数据传送。控制总线包括控制数据传送的读(read)、写(write)和表示存储器功能完成的(ready)控制线。

     

    1.读操作

    (1)CPU必须指定存储器字地址,把信息字的地址送到AR,经地址总线送往主存储器;

    (2)CPU应用控制线发出一个“读”请求;•CPU等待从主存储器发来的应答信号,通知CPU“读”操作完成。

    (3)主存储器通过ready线做出回答,若ready信号为1,说明存储字的内容已经读出,并放在数据总线上送入MDR。

     

    2.写操作

    (1)CPU先将信息字在主存中的地址经MAR送地址总线;

    (2)将信息字送MDR

    (3)发出“写”命令,等待写操作完成信号;

    (4)主存储器从数据总线上接收到信息字并按地址总线指定的地址存储,然后经ready控制线发挥存储器操作完成信号。

     

     

    (十)存储器的读、写周期

         在与CPU连接时,  CPU的控制信号与存储器的读、写周期之间的配合问题是非常重要的。

    读周期:

            读周期与读出时间是两个不同的概念。 

            读出时间——从给出有效地址到外部数据总线上稳定地出现所读出的数据信息所经历的时间。  

            读周期时间——则是存储器进行两次连续读操作时所必须间隔的时间,它总是大于或等于读出时间。 

     

     

    SRAM存储器时序

    静态存储器的读周期:地址有效→CS有效→数据输出→CS复位→地址撤销

    tRC —— 读周期            tA —— 读出周期     tCO —— 片选到数据输出延迟tCX —— 片选到输出有效            tOTD —— 从断开片选到输出变为三态     tOHA —— 地址改变后的维持时间

     

     

    静态 RAM (2114) 读 时序  

     

     

    静态 RAM (2114) 写 时序  

     

    写周期:地址有效→CS有效→数据有效→CS复位(数据输入)→地址撤销

    静态存储器的读写周期

     

     

     

     

    二、静态存储器

            主存储器通常分为RAM和ROM两大部分,RAM可读可写,ROM只能读不能写。

     

            静态RAM:靠双稳态触发器来记忆信息的;

     

            通常把存放一个二进制位的物理期间称为记忆单元,他是存储器的最基本的构件,地址码相同的多个记忆单元构成一个存储单元。RAM又可分为静态RAM(Static RAM ,SRAM)和动态RAM(Dynamic RAM,DRAM)两种。

     

    (一)SRAM存储器

    1.基本存储元

            基本存储元是组成存储器的基础和核心,它用来存储一位二进制信息0或1。

     

    图5.2-4 6管SRAM记忆单元电路

     

     

    (1)存储元的工作原理:

            T1和T2管构成存储信息的双稳态触发器;T3和T4管构成门控电路,控制读写操作;T5和T6是T1和T2的负载管;字线用来选择这个记忆单元;两条位线用来传送读写信号;

     

            T1截止,T2导通,表示该记忆单元中存储的是“1”信息;T1导通,T2截止,表示该记忆单元中存储的是“0”信息;

    当字线为低电平时,这个记忆单元未被选中,T3和T4截止,触发器与位线隔开,原存储信息不变,成为保持状态;当字线为高电平,这个记忆单元被选中,T3和T4导通,可进行读写操作。位线I/O被称为读写“1”线,位线        被称为读写“0”线;

     

            当字线为低电平时,这个记忆单元未被选中,T3和T4截止,触发器与位线隔开,原存储信息不变,成为保持状态;当字线为高电平,这个记忆单元被选中,T3和T4导通,可进行读写操作。位线I/O被称为读写“1”线,位线        被称为读写“0”线;

     

    (2)读操作

    因为T3和T4导通,相当于A和B点分贝与位线I/O和     相连,若记忆单元原存“1”,则I/O输出高电平,完成读“1”操作。若记忆单元原存“0”,则I/O线输出低电平,完成读“0”操作。

    图5.2-5 读操作时序图

     

    (3)写操作

    如果要写入“1”,则在I/O线上输入高电平,      线上输入低电平,它们将分别通过T3和T4管迫使T1截止,T2导通,该记忆单元内容成为“1”,完成写“1”操作;

     

    如果要写入“0”,则在I/O线上输入低电平,      线上输入高电平,它们将分别通过T3和T4管迫使T1导通,T2截止,该记忆单元内容成为“0”,完成写“0”操作;

     

    图5.2-6 写周期时序图

     

     

    16×1  bit SRAM

     

    1K bit SRAM

     

     

    2.SRAM存储器的组成

            一个SRAM存储器由存储体、读写电路、地址译码电路和控制电路等组成。

    标题

    (1)   存储体—— 存储单元的集合

    • 一个基本存储电路只能存储一个二进制位。

    • 将基本的存储电路有规则地组织起来,就是存储体。 

    • 存储体又有不同的组织形式:

             将各个字的同一位组织在一个芯片中;

             将各个字的4位组织在一个芯片中, 如:2114  1K×4;

             将各个字的8位组织在一个芯片中, 如:6116  2K×8;

        如图所示:存储体将4096个字的同一位组织在一个集成片中;    需16个片子组成4096×16的存储器;    4096通常排列成矩阵形式,如 64×64,由行选、列选线选中所需的单元。

     

    (2)  地址译码器—— 地址译码器的输入信息来自CPU的地址寄存器

    •    单译码方式——适用于小容量存储器中,只有一个译码器。

     

    • 双译码方式——地址译码器分成两个,可有效减少选择线的数目。

     

     

    (3) 驱动器——通常加在译码器的输出之后

           双译码结构中,在译码器输出后加驱动器,驱动挂在各条X方向选择线上的所有存储元电路。 

     

    (4) I/O电路

            处于数据总线和被选用的单元之间, 控制被选中的单元读出或写入,放大信息。

     

    (5) 片选与读/写控制电路

            在地址选择时,首先要选片,只有当片选信号有效时,此片所连的地址线才有效。

     

    (6) 输出驱动电路

            为了扩展存储器的容量,常需要将几个芯片的数据线并联使用;另外存储器的读出数据或写入数据都放在双向的数据总线上。这就用到三态输出缓冲器。

     

     

     

    3.SRAM结构与地址译码

    (1)字结构或单译码方式

           ①存储容量M=W行×b列;

           ②阵列的每一行对应一个字,有一根公用的字选择线W;每一列对应字线中的一位,有两根公用的位线BS0与BS1 。

           ③ 存储器的地址不分组,只用一组地址译码器。

           ④ 优点:结构简单,速度快:适用于小容量M。 缺点:外围电路多、成本昂贵,结构不合理结构。

     

    (2)位结构或双译码方式

            ①容量:N(字)×b(位)的RAM,把每个字的同一位组织在一个存储片上,每片是N×1;再把b 片并列连接,组成一个N×b的存储体,就构成一个位结构的存储器。

            ②在每一个N×1存储片中,字数N被当作基本存储电路的个数。若把N=2n 个基本存储电路排列成Nx行与Ny列的存储阵列,把CPU送来的n位选择地址按行和列两个方向划分成nx 和ny 两组,经行和列方向译码器,分别选择驱动行线X与列线Y。

            ③采用双译码结构,可以减少选择线的数目。

            ④ 优点:驱动电路节省,结构合理,适用于大容量存储器。

     

     

     

     

     

    4.SRAM存储器芯片实例

    Intel 2114——1024×4 的存储器:

    •  4096 个基本存储元,排成 64×64 (64×16×4) 的矩阵(平面效果);请问构成三维的立体效果应该怎样排列?

    • 需 10 根地址线寻址;

    • X 译码器输出 64 根选择线,分别选择 1-64 行; 

    • Y 译码器输出 16 根选择线,分别选择 1-16 列控制各列的位线控制门。

     

    Intel 2114——1K×4  SRAM

     

     

     

     

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  • 内部存储器练习

    千次阅读 2020-04-13 09:49:29
    1、存储器是计算机系统中的记忆设备,它主要用来( )。(2.0分) A、存放数据 B、存放程序 C、存放程序和数据 D、存放微程序 正确答案: C 答案解析: 2、某一RAM芯片,其容量为1024*8位,其数据线和地址线分别为...

    一.单选题(共30题,60.0分)

    1、存储器是计算机系统中的记忆设备,它主要用来( )。(2.0分)

    A、存放数据

    B、存放程序

    C、存放程序和数据

    D、存放微程序

    正确答案: C 

    答案解析:

    2、某一RAM芯片,其容量为1024*8位,其数据线和地址线分别为( )。(2.0分)

    A、3、10

    B、10、3

    C、8、10

    D、10、8

    正确答案: C 

    答案解析:

    3、存取周期是指( )。(2.0分)

    A、存储器的写入时间

    B、存储器进行连续写操作允许的最短时间间隔

    C、存储器的读出时间

    D、存储器连续读或写操作所允许的最短时间间隔

    正确答案: D 

    答案解析:

    4、CACHE采用的存储器是( )。(2.0分)

    A、SRAM

    B、ROM

    C、EPROM

    D、DRAM

    正确答案: A 

    答案解析:

    5、CPU与Cache交换信息的单位是( ),CPU与主存交换信息的单位是( )。(2.0分)

    A、字,块

    B、字,字

    C、块,字

    D、块,块

    正确答案: B 

    答案解析:

    6、在虚拟存储器中,当程序正在执行时,( )完成地址映射。(2.0分)

    A、程序员

    B、编译器

    C、装入程序

    D、操作系统

    正确答案: D 

    答案解析:

    7、对EPROM进行读操作,仅当( )信号同时有效才行。(2.0分)

    A、/OE,/RD

    B、/OE,/CE

    C、/CE,/WE

    D、/OE,/WE

    正确答案: B

    答案解析:

    8、某SRAM芯片,存储容量为64K × 16位,该芯片地址线和数据线数目分别为( )。(2.0分)

    A、64,16

    B、16,64

    C、64,8

    D、16,16

    正确答案: D

    答案解析:

    9、一个16K*32位的存储器,其地址线和数据线的总和是( )。(2.0分)

    A、48

    B、46

    C、36

    D、22

    正确答案: B 

    答案解析:

    10、某计算机的CACHE共有16块,采用2路组相联映射方式,每个主存块大小为32字节,按字节编址,主存129号单元所在主存块应装入到CACHE的组号是( )。(2.0分)

    A、0

    B、1

    C、4

    D、6

    正确答案: C 

    答案解析:

    11、已知存储芯片的容量为4K×16,则该芯片内的地址寄存器的位数为( )位。(2.0分)

    A、14

    B、12

    C、16

    D、28

    正确答案: B 

    答案解析:

    12、主存和CPU之间增加高速缓冲存储器的目的是( )。(2.0分)

    A、解决CPU和主存之间的速度匹配问题

    B、扩大主存容量

    C、既扩大主存容量,又提高主存速度

    D、扩大存储器的寻址空间

    正确答案: A 

    答案解析:

    13、EPROM是指( )。(2.0分)

    A、读/写存储器

    B、只读存储器

    C、可编程的只读存储器

    D、光擦除的PROM

    正确答案: D 

    答案解析:

    14、若用1K*4的芯片组成2K*8的RAM需要( )片。(2.0分)

    A、2片

    B、16片

    C、4片

    D、8片

    正确答案: C

    答案解析:

    15、某机字长32位,存储容量为 1MB,若按字编址,它的寻址范围是( )。(2.0分)

    A、0-1M

    B、0-512KB

    C、0-256K

    D、0-256KB

    正确答案: C 

    答案解析:

    假设机器字长是n位,

    按字编制:由于机器字为n位, 则字也为nbits=n/8字节;

    按半字编制:由于机器字为n位, , 则半字为n/2 bits =n/16字节;

    按双字编制:由于机器字为n位, ,则双字为n*2 bits = n/4字节;

    通过上述方法得出计算机的单位字半字/双字,然后采用主存容量/单位=寻址范围了。

    按字编制:一个字长占的字数:32/8=4,寻址范围=1MB/4 = 256KB

    16、Cache的地址映射中,若主存中的任一块均可映射到Cache内的任一块的位置上,称作( )。(2.0分)

    A、直接映射

    B、全相联映射

    C、组相联映射

    D、以上均是

    正确答案: B

    答案解析:

    17、用6116(2k*8)组成一个64KB的存储器 可以用来产生片选信号的地址线是( )。(2.0分)

    A、A0---A10

    B、A0---A15

    C、A11---A15

    D、A4---A19

    正确答案: C 

    答案解析:用来产生片选信号的地址线只能是剩余的高位地址线。

    18、双端口存储器所以能高速进行读 / 写,是因为采用( )。(2.0分)

    A、高速芯片

    B、两套相互独立的读写电路

    C、流水技术

    D、新型器件

    正确答案: B 

    答案解析:

    19、下列因素中,与Cache的命中率无关的是( )。(2.0分)

    A、主存的存取时间

    B、块的大小

    C、Cache的组织方式

    D、Cache的容量

    正确答案: A

    答案解析:

    20、交叉存储器实质上是一种( )存储器,它能( )执行( )独立的读写操作。(2.0分)

    A、模块式,并行,多个

    B、模块式,串行,多个

    C、整体式,并行,一个

    D、整体式,串行,多个

    正确答案: B 

    答案解析:

    21、某一RAM芯片,其容量为512×8位,该芯片引出线的最小数目应是( )。(2.0分)

    A、23

    B、25

    C、50

    D、19

    正确答案: D

    答案解析: 容量是512,512是2的9次方,需要地址线9根,8位则意味着有8根数据线,芯片还需要1根片选线,1根读写线,一共是19根。

    22、一个存储器其地址为14位,每个存储单元长度为8位,若用1K*4位SRAM芯片来组成该存储器,则需要( )芯片,选择存储单元时需要( )位地址。(2.0分)

    A、32、14

    B、16、10

    C、16、14

    D、32、10

    正确答案: A

    答案解析:

    23、RAM存储器中的信息是( )。(2.0分)

    A、可以读/写的

    B、不会变动的

    C、可永久保留的

    D、便于携带的

    正确答案: A 

    答案解析:

    24、在多级存储体系中,“cache-主存”结构的作用是解决( )的问题。(2.0分)

    A、主存容量不足

    B、主存与辅存速度不匹配

    C、辅存与CPU速度不匹配

    D、主存与CPU速度不匹配

    正确答案: D 

    答案解析:

    25、采用虚拟存储器的目的( )。(2.0分)

    A、提高主存的速度

    B、扩大辅存的存取空间

    C、扩大主存的存取空间

    D、扩大存储器的寻址空间

    正确答案: D 

    答案解析:

    26、存储器进行一次完整的读写操作所需的全部时间称为( )。(2.0分)

    A、存取时间

    B、存取周期

    C、CPU周期

    D、机器周期

    正确答案: A

    答案解析:

    27、动态DRAM的刷新是以( )为单位进行的。(2.0分)

    A、存储单元

    B、行

    C、列

    D、存储位

    正确答案: B

    答案解析:

    28、以下哪种类型的存储器速度最快( )。(2.0分)

    A、DRAM

    B、ROM

    C、EPROM

    D、SRAM

    正确答案: D 

    答案解析:

    29、存储单元是指( )。(2.0分)

    A、存放一个二进制信息位的存储元

    B、存放一个机器字的所有存储元集合

    C、存放一个字节的所有存贮元集合

    D、存放两个字节的所有存储元集合

    正确答案: B

    答案解析:

    30、下列存储设备,速度最快的是( )。(2.0分)

    A、内存

    B、U盘

    C、硬盘

    D、Cache

    正确答案: D 

    答案解析:

    二.填空题(共15题,30.0分)

    1、相联存储器不按地址而是按(____)访问的存储器,在cache中用来存放(____),在虚拟存储器中用来存放(____)。(2.0分)

    正确答案:

    第一空: 

    内容

    第二空: 

    行地址表

    第三空: 

    页表和快表

     

    答案解析:

    2、模4交叉存储器是一种(____)存储器,它有(____)个存储模块,每个模块有它自己的地址寄存器和(____)寄存器。(2.0分)

    正确答案:

    第一空: 

    多体交叉并行

    第二空: 

    4

    第三空: 

    数据

     

    答案解析:

    3、存储器可分为主存和(____),程序必须存于(____)内,CPU才能执行其中的指令。(2.0分)

    正确答案:

    第一空: 

    辅存

    第二空: 

    主存

     

    答案解析:

    4、主存与Cache的地址映射有全相联、(____)和(____)方式。(2.0分)

    正确答案:

    第一空: 

    直接;组相联

    第二空: 

    组相联;直接

     

    答案解析:

    5、存储系统的CACHE-主存和主存-辅存都用到了(____)原理。(2.0分)

    正确答案:

    第一空: 

    程序访问的局部性

     

    答案解析:

    6、对存储器的要求是(____),(____),成本低。为了解决这三方面的矛盾计算机采用多级存储体系结构。(2.0分)

    正确答案:

    第一空: 

    容量大;速度快

    第二空: 

    速度快;容量大

     

    答案解析:

    7、主存、高速缓冲存储器、通用寄存器、磁盘、磁带都可用来存储信息,按存取时间由快 到慢的顺序是(____)。(2.0分)

    正确答案:

    第一空: 

    通用寄存器、高速缓冲存储器、主存、磁盘、磁带

     

    答案解析:

    8、半导体SRAM靠(____)存储信息,半导体DRAM靠(____)存储信息。(2.0分)

    正确答案:

    第一空: 

    触发器

    第二空: 

    电容

     

    答案解析:

    9、广泛使用的(____)和(____)都是半导体随机读写存储器。前者的速度比后者快。(2.0分)

    正确答案:

    第一空: 

    SRAM

    第二空: 

    DRAM

     

    答案解析:

    10、缓存是在主存和CPU之间的一种存储器,其速度与(____)匹配,其容量与(____)有关。(2.0分)

    正确答案:

    第一空: 

    CPU

    第二空: 

    主存

     

    答案解析:

    11、在16位微机系统中,一个存储字占用两个连续的8位字节单元,字的低8位存放在(____),高8位存放在(____)。(2.0分)

    正确答案:

    第一空: 

    低地址

    第二空: 

    高地址

     

    答案解析:

    12、动态RAM依据(____)的原理存储信息,因此一般在(____)时间内必须刷新一次。(2.0分)

    正确答案:

    第一空: 

    电容存储电荷

    第二空: 

    2ms

     

    答案解析:

    13、对存储器进行读/写时,地址线被分为高位和低位两部分,它们分别用以产生(____)和(____)信号。(2.0分)

    正确答案:

    第一空: 

    片选

    第二空: 

    存储单元

     

    答案解析:

    14、虚拟存储器指的是(____)层次,它给用户提供了一个比实际主存空间大得多的(____)空间。(2.0分)

    正确答案:

    第一空: 

    主存-辅存

    第二空: 

    虚拟地址

     

    答案解析:

    15、动态半导体存储器的刷新一般有(____)、(____) 和(____)。(2.0分)

    正确答案:

    第一空: 

    集中刷新;分散刷新;异步刷新

    第二空: 

    分散刷新;异步刷新;集中刷新

    第三空: 

    异步刷新;集中刷新;分散刷新

     

    答案解析:

    三.判断题(共5题,10.0分)

    1、在主机内,CPU对主存的访问必须通过内总线进行。(2.0分)

    正确答案:×

    答案解析:

    2、磁带和磁盘都是直接存储设备。(2.0分)

    正确答案:×

    答案解析:

    3、断电后,EEPROM中的数据不会丢失。(2.0分)

    正确答案:√

    答案解析:

    4、随机存储器需要定时地进行刷新。(2.0分)

    正确答案:×

    答案解析:

    5、虚拟存储系统对系统程序员和应用程序员均是“透明”的。(2.0分)

    正确答案:×

    答案解析:

     

     

     

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  • 内部存储器与外部存储器的区别

    千次阅读 2017-02-23 09:42:00
    内部存储器与外部存储器的区别: 所有的安卓设备都外部存储和内部存储,这两个名称来源于安卓的早期设备,那个时候的设备内部存储确实是固定的,而外部存储确实是可以像U盘一样移动的。但是在后来的设备中,很多...

    内部存储器与外部存储器的区别:

    所有的安卓设备都有外部存储和内部存储,这两个名称来源于安卓的早期设备,那个时候的设备内部存储确实是固定的,而外部存储确实是可以像U盘一样移动的。但是在后来的设备中,很多中高端机器都将自己的机身存储扩展到了8G以上,他们将存储在概念上分成了”内部internal” 和”外部external” 两部分,但其实都在手机内部。所以不管安卓手机是否有可移动的sdcard,他们总是有外部存储和内部存储。最关键的是,我们都是通过相同的api来访问可移动的sdcard或者手机自带的存储(外部存储)。

     


    外部存储虽然概念上有点复杂,但也很好区分,你把手机连接电脑,能被电脑识别的部分就一定是外部存储。

    内部存储器:

    • Android系统能够直接把文件存在设备的内部存储内。
    • 默认情况下,保存在内部存储内的文件是应用程序私有的,其他应用程序(或用户)是无法访问的。
    • 当用户卸载此应用程序时,内部存储的数据会一并清除。
    • Shared Preferences和SQLite数据库都是存储在内部存储空间上的。内部存储一般用Context来获取和操作。
    • 内部存储一般保存在“/data/data”目录下

    外部存储器:

      • 使用sdcard存储的数据,不限制只有本应用访问,任何可以有访问Sdcard权限的应用均可以访问,而Sdcard相对于设备的内部存储空间而言,会大很多,所以一般比较大的数据,均会存放在外部存储中。
      • 要向外部存储器写入数据,你必须在清单文件中申请WRITE_EXTERNAL_STORAGE权限
      • 外部存储中的文件是可以被用户或者其他应用程序修改的,有两种类型的文件(或者目录):
        • .公共文件Public files:文件是可以被自由访问,且文件的数据对其他应用或者用户来说都是由意义的,当应用被卸载之后,其卸载前创建的文件仍然保留。比如camera应用,生成的照片大家都能访问,而且camera不在了,照片仍然在。
        • 私有文件Private files:其实由于是外部存储的原因即是是这种类型的文件也能被其他程序访问,只不过一个应用私有的文件对其他应用其实是没有访问价值的(恶意程序除外)。外部存储上,应用私有文件的价值在于卸载之后,这些文件也会被删除。类似于内部存储。
      • 外部存储一般保存在“/mnt/sdcard/Android/data/”下。

    转载于:https://www.cnblogs.com/loaderman/p/6432013.html

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  • 内部存储器——②动态存储器

    千次阅读 2020-03-20 16:16:08
    一、动态随机存储器DRAM 动态RAM:靠MOS电路中的栅极电容来记忆信息的。 ...DRAM 分为很多种,常见的主要FPRAM/FastPage、EDORAM、SDRAM、DDR RAM、RDRAM、SGRAM 以及 WRAM 等。 FPRAM/Fa...
  • 内部存储器——③主存储器

    千次阅读 2020-03-20 16:36:26
    一、只读存储器ROM 即使电源断电,ROM中存储的信息也不会丢失。 (一)ROM的类型 ROM工作是只能读出,不能写入。 把向ROM写入的过程称为对ROM进行编程,根据编程方法的不同,通常可分为以下几类: (1)掩膜...
  • STM32F103处理器内部存储器

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  • 计算机组成原理2----内部存储器

    千次阅读 热门讨论 2015-10-27 21:54:02
    这章介绍下计算机内部存储器的组成和工作原理。如下是关于内部存储器的一张简单的思维导图。    首先第一个问题:为什么会那么多不同种类的存储器呢?存储器无疑是为了存储数据,既然这样那么用全都是一样...
  • 芯片内部存储器介绍(转载)

    千次阅读 2019-04-16 16:48:09
    1、RAM(random access memory)-随机存取存储器 RAM在任何时候都可以被读写,常作为操作系统或其他正在运行程序的临时存储介质(内存、掉电后RAM不能保留数据。RSMSRAM、DRAM两大类。) 2、ROM(Read Only...
  • http://www.2cto.com/kf/201209/157447.html
  • 解决思路:将近期访问的数据副本放到快速存储器(如静态存储器)上。CPU可以更快地从快速存储器中存取数据,从而提高系统速度。哪些是近期访问的数据呢?程序访问的时间局部性:如果某个数据被访问,那么它可能很快...
  • 计算机组成原理 第3章_ 内部存储器 转载于:https://www.cnblogs.com/wc1903036673/p/3463269.html
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  • 存储器

    千次阅读 2015-07-05 17:22:59
    存储器
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空空如也

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