计算机组成原理 第四章 存储系统（1）

文章目录4.1 存储系统层次结构1.基本存储体系2.主存速度慢的原因3.主存容量不足的原因4.存储体系的层次化结构5.存储体系层次化结构的理论基础4.2 主存中的数据组织1.存储字长2.数据存储和边界的关系3.大端与小端存储方式4.3 静态存储器工作原理1.SRAM存储单元结构2.SRAM存储单元工作原理3.静态存储器的结构4.4 动态存储器工作原理1.SRAM存储单元的不足2.DRAM存储单元的基本结构3.DRAM存储单元的工作原理4.DRAM存储单元的刷新5.DRAM与SRAM的对比6.其他结构的DRAM存储单元4.5 存储扩展1.存储扩展的基本概念及类型2.位扩展举例3.字扩展举例4.字位同时扩展 4.1 存储系统层次结构 1.基本存储体系 输入设备将程序与数据写入主存； CPU取指令； CPU执行指令期间读数据； CPU写回运算结果； 输出设备输出结果； 2.主存速度慢的原因 主存增速与CPU不同步； 指令执行期间多次访问存储器；
3.主存容量不足的原因 存在制约主板容量的技术因素 由CPU、主板等相关技术指标确定
应用对主存的需求不断扩大
4.存储体系的层次化结构

L1 Cache集成在CPU中，分数据Cache(D-Cache)和指令Cache(I-Cache) 早期L2 Cache在主板上或与CPU集成在同一电路板上。随着工艺的提高L2 Cache被集成在CPU内核中，不分D-Cache和I-Cache

哈佛结构(Harvard architecture)

是一种将指令储存和数据储存分开的存储器结构，可支持：数据和指令并行储存、指令预期，提高处理器的执行效率；另外，指令和数据可有不同的数据宽度，如Microchip公司的PIC16芯片的程序指令是14位宽度，而数据是8位宽度。 目前使用哈佛结构的：PIC系列、摩托罗拉公司的MC68系列、Zilog公司的Z8系列、ATMEL公司的AVR系列和ARM公司的ARM9、ARM10和ARM11。 5.存储体系层次化结构的理论基础

局部性原理

时间局部性

现在被访问的信息2在不久的将来还将再次被访问 时间局部性的程序结构体现：循环结构

空间局部性

现访问信息2，下一次访问2附近的信息 空间局部性的程序结构体现：顺序结构 4.2 主存中的数据组织 1.存储字长 主存的一个存储单元所包含的二进制位数； 目前大多数计算机的主存按字节编址，存储字长也不断加大，如16位字长、32位字长和64位字长； 2.数据存储和边界的关系 按边界对齐的数据存储
未按边界对齐的数据存储
边界对齐与存储地址的关系(以32位为例)
双字长数据边界对齐的起始地址的最末三位为000（8字节整数倍）； 单子长边界对齐的起始地址的末二位为00（4字节整数倍）； 半字长边界对齐的起始地址的最末一位为0（2字节整数倍）

3.大端与小端存储方式

大端与小端模式详解

Big-endian：最高字节地址（MSB）是数据地址
即高字节对应低地址，低字节对应高地址 Little-endian：最低字节地址（LSB）是数据地址
即低字节对应低地址，高字节对应高地址

举例而言：数字0x12 34 56 78在内存中储存 大端模式下： 低地址----------->高地址 0x12 | 0x34 | 0x56 | 0x78 小端模式下： 低地址----------->高地址 0x78 | 0x56 | 0x34 | 0x12 4.3 静态存储器工作原理 1.SRAM存储单元结构

2.SRAM存储单元工作原理

写过程

读过程

保持

3.静态存储器的结构

静态存储器分为单译码结构和双译码结构


6116静态存储器结构

2114静态存储器结构

4.4 动态存储器工作原理 1.SRAM存储单元的不足

2.DRAM存储单元的基本结构

3.DRAM存储单元的工作原理

4.DRAM存储单元的刷新 刷新周期：两次刷新之间的时间间隔； 双译码结构的DRAM刷新按行进行，需要知道RDAM芯片存储矩阵的行数； 刷新地址由刷新地址计数器给出

5.DRAM与SRAM的对比

6.其他结构的DRAM存储单元

4.5 存储扩展 1.存储扩展的基本概念及类型

存储扩展包括 位扩展、字扩展、字位扩展，无论哪种类型的存储扩展都要完成CPU与主存间地址线、数据线、控制线的连接

2.位扩展举例

3.字扩展举例

4.字位同时扩展

作者：Wo_Knight

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