计算机组成原理相联存储器的设计

计算机组成原理存储器（1）（1）1.存储器⼀、单选题（题数 54，共7 ）1在下述存储器中，允许随机访问的存储器是（）。

（1.2分）A、磁带 B 、磁盘 C 、磁⿎ D 、半导体存储器正确答案 D2若存储周期250ns，每次读出16位，则该存储器的数据传送率为（）。

（1.2分）A、4×10^6字节/秒B、4M字节/秒C、8×10^6字节/秒D、8M字节/秒正确答案 C3下列有关RAM和ROM得叙述中正确的是()。

IRAM是易失性存储器，ROM是⾮易失性存储器IIRAM和ROM都是采⽤随机存取⽅式进⾏信息访问IIIRAM和ROM都可⽤做CacheIVRAM和ROM都需要进⾏刷新（1.2分）A、仅I和IIB、仅I和IIIC、仅I，II，IIID、仅II，III，IV正确答案 A4静态RAM利⽤（）。

（1.2分）A、电容存储信息B、触发器存储信息C、门电路存储信息D、读电流存储信息正确答案 B5关于计算机中存储容量单位的叙述，其中错误的是（）。

（1.2分）A、最⼩的计量单位为位（bit），表⽰⼀位“0”或“1”B、最基本的计量单位是字节（Byte），⼀个字节等于8bC、⼀台计算机的编址单位、指令字长和数据字长都⼀样，且是字节的整数倍D、主存容量为1KB，其含义是主存中能存放1024个字节的⼆进制信息正确答案 C6若CPU的地址线为16根，则能够直接访问的存储区最⼤容量为（）。

（1.2分）A、1MB、640KC、64KD、384K正确答案 C7由2K×4的芯⽚组成容量为4KB的存储器需要()⽚这样的存储芯⽚。

（1.2分）A、2B、4C、8D、16正确答案 B8下⾯什么存储器是⽬前已被淘汰的存储器。

（1.2分）A、半导体存储器B、磁表⾯存储器C、磁芯存储器D、光盘存储器正确答案 C9下列⼏种存储器中，（）是易失性存储器。

（1.2分）A、cacheB、EPROMC、FlashMemoryD 、 C D-ROM正确答案 A10下⾯关于半导体存储器组织叙述中，错误的是什么。

【计算机组成原理】存储系统存储器的层次和结构从不同⾓度对存储器进⾏分类：1.按在计算机中的作⽤（层次）分类 （1）主存储器。

简称主存，⼜称内存储器（内存），⽤来存放计算机运⾏期间所需的⼤量程序和数据，CPU 可以直接随机地对其进⾏访问，也可以和告诉缓冲存储器（Cache）及辅助存储器交换数据，其特点是容量较⼩、存取速度较快、单位价格较⾼。

（2）辅助存储器。

简称辅存，⼜称外存储器（外存），是主存储器的后援存储器，⽤来存放当前暂时不⽤的程序和数据，以及⼀些需要永久性保存的信息，它不能与CPU 直接交换信息。

其特点是容量极⼤、存取速度较慢、单位成本低。

（3）⾼速缓冲存储器。

简称 Cache，位于主存和 CPU 之间，⽤来存放正在执⾏的程序段和数据，以便 CPU 能⾼速地使⽤它们。

Cache 地存取速度可与 CPU 的速度匹配，但存储容量⼩、价格⾼。

⽬前的⾼档计算机通常将它们制作在 CPU 中。

2.按存储介质分类 按存储介质，存储器可分为磁表⾯存储器（磁盘、磁带）、磁芯存储器、半导体存储器（MOS型存储器、双极型存储器）和光存储器（光盘）。

3.按存取⽅式分类 （1）随机存储器（RAM）。

存储器的任何⼀个存储单元的内容都可以随机存取，⽽且存取时间与存储单元的物理位置⽆关。

其优点是读写⽅便、使⽤灵活，主要⽤作主存或⾼速缓冲存储器。

RAM ⼜分为静态 RAM （以触发器原理寄存信息，SRAM）和动态 RAM（以电容充电原理寄存信息，DRAM）。

（2）只读存储器（ROM）。

存储器的内容只能随机读出⽽不能写⼊。

信息⼀旦写⼊存储器就固定不变，即使断电，内容也不会丢失。

因此，通常⽤它存放固定不变的程序、常数和汉字字库，甚⾄⽤于操作系统的固化。

它与随机存储器可共同作为主存的⼀部分，统⼀构成主存的地址域。

由ROM 派⽣出的存储器也包含可反复重写的类型，ROM 与RAM 的存取⽅式均为随机存取。

⼴义上的只读存储器已可已可通过电擦除等⽅式进⾏写⼊，其“只读”的概念没有保留，但仍然保留了断电内容保留、随机读取特性，但其写⼊速度⽐读取速度慢得多。

实验四存储系统设计实验一、实验目的本实训项目帮助大家理解计算机中重要部件—存储器，要求同学们掌握存储扩展的基本方法，能设计MIPS 寄存器堆、MIPS RAM 存储器。

能够利用所学习的cache 的基本原理设计直接相联、全相联，组相联映射的硬件cache。

二、实验原理、内容与步骤实验原理、实验内容参考：1、汉字字库存储芯片扩展设计实验1)设计原理该实验本质上是8个16K×32b 的ROM 存储系统。

现在需要把其中一个（1 号）16K×32b 的ROM 芯片用4个4K×32b 的芯片来替代，实际上就是存储器的字扩展问题。

a) 需要4 片4个4K×32b 芯片才可以扩展成16K×32b 的芯片。

b) 目标芯片16K个地址，地址线共14 条，备用芯片12 条地址线，高两位（分线器分开）用作片选，可以接到2-4 译码器的输入端。

c) 低12 位地址直接连4K×32b 的ROM 芯片的地址线。

4个芯片的32 位输出直接连到D1，因为同时只有一个芯片工作，因此不会冲突。

芯片内数据如何分配：a) 16K×32b 的ROM 的内部各自存储16K个地址，每个地址里存放4个字节数据。

地址范围都一样：0x0000～0x3FFF。

b) 4个4K×32b 的ROM，地址范围分别是也都一样：0x000～0xFFF，每个共有4K个地址，现在需要把16K×32b 的ROM 中的数据按照顺序每4个为一组分为三组，分别放到4个4K×32b 的ROM 中去。

HZK16_1 .txt 中的1～4096个数据放到0 号4K 的ROM 中，4097～8192 个数据放到 1 号4K 的ROM 中，8193～12288 个数据放到2 号4K 的ROM 中，12289～16384个数据放到3 号4K 的ROM 中。

c) 注意实际给的16K 数据，倒数第二个4K（8193～12288 个数据）中部分是0，最后4K（12289～16384 数据）全都是0。

计算机组成原理_洛阳师范学院中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.相联存储器是按( )进行寻址的存储器。

答案:内容指定方式2.计算机的存储器采用分级存储体系的目的是( )。

答案:解决存储容量、价格与存取速度间的矛盾3.在主存和CPU之间增加Cache的目的是( )。

答案:解决CPU和主存之间的速度匹配4.下列部件（设备）中，存取速度最快的是( )。

答案:CPU的寄存器5.某一SRAM芯片，容量为16K×1位，则其地址线有( )。

答案:14根6.下列存储器中，速度最慢的是( ）。

答案:磁带存储器7.完整的计算机系统应包括（）。

答案:8.补码整数1001 0101算术右移一位后的值为（）。

答案:1100 10109.一个五级流水线，当任务饱满时，它处理10条指令的加速比是（）。

答案:3.610.在微程序控制方式中，机器指令和微指令的关系是（）。

答案:每一条机器指令由一段（或一个）微程序来解释执行11.微程序存放在（）。

答案:只读存储器中12.长度相同但格式不同的2种浮点数，假设前者阶码长、尾数短，后者阶码短、尾数长，其它规定均相同，则它们可表示的数的范围和精度为（）。

答案:前者可表示的数的范围大但精度低13.下列各类存储器中，不采用随机存取方式的是（）。

答案:CDROM14.将十进制数15/2表示成二进制浮点规格化数（阶符1位，阶码2位，数符1位，尾数4位）是（）。

答案:0110111115.设机器数字长8位（含1位符号位），若机器数BAH为原码，则算术左移一位得（）。

答案:F4H16.在取指周期中，是按照（）的内容访问主存，以读取指令。

答案:程序计数器PC17.在机器数的三种表示形式中，符号位可以和数值位一起参与运算的是（）。

答案:补码18.在计算机运行过程中，当浮点数发生溢出时，通常情况下计算机仍可以继续运行是（）。

答案:下溢19.下列设备中属于只读存储器（ROM）的是（）。

一、基本概念指令周期，CPU周期（机器周期），存储周期，刷新周期，流水线周期，流水线加速比，相联存储器，cache 存储器，cache的三种映射方式，控制存储器，虚拟存贮器，存储器三级结构，动态SRAM特点，静态SRAM 特点，微程序控制器及组成，硬布线控制器，微指令格式，微指令的编码方式，指令流水线，算术流水线，并行处理技术，流水线中的主要问题，输入/输出的信息交换方式，程序中断，补码运算的溢出判断（双符号法与单符号法），n位机器数（原码、反码、补码、移码）表示的范围，先行进位，串行进位，矩阵乘法器、矩阵除法器、规格化小数标准，浮点数的表示方法，指令寻址方式，操作数寻址方式，总线的特性。

二、选择题练习1、若浮点数用补码表示，则判断运算结果是否为规格化数的方法是______。

A. 阶符与数符相同为规格化数B. 阶符与数符相异为规格化数C. 数符与尾数小数点后第一位数字相异为规格化数D. 数符与尾数小数点后第一位数字相同为规格化数2、16位字长的定点数，采用2的补码形式表示时,所能表示的整数范围是______。

A . -215 ~ +（215-1） B. -（215–1）~ +（215–1）C. -（215 + 1）~ +215D. -215~ +2153、容量是128M*32的内存，若以字节编址，至少需要______根地址线。

A. 16B. 29C. 27D. 324、某计算机字长16位，它的存贮容量是64KB，若按字编址，那么它的寻址范围是____。

A、0~64KB、0~32KC、0~64KBD、0~32KB5、主存贮器和CPU之间增加cache的目的是______。

A. 扩大主存贮器的容量B. 解决CPU和主存之间的速度匹配问题C. 扩大CPU中通用寄存器的数量D. 既扩大主存的容量，又扩大CPU通用寄存器的数量6、以某个寄存器的内容为操作数地址的寻址方式称为______寻址。

A. 直接B. 间接C. 寄存器直接D. 寄存器间接7、在cache的映射方式中不需要替换策略的是______。

计算机组成原理第四章存储系统4.8 相联存储器
1相联存储器的作用
⏹判断CPU要访问的内容是否在Cache 中
⏹判断依据？
主存地址（冯诺依曼结构计算机的工作原理）
主存地址整体参加吗？
2判断的基本思路
根据不同规则抽取主存地址的部分内容作为查找的判据
数据结构课程中学过多种算法:顺序、二分查找等如何实现快速查找?
使用相联存储器，通过硬件并发查找
3相联存储器的基本结构及工作原理
多路并发比较线路写译码读选择电路代码寄存器value 符合寄存器…
…
……
1
2
m 3检索寄存器屏蔽寄存器
存储体∙从地址中剥离出Key ∙以Key 为关键字全局硬件并发比较∙存储体存放有效位、标记、数据等信息∙符合寄存器存放Cahce 命中行信息∙根据符合寄存器的信息取出命中行的数据
key
4相联存储器的一种技术实现有效位TAG Tag offset 1主存地址
0Hit/miss 010000
0多路并发比
较电
路
工程观1111011010011…1111Cache 数据存储体01230123
字输出比较结果字选择MUX。

计算机组成原理模拟题（答案在后面）一、选择题：1. 信息只用一条传输线，且采用脉冲传输的方式称为______。

A.串行传输B.并行传输C.并串行传输D.分时传输2. 常用的虚拟存储系统由______两级存储器组成。

A．主存—辅存 B．快存—主存 C．快存—辅存 D．通用寄存器—主存3. 相联存储器是按______ 进行寻址的存储器。

A．地址指定方式 B．堆栈存取方式C．内容指定方式 D．地址指定与堆栈存取方式结合4 计算机问世至今，新型机器不断推陈出新，不管怎样更新，依然保有“存储程序”的概念，最早提出这种概念的是______。

A.巴贝奇B.冯. 诺依曼C.帕斯卡D.贝尔5. ______表示法主要用于表示浮点数中的阶码。

A. 原码B. 补码C. 反码D. 移码6. 下列有关运算器的描述中，______是正确的。

A.只做算术运算，不做逻辑运算B. 只做加法C.能暂时存放运算结果D. 既做算术运算，又做逻辑运算7. 设［X］补=1.x1x2x3x4,当满足______时，X > -1/2成立。

Ａ．x1必须为1，x2x3x4至少有一个为1 Ｂ．x1必须为1，x2x3x4任意Ｃ．x1必须为0，x2x3x4至少有一个为1 Ｄ．x1必须为0，x2x3x4任意8. 没有外存储器的计算机监控程序可以放在______ 。

A．RAM B．ROM C．RAM和ROM D．CPU9. 在机器数______ 中，零的表示形式是唯一的。

A．原码 B．补码 C．移码 D．反码10.在主存和CPU之间增加cache存储器的目的是______。

A. 增加内存容量B. 提高内存可靠性C. 解决CPU和主存之间的速度匹配问题D. 增加内存容量，同时加快存取速度11.双端口存储器在______情况下会发生读/写冲突。

A. 左端口与右端口的地址码不同B. 左端口与右端口的地址码相同C. 左端口与右端口的数据码不同D. 左端口与右端口的数据码相同12.在CPU中，跟踪后继指令地指的寄存器是______。

一、填空题1字符信息是符号数据，属于处理（非数值）领域的问题，国际上采用的字符系统是七单位的（ASCLL ）码。

2按IEEE754标准，一个32位浮点数由符号位S（1位）、阶码E（8位）、尾数M（23位）三个域组成。

其中阶码E的值等于指数的真值（ e）加上一个固定的偏移值（127 ）。

3双端口存储器和多模块交叉存储器属于并行存储器结构，其中前者采用（空间）并行技术，后者采用（时间）并行技术。

4虚拟存储器分为页式、（段）式、（段页）式三种。

5安腾指令格式采用5个字段：除了操作码（OP）字段和推断字段外，还有3个7位的（地址码）字段，它们用于指定（寄存器）2个源操作数和1个目标操作数的地址。

6 CPU从内存取出一条指令并执行该指令的时间称为（指令周期），它常用若干个（CPU周期）来表示。

7安腾CPU中的主要寄存器除了128个通用寄存器、128个浮点寄存器、128个应用寄存器、1个指令指针寄存器（即程序计数器）外，还有64个（推断寄存器）和8个（分支寄存器）。

8衡量总线性能的重要指标是（总线带宽），它定义为总线本身所能达到的最高传输速率，单位是（MB/s）。

9 DMA控制器按其结构，分为（选择型）DMA控制器和（多路型）DMA控制器。

前者适用于高速设备，后者适用于慢速设备。

10 64位处理机的两种典型体系结构是（英特尔64体系结构）和（安腾体系结构）。

前者保持了与IA-32的完全兼容，后者则是一种全新的体系结构。

1在计算机术语中，将ALU控制器和（内）存储器合在一起称为（主机）。

2数的真值变成机器码可采用原码表示法，反码表示法，（补码）表示法，（移码）表示法。

3广泛使用的（SRAM ）和（DRAM ）都是半导体随机读写存储器。

前者的速度比后者快，但集成度不如后者高。

4反映主存速度指标的三个术语是存取时间、（存储器带宽）和（存储周期）。

5形成指令地址的方法称为指令寻址，通常是（顺序）寻址，遇到转移指令时（跳跃）寻址。

1. 一个组关联Cache由64个行组成，每组4行。

主存储器包含4k个块，每块128字节，请表示主存地址格式2.设某机主存容量为2MB ，Cache 容量为16KB ，每块包含4 个字，每字32 位，设计一个四路组相联映像（即Cache 每组内共有四个块）的内存组织结构。

3. 考虑一个机器带有字节可寻址的主存，其容量是256字节，块（行）的大小是8字节，假设它使用直接映射式cache，其容量是32行（1）16位存储器地址如何划分成标记、行号、和字节号？（2）如下地址的内容将存入cache的哪些行？0001 0001 0001 10111100 0011 0011 01001101 0000 0001 11011010 1010 1010 1010 地址是什么？（3）存储器总共有多少字节能保存于cache中？4.某机字长8位，设计一个存储器，容量为10KB，其中RAM为高8KB，ROM为低2KB，最低地址为0，选用的芯片类型为4KB*8，ROM芯片类型为2KB*4，问：1.地址线，数据线各多少根？2.RAM和ROM的地址范围分别是多少？3.各种芯片各需要多少片？4.画出存储器结构图与CPU连接示意图5.计算机主存储器由8k字的ROM区和2K字的RAM区组成，主存字长16位，容量总共10k字。

RAM区选用2K*8位的6116组成，地址分配2000~27FF ROM区选用8k*8位的58c65组成，地址分配在0000~1FFF5.一个计算机有cache，主存和用于虚拟存储的磁盘。

若所访问的字在cache中，则存取它只需20ns。

若字在主存而不在cache中，则需要60ns将它装入cache，然后从cache中存取。

若字不在主存中，则需要12ms将它从磁盘取来装入主存，再用60ns复制到cache，最后从cache存取。

Cache的命中率0.9，主存命中率0.6，那么此系统访问一个字的平均存取时间是多少？。

计算机组成原理_存储器1. 存储器的分类2. 存储器的层次结构⼀般来说，存储器的速度越快，价格越昂贵，相应的容量越⼩。

存储器的层次结构主要体现在缓存-主存和主存-辅存这两个存储层次上。

① CPU和缓存、主存能够直接交换信息；②缓存能直接和CPU、主存交换信息；③主存可以和CPU、缓存、辅存直接交换信息；④辅存只能和主存直接交换信息。

缓存-主存层次主要解决CPU与主存速度不匹配的问题。

由于缓存的速度⽐主存的速度⾼，只要将CPU近期要⽤到的信息调⼊缓存，CPU就可以直接从缓存中获取信息，从⽽提⾼了访存速度。

主存-辅存层次主要解决存储系统的容量问题。

辅存的速度很低，不能直接与CPU进⾏信息交换，但其容量很⼤，可以⽤来存放⼤量暂时不需要信息。

缓存、主存、辅存的关系。

缓存、主存、辅存为当前计算机的三级存储系统，CPU⾸先访问速度最快的缓存Cache，⽽缓存中的数据由主存提供，称缓存中的数据为主存中数据的映射，主存中的数据是由速度最慢的辅存中获得的。

采⽤三级存储系统后，可以⼤⼤提⾼CPU⼯作效率。

3. 存储器的主要技术指标存储容量存储容量是指存储器中能存放⼆进制代码的总位数。

存储容量 = 存储单元个数 × 存储字长（单位为bit）存储容量 = 存储单元个数 × 存储字长 / 8 （单位为Byte）若MDR的位数为n，MAR的位数为m，则最⼤存储容量为 2^n × m存储速度存储速度是由存取时间和存取周期来表⽰的。

存取时间是指启动⼀次存储器读/写操作到完成该操作所需的全部时间。

存储周期是指存储器进⾏连续两次独⽴的存储器操作所需的最⼩时间间隔。

通常存取周期⼤于存取时间，存取周期 = 存取时间 +恢复时间存储器带宽存储器带宽指单位时间内存取的信息量，单位可以是Byte/s，bit/s等。

存储器的带宽决定了以存储器为中⼼的机器获得信息的速率。

4. 存储器的扩展由于单⽚存储芯⽚的容量总是有限的，很难满⾜实际的需要，因此必须将若⼲存储芯⽚连在⼀起，以扩展存储容量。

沈阳航空航天大学课程设计报告目录第1章总体设计方案 (2)1.1设计原理 (2)1.2设计思路 (3)1.3设计环境 (4)第2章详细设计方案 (5)2.1顶层方案图的设计与实现 (5)2.1.1创建顶层图形设计文件 (5)2.1.2器件的选择与引脚锁定 (5)2.1.3编译、综合、适配 (6)2.2功能模块的设计与实现 (7)2.2.1 输入寄存器的实现 (7)2.2.2存储体的设计与实现 (8)2.2.3 数字比较器的实现 (10)2.2.4查找结果寄存器的实现 (12)2.3仿真调试 (13)第3章编程下载与硬件测试 (15)3.1编程下载 (15)3.2硬件测试及结果分析 (15)参考文献 (17)附录（电路原理图） (18)第1章 总体设计方案1.1 设计原理相联存储器(C ontent Addressed Memory )，它是一种按内容访问的存储器，可以根据数据记录地一部分内容查找其它部分的内容。

在相联存储器中，每个存储的数据记录都是固定长度的字，每个字由若干字段组成，每个字段描述了用一个对象的属性，也称一个内容。

相联存储器的结构框图如图1.1所示。

它主要实现将输入寄存器(CR)的信息与存储体的信息作比较，相匹配的置为“1”，不匹配的置为“0”， 将结果送入查找结果寄存器(SRR)中，并输出结果。

图1.1 相联存储器原理框图1.2 设计思路根据相联存储器的原理特点，即按照内容寻址，因此可以将相联存储器分为以下几个部分：输入寄存器，译码选择电路，存储体，数字比较器，查找结果寄存器。

输入寄存器(CR)：用来存放检索字，其位数和相联存储器的字长相等。

译码选择电路：用3－8译码器进行译码电路选择，如当置输入端B2B1B0为“000”，时钟脉冲信号为高电位时，可以向存储体第一个单元地址输入八位二进制的字信息，同时其他的存储单元的信息被屏蔽掉。

当置输入端B2B1B0为“001”时，时钟信号为高电位时，可以向存储体第二个单元地址输入八位二进制的字信息，同时其他的存储信号单元被屏蔽掉。

第三章 存储器及存储系统3.1 存储器概述3.1.1存储器分类半导体存储器 集成度高 体积小 价格便宜 易维护 速度快 容量大 体积大 速度慢 比半导体容量大 数据不易丢失按照 存储 介质 分类磁表面存储器激光存储器随机存储器 主要为高速缓冲存储器和主存储器 存取时间与存储元的物理位置无关 (RAM)按照 存取 方式 分类串行访问存 储器 SAS 只读存储器 (ROM)存取时间与存储元的物理位置有关 顺序存取器 磁带 直接存储器 磁盘 只能读 不能写 掩模ROM: 生产厂家写可编程ROM(PROM): 用户自己写 可擦除可编程ROM EPROM :易失性半导体读/写存储器按照 可保 存性 分类存储器非易失性 存储器包括磁性材料半导体ROM半导体EEPROM主存储器按照 作用 分类辅助存储器缓冲存储器 控制存储器3.1.23级结构存储器的分级结构Cache 高速缓冲 存储器 主 存 主机 外 存1 高速缓 冲存储器 2 主存 3 外存CPU 寄 存 器3.2主存储器3.2.1 主存储器的技术指标1 存储容量 字存储单元 字节存储单元 2 存取时间 字地址 字节地址访问 写操作/读操作从存储器接收到访问命令后到从存 储器读出/写 入所需的时间 用TA表示 取决于介质的物理特性 和访问类型 3 存取周期 完成一次完整的存取所需要的时间用TM表示 TM > TA, 控制线路的稳定需要时间 有时还需要重写3.2.2 主存储器的基本结构地 址 译 码 器地址 CPUn位2n位存储体 主存 m位 数据寄存器 m位 CPUR/W CPU 控制线路3.2.3 主存储器的基本操作地址总线k位MAR数据总线n位主存容量 2K字 字长n位MDRCPUread write MAC 控制总线主存3.3半导体存储芯片工 艺速度很快 功耗大 容量小 PMOS 功耗小 容量大 电路结构 NMOS 静态MOS除外 MOS型 CMOS 静态MOS 工作方式 动态MOS 静态存储器SRAM 双极型 静态MOS型 双极型依靠双稳态电路内部交叉反馈的机制存储信息TTL型 ECL型存储 信息 原理动态存储器DRAM 动态MOS型功耗较小,容量大,速度较快,作主存3.3.1 静态MOS存储单元与存储芯片1.六管单元 1 组成T1 T2 工作管 T2 T4 负载管 T5 T6 T7 T8 控制管 XY字线 选择存储单元 T7 WY地址译码线 X地址 译码线Vcc T3 T4 A T1 T2 T8 W B T6T5WW 位线完成读/写操作2 定义 “0” T1导通 T2截止“1” T1截止 T2导通X地址 译码线Vcc T3 T4 A T1 T7 T2 T8Y地址译码线3 工作 XY 加高电平 T5 T6 T7 T8 导通 选中该 单元T5T6 BWW写入 在W W上分别读出 根据W W上有 加高 低电平 写1/0 无电流 读1/04保持XY 加低电平 只要电源正常 保证向导通管提供电流 便能维 持一管导通 另一管截止的状态不变 称静态2.静态MOS存储器的组成1 存储体 2 地址译码器 3 驱动器 4 片选/读写控制电路存储器外部信号引线D0 A0传送存储单元内容 根数与单元数据位数相同 9地址线 选择芯片内部一个存储单元 根数由存储器容量决定7数据线CS片选线 选择存储器芯片 当CS信号无效 其他信号线不起作用 R/W(OE/WE)读写允许线 打开数据通道 决定数据的传送方向和传 送时刻例.SRAM芯片2114 1K 4位Vcc A7 A8 A9 D0 D1 D2 D3 WE1外特性18 12114 1K 410 9地址端 数据端A9 A0 入 D3 D0 入/出 片选CS = 0 选中芯片 控制端 = 1 未选中芯片 写使能WE = 0 写 = 1 读 电源 地线A6 A5 A4 A3 A0 A1 A2 CS GND2内部寻址逻辑寻址空间1K 存储矩阵分为4个位平面 每面1K 1位 每面矩阵排成64行 16列 64 16 64 16 6 行 位 行 译 X0 地 1K 1K 码址 X63 X63 Y0 Y1564 161K64 161K列译码 4位列地址两 级 译 码一级 地址译码 选择字线 位线 二级 一根字线和一组位线交叉 选 择一位单元W W W WXi读/写线路 Yi存储器内部为双向地址译码 以节省内部 引线和驱动器 如 1K容量存储器 有10根地址线 单向译码需要1024根译码输出线和驱动器双向译码 X Y方向各为32根译码输出线和 驱动器 总共需要64根译码线和64个驱动器3.3.2 动态MOS存储单元与存储芯片1.四管单元 1 组成T1 T2 记忆管 C1 C2 柵极电容 T3 T4 控制门管W T3 T1C1 C2W A B T2 T4字线 W W 位线 Z 2 定义 “0” T1导通 T2截止 C1有电荷 C2无电荷 “1” T1截止 T2导通 C1无电荷 C2有电荷 3 工作 Z 加高电平 T3 T4导通 选中该单元Z写入 在W W上分别加高 低电平 写1/0 读出 W W先预 充电至高电平 断开充电回路 再根据W W上有 无电流 读1/0 W T3 T1C1 C2T4 T2W4保持Z 加低电平 需定期向电容补充电荷 动态刷新 称动态 四管单元是非破坏性读出 读出过程即实现刷新Z2.单管单元 C 记忆单元 T 控制门管 1 组成Z 字线 W 位线 W T Z C2定义“0” C无电荷 电平V0 低 “1” C有电荷 电平V1 高3工作写入 Z加高电平 T导通 读出 W先预充电 断开充电回路 Z加高电平 T导通 根据W线电位的变化 读1/0 4 保持 Z 加低电平 单管单元是破坏性读出 读出后需重写3.存储芯片例.DRAM芯片2164 64K 1位 外特性GND CAS Do A6 16 1 A3 A4 A5 A7 9 82164 64K 1空闲/刷新 Di WE RAS A0 A2 A1 VccA7—A0 入 分时复用 提供16位地址 数据端 Di 入 Do 出 = 0 写 写使能WE 高8位地址 = 1 读 控制端 行地址选通RAS =0时A7—A0为行地址 片选 列地址选通CAS =0时A7—A0为列地址 电源 地线 低8位地址 1脚未用 或在新型号中用于片内自动刷新 地址端动态存储器的刷新1.刷新定义和原因 定期向电容补充电荷 刷新动态存储器依靠电容电荷存储信息 平时无电源 供电 时间一长电容电荷会泄放 需定期向电容 补充电荷 以保持信息不变 注意刷新与重写的区别 破坏性读出后重写 以恢复原来的信息 非破坏性读出的动态M 需补充电荷以保持原来的 信息2.最大刷新间隔 2ms 3.刷新方法各动态芯片可同时刷新 片内按行刷新 刷新一行所用的时间 刷新周期 存取周期4.刷新周期的安排方式 1 集中刷新 2ms内集中安排所有刷新周期R/W R/W50ns刷新 刷新 2ms 死区用在实时要 求不高的场 合2分散刷新用在低速系 统中各刷新周期分散安排在存取周期中 R/W 刷新 R/W 刷新100ns3异步刷新 各刷新周期分散安排在2ms内 每隔一段时间刷新一行每隔15.6微秒提一次刷新请求 刷新一行 2毫秒内刷新完所有 15.6 微秒 行例. 2ms 128行R/W R/W 刷新 R/W R/W 刷新 R/W 15.6 微秒 15.6 微秒 15.6 微秒 刷新请求 刷新请求 DMA请求 DMA请求用在大多数计算机中3.3 只读存储器1掩模式只读存储器 MROM采用MOS管的1024 8位的结构图 UDDA0 A1 A90 地 址 译 1 码 驱 动 1023 器读出放大器读出放大器cs D7D0D12可编程读存储器 PROM用户可进行一次编程 存储单元电路由熔丝 相连 当加入写脉冲 某些存储单元熔丝熔 断 信息永久写入 不可再次改写3.EPROM 可擦除PROM用户可以多次编程 编程加写脉冲后 某些存 储单元的PN结表面形成浮动栅 阻挡通路 实 现信息写入 用紫外线照射可驱散浮动栅 原 有信息全部擦除 便可再次改写4.EEPROM 可电擦除PROM 既可全片擦除也可字节擦除 可在线擦除信息 又能失电保存信息 具备RAM ROM的优点 但写 入时间较长 .NOVRAM 不挥发随机存取存储器 实时性好 可以组成固态大容量存储装置 Flash Memor 闪存 集成度和价格接近EPROM,按块进行擦除 比普 通硬盘快的多3.4 主存储器组织存储器与微型机三总线的连接 1 数据线D0 2 地址线A0 3.片选线CS 连接地址总线高位ABN+1 4 读写线OE WE(R/W) 连接读写控制线RD WR微型机n nDB0 AB0Nn连接数据总线DB0ND0 A0 CSnNN连接地址总线低位AB0ABN+1 R/ WR/ W 存储器1存储器芯片的扩充用多片存储器芯片组成微型计算机系统所要求的存储器系统 要求扩充后的存储器系统引出线符合微型计算机 机的总线结构要求 一.扩充存储器位数 例1用2K 1位存储器芯片组成 2K 8位存储器系统 例2用2K 8位存储器芯片组成2K 16位存储器系统例1用2K 1位存储器芯片组成 2K 8位存储器系统当地址片选和读写信号有效 可并行存取8位信息例2用2K 8位存储器芯片组成2K 16位存储器系统D0D8715D0 R/W CE A0107R/W CE A010D0 R/W CE A0107地址片选和读写引线并联后引出 数据线并列引出二.扩充存储器容量字扩展法例用1K 4位存储器芯片组成4K 8位存储器系统存储器与单片机的连接存储器与微型机三总线 的一般连接方法和存储器 读写时序 1.数据总线与地址总线 为两组独立总线AB0 DB0NDB0 AB0n ND0 A0 CSn NABN+1 R/ W 微型机 地址输出 数据有效采 样 数 据R/ W 存储器nR/W2.微型机复用总线结构 数据与地址分时共用一 组总线AD0nD0Di Qi G 地址 锁存器nA0nALE R/W 单片机R/W 存储器ALE锁 存地 址 数据 有效 采 样 数 据 地址 输出 存锁 址地AD0n地址 输出数据 有效 采 样数 据R/W半导体存储器逻辑设计需解决 芯片的选用 地址分配与片选逻辑 信号线的连接例1.用2114 1K 4 SRAM芯片组成容量为4K 8的存储 器 地址总线A15 A0 低 ,双向数据总线D7 D0 低 ,读/写信号线R/W 1.计算芯片数 1 先扩展位数 再扩展单元数 2片1K 4 1K 8 8片 4组1K 8 4K 82 先扩展单元数 再扩展位数4片1K 4 4K 4 4K 8 2组4K 4 2.地址分配与片选逻辑存储器寻址逻辑8片芯片内的寻址系统(二级译码) 芯片外的地址分配与片选逻辑 由哪几位地址形成芯 片选择逻辑 以便寻 找芯片为芯片分配哪几位地址 以便寻找片内的存储单元 存储空间分配4KB存储器在16位地址空间 64KB 中占据 任意连续区间芯片地址 任意值 片选 A15…A12A11A10A9……A0 0 0 0 …… 0 0 0 1 …… 1 0 1 0 …… 0 0 1 1 …… 1 1 0 0 …… 0 1 0 1 …… 1 1 1 0 …… 0 1 1 1 …… 164KB1K 1K 1K 1K 4 4 4 4 1K 1K 1K 1K 4 4 4 44KB需12位地址 寻址 A11— A0低位地址分配给芯片 高位地址形成片选逻辑 芯片 芯片地址 片选信号 片选逻辑 1K A9 A0 CS0 A11A10 A11A10 1K A9 A0 CS1 A11A10 1K A9 A0 CS2 1K A9 A0 CS3 A11A103.连接方式1 扩展位数 2 扩展单元数 4 形成片选逻辑电路D7~D4 D3~D0 4 4 4 1K 4 4 R/W 1K 4 4 4 1K 4 4 4 1K 4 43 连接控制线1K 4 A9~A0 CS0 10 CS11K 4 10 CS21K 4 10 CS31K 4 10A11A10A11A10A11A10A11A10例2.某半导体存储器 按字节编址 其中 0000H 07FFH为ROM区 选用EPROM芯片 2KB/片 0800H 13FFH为RAM区 选用RAM芯片 2KB/片和1KB/片 地址总线A1 A0 低 给出地址分配和片选逻辑1.计算容量和芯片数ROM区 2KBRAM区 3KB2.地址分配与片选逻辑 存储空间分配 先安排大容量芯片 放地址低端 再安排小容量芯片便于拟定片选逻辑64KBA15A14A13A12A11A10A9…A00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 …… 0 …… 1 …… 0 …… 1 0 … 0 1 … 12K 2K 1KROM 5KB 需13 位地 RAM 址寻 址低位地址分配给芯片 高位地址形成片选逻辑 芯片 芯片地址 片选信号 片选逻辑 2K A10 A0 CS0 A12A11 2K A10 A0 CS1 A12A11 1K A9 A0 CS2 A12A11 A10 A15A14A13为全03.4.2 高速缓冲存储器。