第四章 存储器

一、概述

存储器的运行速度对计算机的运行速度有很大影响

DMA方式提高了存储器的地位

1、存储器分类

（1）按存储介质分类

（2）按数据保存方式分类

​ ①随机存储器(RAM)：易失性

​ ②只读存储器(ROM)：非易失性

易失性存储器：

关闭计算机或突然性、意外性关闭计算机时，里面的数据会丢失，就像内存。

非易失性存储器：

在关闭计算机或者突然性、意外性关闭计算机的时候数据不会丢失的技术。

（3）按数据存取方式分类

​ ①直接访问

​ 访问时间不随访问位置变化。

​ ②串行访问

​ 访问时间随访问位置变化

​ ③部分串行访问

（4）存储器分类总结

2、存储器的层次结构

目标：高速度、大容量、低成本。

地址空间：

虚地址（逻辑地址）：程序员编程时采用的地址（相对地址），地址空间大于实际主存。

实地址（物理地址）：主存的实际地址。

二、主存储器

1、概述

（1）主存的基本结构

（2）主存和CPU的联系

（3）主存单元地址

通常计算机可按字节寻址，也可按字寻址。

例：

设地址线24根，按字节寻址2^24=16M

若字长为16位，按 字 寻址 8M

若字节为32位，按 字 寻址 4M

数据存储模式：

小端存储方式：

数据的低位存储于内存地址的低位。

大端存储方式：

数据的低位存储于内存地址的高位。

（4）主存的技术指标

​ ①存储容量：

主存能存放的二进制数的总位数；

存储器容量=存储单元个数x存储字长；

​ ②存储速度：

存取时间：启动一次存储器操作到完成操作的时间，也叫做访问时间。分为读出时间和写入时间。

存取周期：进行两次连续存储器操作间的最小间隔。MOS型为100ns,TTL型为10ns。

​ ③存储器带宽：

单位时间内存储器存取的信息量（字节/秒、字/秒、位/秒）

例：

如存取周期是500ns，每个存取周期可访问16位，求存储器带宽？

解：

16/（500x10^-9）=32X106=32M位/秒

2、随机存储器（RAM）

（1）静态随机存储器（SRAM)

①基本单元电路（一个二进制存储位）

就是寄存0和1的电路；

②举例

（2）动态随机存储器（DRAM）

①基本单元电路

单个二进制位的存储方式；

②举例

③读写时序

行、列地址分开传送

④刷新

为什么需要刷新？

电容上的电荷只能维持1-2ms，必须在2ms内其所有存储单元恢复一次原状态。

刷新目的：

保证动态RAM的信息不丢失。

刷新要求：

在规定时间内，对动态RAM的全部基本单元电路作一次刷新，一般取2ms。

集中刷新：

一个刷新周期内，对全部存储单元集中逐行刷新；

分散刷新：

对每行存储单元的刷新分散到每个存取周期内完成。

异步刷新：

前两种刷新方式的综合。

（3）静态随机存储器和动态随机存储器比较

	DRAM	SRAM
存储原理	电容	触发器
集成度	高	低
芯片引脚	少	多
功耗	小	大
价格	低	高
速度	慢	快
刷新	有	无
	主存	缓存

3、存储器扩展

（1）位扩展 增加存储字长

（2）字扩展 增加存储字的数量

（3）字/位扩展

三、存储器与CPU的连接

1、地址线

①CPU地址线低位与存储芯片地址线相连

②CPU地址线高位或在存储芯片扩充时使用，或作其他用途，比如片选信号；

2、数据线

若CPU的数据线数不等于存储器的数据线数，存储芯片扩位。

3、读/写命令线的连接

CPU读写命令线与存储芯片的读、写控制端相连。

4、片选线的连接

5、合理选择存储芯片

①存储芯片的类型

RAM：为用户编程而设置的

ROM：存放系统程序、标准子程序和各类常数等。

②存储芯片的数量

容量要求下，考虑字扩展、位扩展。

例：

要点总结：

①注意芯片布局；

②注意高低有效电平；

③主要辨明地址线的条数；

④注意译码器的输入和输出；

⑤主要ROM和RAM的数据线箭头方向；

⑥会写各个芯片的地址范围。

四、存储器的校验

1、编码的最小距离

任意两组合法代码之间二进制位数的最少差异；

编码的纠错、检验能力与编码的最小距离有关。

汉明码是具有一位纠错能力的编码

2、汉明码的组成

（1）奇偶校验

**奇校验：**原数据位加上一位校验位，数据位中为“1”的位数为奇数个。

**偶校验：**原数据位加上一位校验位，数据中为“1”的位数为偶数个。

（2）组成汉明码的三要素

①汉明码的组成需添加 ？位检测位。

n：原来的数据位数

k：检测位

②检测位的位置？

③检测位的取值？

检测位的取值与该位所在的检测“小组”中承担的奇偶校验任务有关。

（3）举例

①求0101按“偶校验”配置的汉明码

②按配偶原则配置0011的汉明码

3、汉明码的纠错过程

对传送后的汉明码形成新的检测位Pi（i=1,2,4,8），根据Pi的状态，便可指出错误的位置。

①形成新的检测位Pi

其位数与增添的检测位有关；

如增添3位（k=3)，新的检测位为P4P2P1。

以k=3为例，Pi的取值为：

例：

①已知接收到的汉明码为0100111（按配偶原则配置）试问要求传送的信息是什么？

②写出按偶校验配置的汉明码0101101的纠错过程

③按配寄原则配置0011的汉明码

解：因为n=4,所有根据公式可得，

k=3;

二进制序号	1	2	3	4	5	6	7
名称	C1	C2	0	C4	0	1	1

C1=0

C2=1

C4=1

所以汉明码为：0101011