专题四 存储系统 ( 1 )《计算机原理》概念梳理与常考题选讲

《计算机原理》考前概念梳理与常考题选讲 专题四 存储系统 ( 1 ) 1、 教材要求 1．掌握半导体存储器的分类及主存的主要性能指标。 2．理解RAM存储器的特点、组成结构，了解单译码方式和双译码方式。 3．理解ROM存储器的分类、工作原理及特点。 4．掌握堆栈的工作原理、特点及进出堆栈示意图。 5．掌握存储器的扩展方式，计算地址线的根数、芯片的个数以及芯片地址的范围。 6．掌握Cache存储器的功能、结构、工作原理，理解Cache的地址映射方式及特点，了解Cache的替换算法和写入策略。 7．了解虚拟存储器，理解虚拟地址、实存地址的概念。 2、 概念梳理 1. 半导体存储器 在早期的计算机中，主存储器主要采用延迟线和磁芯存储器。随着大规模集成电路技术 的发展，半导体存储器得到快速发展。半导体存储器具有集成度大大提高，存取速度加快，成本迅速降低，体积急剧缩小等特点。所以,现代计算机中，大部分采用半导体存储器。 1.1半导体存储器的分类 从电路角度看，半导体存储器可分为双极型存储器和单极型存储器。双极型存储器采用 晶体管一晶体管逻辑 (TTL,Transistor-Transistor Logic) 电路，其优点是工作速度快，但集成度较低，功耗大，价格较贵;单极型存储器采用金属氧化物半导体MOS电路，其优点是集成度高，功耗低，价格便宜。 按工作特点和功能，半导体存储器可分为可读写存储器RAM和只读存储器ROM两种。 1.RAM存储器 按电路类型，RAM 存储器可分为双极型RAM 和单极型 RAM(MOS型 RAM)两种。 半导体存储器一般由地址译码器、存储矩阵、控制逻辑和3态双向缓冲器等部分组成， 如图4.2所示。 (1)存储矩阵 能够寄存二进制信息的基本存储电路的集合称为存储体。存储体又称为存储矩阵。 (2)地址译码器 存储矩阵中基本存储电路的编址方法有两种， 一种是单译码编址方式，如图4.3 所示， 适用于小容量字结构存储器中；另一种是双译码(也叫复合译码)编址方法，如图4.4所示，适用于大容量的存储器中。 (3)存储器控制电路 存储器控制电路通过存储器的引脚，接受来自CPU的控制信号，通过组合变换后，对存储矩阵、地址译码器、3态双向缓冲器进行控制。存储器的控制信号通常有片选信号CS(Chip Select) 或芯片允许CE(Chip Enable)、输出允许OE(Output Enable)或输出禁止OD(Output Disable)、读/写控制R/W 或写开放WE(Write Enable) 等信号。 CS(CE): 低电平有效。当它是低电平时，表示芯片被选中，芯片允许读/写操作。 OE(OD): 用来控制存储器的输出的3态缓冲器，从而使微处理单元能直接管理存储器 可否输出(是否与总线隔离),以免争夺总线。 R/W(WE): 用来控制被选中的芯片是进行读操作还是进行写操作。 (4)静态基本存储电路(单元) 存储器的每一个存储单元都由若干基本存储电路(又称基本存储单元)组成。 在图4.5中，T1 和 T2 为放大管，T3 和 T4 为负载管， T1 、T2 、T3 、T4组成一个双稳态 触发器。假设T1 导通，则A 点为低电平， T2 就会截止，B 点为高电平，进一步使T1 饱和 导通，保持A点为低电平，B 点为高电平；相应地， T2 导通，则B 点为低电平，T1 截止，A 点为高电平，T2 进一步饱和导通，保持A点为高电平，B 点为低电平。假设A点高电平， B  点低电平代表“1”,那么,A 点低电平， B 点高电平就可以代表“0”。可见，这个双稳态电 路可以保存一个二进制数据位。T5、T6、T7、T8 为控制管， T5、T6 的基极接到X 地址译码 线上， T7 、T8的基极接到Y 地址译码线上。当基本存储单元没有被选中时， T5 、T6 、T7 、 T8 都处于截止状态， A 点电平和B 点电平保持不变，存储的信息不受影响。T7、T8 的接收 极接到 I/O  的反向端， T7 、T8 为一列中所有的基本存储单元所共用，不是某一个基本存储 单元所独有。 对基本存储单元的读操作过程是：X 译码器的地址线X 和 Y 译码器的地址线 Y 都是高 电平， T5 、T6 、T7 、T8 全部导通，A点的电位从I/O 输 出 ，B 点的电位从I/O 输出。假设 A 点是高电平，则读出了“1”,否则，读出了“0”。写操作过程也是相似的， X 和 Y 都是 高 电 平 ，T5 、T6 、T7 、T8 全部导通，从I/O 和 I/O 线上分别输入“1”和“0”,A 点为高 电 平 ，T2 截 止 ，B 点为低电平，完成了写“1”;从I/O 和I/O 线上分别输入“0”和“1”, 则写入“