存储器

存储器概述¶

数据存储器在CPU外，也称为内存

存储器分类¶

易失
- 半导体存储器
非易失
- 磁表面存储器
- 磁芯存储器
- 光盘存储器

易失性存储器：在系统停止供电的时候数据丢失，比如内存、cache
非易失性存储：掉电后，数据不丢失的存储器，比如磁盘，固态硬盘

按照存取方式分类有：

随机访问存储器——存取时间与物理地址无关（常用）
- 随机存储器，在程序执行过程中可读可写
- 只读存储器，比如ROM
串行访问存储器——存取时间和物理地址有关

按照功能分类：

\[存储器\begin{cases} 主存储器\begin{cases} RAM\\\\ROM \end{cases}\\ Flash Memory（闪存） \\cache（高速缓冲存储器） \\辅助存储器 \end{cases}\]

程序运行的局部性原理¶

在短时间内，最近被访问过的程序和数据很有可能被再次访问
在存储空间上，这些被访问的程序和数据往往集中在一小存储区
在访问顺存，指令顺序执行比分支执行的可能性大（比例约为5：1）

主存储器¶

主存储器的基本构成¶

MDR（主存数据寄存器）通过数据总线将数据存储至主存

MAR（主存地址寄存器）通过地址总线访问主存数据

主存中存储单元地址的分配¶

假如有16MB（\(2^{27}\)）的存储器，

如果按照字节寻址，寻址范围为\(2^{24}\)

如果按照字（16位）寻址，寻址范围为\(2^{23}\)

存储器常用技术指标¶

存储容量：存放二进制数的总位数
存储速度：存取时间（存储器的访问时间）、存取周期（连续两次独立的存储器操作所需的最小间隔时间）

半导体存储芯片的基本结构¶

存储器与CPU的连接¶

如何扩展存储器的容量？

采用位扩展——增加存储的字长

比如：使用两个1Kx4位存储芯片组成1Kx8位的存储器

1K意味着10根地址线(\(2^10\))，8位代表有8根数据线

采用字扩展——增加存储字数量

比如：使用两个1Kx8位存储芯片组成2Kx8位的存储器

2K意味着11根地址线

采用字、位扩展

比如：用8个1Kx4位存储芯片组成4Kx8位的存储器

主存储器与CPU的连接¶

地址线的连接：通常将CPU 地址线低位与存储芯片地址线相连，高位用于存储芯片扩充，或用做片选信号等。
数据线的连接：存储芯片与CPU的数据线数不等时，必须对存储芯片进行位扩展，使二者相等。
读/写控制线的连接
片选线的连接
合理选择存储芯片
其他：时序、负载等

例：假设CPU有16根地址线，8根数据线，\(\overline{MREQ}\)为访存控制信号（低电平有效），\(\overline{WR}\)为读/写控制信号（高电平为读，低电平为写），下列有芯片若干：RAM：1Kx4位；4Kx8位；8Kx8位；ROM：2Kx8位；4Kx8位；8Kx8位；74LS138译码器和各种门电路。请画出CPU与存储器的连接图

要求：

主存地址空间分配
- 6000H~67FFH为系统程序区
- 6800H~6BFFH为用户程序区
合理选用上述芯片
详细画出存储芯片的片选逻辑