计算机组成原理---第四章 存储器（中）
存储器（中）
你做三四月的事，在八九月自有答案
笔记框架：
- 4.2.4 只读存储器
- 4.2.5 存储器与 CPU 的连接
- 1.存储器容量的扩展
- 2.相关计算
- 4.2.6 存储器的校验
- 1.汉明码原理
- 2.汉明码的纠错过程
- 4.2.7 提高访问存储器的措施
- 1.单体多字
- 2.多体并行
4.2.4 只读存储器
只读存储器的种类
1.掩模 ROM
行列选择线交叉处有MOS管为 “1”
行列选择线交叉处无MOS管为“0”
MOS 管不可进行改变，只读
2.PROM
通过熔丝实现了一种一次性编程
熔丝断开为“0”
熔丝未断为“1”
是一种破坏性的编程，只读
3.EPROM
4.EEPROM + 5.Flash Memory
4.2.5 存储器与 CPU 的连接
1.存储器容量的扩展
单片存储芯片的容量有限，很难满足实际要求，将若干个存储芯片连在一起才能组成更大容量
（1）位扩展
原理： 增加存储字长（增加存储单元大小）。上图为两个2114芯片，其大小为 1K x 4位，可以组成 2K x 8 位。其中每个芯片都连上10根地址线，但是数据线各自连不同的 10根。两个芯片片选线接在一起，可同时进行操作
（2）字扩展
原理： 增加存储器字的数量（存储单元个数）例如将两个 1Kx8位的芯片组成一个2Kx8（11根地址线）位的芯片。数据线同时连在两个内存上。如果 A10=0，选择第一个芯片，A10=1选择第二个芯片。
第一个存储空间：00000000000~ 0111111111
第二个存储空间：10000000000~11111111111
与字扩展不同，位扩展时不可同时连通
（3）字，位扩展
原理： 既可以增加存储字的数量，又可以增加存储字长。假设想要 4K x 8位（12根地址线，8根数据线，共 32K）的存储器，每个芯片为 1K x 4位，可算出一共需要8个芯片（共 32K）。两个芯片为一组，犹字扩展连接在数据线上。A10，A11作为片选：00选择第一组芯片，01选择第二组芯片，10选择第三组芯片，11选择第四组芯片
000000000000 ~ 001111111111 第一组
010000000000 ~ 011111111111 第二组
100000000000 ~101111111111 第三组
110000000000 ~ 111111111111第四组
2.存储器 CPU 的连接及相关计算
例题 4.1：
设CPU共有16根地址线，8根数据线，并用MREQ（低电平有效）作访存控制信号，WR作读写命令信号（高电平为读，低电平为写）。现有下列存储芯片：ROM（2K×8位，4K×4位，8K×8位），RAM（1K×4位，2K×8位，4K×8位），及74138译码器和其他门电路（门电路自定）。试从上述规格中选用合适芯片，画出CPU和存储芯片的连接图。要求：
（1）6000H ~ 67FFH 为系统区。6800H~6BFFH 为用户区
（2）指出选用的存储芯片类型及数量。
（3）详细画出片选逻辑。
①将 16进制转化为 2进制，判断存储空间的大小
由数据线可以看出来所选的位数是 8 位
a. 系统区
6000H = 0110 0000 0000 0000 0000
67FFH =0110 0111 1111 1111 1111
在这个地址区间内，前 5 位的地址是不变的，后11位的地址是变的。存储容量的大小用 11 位就可以了，根据范围可以判断应选择一片 2K x 8位的ROM，如果用 4K 或者 8K 的就都超了
b.用户区
6800H = 0110 1000 0000 0000
6BFFH = 0110 1011 1111 1111
在这个地址区间内，后10位的地址是改变的，所以此区域所用的芯片是1K x 8 位的。
②分配 CPU 的地址线
将 CPU的低11位地址 A0 ~ A10 与 2K x 8位的 ROM 地址线相连。CPU 的低10位地址 A0~A9 与两片 RAM 相连，相当于位扩展的方式
③ 片选信号的形成
判断哪些地址用于对内存的操作，哪些地址作为片选信号,且地址信号不可以有遗漏
74138 片选器的特点：可见连接
只有当 G1=1，G2A=0,G2B=0 的时候片选器才会工作，所以将地址线的高位处 不变的那几位 01100中的 A15，A14 分别介入 G2A，G1
当 CPU 从地址总线发出一个地址的时候，需要判断出是发送给内存的，而不是其他 I/O设备的，所以必须通过给出的 MREQ （低电平有效）去判断，而G2B（低）是低电压有效，所以让他俩相连，如果 G2B为低才会进行相应的译码，让内存进行相应的操作。
将高地址 A13 , A12 ,A11分别与输入信号 CBA 相连，用于判断是对系统程序芯片操作还是对用户程序芯片操作
由地址信号以及对应的真值表进行译码
如果 传入的为100也就是对系统芯片进行操作则译码后Y4为低，其余都是高，所以 Y4（低）接入系统区域的芯片
如果传入 101，Y5为低其余都为高则接入用户区的两片芯片，但是这两片芯片都是 1K的，A10也是不变的那一位，所以A10要是0才可以访问用户区的两个芯片。所以只有在 Y5 是低电平，且 A10 也是低电平的情况下才能对用户区的两个芯片进行操作，增加一个与门
④数据线
首先 ROM只能读不能写，所以ROM的编程端 PD/progr接地工作状态，RAM 的读写信号与 CPU 的读写信号相连，RAM 通过位扩展，分别连CPU数据线的高四位与低4位
例题4.2
有点难，后期会补上
4.2.6存储器的校验
在计算机运行过程中种种原因会导致信息在存储过程中出错，所以需要校验编码的纠错，检错能力与编码的最小距离有关，即一个合法集中的合法代码，将它变为此合法集中另一个合法代码，需要改变的二进制的位数。最小距离越大检错，纠错能力越强
L -1=D+C（D>=C )
L------编码的最小距离
D------检验错误的位数
C------纠正错误的位数
1.汉明码的原理
我找到了一篇关于汉明码的博客 汉明码
例题：
我们要将0011编写成汉明码，偶原则配置
①添加校验位
n=4,由 公式（2k>=n+k+1）可得我们需要分成三组，形成的汉明码一共是 7位
2i 上放的为校验位，其余位置放需要配置的值。
②检测
由上方的 Ci 所承担的检测小组可以知道
C1检测 3，5，7 位上的数据
C2检测 3，6，7 位上的数据
C4检测 5，6，7 位上的数据
以 C1 为例，3,5，7上的1的个数为1（7），这里默认用 偶原则配置 1为偶数个 CI 为0,1为奇数个 Ci为1 所以这里 C1=1，其他的原理一样。
所以最后的汉明码为 1000011
2.汉明码的纠错过程
原理： 对传送过来的汉明码添加新的检测位 Pi，根据同样的分组规则（见 Ci 所承担的检测小组图），对相应的位置上的值按照奇偶检测进行纠错
例题：
本图需要注意的一点是： P2,P4 共同出现的，就是相交与 6,7，且汉明码默认只有一位出错；其中 P1没错，说明 7没错，所以错只能处在第6位上
其余例题详见课本 P102
4.2.7提高访存速度的措施
CPU 的速度越来越快，但是存储器的存取速度增加缓慢，分别可以从：寻找告诉元件，采用层次结构，调整主存的结构来增加对于存储器的存取速度
调增主存的结构：
1.单体多字系统
由于程序和数据在存储体内都是连续存放的，可以让 CPU 一次取出 4条指令（也可多条）作为一个整体单元放入数据寄存器中执行执行。当CPU 写入数据的时候再以 4个指令为单位写入
缺点：1.如果想要执行的指令不是连续的，那读入的其余3条指令都没用了
2. CPU 在向内存写入数据的时候从寄存器中读取数据，本来只想存放1个数据，但是该特性只能一次存放 4个数据，会造成对于原数据的覆盖
2.多体并行
（1）高位交叉
原理： 将内存的存储体分为多个模块，每个模块都有独立的 MAR ,MDR等，实现N个模块并行工作（CPU 在访问一个模块的时候，I/O访问另一个模块）。
对每个模块进行编码，高位地址表示体号，低位为体内的地址。用于存储器容量的扩展
缺点：CPU 连续访问存储单元的时候造成一个模块被频繁的访问。
（2）低位交叉
相比于高位交叉，存储体的编码在后两位，体内的编码在前面。程序是顺序存取的，根据地址编码这样在存取指令的顺序就是横向的，用于存储器带宽和访问速度的提高
多体模块结构特点： 在不改变每个存储模块存取周期的前提下，提高存储器的带宽
假设每个体的字长与数据总线一致，假设低位交叉的存储器模块数为 n，存取周期为T，总线传输时期为 t （tao），采用流水线的方式存取时应满足 T=nt
在最开始启动 M0 模块，当总线将数据传输完成后，在 t 时间之后启动 M3模块，在总线传输完成后启动 M2，…，如图所示，一个模块的存取周期为T，则在相应的 T时刻 M0完成了数据的传输，M1在 T+t时刻完成了数据的传输…。连续取四个字节后所需时间为 T+3t，对 n 个字节进行传输，时间为 T+（n-1）t
若采用高位交叉，则读取 n 个字所需要的时间为 nT
3.高性能的存储芯片
总结
只读存储器：大体的分类清除，以及只读存储器多用于系统数据的存储
