简述SRAM,DRAM型存储器的工作原理

个人电脑的主要结构:
显示器
主机板
CPU
(微处理器)
主要储存器
(记忆体)
扩充卡
电源供应器
光碟机
次要储存器
(硬碟)
键盘
滑鼠
尽管计算机技术自20世纪40年代第一台电子通用计算机诞生以来以来有了令人目眩的飞速发展，但是今天计算机仍然基本上采用的是存储程序结构，即冯·诺伊曼结构。这个结构实现了实用化的通用计算机。
存储程序结构间将一台计算机描述成四个主要部分：算术逻辑单元（ALU），控制电路，存储器，以及输入输出设备（I/O）。这些部件通过一组一组的排线连接（特别地，当一组线被用于多种不同意图的数据传输时又被称为总线），并且由一个时钟来驱动（当然某些其他事件也可能驱动控制电路）。
概念上讲，一部计算机的存储器可以被视为一组“细胞”单元。每一个“细胞”都有一个编号，称为地址；又都可以存储一个较小的定长信息。这个信息既可以是指令（告诉计算机去做什么），也可以是数据（指令的处理对象）。原则上，每一个“细胞”都是可以存储二者之任一的。
算术逻辑单元（ALU）可以被称作计算机的大脑。它可以做两类运算：第一类是算术运算，比如对两个数字进行加减法。算术运算部件的功能在ALU中是十分有限的，事实上，一些ALU根本不支持电路级的乘法和除法运算（由是使用者只能通过编程进行乘除法运算）。第二类是比较运算，即给定两个数，ALU对其进行比较以确定哪个更大一些。
输入输出系统是计算机从外部世界接收信息和向外部世界反馈运算结果的手段。对于一台标准的个人电脑，输入设备主要有键盘和鼠标，输出设备则是显示器，打印机以及其他许多后文将要讨论的可连接到计算机上的I/O设备。
控制系统将以上计算机各部分联系起来。它的功能是从存储器和输入输出设备中读取指令和数据，对指令进行解码，并向ALU交付符合指令要求的正确输入，告知ALU对这些数据做那些运算并将结果数据返回到何处。控制系统中一个重要组件就是一个用来保持跟踪当前指令所在地址的计数器。通常这个计数器随着指令的执行而累加，但有时如果指令指示进行跳转则不依此规则。
20世纪80年代以来ALU和控制单元（二者合成中央处理器，CPU）逐渐被整合到一块集成电路上，称作微处理器。这类计算机的工作模式十分直观：在一个时钟周期内，计算机先从存储器中获取指令和数据，然后执行指令，存储数据，再获取下一条指令。这个过程被反复执行，直至得到一个终止指令。
由控制器解释，运算器执行的指令集是一个精心定义的数目十分有限的简单指令集合。一般可以分为四类：1）、数据移动（如：将一个数值从存储单元A拷贝到存储单元B）2）、数逻运算（如：计算存储单元A与存储单元B之和，结果返回存储单元C）3）、条件验证（如：如果存储单元A内数值为100，则下一条指令地址为存储单元F）4）、指令序列改易（如：下一条指令地址为存储单元F）
指令如同数据一样在计算机内部是以二进制来表示的。比如说，10110000就是一条Intel
x86系列微处理器的拷贝指令代码。某一个计算机所支持的指令集就是该计算机的机器语言。因此，使用流行的机器语言将会使既成软件在一台新计算机上运行得更加容易。所以对于那些机型商业化软件开发的人来说，它们通常只会关注一种或几种不同的机器语言。
更加强大的小型计算机，大型计算机和服务器可能会与上述计算机有所不同。它们通常将任务分担给不同的CPU来执行。今天，微处理器和多核个人电脑也在朝这个方向发展。
超级计算机通常有着与基本的存储程序计算机显著区别的体系结构。它们通常由者数以千计的CPU，不过这些设计似乎只对特定任务有用。在各种计算机中，还有一些微控制器采用令程序和数据分离的哈佛架构（Harvard
architecture）。

DDR是一个时钟周期发送两次数据，SD是一次！就是说ddr提供的内存带宽是sd的两倍！

　　课程编号：
　　英 文 名：The Principle of Computer Organization
　　课程类别：学科基础课
　　前 置 课：《数字逻辑》、《汇编语言程序设计》
　　后 置 课：《计算机系统结构》、《微型计算机系统与设计》，《操作系统》等
　　学 分：4学分
　　课 时：72课时(其中实验课12课时)
　　主讲教师：刘光徽、童端等
　　选定教材：白中英，《计算机组成原理》（第三版），科学出版社，2000年
　　课程概述：
　　本课程主要讲解简单、单台计算机的完整组成原理和内部运行机制，包括运算器部件、控制器部件、存储器子系统、输入/输出子系统（总线与接口等）与输入/输出系统设备，围绕各自的功能、组成、设计、实现、使用等知识进行介绍；此外，该课程的工程性、实践性、技术性比较强，还强调培养学生的动手动脑能力、开创与创新意识、实验技能，这些要求更多的是通过作业、教学实验等环节完成，要求学生有意识地主动加强这些方面的练习与锻炼。
　　教学目的：

　　《计算机组成原理》是计算机科学与技术专业本科生的一门必修课程。通过学习本课程，能了解计算机一般组成原理与内部运行机理，为学习本专业后继课程和进行与硬件有关的技术工作打好基础。
　　基本要求是使学生掌握计算机常用的逻辑器件、部件的原理、参数及使用方法，学懂简单、完备的单台计算机的基本组成原理，学习计算机设计中的入门性知识，掌握维护、使用计算机的基本技能。
　　教学方法：

　　《计算机组成原理》是计算机科学与技术专业本科生必修的一门硬件专业基础课，其先修课包括数字逻辑、汇编语言程序设计等，后续课还有计算机系统结构、微型计算机系统与设计，关系密切的还有操作系统等课程。
　　教学重点和难点是运算器部件、控制器部件的组成原理和内部运行机制，存储器子系统、输入/输出子系统（总线与接口等）的组成和设计实现。
　　整个教学过程由授课、实验、作业和自学四个环节组成。作业未完成者不得参加考试。实验成绩与期末考试成绩共同评定为课程总成绩

　　各章教学要求及教学要点：
　　第一章 计算机系统概论
　　课时分配：3学时
　　教学要求：
　　主要介绍硬件、软件的概念和组成，目的是对计算机有一个总体的概念，以便展开后续各章内容。
　　教学内容：
　　§1.1 计算机的分类和应用
　　专用计算机和商用计算机的划分。
　　计算机在科学计算、自动控制、测量与测试、信息处理、教育卫生、家用电器、人工智能等领域应用很广。
　　§1.2 计算机的硬件
　　计算机的硬件是由有形的电子器件构成的，它包括运算器、存储器、控制器、适配器、输入输出设备。传统上将运算器和控制器称为CPU，而将CPU和存储器称为主机。
　　§1.3 计算机的软件
　　计算机的软件是计算机系统的重要组成部分，也是计算机不同于一般电子设备的本质所在。计算机软件一般分为系统程序和应用程序两大类。
　　§1.4计算机系统的层次结构
　　计算机系统是一个由硬件、软件组成的多级层次结构，一般由程序级、一般机器级、操作系统级、汇编语言级、高级语言级组成。
　　教学要点：
　　1 存储程序的概念、硬件的组成、计算机系统的层次结构
　　2主要围绕存储程序的概念展开讲解硬件的组成，参看教学光盘相应的演示，讨论习题。
　　思考题：
　　1、数字计算机如何分类？
　　2、冯。诺依曼型计算机的主要设计思想是什么？
　　3、什么是指令？什么是程序？
　　4、如何区分指令和数据？
　　5、计算机的系统软件包括哪几类？说明他们的用途？
　　6、现代计算机系统如何进行多级划分？

　　第二章 运算方法和运算器
　　课时分配：14学时
　　教学要求：
　　掌握数据与文字的表示方法、定点运算方法、定点运算器的组成、浮点运算方法和浮点运算器的组成。
　　教学内容：
　　§2.1 数据与文字的表示方法
　　定点数由符号位和数值位两部分组成，按小数点位置不同，定点数有纯小数和纯整数两种表示方法。
　　按IEEE754标准，浮点数由符号位S、阶码E、尾数M三个域组成。
　　§2.2 定点加法、减法运算
　　§2.3 定点乘法运算
　　§2.4 定点除法运算
　　§2.5 定点运算器的组成
　　§2.6 浮点运算方法和浮点运算器
　　教学要点：
　　1定点运算方法、定点运算器的组成、浮点运算方法和浮点运算器的组成。
　　2 定点乘法运算、除法运算、浮点的表示方法。
　　3主要教学环节的组织：结合实验、教学光盘掌握运算器的组成。
　　4数据的四种表示方法：原码表示法、补码表示法、反码表示法、移码表示法
　　5各章节教学时间分配及进度安排：
　　§2.1 数据与文字的表示方法 1学时
　　§2.2 定点加法、减法运算 2学时
　　§2.3 定点乘法运算 2学时
　　§2.4 定点除法运算 2学时
　　§2.5 定点运算器的组成 2学时
　　§2.6 浮点运算方法和浮点运算器 2学时
　　§ 实验 2学时
　　思考题：
　　1、分别用原码、反码、补码表示：（1）-127，（2）用小数和整数表示的-1
　　2、定点数、浮点数的定义和区别是什么？
　　3、如何把一个浮点数规格化？阶码和尾数一般如何表示？
　　4、已知x和y，用变形补码计算x+y，同时指出结果是否溢出
　　x=0.11011 y=-0.10101
　　5、某加法器进位链小组信号为C4C3C2C1 ，低位来的信号为C0 ，请分别按下
　　述两种方式写出C4C3C2C1的逻辑表达式。
　　（1） 串行进位方式 （2） 并行进位方式
　　6、浮点数的加减法的运算步骤是怎样的？

　　第三章 存储系统
　　课时分配：13学时
　　教学要求：
　　掌握存储系统的分类、分级结构和主存储器的技术指标，了解存储器芯片的结构，掌握主存储器容量扩充的方法，理解双端口存储器、多模块交叉存储器、相联存储器的工作原理，掌握cache存储器和虚拟存储器的基本工作原理和工作过程。
　　教学内容：
　　§3.1 存储器概述
　　存储器的要求是容量大、速度快、成本低。为了解决这三方面的矛盾，计算机采用多级存储体系结构，即Cache、主存和外存。存储器的技术指标有存储容量、存储时间、存储周期、存储器带宽。
　　§3.2 随机读写存储器
　　SRAM和DRAM都是半导体随机读写存储器，前者速度比后者快，但集成度不如后者高。二者的优点是体积小，可靠性高，价格低廉，但缺点是断电后不能保存信息。
　　§3.3 只读存储器和闪速存储器
　　只读存储器和闪速存储器断电后也能保存数据。特别是闪存能提供高性能能力。
　　§3.4 高速存储器
　　双端口存储器和多模块交叉存储器属于并行存储器结构。前者采用空间并行技术，后者采用时间并行技术。
　　§3.5 cache存储器
　　Cache是一种高速缓冲存储器。，是为了解决CPU和主存之间速度不匹配而采取的一种硬件技术。主存与Cache 的地址映射有全相联、直接、组想联三种方式
　　§3.6 虚拟存储器
　　虚拟存储器指的是主存-外存层次，它给用户提供了一个比实际主存空间大的多的虚拟地址空间。它不是任何实体的物理存储器。按照主存-外存层次的信息传递单位的不同，虚拟存储器有页式、段式、段页式三类。
　　§3.7 存储器保护
　　多个用户共享主存时，系统应提供存储保护。通常采用的方法是存储区域保护和访问方式保护，并用硬件来实现。
　　教学要点：
　　1 存储体系的基本原理、主存储器容量扩充的方法。
　　计算机采用多级存储体系结构，即Cache、主存和外存。CPU能直接访问主存，但不能直接访问外存，存储器的技术指标有：存储容量；存取时间（读出/写入时间）；存取周期； 存储器带宽。
　　2基本存储元的结构、双端口存储器、多模块交叉存储器、相联存储器的工作原理。 主存储器由半导体元件构成，它分为：
　　（一）、RAM——随机读写存储器
　　. SRAM型存储器， 基本存储元电路——基本记忆元件（P.73图3.2）
　　．DRAM型存储器， 基本存储元电路——基本记忆元件（P.80图3.10）
　　（二）、ROM——只读存储器
　　3 双端口存储器的原理
　　4 Cache的基本原理和应用。
　　5 结合实验、教学光盘和习题掌握主存储器容量扩充的方法。
　　6各章节教学时间分配及进度安排：
　　§3.1 存储器概述 2学时
　　§3.2 随机读写存储器 2学时
　　§3.3 只读存储器和闪速存储器 2学时
　　§3.4 高速存储器 3学时
　　§3.5 cache存储器 2学时
　　§3.6 虚拟存储器 2学时
　　§3.7 存储器保护 1学时
　　思考题：
　　1、SRAM和DRAM的主要差别是什么？
　　2、为什么DRAM芯片的地址一般要分两次接收？
　　3、在计算机的主存中，常常设置一定的ROM区。试说明设置ROM区域的目的？
　　4、DRAM存储器采用何种方式刷新？有哪几种常用的刷新方式？
　　5、cache存储器的基本工作原理和工作过程是怎样的？
　　6、虚拟存储器的基本工作原理和作用是怎样的？
　　7、如何对存储器进行字扩展和位扩展？

　　第四章 指令系统
　　课时分配：7学时
　　教学要求：
　　掌握指令的一般格式、寻址方式和RISC指令系统的特点。
　　教学内容：
　　§4.1 指令系统的发展与性能要求
　　一台计算机中所有机器指令的集合，才称为这台计算机的指令系统。指令系统是表征一台计算机性能的重要因素，它的格式与功能不仅直接影响到机器的硬件结构，而且也影响到系统软件。
　　§4.2 指令格式
　　指令格式是指令用二进制代码表示的结构形式，通常由操作码字段和地址码字段组成。操作码字段表征指令的操作特性与功能，而地址码字段指示操作数的地址。目前多采用二地址、单地址、零地址混合方式的指令格式。指令字长分别为：单字长、半字长、双字长三种形式。
　　§4.3 指令和数据的寻址方式
　　形成指令地址的方式，称为指令的寻址方式。有顺序寻址和跳跃寻址两种。
　　形成操作数地址的方式，称为数据的寻址方式，操作数可放在专用寄存器、通用寄存器、内存和指令中。数据寻址方式有隐含寻址、立即寻址、直接寻址、间接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、相对寻址、基址寻址、变址寻址、段寻址等多种。按操作数的物理位置不同，有RR型和RS型。前者比后者执行的速度快。
　　§4.4 堆栈寻址方式
　　堆栈是一种特殊的数据寻址方式，采用“先进后出”的原理。按结构不同，分为寄存器堆栈和存储器堆栈。
　　§4.5 典型指令
　　一个较完善的指令系统应包括数据传送类指令、算术运算类指令、逻辑运算类指令、程序控制类指令、I/O类指令、字符串类指令、系统控制类指令。
　　教学要点：
　　1指令的一般格式、寻址方式。
　　2指令和数据的寻址方式。
　　3结合汇编语言，掌握指令的格式、寻址方式、指令的功能等。
　　4各章节教学时间分配及进度安排
　　§4.1 指令系统的发展与性能要求 1学时
　　§4.2 指令格式 2学时
　　§4.3 指令和数据的寻址方式 3学时
　　§4.4 堆栈寻址方式 2学时
　　§4.5 典型指令 2学时
　　思考题：
　　1、计算机系统的指令格式是怎样的，一般由几部分组成？
　　2、什么是RISC指令和CISC指令系统，它们的区别是什么？
　　3、在寄存器—寄存器型，寄存器—存储器型和存储器—存储器型三类指令中，哪类指令的执行时间最长？哪类指令的执行时间最短？为什么？

　　第五章 中央处理器
　　课时分配：25学时
　　教学要求：
　　掌握CPU的功能和基本组成，指令周期的概念，时序产生器的组成，微程序控制器及其设计技术，硬布线控制器，传统CPU的结构。了解流水CPU、RISC CPU和多媒体CPU的特点。
　　教学内容：
　　§5.1 CPU的功能和组成
　　一般来说，CPU由运算器、Cache和控制器三大部分组成，CPU中至少要有六类寄存器：指令寄存器、程序计数器、地址寄存器、缓冲寄存器、通用寄存器、状态条件寄存器。
　　§5.2 指令周期
　　CPU从寄存器取出一条指令并执行这条指令的时间和称为指令周期。由于各种指令的操作功能不同，各种指令的指令周期是不尽相同的。
　　§5.3 时序产生器和控制方式
　　时序信号产生器提供CPU周期所需的时序信号，操作控制器利用这些时序信号进行定时，有条不紊地取出一条指令并执行这条指令。
　　§5.4 微程序控制器
　　§5.5 微程序设计技术
　　微程序设计技术是利用软件的方法设计操作控制器的一门技术。具有规整性、灵活性、可维护性等一系列优点 。微指令、微地址的定义。
　　§5.6硬布线控制器
　　硬布线控制器的基本思想是：某一微操作控制信号是指令操作码译码输出、时序信号和状态条件信号的逻辑函数，即用布尔代数写出逻辑表达式，然后用门电路、触发器等器件实现。
　　§5.7 传统CPU
　　§5.8 流水CPU
　　流水CPU是以时间并行性为原理构造的处理器。是一种非常经济实用的并行技术。流水技术中的主要问题是资源相关、数据相关和控制相关。
　　§5.9 RISC CPU
　　RISC CPU是继承CISC的成功技术，并克服其缺点的基础上发展起来的，RISC机器的三个基本要素是：1一个有限的简单指令集，2，CPU配备大量的通用寄存器3，强调指令流水线的优化 。
　　§5.10 多媒体CPU
　　多媒体CPU是带有MMX技术的处理器，它特别适合于图象数据处理，极大地提高了计算机在多媒体和通信应用方面的功能。
　　教学要点：
　　1 CPU的功能和基本组成，指令周期的概念，时序产生器的组成，微程序控制器及其设计技术，硬布线控制器的结构。
　　3本章是本课程的核心和重点，应结合实验、教学光盘和习题全面掌握CPU的结构和组成。
　　4各章节教学时间分配及进度安排：
　　§5.1 CPU的功能和组成 2学时
　　§5.2 指令周期 3学时
　　§5.3 时序产生器和控制方式 2学时
　　§5.4 微程序控制器 2学时
　　§5.5 微程序设计技术 2学时
　　§5.6硬布线控制器 2学时
　　§5.7 传统CPU 0.5学时
　　§5.8 流水CPU 0.5学时
　　§5.9 RISC CPU 0.5学时
　　§5.10 多媒体CPU 0.5学时
　　§ 实验 10学时
　　思考题：
　　1、CPU中有哪些主要的寄存器？其功能是什么？
　　2、什么是指令周期？什么是机器周期？什么是时钟周期？三者之间的关系如何？
　　3、微程序设计技术的基本设计思想是什么？
　　4、简述CPU的主要功能？
　　5、在CPU中跟踪指令后继地址的寄存器是哪个？
　　6、微程序控制器中，机器指令与微指令的关系是怎样的？
　　7、如何确定下一条微指令的地址？

　　第六章 总线系统
　　课时分配：4学时
　　教学要求：
　　掌握总线的基本概念和基本技术，了解PCI总线、ISA总线和Futurebus+总线。
　　教学内容：
　　§6.1总线的概念和结构形态
　　§6.2 总线接口
　　§6.3 总线的仲裁、定时和数据传送模式
　　§6.4 PCI总线
　　§6.5 ISA总线和Futurebus+总线
　　教学要点：
　　1总线接口、总线的仲裁、定时和数据传送模式。
　　2总线的仲裁、定时和数据传送模式。
　　3系统总线是计算机系统的重要组成部分，应结合教学光盘和习题掌握总线的基本概念和基本技术。
　　4各章节教学时间分配及进度安排：
　　§6.1总线的概念和结构形态 1学时
　　§6.2 总线接口 1学时
　　§6.3 总线的仲裁、定时和数据传送模式 1学时
　　§6.4 PCI总线 0.5学时
　　§6.5 ISA总线和Futurebus+总线 0.5学时
　　思考题：
　　1、比较单总线、双总线、三总线结构的性能特点？
　　2、系统总线中地址线的功能是什么？
　　3、系统总线中控制线的功能是什么？
　　4、试说明PCI总线的传输机制？

　　第七章 外围设备
　　课时分配：3学时
　　教学要求：
　　主要介绍硬件、软件的概念和组成，目的是对计算机有一个总体的概念，以便展开后续各章内容。
　　教学内容：
　　§7.1 外围设备概述
　　§7.2 显示设备
　　§7.3 输入设备和打印设备
　　§7.4 硬磁盘存储设备
　　§7.5 软磁盘存储设备
　　§7.6 磁带存储设备
　　§7.7 光盘存储设备
　　教学要点：
　　1显示设备、硬磁盘存储设备、软磁盘存储设备的基本原理。
　　2 结合实际设备，掌握输入/输出设备的基本工作原理。
　　3各章节教学时间分配及进度安排
　　§7.1 外围设备概述 0.5学时
　　§7.2 显示设备 0.5学时
　　§7.3 输入设备和打印设备 0.5学时
　　§7.4 硬磁盘存储设备 0.5学时
　　§7.5 软磁盘存储设备 0.5学时
　　§7.6 磁带存储设备 0.25学时
　　§7.7 光盘存储设备 0.25学时
　　思考题：
　　1、计算机的外围设备是指什么？
　　2、显示设备、硬磁盘存储设备、软磁盘存储设备的基本原理是什么？

　　第八章 输入输出系统
　　课时分配：3学时
　　教学要求：
　　掌握程序中断方式、DMA方式的基本工作原理，理解通道方式和通用I/O标准接口的基本工作原理。
　　教学内容：
　　§8.1 外围设备的定时方式与信息交换方式
　　§8.2 程序中断方式
　　§8.3 DMA方式
　　§8.4 通道方式
　　§8.5 通用I/O标准接口
　　教学要点：
　　1教学重点：程序中断方式、DMA方式和通道方式的基本工作原理。
　　2结合实验、教学光盘和习题以及汇编语言课程的学习，掌握程序中断方式、DMA方式的基本工作原理。
　　思考题：
　　1、 什么是DMA方式？
　　2、 程序中断方式的原理是什么？
　　3、 通道的功能是什么？

　　参考书目：
　　1、 白中英、杨春武等，计算机组成原理题解、题库与实验（第三版），科学出版社，2001
　　2、 俸远桢，计算机组成原理（修订版），电子工业出版社
　　3、 Stallings，W.，Computer Organization and Architecture：Designing for performance，5th ed. Prentice Hall
　　4、 王爱英，计算机组成与结构，清华大学出版社，1995
　　5、 陈厚云、王行刚，计算机发展简史，科学出版社，1985
　　6、 李勇、裘式刚，计算机原理与设计（修订版），国防科大出版社，1989
　　7、 苏东庄主编，计算机系统结构，国防工业出版社，1984
　　8、 葛本修，计算机组织与结构，北京航空航天大学出版社，1992
　　9、 杨天行主编，计算机技术，国防工业出版社，1999
　　10、 俸远祯，计算机组成原理，电子工业出版社，1985
　　11、 郑纬民等，计算机系统结构，清华大学出版社，1992
　　12、 James L.Antonakos,The Pentium Microprocessor,Prentice Hall,1997
　　13、 许镇宇，电子数字计算机原理（下册），国防工业出版社，1979
　　14、 计算机世界，1995年1月~1998年12月
　　15、 The SPARC Architecture Mannual, Sun Microsystems Corp,1992
　　16、 钟玉琢等，多媒体计算机技术，清华大学出版社，1993
　　17、 孙强南、孙昱东，计算机系统结构，科学出版社，1992
　　18、 马维华、奚杭生等，从8086到Pentium微型计算机及接口技术，科学出版社，2000
　　19、 白中英，计算机组成原理（第二版），科学出版社，1994
　　20、 任涛，闪速存储器数据及应用简明速查手册，电子工业出版社，1997