計(jì)算機(jī)組成原理李小勇zcyl3.5

1、計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2021-10-21由于cpu和主存儲(chǔ)器之間在速度上是不匹配的，這種情況便成為限制高速計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題。為了提高cpu和主存之間的數(shù)據(jù)傳輸率，除了主存采用更高速的技術(shù)來(lái)縮短讀出時(shí)間外，還可以采用并行技術(shù)的存儲(chǔ)器。 3.5 并行存儲(chǔ)器并行存儲(chǔ)器計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2021-10-213.5.1 雙端口存儲(chǔ)器 1、雙端口存儲(chǔ)器的邏輯結(jié)構(gòu) 雙端口存儲(chǔ)器由于同一個(gè)存儲(chǔ)器具有兩組相互獨(dú)立的讀寫(xiě)控制電路而得名。由于進(jìn)行并行的獨(dú)立操作，因而是一種高速工作的存儲(chǔ)器，在科研和工程中非常有用。 舉例說(shuō)明，雙端口存儲(chǔ)器idt7133的邏輯框圖

2、。如下頁(yè)圖。3.5 并行存儲(chǔ)器并行存儲(chǔ)器計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2021-10-21idt7133（2k16的sram）3.5 并行存儲(chǔ)器并行存儲(chǔ)器計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2021-10-212、無(wú)沖突讀寫(xiě)控制、無(wú)沖突讀寫(xiě)控制 當(dāng)兩個(gè)端口的地址不相同時(shí)，在兩個(gè)端口上進(jìn)行讀寫(xiě)操作，一定當(dāng)兩個(gè)端口的地址不相同時(shí)，在兩個(gè)端口上進(jìn)行讀寫(xiě)操作，一定不會(huì)發(fā)生沖突。當(dāng)任一端口被選中驅(qū)動(dòng)時(shí)，就可對(duì)整個(gè)存儲(chǔ)器進(jìn)不會(huì)發(fā)生沖突。當(dāng)任一端口被選中驅(qū)動(dòng)時(shí)，就可對(duì)整個(gè)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取，每一個(gè)端口都有自己的片選控制和輸出驅(qū)動(dòng)控制。行存取，每一個(gè)端口都有自己的片選控制和輸出驅(qū)動(dòng)控制。 3

3、.5 并行存儲(chǔ)器并行存儲(chǔ)器計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2021-10-213.5 并行存儲(chǔ)器并行存儲(chǔ)器3、有沖突讀寫(xiě)控制、有沖突讀寫(xiě)控制當(dāng)兩個(gè)端口同時(shí)存取存儲(chǔ)器同一存儲(chǔ)單元時(shí)，便發(fā)生讀寫(xiě)沖突。當(dāng)兩個(gè)端口同時(shí)存取存儲(chǔ)器同一存儲(chǔ)單元時(shí)，便發(fā)生讀寫(xiě)沖突。為解決此問(wèn)題，特設(shè)置了為解決此問(wèn)題，特設(shè)置了busy標(biāo)志。由片上的判斷邏輯決標(biāo)志。由片上的判斷邏輯決定對(duì)哪個(gè)端口優(yōu)先進(jìn)行讀寫(xiě)操作，而暫時(shí)關(guān)閉另一個(gè)被延遲定對(duì)哪個(gè)端口優(yōu)先進(jìn)行讀寫(xiě)操作，而暫時(shí)關(guān)閉另一個(gè)被延遲的端口。的端口。 1.ce判斷判斷:如果地址匹配且在如果地址匹配且在ce之前有效，片上的控制邏之前有效，片上的控制邏輯在輯在cel和

4、和cer之間進(jìn)行判斷來(lái)選擇端口。之間進(jìn)行判斷來(lái)選擇端口。 2.地址有效判斷地址有效判斷:如果如果ce在地址匹配之前變低，片上的控在地址匹配之前變低，片上的控制邏輯在左、右地址間進(jìn)行判斷來(lái)選擇端口。制邏輯在左、右地址間進(jìn)行判斷來(lái)選擇端口。 計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2021-10-213、有沖突讀寫(xiě)控制、有沖突讀寫(xiě)控制3.5 并行存儲(chǔ)器并行存儲(chǔ)器ll5r計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2021-10-213.5 并行存儲(chǔ)器并行存儲(chǔ)器計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2021-10-213.5.2、多模塊交叉存儲(chǔ)器： 一個(gè)由若干個(gè)模塊組成的主存儲(chǔ)器是線性編址

5、的。這些地址在各模塊中如何安排，有兩種方式：一種是順序方式，一種是交叉方式 3.5 并行存儲(chǔ)器并行存儲(chǔ)器計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2021-10-21n假設(shè)有n個(gè)存儲(chǔ)模塊，每個(gè)存儲(chǔ)模塊的容量為m個(gè)存儲(chǔ)單元n順序方式：n2logm2log每個(gè)存儲(chǔ)模塊內(nèi)的地址片選，存儲(chǔ)模塊選擇3.5 并行存儲(chǔ)器并行存儲(chǔ)器計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2021-10-211、順序方式例m0m3共四個(gè)模塊，則每個(gè)模塊8個(gè)字順序方式：m0：07 m1：815 m2：1623 m3：24315位地址組織如下： x x x x x高位選模塊，低位選塊內(nèi)地址特點(diǎn)：特點(diǎn)：某個(gè)模塊進(jìn)行存取時(shí)，其他

6、模塊不工作，優(yōu)點(diǎn)是某一模塊出現(xiàn)故障時(shí)，其他模塊可以照常工作，通過(guò)增添模塊來(lái)擴(kuò)充存儲(chǔ)器容量比較方便。缺點(diǎn)是各模塊串行工作，存儲(chǔ)器的帶寬受到了限制。3.5 并行存儲(chǔ)器并行存儲(chǔ)器計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2021-10-212、交叉方式（可以實(shí)現(xiàn)多模塊流水式并行存?。﹏2logm2log每個(gè)存儲(chǔ)模塊內(nèi)的地址片選，存儲(chǔ)模塊選擇3.5 并行存儲(chǔ)器并行存儲(chǔ)器計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2021-10-21例m0m3共四個(gè)模塊，則每個(gè)模塊8個(gè)字交叉方式： m0：0，4,.除以4余數(shù)為0 m1：1，5,.除以4余數(shù)為1 m2：2，6,.除以4余數(shù)為2 m3：3，7,.除以4余

7、數(shù)為35位地址組織如下： x x x x x高位選塊內(nèi)地址，低位選模塊 特點(diǎn)：特點(diǎn)：連續(xù)地址分布在相鄰的不同模塊內(nèi)，同一個(gè)模塊內(nèi)的地址都是不連續(xù)的。優(yōu)點(diǎn)是對(duì)連續(xù)字的成塊傳送可實(shí)現(xiàn)多模塊流水式并行存取，大大提高存儲(chǔ)器的帶寬。使用場(chǎng)合為成批數(shù)據(jù)讀取。3.5 并行存儲(chǔ)器并行存儲(chǔ)器計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2021-10-213、多模塊交叉存儲(chǔ)器的基本結(jié)構(gòu) 右圖為四模塊交叉存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)框圖。主存被分成4個(gè)相互獨(dú)立、容量相同的模塊m0，m1，m2，m3，每個(gè)模塊都有自己的讀寫(xiě)控制電路、地址寄存器和數(shù)據(jù)寄存器，各自以等同的方式與cpu傳送信息。在理想情況下，如果程序段或數(shù)據(jù)塊都是連續(xù)地在主

8、存中存取，那么將大大提高主存的訪問(wèn)速度。 3.5 并行存儲(chǔ)器并行存儲(chǔ)器計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2021-10-21通常在一個(gè)存儲(chǔ)器周期內(nèi)，m個(gè)存儲(chǔ)模塊必須分時(shí)啟動(dòng)，各個(gè)存儲(chǔ)體的啟動(dòng)間隔為 （m為交叉存取度交叉存取度）則整個(gè)存儲(chǔ)器的存取速度有望提高m倍)1(mttmtt交叉順序mt/3.5 并行存儲(chǔ)器并行存儲(chǔ)器定量分析定量分析計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2021-10-21例例5 設(shè)存儲(chǔ)器容量為設(shè)存儲(chǔ)器容量為32字，字長(zhǎng)字，字長(zhǎng)64位，模塊數(shù)位，模塊數(shù)m=4，分別用順序，分別用順序方式和交叉方式進(jìn)行組織。存儲(chǔ)周期方式和交叉方式進(jìn)行組織。存儲(chǔ)周期t=200ns，

9、數(shù)據(jù)總線寬度為，數(shù)據(jù)總線寬度為64位，總線傳送周期位，總線傳送周期=50ns。若連續(xù)讀出。若連續(xù)讀出4個(gè)字，問(wèn)順序存儲(chǔ)器和個(gè)字，問(wèn)順序存儲(chǔ)器和交叉存儲(chǔ)器的帶寬各是多少交叉存儲(chǔ)器的帶寬各是多少?解：順序存儲(chǔ)器和交叉存儲(chǔ)器連續(xù)讀出m=4個(gè)字的信息總量都是：q=64b4=256b順序存儲(chǔ)器和交叉存儲(chǔ)器連續(xù)讀出4個(gè)字所需的時(shí)間分別是：t2=mt=4200ns=800ns=810-7st1=t+(m-1)x=200ns+150ns=350ns=3510-7s順序存儲(chǔ)器和交叉存儲(chǔ)器的帶寬分別是：w2=q/t2=256b(810-7)s=320mb/sw1=q/t1=256b(3510-7)s=730mb/s3.5 并行存儲(chǔ)器并行存儲(chǔ)器計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2021-10-21二模塊交叉存儲(chǔ)器舉例二模塊交叉存儲(chǔ)器舉例3.5 并行存儲(chǔ)器并行存儲(chǔ)器3位位18位位計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計(jì)算機(jī)學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2021-10-2