第四章存儲(chǔ)器教材

1、1.1.什么總線，特征是什么？什么總線，特征是什么？2.2.總線寬度、總線帶寬、總線復(fù)用、總線的主設(shè)備（或主?？偩€寬度、總線帶寬、總線復(fù)用、總線的主設(shè)備（或主模塊）、總線的從設(shè)備（或從模塊）、總線的傳輸周期、總線塊）、總線的從設(shè)備（或從模塊）、總線的傳輸周期、總線的通信控制。的通信控制。3.3.為什么為什么要設(shè)置總線判優(yōu)控制？常見(jiàn)的集中式總線控制有幾要設(shè)置總線判優(yōu)控制？常見(jiàn)的集中式總線控制有幾種？各有何特點(diǎn)？哪種方式響應(yīng)時(shí)間最快？哪種方式對(duì)電路種？各有何特點(diǎn)？哪種方式響應(yīng)時(shí)間最快？哪種方式對(duì)電路故障最敏感？故障最敏感？ 4.4.什么是同步通信、異步通信、半同步通信、分離式通信。什么是同步通信、

2、異步通信、半同步通信、分離式通信。5.5.在在異步串行傳送系統(tǒng)中，字符格式為：異步串行傳送系統(tǒng)中，字符格式為：1 1個(gè)起始位、個(gè)起始位、8 8個(gè)數(shù)個(gè)數(shù)據(jù)位、據(jù)位、1 1個(gè)校驗(yàn)位、個(gè)校驗(yàn)位、2 2個(gè)終止位。若要求每秒傳送個(gè)終止位。若要求每秒傳送120120個(gè)字符，個(gè)字符，試求傳送的波特率和比特率試求傳送的波特率和比特率。6 6、如果工作頻率為、如果工作頻率為16MHz16MHz，總線位寬為，總線位寬為3232位，最大傳輸率為位，最大傳輸率為多少？如果一個(gè)總線周期等于多少？如果一個(gè)總線周期等于2 2個(gè)時(shí)鐘周期，則總線帶寬是個(gè)時(shí)鐘周期，則總線帶寬是多少？多少？1、地址總線用、地址總線用 表示，數(shù)據(jù)總

3、線用表示，數(shù)據(jù)總線用 表示，控制總線用表示，控制總線用 表示。表示。2、位于集成電路內(nèi)部的總線被稱(chēng)為、位于集成電路內(nèi)部的總線被稱(chēng)為 總線?？偩€。3、總線總裁的方法有、總線總裁的方法有 和和 。4、總線上完成一次數(shù)據(jù)傳輸一般要經(jīng)歷、總線上完成一次數(shù)據(jù)傳輸一般要經(jīng)歷 階段、階段、 階段、階段、 階段和階段和 階段。階段。5、衡量總線性能的重要指標(biāo)是、衡量總線性能的重要指標(biāo)是_，它定義為總線本身所能，它定義為總線本身所能達(dá)到的最高達(dá)到的最高_(dá)。6、總線帶寬是指總線上每秒傳輸?shù)摹⒖偩€帶寬是指總線上每秒傳輸?shù)?，用，用 為單位。為單位。7、如果總線的頻率為、如果總線的頻率為88MHz，總線的位寬為，總線

4、的位寬為8位，則總線的帶位，則總線的帶寬應(yīng)為寬應(yīng)為 。1 1、MB/sMB/s的含義是（的含義是（ ）A A、總線上每秒傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)量、總線上每秒傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)量 B B、總線上每秒傳輸?shù)淖畲笞?、總線上每秒傳輸?shù)淖畲笞止?jié)量節(jié)量C C、總線上每秒傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù)、總線上每秒傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù) D D、總線上每秒傳輸?shù)氖M(jìn)制、總線上每秒傳輸?shù)氖M(jìn)制位數(shù)位數(shù)2 2、不同信號(hào)在同一條信號(hào)線上分時(shí)傳輸?shù)姆绞椒Q(chēng)為、不同信號(hào)在同一條信號(hào)線上分時(shí)傳輸?shù)姆绞椒Q(chēng)為 ( ) ( ) A. A. 總線復(fù)用方式總線復(fù)用方式 B. B. 并串行傳輸方式并串行傳輸方式 C. C. 并行傳輸方式并行傳輸方式 D. D. 串行

5、傳輸方式串行傳輸方式 3 3、在計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢(xún)方式下，若計(jì)數(shù)從、在計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢(xún)方式下，若計(jì)數(shù)從 0 0 開(kāi)始，則開(kāi)始，則 ( ) ( ) A. A. 設(shè)備號(hào)大的優(yōu)先權(quán)高設(shè)備號(hào)大的優(yōu)先權(quán)高 B. B. 設(shè)備號(hào)小的優(yōu)先權(quán)高設(shè)備號(hào)小的優(yōu)先權(quán)高 C. C. 每個(gè)設(shè)備使用總線的機(jī)會(huì)相等每個(gè)設(shè)備使用總線的機(jī)會(huì)相等 D. D. 以上都不對(duì)以上都不對(duì)5、總線中地址線的用處是（、總線中地址線的用處是（ ）A、選擇主存單元地址、選擇主存單元地址 B 、選擇進(jìn)行信息傳輸?shù)脑O(shè)備、選擇進(jìn)行信息傳輸?shù)脑O(shè)備 C、選擇外存地址、選擇外存地址 D、指定主存單元和、指定主存單元和I/O設(shè)備接口電路設(shè)備接口電路的選擇地址的選擇地

6、址 6、同步通信之所以比異步通信具有較高的傳輸頻率、同步通信之所以比異步通信具有較高的傳輸頻率,是因?yàn)橥绞且驗(yàn)橥酵ㄐ磐ㄐ臺(tái)。A.不需要應(yīng)答信號(hào)；不需要應(yīng)答信號(hào)； B.總線長(zhǎng)度較短；總線長(zhǎng)度較短；C.用一個(gè)公共時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行同步；用一個(gè)公共時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行同步； D.各部件存取時(shí)間比較接近。各部件存取時(shí)間比較接近。7、在集中式總線仲裁中，、在集中式總線仲裁中，_方式響應(yīng)時(shí)間最快，方式響應(yīng)時(shí)間最快，_方式對(duì)方式對(duì)電路故障最敏感。電路故障最敏感。A.菊花鏈方式菊花鏈方式 B.獨(dú)立請(qǐng)求方式獨(dú)立請(qǐng)求方式 C.計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢(xún)方式計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢(xún)方式 D.以上三種方式以上三種方式存儲(chǔ)器的用途：存儲(chǔ)器的用途： 存

7、放程序和數(shù)據(jù)。存放程序和數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器的要求：存儲(chǔ)器的要求： 高速度、大容量、低價(jià)格。高速度、大容量、低價(jià)格。存儲(chǔ)系統(tǒng)：存儲(chǔ)系統(tǒng)： 由幾個(gè)容量、速度和價(jià)格不同的存儲(chǔ)器組成由幾個(gè)容量、速度和價(jià)格不同的存儲(chǔ)器組成的。的。4.1 概述概述4.2 主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器4.3 高速緩沖存儲(chǔ)器高速緩沖存儲(chǔ)器Cache4.4 輔助存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器一、存儲(chǔ)器分類(lèi)一、存儲(chǔ)器分類(lèi)1. 按存儲(chǔ)介質(zhì)分類(lèi)按存儲(chǔ)介質(zhì)分類(lèi)(1) 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器(2) 磁表面存儲(chǔ)器磁表面存儲(chǔ)器(3) 磁芯存儲(chǔ)器磁芯存儲(chǔ)器(4) 光盤(pán)存儲(chǔ)器光盤(pán)存儲(chǔ)器易失易失TTL 、MOS磁頭、載磁體磁頭、載磁體硬磁材料、環(huán)狀元件硬磁材料、環(huán)狀元件激光、

8、磁光材料激光、磁光材料非非易易失失(1) 存取時(shí)間與物理地址無(wú)關(guān)（隨機(jī)訪問(wèn)）存取時(shí)間與物理地址無(wú)關(guān)（隨機(jī)訪問(wèn)） 順序存取存儲(chǔ)器順序存取存儲(chǔ)器 磁帶磁帶2. 按存取方式分類(lèi)按存取方式分類(lèi)(2) 存取時(shí)間與物理地址有關(guān)（串行訪問(wèn)）存取時(shí)間與物理地址有關(guān)（串行訪問(wèn)） 直接存取存儲(chǔ)器直接存取存儲(chǔ)器 磁盤(pán)磁盤(pán) 隨機(jī)存儲(chǔ)器隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM：SRAM、DRAM 只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器ROM磁盤(pán)、磁帶、光盤(pán)磁盤(pán)、磁帶、光盤(pán) 高速緩沖存儲(chǔ)器（高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器3. 按在計(jì)算機(jī)中的作用分類(lèi)按在計(jì)算機(jī)中的作用分類(lèi)高高低低小小大大快快慢慢輔存輔存寄存器寄存器緩存

9、緩存主存主存磁盤(pán)磁盤(pán)光盤(pán)光盤(pán)磁帶磁帶光盤(pán)光盤(pán)磁帶磁帶速度速度容量容量 價(jià)格價(jià)格 位位1. 存儲(chǔ)器三個(gè)主要特性的關(guān)系存儲(chǔ)器三個(gè)主要特性的關(guān)系 二、存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)二、存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)CPUCPU主機(jī)主機(jī)緩存緩存CPU主存主存輔存輔存2. 緩存緩存 主存層次和主存主存層次和主存 輔存層次輔存層次緩存緩存主存主存輔存輔存主存主存10 ns20 ns200 nsms（速度）（速度）（容量）（容量）由硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)由硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)由硬件和操作系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)由硬件和操作系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)一、概述一、概述1. 主存的基本組成主存的基本組成存儲(chǔ)體存儲(chǔ)體驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器譯碼器譯碼器MAR控制電路控制電路讀讀寫(xiě)寫(xiě)電電路路MDR地址總線地

10、址總線數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線讀讀寫(xiě)寫(xiě)2. 主存和主存和 CPU 的聯(lián)系的聯(lián)系MDRMARCPU主主 存存讀讀數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線地址總線地址總線寫(xiě)寫(xiě) 高位字節(jié)高位字節(jié) 地址為字地址地址為字地址 低位字節(jié)低位字節(jié) 地址為字地址地址為字地址設(shè)地址線設(shè)地址線 24 根根按按 字節(jié)字節(jié) 尋址尋址按按 字字 尋址尋址若字長(zhǎng)為若字長(zhǎng)為 16 位位按按 字字 尋址尋址若字長(zhǎng)為若字長(zhǎng)為 32 位位字地址字地址字節(jié)地址字節(jié)地址11109876543210840字節(jié)地址字節(jié)地址字地址字地址4523014203. 主存中存儲(chǔ)單元地址的分配主存中存儲(chǔ)單元地址的分配224 = 16 M8 M4 M字存儲(chǔ)單元：存放一個(gè)機(jī)器字的存儲(chǔ)

11、單元，相應(yīng)的單元地址叫字字存儲(chǔ)單元：存放一個(gè)機(jī)器字的存儲(chǔ)單元，相應(yīng)的單元地址叫字地址。地址。字節(jié)存儲(chǔ)單元：存放一個(gè)字節(jié)的單元，相應(yīng)的地址稱(chēng)為字節(jié)地址。字節(jié)存儲(chǔ)單元：存放一個(gè)字節(jié)的單元，相應(yīng)的地址稱(chēng)為字節(jié)地址。4. 主存的技術(shù)指標(biāo)主存的技術(shù)指標(biāo)(1) 存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量主存主存 存放二進(jìn)制代碼的總位數(shù)存放二進(jìn)制代碼的總位數(shù) 存儲(chǔ)器的容量存儲(chǔ)器的容量 = 存儲(chǔ)單元的個(gè)數(shù)存儲(chǔ)單元的個(gè)數(shù)存儲(chǔ)字長(zhǎng)存儲(chǔ)字長(zhǎng)(2) 存儲(chǔ)速度存儲(chǔ)速度存取時(shí)間：存取時(shí)間：指一次讀操作命令發(fā)出到該操作完成，將數(shù)指一次讀操作命令發(fā)出到該操作完成，將數(shù)據(jù)讀出到數(shù)據(jù)總線上所經(jīng)歷的時(shí)間。據(jù)讀出到數(shù)據(jù)總線上所經(jīng)歷的時(shí)間。存儲(chǔ)周期：存儲(chǔ)周期：

12、指連續(xù)啟動(dòng)兩次讀操作所需間隔的最小時(shí)間。指連續(xù)啟動(dòng)兩次讀操作所需間隔的最小時(shí)間。通常，存儲(chǔ)周期略大于存取時(shí)間，其時(shí)間單位為通常，存儲(chǔ)周期略大于存取時(shí)間，其時(shí)間單位為ns。(3) 存儲(chǔ)器的帶寬存儲(chǔ)器的帶寬單位時(shí)間里存儲(chǔ)器所存取的信息量，通常以單位時(shí)間里存儲(chǔ)器所存取的信息量，通常以位位/秒秒總線帶寬：總線帶寬：MB/s半半導(dǎo)導(dǎo)體體存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器隨機(jī)存取存儲(chǔ)器隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAMRAM只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器（ROMROM）靜態(tài)靜態(tài)RAMRAM（SRAMSRAM）動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)RAMRAM（DRAMDRAM）二極管二極管ROMROM雙極型雙極型ROMROMMOSMOS型型ROMROM固定（掩模）固定（掩模）RO

13、MROM可編程可編程ROMROMPROMPROMEPROMEPROME E2 2PROMPROMFLASHFLASH高速緩沖存儲(chǔ)器高速緩沖存儲(chǔ)器cachecache主存主存Random Access MemoryRead Only Memory二、半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片簡(jiǎn)介二、半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片簡(jiǎn)介芯片容量芯片容量1. 半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片的基本結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片的基本結(jié)構(gòu)譯譯碼碼驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)存存儲(chǔ)儲(chǔ)矩矩陣陣讀讀寫(xiě)寫(xiě)電電路路1K4位位16K1位位8K8位位片選線片選線讀讀/寫(xiě)控制線寫(xiě)控制線地地址址線線數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)線線地址線地址線（單向）（單向）數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線（雙向）（雙向）1041411381. 半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片的基本結(jié)構(gòu)

14、半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片的基本結(jié)構(gòu)譯譯碼碼驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)存存儲(chǔ)儲(chǔ)矩矩陣陣讀讀寫(xiě)寫(xiě)電電路路片選線片選線讀讀/寫(xiě)控制線寫(xiě)控制線地地址址線線數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)線線片選線片選線讀讀/寫(xiě)控制線寫(xiě)控制線（低電平寫(xiě)（低電平寫(xiě) 高電平讀）高電平讀）（允許讀）（允許讀）CSCEWE（允許寫(xiě)）（允許寫(xiě)）WEOE存儲(chǔ)芯片片選線的作用存儲(chǔ)芯片片選線的作用用用 16K 1位位 的存儲(chǔ)芯片組成的存儲(chǔ)芯片組成 64K 8位位 的存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器 32片片當(dāng)?shù)刂窞楫?dāng)?shù)刂窞?65 535 時(shí)，此時(shí)，此 8 片的片選有效片的片選有效 8片片16K 1位位 8片片16K 1位位 8片片16K 1位位 8片片16K 1位位 三、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器三、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器

15、 ( RAM ) RAMRAM存儲(chǔ)單元：是存儲(chǔ)器的最基本存儲(chǔ)細(xì)胞，它可以存儲(chǔ)單元：是存儲(chǔ)器的最基本存儲(chǔ)細(xì)胞，它可以存放存放1 1位二值數(shù)據(jù)。根據(jù)存儲(chǔ)信息的機(jī)理不同，分為位二值數(shù)據(jù)。根據(jù)存儲(chǔ)信息的機(jī)理不同，分為SRAMSRAM和和DRAMDRAM靜態(tài)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器靜態(tài)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器(SRAM)：依靠觸發(fā)器來(lái)存儲(chǔ)依靠觸發(fā)器來(lái)存儲(chǔ)1位二位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，存取速度快進(jìn)制數(shù)據(jù)，存取速度快,容量小。主要用作容量小。主要用作cache。動(dòng)態(tài)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器動(dòng)態(tài)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器(DRAM)：依靠電容存儲(chǔ)電荷來(lái)保依靠電容存儲(chǔ)電荷來(lái)保留留1位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)容量比位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)容量比SRAM大。主要用作主大。主要用作主存存1、靜態(tài)、

16、靜態(tài) SRAM 芯片（芯片（Intel 2114 )舉例舉例存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量1K4 位位I/O1I/O2I/O3I/O4A0A8A9WECSVCCGNDIntel 2114 2. 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài) RAM ( DRAM )（1 1）寫(xiě)入過(guò)程：）寫(xiě)入過(guò)程：為了避免存儲(chǔ)信息的丟失，必須定時(shí)地給為了避免存儲(chǔ)信息的丟失，必須定時(shí)地給電容補(bǔ)充漏掉的電荷。通常把這種操作稱(chēng)為電容補(bǔ)充漏掉的電荷。通常把這種操作稱(chēng)為“刷新刷新”（2 2）讀出過(guò)程：）讀出過(guò)程：讀出讀出“1”1”后，后，C CS S上的電荷因轉(zhuǎn)移到上的電荷因轉(zhuǎn)移到C CD D無(wú)法無(wú)法維持維持“1”1”狀態(tài)，即所存信息被破壞，這種破壞稱(chēng)為狀態(tài)，即所存信息被

17、破壞，這種破壞稱(chēng)為“破壞破壞性讀出性讀出”，因此讀出，因此讀出“1”1”后必須進(jìn)行后必須進(jìn)行“再生再生”操作。操作。1.1.存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的記憶設(shè)備，它主要用來(lái)（存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的記憶設(shè)備，它主要用來(lái)（ ）。）。 A.A.存放數(shù)據(jù)存放數(shù)據(jù) B.B.存放程序存放程序 C.C.存放數(shù)據(jù)和程序存放數(shù)據(jù)和程序 D.D.存放微程序存放微程序 2.2.與外存相比，內(nèi)存的特點(diǎn)是與外存相比，內(nèi)存的特點(diǎn)是( ) ( ) A A容量大，速度快，成本低容量大，速度快，成本低 B. B. 容量大，速度慢，成本高容量大，速度慢，成本高 C. C. 容量小，速度快，成本高容量小，速度快，成本高 D. D. 容量

18、小，速度快，成本低容量小，速度快，成本低 3.某計(jì)算機(jī)的字長(zhǎng)某計(jì)算機(jī)的字長(zhǎng)16位，它的存儲(chǔ)容量是位，它的存儲(chǔ)容量是64KB,若按字編址，那若按字編址，那么它的尋址范圍是（么它的尋址范圍是（ ）。）。 A.64K B.32K C.64KB D.32KB 某計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)某計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)32位，其存儲(chǔ)容量為位，其存儲(chǔ)容量為4MB，若按半字編址，它的，若按半字編址，它的尋址范圍是（尋址范圍是（ )4.計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)是指（計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)是指（ ）。）。 A.RAM存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 B.ROM存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 C.主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器 D.cache，主存儲(chǔ)器和外存儲(chǔ)器，主存儲(chǔ)器和外存儲(chǔ)器 用作存儲(chǔ)器的芯片有不同的

19、類(lèi)型。用作存儲(chǔ)器的芯片有不同的類(lèi)型。可隨機(jī)讀寫(xiě)，且只要不斷電則其中存儲(chǔ)的信息就可一直保存可隨機(jī)讀寫(xiě)，且只要不斷電則其中存儲(chǔ)的信息就可一直保存的，稱(chēng)為的，稱(chēng)為_(kāi) _A A _ _。可隨機(jī)讀寫(xiě)，但即使在不斷電的情況下其存儲(chǔ)的信息出要定可隨機(jī)讀寫(xiě)，但即使在不斷電的情況下其存儲(chǔ)的信息出要定時(shí)刷新才不致丟失的，稱(chēng)為時(shí)刷新才不致丟失的，稱(chēng)為_(kāi) _ _。所存信息由生產(chǎn)廠家用掩膜技術(shù)寫(xiě)好后就無(wú)法再改變的稱(chēng)為所存信息由生產(chǎn)廠家用掩膜技術(shù)寫(xiě)好后就無(wú)法再改變的稱(chēng)為_(kāi) _ _。通過(guò)紫外線照射后可擦除所有信息，然后重新寫(xiě)入新的信息通過(guò)紫外線照射后可擦除所有信息，然后重新寫(xiě)入新的信息并可多次進(jìn)行的，稱(chēng)為并可多次進(jìn)行的，稱(chēng)

20、為_(kāi) _ _。通過(guò)電信號(hào)可在數(shù)秒鐘內(nèi)快速刪除全部信息，但不能進(jìn)行字通過(guò)電信號(hào)可在數(shù)秒鐘內(nèi)快速刪除全部信息，但不能進(jìn)行字節(jié)級(jí)別刪除操作的，稱(chēng)為節(jié)級(jí)別刪除操作的，稱(chēng)為_(kāi)E_ _E_ 。供選擇的答案：供選擇的答案：A A、B B：RAMRAMSDSDRAMRAMDRAMDRAMSRAMSRAMC C、D D：EPROM EPROM PROMPROMROMROMCDROMCDROME E：E2PROM E2PROM Flash MemoryFlash MemoryEPROMEPROMVirtual MemoryVirtual Memory1.1.若若指令流水線把一條指令分為取指、分析和執(zhí)行三部分，且三

21、部分的時(shí)指令流水線把一條指令分為取指、分析和執(zhí)行三部分，且三部分的時(shí)間分別是間分別是t t取指取指2ns2ns，t t分析分析2ns2ns，t t執(zhí)行執(zhí)行1ns1ns。則。則100100條指令全部執(zhí)行條指令全部執(zhí)行完畢需完畢需 nsns。A A163 B163 B183 C183 C193 D193 D20202.2.若若每一條指令都可以分解為取指、分析和執(zhí)行三步。已知取指時(shí)間每一條指令都可以分解為取指、分析和執(zhí)行三步。已知取指時(shí)間t t取取指指=5=5t t，分析時(shí)間，分析時(shí)間t t分析分析=2=2t t，執(zhí)行時(shí)間，執(zhí)行時(shí)間t t執(zhí)行執(zhí)行=5=5t t。如果按順序方式。如果按順序方式從頭到尾

22、執(zhí)行完從頭到尾執(zhí)行完 500 500 條指令需條指令需 （1 1） t t。如果按照。如果按照 執(zhí)行執(zhí)行kk、 分分析析k+1k+1、 取指取指k+2k+2重疊的流水線方式執(zhí)行指令，從頭到尾執(zhí)行完重疊的流水線方式執(zhí)行指令，從頭到尾執(zhí)行完 500 500 條指令需條指令需 （2 2） t t。 （1 1）A A5590 B5590 B5595 C5595 C6000 D6000 D60076007 （2 2）A A2492 B2492 B2500 C2500 C2510 D2510 D251525153.內(nèi)存內(nèi)存按字節(jié)編址，地址從按字節(jié)編址，地址從A4000H到到CBFFFH，共有，共有_(1)

23、_字節(jié)。若用存儲(chǔ)字節(jié)。若用存儲(chǔ)容量為容量為32K8bit的存儲(chǔ)芯片構(gòu)成該內(nèi)存，至少需要的存儲(chǔ)芯片構(gòu)成該內(nèi)存，至少需要_(2)_片片。（1）A.80KB.96K C.160KD.192k（2）A.2B.5 C.8D.104.4.如果如果主存容量為主存容量為16M16M字節(jié)，且按字節(jié)編址，表示該主存地址至少應(yīng)需要字節(jié)，且按字節(jié)編址，表示該主存地址至少應(yīng)需要 位位。A A16 B16 B20 C20 C24 D24 D32325.5.在在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，構(gòu)成虛擬存儲(chǔ)器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，構(gòu)成虛擬存儲(chǔ)器 。A A只需要一定的硬件資源便可實(shí)現(xiàn)只需要一定的硬件資源便可實(shí)現(xiàn)B B只需要一定的軟件即可實(shí)現(xiàn)只需要一定的

24、軟件即可實(shí)現(xiàn)C C既需要軟件也需要硬件方可實(shí)現(xiàn)既需要軟件也需要硬件方可實(shí)現(xiàn)D D既不需要軟件也不需要既不需要軟件也不需要硬件硬件7 7有一個(gè)具有有一個(gè)具有2020位地址和位地址和3232位字長(zhǎng)的存儲(chǔ)器，問(wèn)：位字長(zhǎng)的存儲(chǔ)器，問(wèn)：（1 1） 該存儲(chǔ)器能存儲(chǔ)多少個(gè)字節(jié)的信息？該存儲(chǔ)器能存儲(chǔ)多少個(gè)字節(jié)的信息？（2 2） 如果存儲(chǔ)器由如果存儲(chǔ)器由512K512K8 8位位SRAMSRAM芯片組成，需要多少芯片？芯片組成，需要多少芯片？6.6.操作數(shù)所處的位置，可以決定指令的尋址方式。操作數(shù)包含在指令中，操作數(shù)所處的位置，可以決定指令的尋址方式。操作數(shù)包含在指令中，尋址方式尋址方式 （4 4） ；操作數(shù)在

25、寄存器中，尋址方式為；操作數(shù)在寄存器中，尋址方式為 （5 5） ；操作數(shù)的地；操作數(shù)的地址在寄存器中，尋址方式為址在寄存器中，尋址方式為 （6 6） 。（4 4）A A立即尋址立即尋址 B B直接尋址直接尋址 C C寄存器尋址寄存器尋址 D D寄存器間接尋址寄存器間接尋址（5 5）A A立即尋址立即尋址 B B相對(duì)尋址相對(duì)尋址 C C寄存器尋址寄存器尋址 D D寄存器間接尋址寄存器間接尋址（6 6）A A相對(duì)尋址相對(duì)尋址 B B直接尋址直接尋址 C C寄存器尋址寄存器尋址 D D寄存器間接尋址寄存器間接尋址 (4) 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài) DRAM 刷新刷新刷新：刷新：每隔每隔2ms2ms周期對(duì)存儲(chǔ)體中全部

26、的存儲(chǔ)電容充電周期對(duì)存儲(chǔ)體中全部的存儲(chǔ)電容充電, ,以補(bǔ)充所消失的電荷以補(bǔ)充所消失的電荷, ,維持原存信息不變維持原存信息不變, ,這個(gè)過(guò)程被這個(gè)過(guò)程被稱(chēng)為稱(chēng)為“刷新刷新” 。刷新周期：刷新周期：對(duì)存儲(chǔ)器完成一次刷新所需要的時(shí)間。對(duì)存儲(chǔ)器完成一次刷新所需要的時(shí)間。最大刷新周期最大刷新周期: :全部刷新一遍所允許的最大時(shí)間間隔。全部刷新一遍所允許的最大時(shí)間間隔。刷新操作有三種刷新方式：刷新操作有三種刷新方式：集中式刷新集中式刷新分散式刷新分散式刷新異步刷新異步刷新 集中刷新集中刷新 （存取周期為存取周期為0.5 s s ）“死時(shí)間率死時(shí)間率” 為為 64 s/2ms 100% = 3.2%“死區(qū)

27、死區(qū)” 為為 0.5 s s 128 = 64 s s 周期序號(hào)周期序號(hào)地址序號(hào)地址序號(hào)tc0123871 387201tctctctc3999V W01127讀讀/寫(xiě)或維持寫(xiě)或維持刷新刷新讀讀/寫(xiě)或維持寫(xiě)或維持3872 個(gè)周期個(gè)周期 （1936 s s） 128個(gè)周期個(gè)周期 （64 s s） 刷新時(shí)間間隔刷新時(shí)間間隔 （2 ms）刷新序號(hào)刷新序號(hào)tcXtcY 以以128 128 矩陣為例矩陣為例DRAMDRAM的所有行在每一個(gè)刷新周期中都被刷新。的所有行在每一個(gè)刷新周期中都被刷新。優(yōu)點(diǎn)：讀寫(xiě)操作不受刷新工作影響，系統(tǒng)存取速度比較快。優(yōu)點(diǎn)：讀寫(xiě)操作不受刷新工作影響，系統(tǒng)存取速度比較快。缺點(diǎn)：集

28、中刷新期間必須停止讀寫(xiě)，形成一段死區(qū)。缺點(diǎn)：集中刷新期間必須停止讀寫(xiě)，形成一段死區(qū)。tC = = tM + + tR讀寫(xiě)讀寫(xiě) 刷新刷新無(wú)無(wú) “死區(qū)死區(qū)” 分散刷新分散刷新（存取周期為存取周期為1 s ）(存取周期為存取周期為 0.5 s + 0.5 s )以以 128 128 矩陣為例矩陣為例W/RREF0W/RtRtMtCREF126REF127REFW/RW/RW/RW/R刷新間隔刷新間隔 128 個(gè)存取周期個(gè)存取周期每一行的刷新插入到正常的讀每一行的刷新插入到正常的讀/ /寫(xiě)周期之中。將存儲(chǔ)周期分為寫(xiě)周期之中。將存儲(chǔ)周期分為兩段兩段, ,前段讀前段讀/ /寫(xiě)寫(xiě)/ /保持保持, ,后段刷新

29、。后段刷新。優(yōu)點(diǎn)：沒(méi)有長(zhǎng)的死區(qū)優(yōu)點(diǎn)：沒(méi)有長(zhǎng)的死區(qū)缺點(diǎn)：存取速度降低，降低整機(jī)的速度。刷新過(guò)于頻繁缺點(diǎn)：存取速度降低，降低整機(jī)的速度。刷新過(guò)于頻繁 分散刷新與集中刷新相結(jié)合（異步刷新）分散刷新與集中刷新相結(jié)合（異步刷新）對(duì)于對(duì)于 128 128 的存儲(chǔ)芯片的存儲(chǔ)芯片（存取周期為存取周期為 0.5 s s ）將刷新安排在指令譯碼階段，不會(huì)出現(xiàn)將刷新安排在指令譯碼階段，不會(huì)出現(xiàn) “死區(qū)死區(qū)”“死區(qū)死區(qū)” 為為 0.5 s s 若每隔若每隔 15.6 s s 刷新一行刷新一行每行每隔每行每隔 2 ms 刷新一次刷新一次DRAMDRAM刷新需要注意的問(wèn)題：刷新需要注意的問(wèn)題：1 1、刷新對(duì)、刷新對(duì)CPU

30、CPU是透明的。是透明的。2 2、刷新是以行為單位進(jìn)行。每一行的各個(gè)單元同、刷新是以行為單位進(jìn)行。每一行的各個(gè)單元同時(shí)被刷新，需要被刷新的存儲(chǔ)器要轉(zhuǎn)換成存儲(chǔ)行列時(shí)被刷新，需要被刷新的存儲(chǔ)器要轉(zhuǎn)換成存儲(chǔ)行列矩陣的形式。矩陣的形式。3 3、考慮刷新時(shí)，是以單個(gè)存儲(chǔ)芯片為單位，不是、考慮刷新時(shí)，是以單個(gè)存儲(chǔ)芯片為單位，不是以整個(gè)存儲(chǔ)容量為單位的。以整個(gè)存儲(chǔ)容量為單位的。4 4、刷新操作類(lèi)似讀出操作，但是不需要有信息輸、刷新操作類(lèi)似讀出操作，但是不需要有信息輸出，所以不需要片選信號(hào)。出，所以不需要片選信號(hào)。例例1 1：64K64K1 1的存儲(chǔ)器，芯片的最大刷新周期是的存儲(chǔ)器，芯片的最大刷新周期是2 2

31、毫毫秒，存儲(chǔ)周期是秒，存儲(chǔ)周期是0.50.5微秒，采用三種刷新方式，那么微秒，采用三種刷新方式，那么刷新完該存儲(chǔ)芯片所需要的刷新時(shí)間是多少。刷新完該存儲(chǔ)芯片所需要的刷新時(shí)間是多少。 集中刷新：集中刷新： 64K64K=2=21616=256=256256256，共有，共有256256行行ss1285 . 0256 分散刷新：分散刷新：ss25625 . 0256異步刷新：異步刷新：ssms5 . 78 . 7256/2mss92. 12565 . 7 3. 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài) RAM 和靜態(tài)和靜態(tài) RAM 的比較的比較DRAMSRAM存儲(chǔ)原理存儲(chǔ)原理集成度集成度芯片引腳芯片引腳功耗功耗價(jià)格價(jià)格速度速度刷

32、新刷新電容電容觸發(fā)器觸發(fā)器高高低低少少多多小小大大低低高高慢慢快快有有無(wú)無(wú)主存主存緩存緩存 四、只讀存儲(chǔ)器（四、只讀存儲(chǔ)器（ROM） 1. 掩模掩模 ROM ( MROM ) 2. PROM (一次性編程一次性編程) 3. EPROM (多次性編程多次性編程 ) 4. EEPROM (多次性編程多次性編程 ) 5. Flash Memory (閃速型存儲(chǔ)器閃速型存儲(chǔ)器) （3 3）可擦除可編程）可擦除可編程ROMROM（EPROMEPROM）擦除方法：將器件放在紫外線下照射約擦除方法：將器件放在紫外線下照射約2020分鐘分鐘，可以將編程，可以將編程信息全部擦去，信息全部擦去，相當(dāng)于相當(dāng)于存儲(chǔ)了

33、全存儲(chǔ)了全“1”1”。是是整片擦除整片擦除。編程：在編程器上進(jìn)行的，編程器通常與微機(jī)聯(lián)用。編程：在編程器上進(jìn)行的，編程器通常與微機(jī)聯(lián)用。 （4 4）電可擦除可編程）電可擦除可編程ROMROM（E E2 2PROMPROM或或EEPROMEEPROM）擦除方法：用擦除方法：用電擦除電擦除，并且擦除的，并且擦除的速度要快速度要快的多（一般為毫的多（一般為毫秒數(shù)量級(jí)）。秒數(shù)量級(jí)）。E2PROME2PROM的電擦除過(guò)程就是改寫(xiě)過(guò)程，它具有的電擦除過(guò)程就是改寫(xiě)過(guò)程，它具有ROMROM的非易失性，又具備類(lèi)似的非易失性，又具備類(lèi)似RAMRAM的功能，可以隨時(shí)改寫(xiě)。是的功能，可以隨時(shí)改寫(xiě)。是以字以字為單位進(jìn)行

34、改寫(xiě)的。為單位進(jìn)行改寫(xiě)的。（5 5）Flash Memory (Flash Memory (閃速型存儲(chǔ)器閃速型存儲(chǔ)器) )它既有它既有EPROMEPROM集成度高、價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)；又有集成度高、價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)；又有EEPROMEEPROM電擦除電擦除重寫(xiě)的特性。而且擦除和重寫(xiě)的速度快重寫(xiě)的特性。而且擦除和重寫(xiě)的速度快, ,功耗低。功耗低。目前應(yīng)用：閃盤(pán)、目前應(yīng)用：閃盤(pán)、MP3MP3、各種閃卡（、各種閃卡（SDSD、CFCF、MMC)MMC) 五、存儲(chǔ)器與五、存儲(chǔ)器與 CPU 的連接的連接 1. 存儲(chǔ)器容量的擴(kuò)展存儲(chǔ)器容量的擴(kuò)展字?jǐn)U展字?jǐn)U展位擴(kuò)展位擴(kuò)展字、位擴(kuò)展字、位擴(kuò)展 2. 存儲(chǔ)器與存儲(chǔ)器與

35、 CPU 的連接的連接 (1) 地址線的連接地址線的連接(2) 數(shù)據(jù)線的連接數(shù)據(jù)線的連接(3) 讀讀/寫(xiě)命令線的連接寫(xiě)命令線的連接(4) 片選線的連接片選線的連接(5) 合理選擇存儲(chǔ)芯片合理選擇存儲(chǔ)芯片(6) 其他其他 時(shí)序、負(fù)載時(shí)序、負(fù)載六、存儲(chǔ)器的校驗(yàn)六、存儲(chǔ)器的校驗(yàn)評(píng)價(jià)存儲(chǔ)器的一個(gè)重要指標(biāo)就是它的可靠性評(píng)價(jià)存儲(chǔ)器的一個(gè)重要指標(biāo)就是它的可靠性. .檢查錯(cuò)誤并糾正錯(cuò)誤的的方法有：檢查錯(cuò)誤并糾正錯(cuò)誤的的方法有：pParity(Parity(奇偶校驗(yàn)奇偶校驗(yàn)) )pCRCCRC（Cyclic Redundancy CheckCyclic Redundancy Check，循環(huán)冗余校驗(yàn)），循環(huán)冗余

36、校驗(yàn)）pharming(harming(海明碼或漢明碼海明碼或漢明碼) )pECCECC（Error Checking and CorrectingError Checking and Correcting，錯(cuò)誤檢，錯(cuò)誤檢查和糾正）查和糾正）漢明碼的組成需增添漢明碼的組成需增添 ？位檢測(cè)位位檢測(cè)位檢測(cè)位的位置檢測(cè)位的位置 ？檢測(cè)位的取值檢測(cè)位的取值 ？2k n + k + 1檢測(cè)位的取值與該位所在的檢測(cè)檢測(cè)位的取值與該位所在的檢測(cè)“小組小組” 中中承擔(dān)的奇偶校驗(yàn)任務(wù)有關(guān)承擔(dān)的奇偶校驗(yàn)任務(wù)有關(guān)組成漢明碼的三要素組成漢明碼的三要素2 . 漢明碼的組成漢明碼的組成2i ( i = 0，1，2 ，3

37、， )各檢測(cè)位各檢測(cè)位 Ci 所承擔(dān)的檢測(cè)小組為所承擔(dān)的檢測(cè)小組為gi 小組獨(dú)占第小組獨(dú)占第 2i1 位位gi 和和 gj 小組共同占第小組共同占第 2i1 + 2j1 位位gi、gj 和和 gl 小組共同占第小組共同占第 2i1 + 2j1 + 2l1 位位 C1 檢測(cè)的檢測(cè)的 g1 小組包含第小組包含第 1，3，5，7，9，11，C2 檢測(cè)的檢測(cè)的 g2 小組包含第小組包含第 2，3，6，7，10，11，C4 檢測(cè)的檢測(cè)的 g3 小組包含第小組包含第 4，5，6，7，12，13，C8 檢測(cè)的檢測(cè)的 g4 小組包含第小組包含第 8，9，10，11，12，13，14，15，24，例例4.4 求

38、求 0101 按按 “偶校驗(yàn)偶校驗(yàn)” 配置的漢明碼配置的漢明碼解：解： n = 4根據(jù)根據(jù) 2k n + k + 1得得 k = 3漢明碼排序如下漢明碼排序如下:二進(jìn)制序號(hào)二進(jìn)制序號(hào)名稱(chēng)名稱(chēng)1 2 3 4 5 6 7C1 C2 C40 0101 的漢明碼為的漢明碼為 010010101 0 110奇校驗(yàn)？奇校驗(yàn)？按配偶原則配置按配偶原則配置 0011 的漢明碼的漢明碼 二進(jìn)制序號(hào)二進(jìn)制序號(hào) 名稱(chēng)名稱(chēng)1 2 3 4 5 6 7C1 C2 C41 0 000 1 1解：解： n = 4 根據(jù)根據(jù) 2k n + k + 1取取 k = 3C1= 3 5 7 = 1C2= 3 6 7 = 0C4= 5

39、 6 7 = 0 0011 的漢明碼為的漢明碼為 1000011練習(xí)練習(xí)13. 漢明碼的糾錯(cuò)過(guò)程漢明碼的糾錯(cuò)過(guò)程形成新的檢測(cè)位形成新的檢測(cè)位 Pi ，如增添如增添 3 位位 （k = 3），）， 新的檢測(cè)位為新的檢測(cè)位為 P4 P2 P1 。以以 k = 3 為例，為例，Pi 的取值為的取值為P1 = 1 3 5 7P2 = 2 3 6 7P4 = 4 5 6 7對(duì)于按對(duì)于按 “偶校驗(yàn)偶校驗(yàn)” 配置的漢明碼配置的漢明碼 不出錯(cuò)時(shí)不出錯(cuò)時(shí) P1= 0，P2 = 0，P4 = 0C1C2C4其位數(shù)與增添的檢測(cè)位有關(guān)，其位數(shù)與增添的檢測(cè)位有關(guān)，奇校驗(yàn)？奇校驗(yàn)？不出錯(cuò)不出錯(cuò)P1= 1 3 5 7 =

40、0 無(wú)錯(cuò)無(wú)錯(cuò)P2= 2 3 6 7 = 1 有錯(cuò)有錯(cuò)P4= 4 5 6 7 = 1 有錯(cuò)有錯(cuò)P4P2P1 = 110第第 6 位出錯(cuò)，可糾正為位出錯(cuò)，可糾正為 0100101，故要求傳送的信息為故要求傳送的信息為 0101。糾錯(cuò)過(guò)程如下糾錯(cuò)過(guò)程如下例例4.5解：解： 已知接收到的漢明碼為已知接收到的漢明碼為 0100111（按配偶原則配置）試問(wèn)要求傳送的信息是什么（按配偶原則配置）試問(wèn)要求傳送的信息是什么? 練習(xí)練習(xí)2P4 = 4 5 6 7 = 1P2 = 2 3 6 7 = 0P1 = 1 3 5 7 = 0 P4 P2 P1 = 100第第 4 位錯(cuò)，可不糾位錯(cuò)，可不糾寫(xiě)出按偶校驗(yàn)配置的

41、漢明碼寫(xiě)出按偶校驗(yàn)配置的漢明碼0101101 的糾錯(cuò)過(guò)程的糾錯(cuò)過(guò)程練習(xí)練習(xí)3按配奇原則配置按配奇原則配置 0011 的漢明碼的漢明碼按配奇原則配置按配奇原則配置1100101 1100101 的漢明碼的漢明碼配奇原則：配奇原則：01010110101011七、提高訪存速度的措施七、提高訪存速度的措施p采用層次結(jié)構(gòu)：采用層次結(jié)構(gòu)：Cache 主存主存p采用高速器件采用高速器件p調(diào)整主存結(jié)構(gòu)調(diào)整主存結(jié)構(gòu)1. 單體多字系統(tǒng)單體多字系統(tǒng)一次取出多個(gè)字，提高帶寬一次取出多個(gè)字，提高帶寬 2. 多體多體并行并行系統(tǒng)系統(tǒng)多個(gè)性能相同的模塊或并行工作，或交叉工作。多個(gè)性能相同的模塊或并行工作，或交叉工作。3.

42、相聯(lián)存儲(chǔ)器相聯(lián)存儲(chǔ)器3.高性能存儲(chǔ)芯片高性能存儲(chǔ)芯片(1) SDRAM (同步同步 DRAM)在系統(tǒng)時(shí)鐘的控制下進(jìn)行讀出和寫(xiě)入在系統(tǒng)時(shí)鐘的控制下進(jìn)行讀出和寫(xiě)入CPU 無(wú)須等待無(wú)須等待(2) RDRAM由由 Rambus 開(kāi)發(fā)，主要解決開(kāi)發(fā)，主要解決 存儲(chǔ)器帶寬存儲(chǔ)器帶寬 問(wèn)題問(wèn)題 (3) 帶帶 Cache 的的 DRAM 在在 DRAM 的芯片內(nèi)的芯片內(nèi) 集成集成 了一個(gè)由了一個(gè)由 SRAM 組成的組成的 Cache ，有利于，有利于 猝發(fā)式讀取猝發(fā)式讀取 一、概述一、概述1. 問(wèn)題的提出問(wèn)題的提出避免避免 CPU “空等空等” 現(xiàn)象現(xiàn)象CPU 和主存（和主存（DRAM）的速度差異）的速度差異

43、緩存緩存CPU主存主存容量小容量小速度高速度高容量大容量大速度低速度低程序訪問(wèn)的局部性原理程序訪問(wèn)的局部性原理 程序局部性概念：程序局部性概念：a)a)時(shí)間局部性：時(shí)間局部性：在最近的未來(lái)要用到的信息很可能在最近的未來(lái)要用到的信息很可能是現(xiàn)在正在使用的信息，這是由程序循環(huán)造成的，是現(xiàn)在正在使用的信息，這是由程序循環(huán)造成的，即循環(huán)中的語(yǔ)句要被重復(fù)執(zhí)行。即循環(huán)中的語(yǔ)句要被重復(fù)執(zhí)行。b)b)空間局部性：空間局部性：在最近的未來(lái)要用到的信息很可能在最近的未來(lái)要用到的信息很可能與現(xiàn)在正在使用的信息在程序空間上相鄰或相近，與現(xiàn)在正在使用的信息在程序空間上相鄰或相近，這是由于指令通常是順序執(zhí)行的。這是由于指

44、令通常是順序執(zhí)行的。2.功能：解決功能：解決CPU和主存之間的速度不匹配和主存之間的速度不匹配問(wèn)題問(wèn)題l一般采用高速的一般采用高速的SRAM構(gòu)成。構(gòu)成。lCPU和主存之間的和主存之間的速度差別速度差別很大采用兩級(jí)或多很大采用兩級(jí)或多級(jí)級(jí)Cache系統(tǒng)系統(tǒng)l早期的一級(jí)早期的一級(jí)Cache在在CPU內(nèi)，二級(jí)在主板上內(nèi)，二級(jí)在主板上l全由全由硬件調(diào)度硬件調(diào)度，對(duì)用戶透明，對(duì)用戶透明二二. Cache 的工作原理的工作原理pCache和主存的編址和主存的編址pCache的性能指標(biāo)的性能指標(biāo)pCache的基本結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)命中率命中率h：命中與未命中：命中與未命中平均訪問(wèn)時(shí)間平均訪問(wèn)時(shí)間ta系統(tǒng)的效率系

45、統(tǒng)的效率e 地址映像地址映像讀寫(xiě)策略讀寫(xiě)策略替換方法替換方法1、主存和緩存的編址、主存和緩存的編址主存和緩存按塊存儲(chǔ)，塊的大小相同主存和緩存按塊存儲(chǔ)，塊的大小相同B 為塊長(zhǎng)為塊長(zhǎng) 主存塊號(hào)主存塊號(hào)主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器012m1字塊字塊 0字塊字塊 1字塊字塊 M1主存塊號(hào)主存塊號(hào)塊內(nèi)地址塊內(nèi)地址m位位b位位n位位M塊塊B個(gè)字個(gè)字緩存塊號(hào)緩存塊號(hào)塊內(nèi)地址塊內(nèi)地址c位位b位位C塊塊B個(gè)字個(gè)字 字塊字塊 0字塊字塊 1字塊字塊 C1012c1標(biāo)記標(biāo)記Cache緩存塊號(hào)緩存塊號(hào)2、 緩存緩存Cache的性能指標(biāo)的性能指標(biāo)（1）命中率：命中與未命中）命中率：命中與未命中mCCNNNh在一個(gè)程序執(zhí)行期間，設(shè)在

46、一個(gè)程序執(zhí)行期間，設(shè)NcNc表示表示cachecache完成存取的完成存取的總次數(shù)（命中），總次數(shù)（命中），NmNm表示主存完成存取的總次數(shù)表示主存完成存取的總次數(shù)（未命中）（未命中），h h定義為命中率。則有：定義為命中率。則有：命中：命中：主存塊與緩存塊主存塊與緩存塊 建立建立 了對(duì)應(yīng)關(guān)系，用了對(duì)應(yīng)關(guān)系，用 標(biāo)記標(biāo)記記錄記錄 與某緩存塊建立了對(duì)應(yīng)關(guān)系的與某緩存塊建立了對(duì)應(yīng)關(guān)系的 主存塊號(hào)。主存塊號(hào)。未命中：未命中：主存塊主存塊 未調(diào)入未調(diào)入 緩存，主存塊與緩存塊緩存，主存塊與緩存塊 未未建立建立 對(duì)應(yīng)關(guān)系。對(duì)應(yīng)關(guān)系。(2) 平均訪問(wèn)時(shí)間平均訪問(wèn)時(shí)間tctc：命中時(shí)的：命中時(shí)的CacheCa

47、che訪問(wèn)時(shí)間訪問(wèn)時(shí)間tmtm：未命中時(shí)的主存訪問(wèn)時(shí)間：未命中時(shí)的主存訪問(wèn)時(shí)間1-h1-h表示未命中率，表示未命中率，mcathhtt)1 ( (3) Cache 主存系統(tǒng)的效率主存系統(tǒng)的效率actte 例：例：CPUCPU執(zhí)行一段程序時(shí)，執(zhí)行一段程序時(shí)，cachecache完成存取的次數(shù)為完成存取的次數(shù)為38003800次，主存完成存取的次數(shù)為次，主存完成存取的次數(shù)為200,200,已知已知cachecache存取存取周期為周期為50ns,50ns,主存為主存為250ns,250ns,求求cache / cache / 主存系統(tǒng)的效主存系統(tǒng)的效率和平均訪問(wèn)時(shí)間。率和平均訪問(wèn)時(shí)間。命中率命中率

48、 ：H=Ne/(NC + NmH=Ne/(NC + Nm）= 3800/ (3800+200) = 0.95= 3800/ (3800+200) = 0.95訪問(wèn)效率訪問(wèn)效率 ：e = 83.3%e = 83.3%平均訪問(wèn)時(shí)間平均訪問(wèn)時(shí)間 ：ta = 60nsta = 60ns已知已知cache / cache / 主存系統(tǒng)效率為主存系統(tǒng)效率為85% 85% ，平均訪問(wèn)時(shí)間，平均訪問(wèn)時(shí)間為為60ns60ns，cache cache 比主存快比主存快4 4倍，求存儲(chǔ)器存取周期是倍，求存儲(chǔ)器存取周期是多少？多少？cachecache命中率是多少？命中率是多少？3. Cache 的基本結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)

49、Cache替換機(jī)構(gòu)替換機(jī)構(gòu)Cache存儲(chǔ)體存儲(chǔ)體主存主存Cache地址映射地址映射變換機(jī)構(gòu)變換機(jī)構(gòu)由由CPU完成完成(1) Cache 的的 讀寫(xiě)讀寫(xiě) 操作操作讀讀 訪問(wèn)訪問(wèn)Cache取出信息送取出信息送CPU 訪問(wèn)主存訪問(wèn)主存取出信息送取出信息送CPU將新的主存塊將新的主存塊調(diào)入調(diào)入Cache中中執(zhí)行執(zhí)行替換算法替換算法 騰出空位騰出空位 結(jié)束結(jié)束命中？命中？Cache滿？滿？CPU發(fā)出訪問(wèn)地址發(fā)出訪問(wèn)地址 開(kāi)始開(kāi)始是是否否是是否否地址映像地址映像(1) Cache 的的 讀寫(xiě)讀寫(xiě) 操作操作寫(xiě)寫(xiě)Cache 和主存的一致性和主存的一致性 寫(xiě)寫(xiě) 寫(xiě)直達(dá)法寫(xiě)直達(dá)法（Write through） 寫(xiě)

50、回法寫(xiě)回法（Write back） 寫(xiě)操作時(shí)數(shù)據(jù)既寫(xiě)入寫(xiě)操作時(shí)數(shù)據(jù)既寫(xiě)入Cache又寫(xiě)入主存又寫(xiě)入主存寫(xiě)操作時(shí)間就是訪問(wèn)主存的時(shí)間寫(xiě)操作時(shí)間就是訪問(wèn)主存的時(shí)間 寫(xiě)操作時(shí)只把數(shù)據(jù)寫(xiě)入寫(xiě)操作時(shí)只把數(shù)據(jù)寫(xiě)入 Cache 而不寫(xiě)入主存而不寫(xiě)入主存當(dāng)當(dāng) Cache 數(shù)據(jù)被替換出去時(shí)才寫(xiě)回主存數(shù)據(jù)被替換出去時(shí)才寫(xiě)回主存 ,寫(xiě)操寫(xiě)操作時(shí)間就是訪問(wèn)作時(shí)間就是訪問(wèn) Cache 的時(shí)間的時(shí)間.（2）Cache 主存的地址映射主存的地址映射p無(wú)論選擇那種映射方式，都要無(wú)論選擇那種映射方式，都要把主存和把主存和cache劃劃分為同樣大小的分為同樣大小的“塊塊”。p選擇哪種映射方式，要考慮：選擇哪種映射方式，要考慮：l

51、硬件是否容易實(shí)現(xiàn)，地址變換的速度是否快硬件是否容易實(shí)現(xiàn)，地址變換的速度是否快l主存裝入一塊時(shí)，發(fā)生沖突的概率主存裝入一塊時(shí)，發(fā)生沖突的概率p以下我們介紹三種映射方法以下我們介紹三種映射方法全相聯(lián)映像全相聯(lián)映像直接映像直接映像組相聯(lián)映像組相聯(lián)映像 字塊字塊2m1 字塊字塊2c+1 字塊字塊2c+11 字塊字塊2c +1 字塊字塊2c 字塊字塊2c1 字塊字塊1 字塊字塊0主存儲(chǔ)體主存儲(chǔ)體 字塊字塊 1 標(biāo)記標(biāo)記 字塊字塊 0 標(biāo)記標(biāo)記字塊字塊 2c1標(biāo)記標(biāo)記Cache存儲(chǔ)體存儲(chǔ)體t位位012c1 字塊字塊字塊地址字塊地址 主存字主存字 塊標(biāo)記塊標(biāo)記t 位位c 位位b 位位主存地址主存地址 比較器

52、（比較器（t位）位）= 不命中不命中有效位有效位=1？*m位位 Cache內(nèi)地址內(nèi)地址否否是是命中命中1. 直接映射直接映射每個(gè)緩存塊每個(gè)緩存塊 i 可以和可以和 若干若干 個(gè)個(gè) 主存塊主存塊 對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)每個(gè)主存塊每個(gè)主存塊 j 只能和只能和 一一 個(gè)個(gè) 緩存塊緩存塊 對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)i = j mod C 字塊字塊2c+1 字塊字塊2c 字塊字塊0 字塊字塊 02. 全相聯(lián)映射全相聯(lián)映射主存主存 中的中的 任一塊任一塊 可以映射到可以映射到 緩存緩存 中的中的 任一塊任一塊字塊字塊2m1字塊字塊2c1字塊字塊1 字塊字塊0字塊字塊2c1字塊字塊1字塊字塊0標(biāo)記標(biāo)記標(biāo)記標(biāo)記標(biāo)記標(biāo)記主存字塊標(biāo)記主存字塊標(biāo)

53、記 字塊內(nèi)地址字塊內(nèi)地址主存地址主存地址m = t + c 位位b位位m = t+cCache 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器 字塊字塊0字塊字塊2m1字塊字塊2c-r+1 字塊字塊2c-r + 1 字塊字塊2c-r字塊字塊2c-r 字塊字塊1 字塊字塊0 字塊字塊 3標(biāo)記標(biāo)記 字塊字塊 1標(biāo)記標(biāo)記字塊字塊 2c1標(biāo)記標(biāo)記 字塊字塊 2標(biāo)記標(biāo)記 字塊字塊 0標(biāo)記標(biāo)記字塊字塊 2c2標(biāo)記標(biāo)記 字塊內(nèi)地址字塊內(nèi)地址組地址組地址主存字塊標(biāo)記主存字塊標(biāo)記s = t + r 位位q = cr 位位b 位位組組012c-r1主存地址主存地址Cache主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器m 位位共共 Q 組組，每組內(nèi)兩塊（，每組

54、內(nèi)兩塊（r = 1)1某一主存塊某一主存塊 j 按模按模 Q 映射到映射到 緩存緩存 的第的第 i 組組中的中的 任一塊任一塊i = j mod Q直接映射直接映射全相聯(lián)映射全相聯(lián)映射3. 組相聯(lián)映射組相聯(lián)映射 字塊字塊0 字塊字塊 1 字塊字塊 0 字塊字塊2c-r 字塊字塊2c-r+1小結(jié)小結(jié)某一某一 主存塊主存塊 只能固定只能固定 映射到映射到 某一某一 緩存塊緩存塊直接直接全相聯(lián)全相聯(lián)組相聯(lián)組相聯(lián)某一某一 主存塊主存塊 能能 映射到映射到 任一任一 緩存塊緩存塊某一某一 主存塊主存塊 只能只能 映射到映射到 某一某一 緩存緩存 組組 中的中的 任一塊任一塊不靈活不靈活成本高成本高（3）

55、替換算法）替換算法p 先進(jìn)先出算法先進(jìn)先出算法FIFOp 隨機(jī)算法隨機(jī)算法RANDp 先進(jìn)后出算法先進(jìn)后出算法FILOp 替換最近最少使用的塊算法替換最近最少使用的塊算法LRU三、三、Cache 的改進(jìn)的改進(jìn)(1) 增加增加 Cache 的級(jí)數(shù)的級(jí)數(shù)片載（片內(nèi)）片載（片內(nèi)）Cache片外片外 Cache(2) 統(tǒng)一緩存和分立緩存統(tǒng)一緩存和分立緩存指令指令 Cache數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) Cache與主存結(jié)構(gòu)有關(guān)與主存結(jié)構(gòu)有關(guān)與指令執(zhí)行的控制方式有關(guān)與指令執(zhí)行的控制方式有關(guān)是否流水是否流水Pentium 8K 指令指令 Cache 8K 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) CachePowerPC620 32K 指令指令 Cache

56、 32K 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) Cachep對(duì)存儲(chǔ)器的要求是對(duì)存儲(chǔ)器的要求是容量大、速度快、成本低容量大、速度快、成本低。為了解決了這。為了解決了這三方面的矛盾，計(jì)算機(jī)采用多級(jí)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)，即三方面的矛盾，計(jì)算機(jī)采用多級(jí)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)，即cache、主存和外存。主存和外存。p半導(dǎo)體存儲(chǔ)器分為半導(dǎo)體存儲(chǔ)器分為RAM和和ROM。RAM又分為又分為SRAM和和DRAM；兩者的區(qū)別；兩者的區(qū)別?動(dòng)態(tài)刷新的動(dòng)態(tài)刷新的3種方法。種方法。EOM又分為哪又分為哪些有什么區(qū)別？些有什么區(qū)別？p主存：由主存：由DRAM實(shí)現(xiàn)。主存技術(shù)指標(biāo)有存儲(chǔ)容量、存取時(shí)實(shí)現(xiàn)。主存技術(shù)指標(biāo)有存儲(chǔ)容量、存取時(shí)間、存儲(chǔ)周期、存儲(chǔ)器帶寬。間、存儲(chǔ)周期

57、、存儲(chǔ)器帶寬。主存容量的擴(kuò)展，主存容量的擴(kuò)展，主存的校主存的校驗(yàn)：漢明碼。驗(yàn)：漢明碼。pcache是一種高速緩沖存儲(chǔ)器。是一種高速緩沖存儲(chǔ)器。cache的結(jié)構(gòu)，主要性能指標(biāo)：的結(jié)構(gòu)，主要性能指標(biāo)：命中率。與主存之間如何進(jìn)行數(shù)據(jù)交換：讀操作（命中率）、命中率。與主存之間如何進(jìn)行數(shù)據(jù)交換：讀操作（命中率）、寫(xiě)操作、地址映像、替換策略、寫(xiě)操作、地址映像、替換策略、5 5. .半導(dǎo)體靜態(tài)存儲(chǔ)器半導(dǎo)體靜態(tài)存儲(chǔ)器SRAMSRAM的存儲(chǔ)原理是（的存儲(chǔ)原理是（ ）。）。 A.A.依靠雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路依靠雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路 B.B.依靠定時(shí)刷新依靠定時(shí)刷新 C.C.依靠讀后再生依靠讀后再生 D.D.信息不再變化信

58、息不再變化 6 6.CPU.CPU能直接訪問(wèn)（能直接訪問(wèn)（ ）和（）和（ ），但不能直接訪問(wèn)磁盤(pán)和光盤(pán)。），但不能直接訪問(wèn)磁盤(pán)和光盤(pán)。 A.A.主存主存 B.B.輔存輔存 C.C.軟盤(pán)軟盤(pán) D.D.閃存閃存 E.cache E.cache 7.某某SRAM芯片，存儲(chǔ)容量為芯片，存儲(chǔ)容量為64K16位，該芯片的地址線和數(shù)位，該芯片的地址線和數(shù)據(jù)線數(shù)目為據(jù)線數(shù)目為( )A.64，16 B.16，64 C.64，8 D.16，6 1.1.設(shè)設(shè)CPUCPU有有2020根地址線和根地址線和1616根數(shù)據(jù)線，根數(shù)據(jù)線，CPUCPU按字節(jié)訪問(wèn)和按字訪按字節(jié)訪問(wèn)和按字訪問(wèn)的地址范圍各是多少？問(wèn)的地址范圍各是多

59、少？2.2.設(shè)某個(gè)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)字長(zhǎng)為設(shè)某個(gè)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)字長(zhǎng)為3232位，存取周期為位，存取周期為200ns200ns。求。求存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器帶寬。帶寬。假設(shè)某數(shù)據(jù)總線寬度為假設(shè)某數(shù)據(jù)總線寬度為3232位，總線傳輸周期為位，總線傳輸周期為50ns50ns，求，求總線傳輸率。總線傳輸率。3.DRAM3.DRAM為什么要刷新，刷新的方式有幾種？為什么要刷新，刷新的方式有幾種？1 1EPROMEPROM是指是指( ) ( ) A A隨機(jī)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器隨機(jī)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器 B B只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器 C C可擦除可編程的只讀存儲(chǔ)器可擦除可編程的只讀存儲(chǔ)器 D D可編程的只讀存儲(chǔ)器可編程的只讀存儲(chǔ)器2.2.若內(nèi)存按字節(jié)編址

60、，用存儲(chǔ)容量為若內(nèi)存按字節(jié)編址，用存儲(chǔ)容量為32K X 8 32K X 8 比特的存儲(chǔ)器芯比特的存儲(chǔ)器芯片構(gòu)成地址編號(hào)片構(gòu)成地址編號(hào)A0000HA0000H至至DFFFFHDFFFFH的內(nèi)存空間，則至少需要的內(nèi)存空間，則至少需要( ( ) )片。片。3.3.寫(xiě)出寫(xiě)出11001100（按配偶原則）對(duì)應(yīng)的漢明碼。（按配偶原則）對(duì)應(yīng)的漢明碼。4.4.已知接收到的漢明碼（按配偶原則配置）為已知接收到的漢明碼（按配偶原則配置）為11001001100100，檢查該，檢查該代碼是否出錯(cuò)？第幾位出錯(cuò)？代碼是否出錯(cuò)？第幾位出錯(cuò)？寫(xiě)出欲傳送代碼。寫(xiě)出欲傳送代碼。1.在主存和在主存和CPU之間增加之間增加cach