第五章存儲器

1、下午7時39分1第五章第五章 存儲器存儲器 存儲器概述存儲器概述 靜態(tài)、動態(tài)存儲器的結(jié)構(gòu)、特點靜態(tài)、動態(tài)存儲器的結(jié)構(gòu)、特點 存儲器芯片與存儲器芯片與CPUCPU的連接的連接 只讀存儲器的分類只讀存儲器的分類 提高存儲器性能的技術(shù)提高存儲器性能的技術(shù) 高速緩沖存儲器高速緩沖存儲器 虛擬存儲器虛擬存儲器下午7時39分2第五章第五章 存儲器存儲器5.1 5.1 概述概述一、基本概念一、基本概念 信息存儲的信息存儲的基本單位基本單位，叫做一個，叫做一個二進制位二進制位（bitbit）。（可用）。（可用具有兩個穩(wěn)態(tài)的元件來表示，如，觸發(fā)器）具有兩個穩(wěn)態(tài)的元件來表示，如，觸發(fā)器） 存儲一位二進制數(shù)的器件稱

2、作一個存儲一位二進制數(shù)的器件稱作一個存儲元存儲元。 當一個二進制數(shù)作為一個整體進行存儲操作時當一個二進制數(shù)作為一個整體進行存儲操作時, ,就稱作一個就稱作一個存儲字存儲字, ,一個字中的二進制位數(shù)叫一個字中的二進制位數(shù)叫字長。字長。 多個存儲元組成了一個多個存儲元組成了一個存儲單元。存儲單元。 多個存儲單元組成了一個多個存儲單元組成了一個存儲體存儲體存儲存儲器的核心。器的核心。 下午7時39分3第五章第五章 存儲器存儲器 存儲體中，為區(qū)分不同的存儲單元，對每一單元給一個編存儲體中，為區(qū)分不同的存儲單元，對每一單元給一個編號，這個編號叫號，這個編號叫地址地址，地址與存儲單元一一對應地址與存儲單元

3、一一對應。 存儲單元可以存儲單元可以按字編址，按字編址，也可以也可以按字節(jié)編址；按字節(jié)編址； 存儲單元是地址碼能夠指定的存儲單元是地址碼能夠指定的最小存儲單位最小存儲單位； 存儲體同周圍的邏輯線路一起組成存儲體同周圍的邏輯線路一起組成存儲器存儲器。 下午7時39分4第五章第五章 存儲器存儲器二、主存儲器的主要技術(shù)指標二、主存儲器的主要技術(shù)指標 、存儲容量、存儲容量 指主存所能容納的二進制信息的總量。指主存所能容納的二進制信息的總量。 字節(jié)編址字節(jié)編址：以字節(jié)數(shù)來表示容量；：以字節(jié)數(shù)來表示容量； 字編址字編址：以：以字數(shù)字數(shù)字長字長來表示容量。來表示容量。如：如：某主存儲器的容量為某主存儲器的容

4、量為64K64K1616，表示它有，表示它有64K64K個字，每個字，每個字的字長為個字的字長為1616位；若用字節(jié)數(shù)表示，則可記為位；若用字節(jié)數(shù)表示，則可記為128K128K字節(jié)字節(jié)（128KB128KB）。）。下午7時39分5第五章第五章 存儲器存儲器、存取速度（存取時間、存取周期）、存取速度（存取時間、存取周期）存取時間：存取時間： （訪問時間、讀（訪問時間、讀/ /寫時間）寫時間） 指從啟動一次存儲器操作到完成該操作所經(jīng)歷的時間。指從啟動一次存儲器操作到完成該操作所經(jīng)歷的時間。存取周期：存取周期： （讀寫周期、訪內(nèi)周期）（讀寫周期、訪內(nèi)周期） 存儲器從接受讀存儲器從接受讀/ /寫命令信

5、號始，將信息讀出或?qū)懭牒?，到寫命令信號始，將信息讀出或?qū)懭牒?，到接到下一個讀接到下一個讀/ /寫命令為止所需的時間。寫命令為止所需的時間。 一般情況下，存取周期一般情況下，存取周期 存取時間存取時間 ，為什么？為什么？ 因為對任何一種存儲器，在讀寫操作之后，總要有因為對任何一種存儲器，在讀寫操作之后，總要有一段恢一段恢復內(nèi)部狀態(tài)的復原時間復內(nèi)部狀態(tài)的復原時間。特別對于。特別對于破壞性讀出的破壞性讀出的存儲器，存儲器，存取周期往往比存取時間要大得多，這是因為存儲器中的存取周期往往比存取時間要大得多，這是因為存儲器中的信息信息讀出后需要馬上進行重寫讀出后需要馬上進行重寫。 下午7時39分6第五章第

6、五章 存儲器存儲器、主存帶寬、主存帶寬 又稱為主存的數(shù)據(jù)傳輸率，是指主存每秒鐘可讀寫的數(shù)據(jù)又稱為主存的數(shù)據(jù)傳輸率，是指主存每秒鐘可讀寫的數(shù)據(jù)量。（量。（b/sb/s，B/sB/s） 提高主存帶寬的措施：縮短存取周期；增加存儲字長。提高主存帶寬的措施：縮短存取周期；增加存儲字長。4 4、可靠性、可靠性 以平均無故障時間以平均無故障時間( (兩次故障之間的平均間隔兩次故障之間的平均間隔) )來衡量來衡量 5 5、性能、性能/ /價格比價格比 6 6、功耗、功耗 是一個不容忽視的問題，它反映了存儲器件耗電的多少，是一個不容忽視的問題，它反映了存儲器件耗電的多少，同時也反映了器件的發(fā)熱程序。（因溫度高

7、會限制集成度同時也反映了器件的發(fā)熱程序。（因溫度高會限制集成度的提高）功耗小，也有利于存儲器的穩(wěn)定工作。的提高）功耗小，也有利于存儲器的穩(wěn)定工作。 下午7時39分7第五章第五章 存儲器存儲器三、存儲器的發(fā)展與分類三、存儲器的發(fā)展與分類 、發(fā)展、發(fā)展 ENIACENIAC的存儲器的存儲器: :用電子管觸發(fā)器組成的用電子管觸發(fā)器組成的2020位移位寄存器。位移位寄存器。 隨后的十幾年，存儲技術(shù)發(fā)展很活躍，相繼出現(xiàn)了汞隨后的十幾年，存儲技術(shù)發(fā)展很活躍，相繼出現(xiàn)了汞延遲線延遲線，陰極射線管做成的存儲器，最多存陰極射線管做成的存儲器，最多存32323232位信息，后改成磁位信息，后改成磁鼓，平均存取時間

8、鼓，平均存取時間15.6ms15.6ms，總?cè)萘?，總?cè)萘?553665536位位。19531953年，美國麻省理工學院研制出年，美國麻省理工學院研制出第一臺磁芯存儲器第一臺磁芯存儲器。磁芯存儲器以它的容量大，速度快，可靠性高，成本低等優(yōu)勢，磁芯存儲器以它的容量大，速度快，可靠性高，成本低等優(yōu)勢，在當時一直占主導地位。在當時一直占主導地位。下午7時39分8第五章第五章 存儲器存儲器6060年代后期，集成電路技術(shù)出現(xiàn)后，半導體存儲器問世。年代后期，集成電路技術(shù)出現(xiàn)后，半導體存儲器問世。19711971年年IBM370/145IBM370/145機首次使用機首次使用半導體存儲器半導體存儲器作主存。作

9、主存。目前，目前，半導體存儲器已是存儲技術(shù)的主流，從單片機到巨型機，半導體存儲器已是存儲技術(shù)的主流，從單片機到巨型機，都無一例外地采用都無一例外地采用半導體存儲器半導體存儲器。下午7時39分9第五章第五章 存儲器存儲器、分類、分類 功能功能 主存儲器：主存儲器：在主機內(nèi)，可直接與在主機內(nèi)，可直接與CPUCPU交換信息，速度較快。交換信息，速度較快。 輔助存儲器：輔助存儲器：在主機外，不能與在主機外，不能與CPUCPU交換信息，速度較慢。交換信息，速度較慢。 高速緩沖存儲器：高速緩沖存儲器：在在CPUCPU和內(nèi)存之間，容量小，速度與和內(nèi)存之間，容量小，速度與CPUCPU匹配。匹配。 控制存儲器：

10、控制存儲器：用于存放實現(xiàn)指令系統(tǒng)的所有微程序，是一種只讀存用于存放實現(xiàn)指令系統(tǒng)的所有微程序，是一種只讀存儲器，位于儲器，位于CPUCPU內(nèi)部。內(nèi)部。讀寫方式讀寫方式 RAMRAM：隨機存取存儲器：隨機存取存儲器 ROMROM：只讀存儲器：只讀存儲器下午7時39分10第五章第五章 存儲器存儲器讀寫順序讀寫順序 SAMSAM(sequential(sequential) )：順序存取，存取時間與存儲單元的物理：順序存取，存取時間與存儲單元的物理 位置有關(guān)，如磁帶。位置有關(guān)，如磁帶。 RAMRAM：隨機存取，存取時間與存儲單元的物理位置無關(guān)。：隨機存取，存取時間與存儲單元的物理位置無關(guān)。 DAMDA

11、M(Director(Director) )：直接存取，介于上述二者之間，如磁盤。：直接存取，介于上述二者之間，如磁盤。存儲介質(zhì)存儲介質(zhì) 磁芯磁芯：永久存儲：永久存儲( (非易失性非易失性) )、速低，但不常用。、速低，但不常用。 半導體半導體：速度高，集成度高、常用。：速度高，集成度高、常用。 磁表面磁表面：容量巨大、速度慢、價格低，多用作輔助存儲器：容量巨大、速度慢、價格低，多用作輔助存儲器 光存儲器光存儲器：應用越來越廣泛：應用越來越廣泛下午7時39分11第五章第五章 存儲器存儲器四、存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)四、存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 為了解決存儲容量、存取速度和價格之間的矛盾，通常為了解決存儲容

12、量、存取速度和價格之間的矛盾，通常把各種不同存儲容量、不同存取速度的存儲器，按一定的體把各種不同存儲容量、不同存取速度的存儲器，按一定的體系結(jié)構(gòu)組織起來，形成一個多級存儲層次的存儲系統(tǒng)。系結(jié)構(gòu)組織起來，形成一個多級存儲層次的存儲系統(tǒng)。多級存儲層次多級存儲層次CPUM1M2Mn存儲層次 多級存儲層次從多級存儲層次從CPU的角度來看，的角度來看，n種不同的存儲器種不同的存儲器（M1Mn）在邏輯上是一個整體。其中：）在邏輯上是一個整體。其中：M1速度最速度最快、容量最小、位價格最高；快、容量最小、位價格最高；Mn速度最慢、容量最大、速度最慢、容量最大、位價格最低。位價格最低。整個存儲系統(tǒng)具有接近于整

13、個存儲系統(tǒng)具有接近于M1的速度，相的速度，相等或接近等或接近Mn的容量，接近于的容量，接近于Mn的位價格。的位價格。在多級存儲在多級存儲層次中，最常用的數(shù)據(jù)在層次中，最常用的數(shù)據(jù)在M1中，次常用的在中，次常用的在M2中，最中，最少使用的在少使用的在Mn中。中。Cache主存存儲層次（主存存儲層次（Cache存儲系統(tǒng)）存儲系統(tǒng)） CPUCache主存輔助硬件 Cache存儲系統(tǒng)是為解決主存速度不足而提出來的。存儲系統(tǒng)是為解決主存速度不足而提出來的。從從CPU看，速度接近看，速度接近Cache的速度，容量是主存的容量，的速度，容量是主存的容量，每位價格接近于主存的價格。由于每位價格接近于主存的價格

14、。由于Cache存儲系統(tǒng)全部存儲系統(tǒng)全部用硬件來調(diào)度，因此它用硬件來調(diào)度，因此它對系統(tǒng)程序員和應用程序員都是對系統(tǒng)程序員和應用程序員都是透明的透明的。主存主存輔存存儲層次（虛擬存儲系統(tǒng)）輔存存儲層次（虛擬存儲系統(tǒng)） CPU主存輔存輔助軟硬件 虛擬存儲系統(tǒng)是為解決主存容量不足而提出來的。從虛擬存儲系統(tǒng)是為解決主存容量不足而提出來的。從CPU看，速度接近主存的速度，容量是虛擬的地址空看，速度接近主存的速度，容量是虛擬的地址空間，每位價格是接近于輔存的價格。由于虛擬存儲系間，每位價格是接近于輔存的價格。由于虛擬存儲系統(tǒng)需要通過操作系統(tǒng)來調(diào)度，因此統(tǒng)需要通過操作系統(tǒng)來調(diào)度，因此對系統(tǒng)程序員是不對系統(tǒng)程

15、序員是不透明的，但對應用程序員是透明的透明的，但對應用程序員是透明的。下午7時39分15第五章第五章 存儲器存儲器5.2 5.2 半導體隨機存儲器半導體隨機存儲器RAMRAM 一一. .基本單元電路基本單元電路1.1.六管靜態(tài)六管靜態(tài)MOSMOS的基本單元電路的基本單元電路. . 工作原理工作原理 約定：約定：V VCCCC=1 =1 高電平，高電平， V VCCCC=0 =0 低電平低電平T T1 1導通，導通，T T2 2截止，截止， “0 0”態(tài)態(tài)T T1 1截止，截止，T T2 2導通，導通， “1 1”態(tài)態(tài) 下午7時39分16第五章第五章 存儲器存儲器此電路可工作在三個狀態(tài)此電路可工

16、作在三個狀態(tài) ：保持存儲保持存儲V V字字=0=0，使，使T T3 3T T4 4都截止，使都截止，使觸發(fā)器與位線隔離，從而使觸發(fā)觸發(fā)器與位線隔離，從而使觸發(fā)器的原存狀態(tài)保存不變。器的原存狀態(tài)保存不變。寫入態(tài)寫入態(tài) V V字字=1 =1 ，使，使T T3 3T T4 4都導通都導通寫寫1 1：V VD D=1, =1, 0 0，V VA A1, V1, VB B0 0 T T1 1截止，截止，T T2 2導通導通寫寫0 0：V VD D=0, =0, 1 1，V VA A0, V0, VB B1 1 T T1 1導通，導通，T T2 2截止截止wDDDVDV下午7時39分17第五章第五章 存儲

17、器存儲器讀出態(tài)讀出態(tài) V V字字=1 =1 ，使，使T T3 3T T4 4都導通都導通讀讀1 1：因原存因原存1 1， T T1 1截止，截止，T T2 2導通，導通，使使V VA A=1 V=1 VB B=0=0，讀出，讀出“1 1”讀讀0 0：因原存因原存0 0， T T1 1導通，導通，T T2 2截止，截止，使使V VA A=0 V=0 VB B=1=1，讀出，讀出“0 0”在讀出過程中，觸發(fā)器狀態(tài)未被在讀出過程中，觸發(fā)器狀態(tài)未被破壞破壞非破壞性讀出非破壞性讀出wDD下午7時39分18第五章第五章 存儲器存儲器 特點特點集成度較低，每片幾集成度較低，每片幾K K位。位。Intel21

18、14Intel2114，1k1k4 4位位/ /片片功耗大功耗大易失性，用電池做備用電源易失性，用電池做備用電源( (斷電信息即丟失斷電信息即丟失) )非破壞性讀出非破壞性讀出讀寫速度快，生產(chǎn)成本高，多用于容量較小的高速緩沖讀寫速度快，生產(chǎn)成本高，多用于容量較小的高速緩沖存儲器存儲器 下午7時39分19第五章第五章 存儲器存儲器2.2.四管動態(tài)四管動態(tài)MOSMOS基本單元電路基本單元電路靜態(tài)：功耗大，集成度低。靜態(tài)：功耗大，集成度低。動態(tài)：克服靜態(tài)的缺點，使動態(tài)：克服靜態(tài)的缺點，使MOSMOS器件的優(yōu)點得以發(fā)揮器件的優(yōu)點得以發(fā)揮 前面講的六管靜態(tài)存儲單元電路，在沒有外界信號前面講的六管靜態(tài)存儲

19、單元電路，在沒有外界信號作用時，觸發(fā)器的狀態(tài)可存儲并保持不變，即信息作用時，觸發(fā)器的狀態(tài)可存儲并保持不變，即信息不會丟失?？蓜討B(tài)不會丟失。可動態(tài) MOSMOS電路是利用電路是利用MOSMOS管柵極上的管柵極上的電容電容所存的電荷的多少來存儲信息的，而電容上的所存的電荷的多少來存儲信息的，而電容上的電荷有泄漏，不可能長久保存，因此需要定時充電電荷有泄漏，不可能長久保存，因此需要定時充電補充，這個過程叫補充，這個過程叫刷新刷新，這種電路因要不斷補充電，這種電路因要不斷補充電荷，故稱為荷，故稱為動態(tài)動態(tài)存儲單元電路。存儲單元電路。下午7時39分20第五章第五章 存儲器存儲器工作原理工作原理約定：約定

20、：C C2 2 有電荷，有電荷，C C1 1 無電荷表示無電荷表示1 1C C有電荷，有電荷，C C無電荷表示無電荷表示0 0 電路可工作于三個狀態(tài)：電路可工作于三個狀態(tài)： 保持態(tài)：保持態(tài)：V字字=0， T3 T4 截止，截止， 單元單元電路與外界隔離，原存信電路與外界隔離，原存信息保持。息保持。 下午7時39分21第五章第五章 存儲器存儲器寫入態(tài)：寫入態(tài)：VW=，T3 T4導通導通寫寫1：位線位線I/0上加高電平，上加高電平，位線位線 上加低電平。上加低電平。若電路原存若電路原存1，則對，則對C2補充電荷，若電路原補充電荷，若電路原存存0，則對，則對C2充電，充電，C1放電。放電。寫寫0，則

21、反之。則反之。oI /下午7時39分22第五章第五章 存儲器存儲器 讀出態(tài)讀出態(tài) ：VW=，T3 T4導通導通讀讀 1：原存原存1，C2上有電荷，上有電荷，T2導通，導通， C1上無電荷，上無電荷，T1截止。使截止。使位線位線 上瞬間上瞬間有脈沖輸出。有脈沖輸出。 讀讀0，原存原存0，C上有電荷，上有電荷， T1導通，導通， C2上無電荷，上無電荷，T2截止。使截止。使位線位線 I/0 上瞬間有上瞬間有脈沖輸出。脈沖輸出。oI /下午7時39分23第五章第五章 存儲器存儲器 讀出同時，電源還通過位讀出同時，電源還通過位線向線向C C1 1或或C C2 2補充電荷補充電荷讀出讀出過程就是過程就是

22、刷新刷新。 由于讀出時對由于讀出時對C C1 1或或C C2 2補充了補充了電荷，故讀出后，電荷，故讀出后， C C1 1或或C C2 2的狀態(tài)并沒有改變，的狀態(tài)并沒有改變，非非破壞性讀出。破壞性讀出。下午7時39分24第五章第五章 存儲器存儲器3.3.單管動態(tài)記憶單元電路單管動態(tài)記憶單元電路 由單個由單個MOSMOS管來存儲一位二進制信息。信息存儲管來存儲一位二進制信息。信息存儲在在MOSMOS管的源極的電容管的源極的電容C C中。中。工作原理工作原理：V V字字=1=1時，時，T T1 1導通導通）寫入態(tài)）寫入態(tài)寫寫1 1：位線加高電平，對電容位線加高電平，對電容C C充電充電寫寫0 0：

23、位線為低電平，位線為低電平，C C上的電荷經(jīng)位線泄放完上的電荷經(jīng)位線泄放完）讀出態(tài)）讀出態(tài)讀讀1 1：原存，：原存，C C上有電荷，位線上得到高電平上有電荷，位線上得到高電平讀讀0 0：原存，原存，C C上無電荷，位線上得到低電平上無電荷，位線上得到低電平讀操作完成后，讀操作完成后，C C上的電荷被放光，需重寫上的電荷被放光，需重寫破破壞性讀出壞性讀出下午7時39分25第五章第五章 存儲器存儲器兩種動態(tài)電路比較：兩種動態(tài)電路比較： 速度速度：差別不大，讀出時都要預充電，讀出時間基本相當。：差別不大，讀出時都要預充電，讀出時間基本相當。集成度、功耗集成度、功耗：單管好：單管好存取時間存取時間：1

24、50150350nS350nS四管四管：非破壞性讀出：非破壞性讀出單管單管：破壞性讀出：破壞性讀出控制控制：單管較簡單，四管的較復雜：單管較簡單，四管的較復雜可靠性可靠性：單管好，單管讀出后，經(jīng)過了放大，信號較強：單管好，單管讀出后，經(jīng)過了放大，信號較強 下午7時39分26第五章第五章 存儲器存儲器靜態(tài)存儲器靜態(tài)存儲器SDRAMSDRAM與動態(tài)存儲器與動態(tài)存儲器DRAMDRAM的的主要性能主要性能比較：比較： SRAMSRAM DRAMDRAM存儲信息存儲信息 觸發(fā)器觸發(fā)器 電容電容 破壞性讀出破壞性讀出 非非 單管是單管是需要刷新需要刷新 不要不要 需要需要 運行速度運行速度 快快 慢慢集成

25、度集成度 低低 高高發(fā)熱量發(fā)熱量 大大 小小 存儲成本存儲成本 高高 低低靜態(tài)存儲器（靜態(tài)存儲器（SRAMSRAM）：）：讀寫速度快，生產(chǎn)成本高，多用于容量讀寫速度快，生產(chǎn)成本高，多用于容量較小的高速緩沖存儲器。較小的高速緩沖存儲器。動態(tài)存儲器（動態(tài)存儲器（DRAMDRAM）：）：讀寫速度較慢，集成度高，生產(chǎn)成本低，讀寫速度較慢，集成度高，生產(chǎn)成本低，多用于容量較大的主存儲器。多用于容量較大的主存儲器。下午7時39分27第五章第五章 存儲器存儲器三、三、DRAMDRAM存儲器的刷新存儲器的刷新1.1.刷新的時間間隔刷新的時間間隔決定于電荷的漏泄速度。決定于電荷的漏泄速度。一般器件的刷新周期為一

26、般器件的刷新周期為2ms2ms，即要在，即要在2ms2ms內(nèi)對每個存儲單元內(nèi)對每個存儲單元的信息刷新一次。的信息刷新一次。 2. 2. 刷新要點刷新要點 兩次刷新時間間隔不能超過允許時間兩次刷新時間間隔不能超過允許時間2ms2ms。 刷新優(yōu)先于訪存，但不能打斷訪存周期。刷新優(yōu)先于訪存，但不能打斷訪存周期。 在刷新期間內(nèi)，不準訪存。在刷新期間內(nèi)，不準訪存。下午7時39分28第五章第五章 存儲器存儲器3. 3. 刷新方式刷新方式集中式集中式在允許的最大刷新時間間隔在允許的最大刷新時間間隔2ms2ms內(nèi)，內(nèi)，集中集中安排刷新時間安排刷新時間如：如：存儲單元存儲單元10241024個，排成個，排成32

27、323232陣，存取周期陣，存取周期500ns500ns刷新按行進行刷新按行進行, ,每刷新一行每刷新一行, ,用一個存取周期用一個存取周期500ns500ns共刷新共刷新3232行行3232個存取周期。個存取周期。2ms/500ns=40002ms/500ns=4000個周期個周期特點：特點：存取周期不受刷新影響，速度快存取周期不受刷新影響，速度快 存在存在“死區(qū)死區(qū)”，刷新時間內(nèi)不能讀，刷新時間內(nèi)不能讀/ /寫寫 4000323968個，個，RW32個，刷新個，刷新下午7時39分29第五章第五章 存儲器存儲器分散式分散式 把系統(tǒng)的存取周期分成兩部分：一部分讀把系統(tǒng)的存取周期分成兩部分：一部

28、分讀/ /寫，一部分刷新，寫，一部分刷新，每次讀出信息后，立即對它刷新。每次讀出信息后，立即對它刷新。 上例：上例：存取周期存取周期500ns,500ns,刷新一行刷新一行500ns500ns，存取周期變?yōu)椋海嫒≈芷谧優(yōu)椋? 1 s特點：特點：刷新時間間隔短（刷新時間間隔短（32 32 s ），）， 無無“死區(qū)死區(qū)” 系統(tǒng)存取周期長，降低了整機的運算速度系統(tǒng)存取周期長，降低了整機的運算速度下午7時39分30第五章第五章 存儲器存儲器異步式異步式 以上兩種方式的結(jié)合，在以上兩種方式的結(jié)合，在2ms2ms的時間內(nèi)，把存儲單元分散地的時間內(nèi)，把存儲單元分散地刷新一遍。刷新一遍。 上例：上例： 32

29、323232陣，陣，2ms/32=62.5 2ms/32=62.5 s( (每行刷新的平均間隔每行刷新的平均間隔) )特點：特點：折中，使用較多折中，使用較多另外，另外，異步刷新方式還可以采取異步刷新方式還可以采取不定期刷新方式不定期刷新方式，可以在主機，可以在主機不訪存不訪存的時間內(nèi)刷新，這種方式的時間內(nèi)刷新，這種方式取消了機器的死區(qū)取消了機器的死區(qū)，但刷，但刷新新控制線路極其復雜控制線路極其復雜。 下午7時39分31第五章第五章 存儲器存儲器注意：注意：1 1） 刷新對刷新對CPUCPU是是透明透明的，原來存在的事物或?qū)傩裕瑥哪硞€角度的，原來存在的事物或?qū)傩裕瑥哪硞€角度看好象不存在了?？春?/p>

30、象不存在了。2 2） 刷新刷新按行進行按行進行，不需列地址。不需列地址。3 3） 刷新與讀出刷新與讀出操作既相似又不同。操作既相似又不同。 讀出時，要對讀出時，要對C1C1或或C2C2充電，刷新時也要對其充電，但刷新充電，刷新時也要對其充電，但刷新時僅補充電荷，無需信息輸出。時僅補充電荷，無需信息輸出。4 4） 刷新和重寫（再生）是兩個完全不同的概念刷新和重寫（再生）是兩個完全不同的概念，切不可加以，切不可加以混淆?；煜?。重寫是隨機的重寫是隨機的，某個存儲單元只有在破壞性讀出之，某個存儲單元只有在破壞性讀出之后才需要重寫。而后才需要重寫。而刷新是定時的刷新是定時的，即使許多記憶單元長期，即使許

31、多記憶單元長期未被訪問，若不及時補充電荷的話，信息也會丟失。重寫未被訪問，若不及時補充電荷的話，信息也會丟失。重寫一般是按存儲單元進行的，而刷新通常以存儲體矩陣中的一般是按存儲單元進行的，而刷新通常以存儲體矩陣中的一行為單位進行的。一行為單位進行的。 例例5-15-1 當刷新周期為當刷新周期為2ms2ms時，時，1M1M1 1位的位的DRAMDRAM芯片，內(nèi)部芯片，內(nèi)部結(jié)構(gòu)為結(jié)構(gòu)為 51251220482048，讀，讀/ /寫周期為寫周期為 100ns100ns，問：，問： （1 1）采用異步刷新方式，則刷新信號周期是多少？）采用異步刷新方式，則刷新信號周期是多少？（2 2）若采用集中刷新方式

32、，存儲器刷新一遍最少用多少）若采用集中刷新方式，存儲器刷新一遍最少用多少讀讀/ /寫周期？死時間與死時間率分別為多少？寫周期？死時間與死時間率分別為多少？ 下午7時39分33第五章第五章 存儲器存儲器四、半導體存儲芯片四、半導體存儲芯片SRAMSRAMIntel 2114Intel 2114 1K1K4, 4, 地址線地址線1010根，數(shù)據(jù)線根，數(shù)據(jù)線4 4位位DRAMDRAMIntel 4116Intel 4116 16K 16K1, 1, 地址線地址線1414根，數(shù)據(jù)線根，數(shù)據(jù)線1 1位位 存儲芯片內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)存儲芯片內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)1.RAM1.RAM芯片芯片 RAMRAM芯片通過芯片通

33、過地址線地址線、數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線和和控制線控制線與外部連接。與外部連接。 地址線地址線是單向輸入的，其數(shù)目與芯片容量有關(guān)。如是單向輸入的，其數(shù)目與芯片容量有關(guān)。如容量為容量為102410244 4時，地址線有時，地址線有1010根；容量為根；容量為64K64K1 1時，地時，地址線有址線有1616根。根。 數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線是雙向的，既可輸入，也可輸出，其數(shù)目與是雙向的，既可輸入，也可輸出，其數(shù)目與數(shù)據(jù)位數(shù)有關(guān)。如數(shù)據(jù)位數(shù)有關(guān)。如102410244 4的芯片，數(shù)據(jù)線有的芯片，數(shù)據(jù)線有4 4根；根；64K64K1 1的芯片，數(shù)據(jù)線只有的芯片，數(shù)據(jù)線只有1 1根。根。 控制線控制線主要有讀寫控制線和片選線兩

34、種，讀寫控制主要有讀寫控制線和片選線兩種，讀寫控制線用來控制芯片是進行讀操作還是寫操作的，片選線用來線用來控制芯片是進行讀操作還是寫操作的，片選線用來決定該芯片是否被選中。決定該芯片是否被選中。 RAMRAM芯片分析芯片分析1K1K4 4 SRAM SRAM芯片引腳主要有：芯片引腳主要有： 地址線、地址線、數(shù)據(jù)線、片選線、讀寫控制線、電源線、地線數(shù)據(jù)線、片選線、讀寫控制線、電源線、地線 由于由于DRAM芯片集成度高，容量大，為了減少芯片引芯片集成度高，容量大，為了減少芯片引腳數(shù)量，腳數(shù)量，DRAM芯片把地址線分成相等的兩部分，分兩芯片把地址線分成相等的兩部分，分兩次從相同的引腳送入。兩次輸入的

35、地址分別稱為次從相同的引腳送入。兩次輸入的地址分別稱為行地址行地址和和列地址列地址，行地址由行地址選通信號，行地址由行地址選通信號 送入存儲芯片，送入存儲芯片，列地址由列地址選通信號列地址由列地址選通信號 送入存儲芯片。送入存儲芯片。 由于采用了由于采用了地址復用技術(shù)地址復用技術(shù)，因此，因此，DRAM芯片每增芯片每增加一條地址線，實際上是增加了兩位地址，也即增加了加一條地址線，實際上是增加了兩位地址，也即增加了4倍的容量。倍的容量。RASCASIntel 4116Intel 4116芯片芯片 ( (16K1)單譯碼方式單譯碼方式 容量為容量為M個字的存儲器（個字的存儲器（M個字，每字個字，每字

36、b位），排列位），排列成成M行行b列的矩陣，矩陣的每一行對應一個字，有一列的矩陣，矩陣的每一行對應一個字，有一條公用的選擇線條公用的選擇線字線字線。 地址譯碼器集中在水平方向，地址譯碼器集中在水平方向，K位地址線可譯碼變位地址線可譯碼變成成2K條字線，條字線，M=2K。字線選中某個字長為字線選中某個字長為b位的存儲單位的存儲單元，經(jīng)過元，經(jīng)過b根位線可讀出或?qū)懭敫痪€可讀出或?qū)懭隻位存儲信息。位存儲信息。2. 半導體存儲芯片的譯碼方式半導體存儲芯片的譯碼方式字結(jié)構(gòu)、單譯碼方式字結(jié)構(gòu)、單譯碼方式RAM0,00,731,031,7讀/寫控制電路地址譯碼器字線位線讀/寫片選00731D7D0D1D2

37、A0A1A2A3A4328矩陣.單譯碼方式單譯碼方式RAM 單譯碼方式單譯碼方式的的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，缺點是使用的外缺點是使用的外圍電路多，成本昂貴圍電路多，成本昂貴。更嚴重的是，當字數(shù)大大超過位。更嚴重的是，當字數(shù)大大超過位數(shù)時，存儲體會形成縱向很長而橫向很窄的不合理結(jié)構(gòu)，數(shù)時，存儲體會形成縱向很長而橫向很窄的不合理結(jié)構(gòu)，所以這種方式只適用于容量不大的存儲器。所以這種方式只適用于容量不大的存儲器。 字結(jié)構(gòu)、單譯碼方式字結(jié)構(gòu)、單譯碼方式RAM 雙譯碼方式雙譯碼方式 雙譯碼方式又稱為雙譯碼方式又稱為重合法重合法。 通常是把通常是把K K位地址線分成接近相等的兩段，一段用于水位地址線分

38、成接近相等的兩段，一段用于水平方向作平方向作X X地址線地址線，供，供X X地址譯碼器譯碼；一段用于垂直方地址譯碼器譯碼；一段用于垂直方向作向作Y Y地址線地址線，供，供Y Y地址譯碼器譯碼。地址譯碼器譯碼。X X和和Y Y兩個方向的選擇兩個方向的選擇線在存儲體內(nèi)部的每個記憶單元上交叉，以選擇相應的記線在存儲體內(nèi)部的每個記憶單元上交叉，以選擇相應的記憶單元。憶單元。 雙譯碼方式對應的存儲芯片結(jié)構(gòu)可以是雙譯碼方式對應的存儲芯片結(jié)構(gòu)可以是位結(jié)構(gòu)位結(jié)構(gòu)的，也的，也可以是可以是字段結(jié)構(gòu)字段結(jié)構(gòu)的。對于位結(jié)構(gòu)的存儲芯片，容量為的。對于位結(jié)構(gòu)的存儲芯片，容量為M M1 1，把把M M個記憶單元排列成存儲矩

39、陣（盡可能排列成方陣）。個記憶單元排列成存儲矩陣（盡可能排列成方陣）。位結(jié)構(gòu)、雙譯碼方式位結(jié)構(gòu)、雙譯碼方式RAM0,00,6363,063,63I/OY地址譯碼器地址譯碼器XA0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11DinDoutDD_D_D6464矩陣X0X63Y0Y63.XYZ雙譯碼方式雙譯碼方式RAM 若要組成一個若要組成一個M字字b位的存儲器，就需要把位的存儲器，就需要把b片片M1的存儲芯片并列連接起來。（的存儲芯片并列連接起來。（可理解為把所有的列分成可理解為把所有的列分成b組，每根組，每根Y方向的選擇線有效時，每一組的對應列都被方向的選擇線有效時，每一組的對應列都被選中，

40、則同時選中選中，則同時選中b位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù) ） 雙譯碼方式與單譯碼方式相比，雙譯碼方式與單譯碼方式相比，減少了選擇線數(shù)目和驅(qū)減少了選擇線數(shù)目和驅(qū)動器數(shù)目動器數(shù)目。 字結(jié)構(gòu)、雙譯碼方式字結(jié)構(gòu)、雙譯碼方式RAM1 1、有一個、有一個16K16K1616存儲器，由存儲器，由1K1K4 4的的DRAMDRAM芯片（內(nèi)部結(jié)構(gòu)芯片（內(nèi)部結(jié)構(gòu)為為6464）構(gòu)成，問：）構(gòu)成，問： （1）采用異步刷新方式，如最大刷新間隔為）采用異步刷新方式，如最大刷新間隔為2ms，則相鄰，則相鄰兩行之間的刷新間隔是多少？兩行之間的刷新間隔是多少？ （2）如采用集中刷新方式，存儲器刷新一遍最少用多少個）如采用集中刷新方式，存儲器刷

41、新一遍最少用多少個刷新周期？設(shè)存儲器的讀寫周期為刷新周期？設(shè)存儲器的讀寫周期為0.5us，死區(qū)占多少時，死區(qū)占多少時間？死時間率為多少？間？死時間率為多少？2、圖是某存儲芯片的引腳圖，請回答：、圖是某存儲芯片的引腳圖，請回答： （1）這個存儲芯片的類型？）這個存儲芯片的類型？ （2）存儲芯片的容量。）存儲芯片的容量。 （3）這個芯片是否需要刷新？為什么？）這個芯片是否需要刷新？為什么？ （4）若地址線增加一根，）若地址線增加一根， 存儲芯片的容量變?yōu)槎嗌?？存儲芯片的容量變?yōu)槎嗌?？思考題思考題下午7時39分46第五章第五章 存儲器存儲器5.3 5.3 存儲器芯片與存儲器芯片與CPUCPU的連接的

42、連接存儲器的構(gòu)成存儲器的構(gòu)成存儲器與存儲器與CPUCPU連接時需要進行如下連接：連接時需要進行如下連接：數(shù)據(jù)線的連接數(shù)據(jù)線的連接（若存儲器芯片數(shù)據(jù)線不足，需擴充數(shù)據(jù)位，稱為（若存儲器芯片數(shù)據(jù)線不足，需擴充數(shù)據(jù)位，稱為“位位擴充擴充”）地址線的連接地址線的連接（若芯片的地址線少于系統(tǒng)的地址線，可利用多個芯片（若芯片的地址線少于系統(tǒng)的地址線，可利用多個芯片擴充尋址范圍，稱為擴充尋址范圍，稱為“字擴充字擴充”）存儲器芯片片選端的連接存儲器芯片片選端的連接 片選端可看做最高位的地址線片選端可看做最高位的地址線讀讀/ /寫控制信號的連接寫控制信號的連接存儲器的位擴展存儲器的位擴展 例例5-2 5-2 設(shè)

43、有設(shè)有4 4片片512K512K8 8位的位的SRAMSRAM芯片，試問采用位擴展芯片，試問采用位擴展方法可構(gòu)成多大容量的存儲器？方法可構(gòu)成多大容量的存儲器？ 存儲器的字擴展存儲器的字擴展 例例5-3 5-3 設(shè)有若干片設(shè)有若干片512K512K8 8位的位的SRAMSRAM芯片，試問采用字擴芯片，試問采用字擴展方法如何構(gòu)成展方法如何構(gòu)成2M2M8 8位容量的存儲器？位容量的存儲器？ 存儲器的字位擴展存儲器的字位擴展 例例5-4 5-4 設(shè)有若干片設(shè)有若干片512K 512K 4 4位的位的SRAMSRAM芯片，試問采用字芯片，試問采用字位擴展方法如何構(gòu)成位擴展方法如何構(gòu)成2M2M8 8位容量

44、的存儲器？位容量的存儲器？ 思考題思考題用用1K1K4 4的的21142114組成組成8K8K8 8的存儲器，并與的存儲器，并與CPUCPU連接，要求寫出每連接，要求寫出每片芯片的地址范圍。片芯片的地址范圍。 A09WRCPUD03D47A1012D03D47A09WE10MREQCS01514CS7000000111111。地址范圍：地址范圍：8K8K，1313位位 0,1片：片：000 0000000000000 1111111111 0000H03FFH 2,3片：片：001 0000000000001 1111111111 0400H07FFH下午7時39分52第五章第五章 存儲器存儲

45、器5.4 5.4 只讀存儲器只讀存儲器ROMROM 二極管掩膜二極管掩膜固定掩膜型固定掩膜型MROMMROMMOSMOS管掩膜管掩膜雙極型管掩膜雙極型管掩膜一次可編程型一次可編程型PROMPROM可改寫型可改寫型EPROMEPROM（紫外線）紫外線）EEPROMEEPROM（電）電）FLASH ROMFLASH ROM（電可擦除、可重復編程，不（電可擦除、可重復編程，不需特殊高電壓）需特殊高電壓）下午7時39分53第五章第五章 存儲器存儲器5.5 5.5 提高存儲器性能的技術(shù)提高存儲器性能的技術(shù)一、雙端口存儲器一、雙端口存儲器 當兩個端口的地址不當兩個端口的地址不相同時相同時：讀寫操：讀寫操作

46、不會發(fā)生沖突作不會發(fā)生沖突當兩個端口的地址相當兩個端口的地址相同時同時：讀寫操作：讀寫操作會發(fā)生沖突，設(shè)會發(fā)生沖突，設(shè)置置BUSY標志。標志。下午7時39分54第五章第五章 存儲器存儲器二、二、多體交叉存儲器多體交叉存儲器 思想：思想：將一個大容量的主存分成多個容量相同的個體，將一個大容量的主存分成多個容量相同的個體，每個個體相互獨立，交叉編址，每個個體有自己的地址每個個體相互獨立，交叉編址，每個個體有自己的地址寄存器，數(shù)據(jù)寄存器，讀寫電路等，這樣每個個體都可寄存器，數(shù)據(jù)寄存器，讀寫電路等，這樣每個個體都可與與CPUCPU交換信息。交換信息。這樣，這樣，CPUCPU可在一個存取周期內(nèi)分時訪問每

47、個個體可在一個存取周期內(nèi)分時訪問每個個體根據(jù)各模塊地址的安排方式：根據(jù)各模塊地址的安排方式： 可分為可分為順序方式順序方式和和交叉方式交叉方式。（1）順序方式：）順序方式：（2）交叉方式：）交叉方式：多體交叉存儲器的優(yōu)點多體交叉存儲器的優(yōu)點采用分時啟動的方法，可在不改變存取周期的前提采用分時啟動的方法，可在不改變存取周期的前提下，增加存儲器的帶寬下，增加存儲器的帶寬時間時間 單體單體訪存周期訪存周期 單體單體訪存周期訪存周期啟動存儲體啟動存儲體 0啟動存儲體啟動存儲體 1啟動存儲體啟動存儲體 2啟動存儲體啟動存儲體 3例例5-5 設(shè)存儲器容量為設(shè)存儲器容量為32字，字長字，字長64位，模塊數(shù)位

48、，模塊數(shù)m=4，分別，分別用順序方式和交叉方式進行組織。存取周期用順序方式和交叉方式進行組織。存取周期T=200ns，數(shù)，數(shù)據(jù)總線寬度為據(jù)總線寬度為64位，總線傳送周期位，總線傳送周期=50ns。問順序存儲器。問順序存儲器和交叉存儲器的帶寬各是多少和交叉存儲器的帶寬各是多少?下午7時39分59第五章第五章 存儲器存儲器5.55.5 高速高速緩沖存儲器緩沖存儲器CacheCache、問題的提出、問題的提出 目的：提高內(nèi)存速度，解決內(nèi)存與目的：提高內(nèi)存速度，解決內(nèi)存與CPUCPU速度不匹配的問題。速度不匹配的問題。CPU內(nèi)內(nèi)存存Cache第五章第五章 存儲器存儲器2.Cache2.Cache的理論

49、基礎(chǔ)的理論基礎(chǔ)-程序的局部性程序的局部性原理原理 時間上的局部性時間上的局部性 如果某一地址空間的程序被訪問，則近期它可能還會被如果某一地址空間的程序被訪問，則近期它可能還會被再次訪問。再次訪問。如：循環(huán)結(jié)構(gòu)的程序如：循環(huán)結(jié)構(gòu)的程序 空間上的局部性空間上的局部性 如果某一地址空間的程序被訪問，則它附近的程序有可如果某一地址空間的程序被訪問，則它附近的程序有可能被訪問，能被訪問，如：順序結(jié)構(gòu)程序如：順序結(jié)構(gòu)程序 第五章第五章 存儲器存儲器3.3.基本原理基本原理 容量及速度容量及速度 通常采用通常采用SRAMSRAM半導體器件，其工作速度是主存的半導體器件，其工作速度是主存的5-105-10倍，

50、倍，但容量小，對整個存儲系統(tǒng)的硬件線路復雜性和價格影響不但容量小，對整個存儲系統(tǒng)的硬件線路復雜性和價格影響不大。大。 命中率：命中率：CPUCPU在在CacheCache中取到的有效信息的次數(shù)與訪問中取到的有效信息的次數(shù)與訪問CacheCache的總次數(shù)的比率。的總次數(shù)的比率。 N NC C+N+Nm m為為CPUCPU訪訪CacheCache總次數(shù)總次數(shù) N NC C、N Nm m為在為在CacheCache、主存中命中的次數(shù)、主存中命中的次數(shù)NmNcNch第五章第五章 存儲器存儲器Cache/Cache/主存系統(tǒng)的平均訪問時間主存系統(tǒng)的平均訪問時間Ta Ta ： Tc命中時的命中時的Cac

51、heCache訪問時間訪問時間 Tm 未命中時的主存訪問時間未命中時的主存訪問時間 1-h未命中率未命中率 訪問效率訪問效率 e e： r=Tm/Tc 主存慢于主存慢于CacheCache的倍率的倍率 （一般（一般5-105-10）h)Tm-(1TchTah)r-(1h1h)Tm-(1hTcTcTaTce第五章第五章 存儲器存儲器例例. . 假設(shè)某計算機的存儲系統(tǒng)由假設(shè)某計算機的存儲系統(tǒng)由CacheCache和主存組成，和主存組成，某程序執(zhí)行過程中訪存某程序執(zhí)行過程中訪存10001000次，其中訪問次，其中訪問CacheCache缺缺失（未命中）失（未命中）5050次，則次，則CacheCac

52、he的命中率是：的命中率是：A.5% B.9.5% C.50% D.95%A.5% B.9.5% C.50% D.95%答案：答案： D D第五章第五章 存儲器存儲器 工作原理工作原理 將主存分將主存分塊塊，每塊有若干個字節(jié)，將，每塊有若干個字節(jié)，將CacheCache也分成同樣大也分成同樣大小的小的塊塊，由于其容量小，故其塊數(shù)也比主存少，主存中，由于其容量小，故其塊數(shù)也比主存少，主存中，只有一部分塊的內(nèi)容可放在只有一部分塊的內(nèi)容可放在CacheCache中。中。 主存容量主存容量1MB1MB，分為分為20482048塊，每塊塊，每塊512B512B；CacheCache容量容量8KB8KB，

53、每塊每塊512B512B，分為分為1616塊。塊。 11位位塊標記塊標記：指明指明該塊該塊是主存是主存中哪一塊的副本中哪一塊的副本，該標記該標記的內(nèi)容的內(nèi)容是是主存中塊的編號。主存中塊的編號。（1 1）讀操作）讀操作 當當CPUCPU發(fā)生讀請求時，就發(fā)生讀請求時，就把主存地址同把主存地址同CacheCache某塊某塊的標記相比較：的標記相比較：相等：相等：所需數(shù)據(jù)已在所需數(shù)據(jù)已在CacheCache中，直接訪問中，直接訪問CacheCache（一次傳送一個字一次傳送一個字）不等：不等：所需數(shù)據(jù)未在所需數(shù)據(jù)未在CacheCache中，需將該數(shù)中，需將該數(shù)據(jù)所在的整個字塊，從內(nèi)存一次調(diào)來。據(jù)所在的

54、整個字塊，從內(nèi)存一次調(diào)來。（2 2）寫操作）寫操作 CacheCache中的字塊，是主存中相應字塊的副本，程序運行過程中的字塊，是主存中相應字塊的副本，程序運行過程中會對中會對CacheCache的某塊的某單元進行寫操作，的某塊的某單元進行寫操作，如何保持如何保持CacheCache與內(nèi)與內(nèi)存的一致性？存的一致性？寫直達法：寫直達法：CacheCache與主存單元同時更新與主存單元同時更新 （Write throughWrite through）寫回法：寫回法：僅更新僅更新CacheCache單元，用標志位標記，直至修改的字塊被單元，用標志位標記，直至修改的字塊被從從CacheCache中替換

55、出來時，中替換出來時，則則一次寫入內(nèi)存一次寫入內(nèi)存。( (Write back)Write back)特點：特點：寫直達法寫直達法簡單，但當一個字被簡單，但當一個字被多次多次更新時，會引起對主更新時，會引起對主存的多次寫入，這是不必要的存的多次寫入，這是不必要的. . 寫回法寫回法速度快，減少了訪問主存的次數(shù)，但存在一致性速度快，減少了訪問主存的次數(shù)，但存在一致性的隱患。的隱患。4 4. . 主存與主存與CacheCache的地址映射的地址映射地址映射：地址映射：主存中的塊如何在主存中的塊如何在CacheCache中定位中定位（主存地址定位到（主存地址定位到CacheCache地址的方法）。地

56、址的方法）。 地址變換：地址變換：主存地址如何變化成主存地址如何變化成CacheCache地址地址 全相聯(lián)映射全相聯(lián)映射 直接映射直接映射 組相聯(lián)映射組相聯(lián)映射(1)(1)全相聯(lián)映射全相聯(lián)映射 * *地址映像規(guī)則：地址映像規(guī)則：主存塊主存塊i i可映射到可映射到CacheCache的任意塊；的任意塊； ( (1) 1) 主存與緩存分成相同大小的數(shù)據(jù)塊。主存與緩存分成相同大小的數(shù)據(jù)塊。 (2) (2) 主存的某一數(shù)據(jù)塊可以裝入緩存的任意一塊空間中。主存的某一數(shù)據(jù)塊可以裝入緩存的任意一塊空間中。 塊內(nèi)地址塊內(nèi)地址t tb b位位主存地址：主存地址：塊號塊號i im m位位塊內(nèi)地址塊內(nèi)地址t t塊號

57、塊號j jCacheCache地址：地址：直接直接主存空間主存空間CacheCache空間空間塊塊0 0塊塊2 2m m-1-1塊塊i i塊塊0 0塊塊2 2c c-1-1塊塊j j全相聯(lián)地址映像全相聯(lián)地址映像目錄表：目錄表： 塊塊 標標 記記-主存地址塊號主存地址塊號(m(m位位) ) 查表行數(shù)查表行數(shù)所有行所有行 * *地址變換規(guī)則地址變換規(guī)則： 比較比較目錄表目錄表所有行所有行，命中行的行號命中行的行號即為變換后的塊號；即為變換后的塊號；=?為為1 1時時 查表區(qū)域查表區(qū)域塊內(nèi)地址塊內(nèi)地址t tb b位位主存地址：主存地址：塊號塊號i im m位位塊內(nèi)地址塊內(nèi)地址t t塊號塊號Cache

58、Cache地址地址: :塊塊0 0塊塊2 2c c-1-1目錄表目錄表塊塊j j有效位有效位 塊標記塊標記1 i1 i0 a0 a1 b1 b* *優(yōu)點：優(yōu)點：非常靈活非常靈活* *缺點：缺點：需需相聯(lián)存儲器相聯(lián)存儲器( (目錄表目錄表) )，比較位數(shù)多，電路難設(shè)計。，比較位數(shù)多，電路難設(shè)計。 適用于塊數(shù)較少的小容量適用于塊數(shù)較少的小容量CacheCache命中時命中時不命中時不命中時j j不命中不命中處理處理 主存字地址主存字地址=(000 0011 0110 0100 0101 0100)=(000 0011 0110 0100 0101 0100)2 2， 主存塊地址主存塊地址=(000

59、 0011 0110 0100 0101)=(000 0011 0110 0100 0101)2 2， CacheCache命中時目錄表項命中時目錄表項=(1,03645H)=(1,03645H)。例例5-75-7 設(shè)某機主存容量設(shè)某機主存容量16MB16MB，CacheCache容量容量16KB16KB，塊大小，塊大小32B32B，CPUCPU字長為字長為2B2B，訪，訪問的主存地址為字地址。若采用全相聯(lián)映像方式，試：問的主存地址為字地址。若采用全相聯(lián)映像方式，試：（1 1）給出主存字地址格式？）給出主存字地址格式？（2 2）CacheCache目錄表行數(shù)？目錄表行數(shù)？CacheCache塊

60、號位數(shù)？目錄表塊標記位數(shù)？塊號位數(shù)？目錄表塊標記位數(shù)？（3 3）若）若CacheCache目錄表項為目錄表項為( (有效位，塊標記有效位，塊標記) )，則，則CPUCPU訪問的主存字地址為訪問的主存字地址為36454H36454H時，時，CacheCache命中時的目錄表項內(nèi)容？命中時的目錄表項內(nèi)容？ CacheCache目錄表行數(shù)目錄表行數(shù)=(16KB/32B)=512=(16KB/32B)=512行，行， CacheCache塊號位數(shù)塊號位數(shù)=log=log2 2512=9512=9位，位， CacheCache目錄表塊標記位數(shù)目錄表塊標記位數(shù)=19=19位位( (即主存塊號位數(shù)即主存塊號