第6章80X86_88存儲系統(tǒng)

1、第第6章章 80X86_88的存儲系統(tǒng)的存儲系統(tǒng)12存存儲儲器器I/O接接口口輸輸入入設設備備I/O接接口口數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 DB控制總線控制總線 CB地址總線地址總線 AB輸輸出出設設備備CPU微型計算機的基本結(jié)構(gòu)微型計算機的基本結(jié)構(gòu)本章主要內(nèi)容 微型機的存儲系統(tǒng)、分類及其特點微型機的存儲系統(tǒng)、分類及其特點 半導體存儲芯片的外部特性及其與系統(tǒng)半導體存儲芯片的外部特性及其與系統(tǒng) 的連接的連接 存儲器擴展技術(shù)存儲器擴展技術(shù) 高速緩存高速緩存36.1 6.1 概概 述述內(nèi)容：內(nèi)容： 微型機的存儲系統(tǒng)微型機的存儲系統(tǒng) 半導體存儲器的基本概念半導體存儲器的基本概念 存儲器的分類及其特點存儲器的分類及其

2、特點 兩類半導體存儲器的主要區(qū)別兩類半導體存儲器的主要區(qū)別3微型機的存儲系統(tǒng)微型機的存儲系統(tǒng) 將兩個或兩個以上速度、容量和價格各不將兩個或兩個以上速度、容量和價格各不相同的存儲器用硬件、軟件或軟硬件相結(jié)相同的存儲器用硬件、軟件或軟硬件相結(jié)合的方法組織起來合的方法組織起來 這樣就構(gòu)成了這樣就構(gòu)成了計算機的存儲系統(tǒng)。計算機的存儲系統(tǒng)。 系統(tǒng)的存儲速度接近最快的存儲器，容量系統(tǒng)的存儲速度接近最快的存儲器，容量接近最大的存儲器。接近最大的存儲器。5微型機的存儲系統(tǒng)微型機的存儲系統(tǒng) Cache存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng) 解決速度問題解決速度問題 虛擬存儲系統(tǒng)虛擬存儲系統(tǒng) 解決容量問題解決容量問題高速緩沖存儲器高速

3、緩沖存儲器主存儲器主存儲器主存儲器主存儲器磁盤存儲器磁盤存儲器6存儲器的層次結(jié)構(gòu)存儲器的層次結(jié)構(gòu) 微機擁有不同類型的存儲部件微機擁有不同類型的存儲部件 由上至下容量越來越大，但速度越來越慢由上至下容量越來越大，但速度越來越慢寄存器堆寄存器堆高速緩存高速緩存主存儲器主存儲器聯(lián)機外存儲器聯(lián)機外存儲器脫機外存儲器脫機外存儲器快慢小大容量速度CPU內(nèi)核內(nèi)核7IBM PC/XT的內(nèi)存空間分配的內(nèi)存空間分配00000H9FFFFHBFFFFHFFFFFHRAM區(qū) 640KB保留區(qū) 128KBROM區(qū) 256KB8兩大類兩大類內(nèi)存、外存內(nèi)存、外存 內(nèi)存內(nèi)存存放當前運行的程序和數(shù)據(jù)。存放當前運行的程序和數(shù)據(jù)。

4、 特點：快，容量小，隨機存取，特點：快，容量小，隨機存取，CPU可直接訪問。可直接訪問。 通常由通常由半導體存儲器半導體存儲器構(gòu)成構(gòu)成 RAM、ROM 外存外存存放非當前使用的程序和數(shù)據(jù)。存放非當前使用的程序和數(shù)據(jù)。 特點：慢，容量大，順序存取特點：慢，容量大，順序存取/塊存取。需調(diào)入內(nèi)存后塊存取。需調(diào)入內(nèi)存后CPU才能訪問。才能訪問。 通常由通常由磁、光存儲器磁、光存儲器構(gòu)成，也可以由半導體存儲器構(gòu)成構(gòu)成，也可以由半導體存儲器構(gòu)成 磁盤、磁帶、磁盤、磁帶、CD-ROM、DVD-ROM、固態(tài)盤、固態(tài)盤9半導體存儲器半導體存儲器 由能夠表示二進制數(shù)由能夠表示二進制數(shù)“0”和和“1”的、的、具有記

5、憶功能的一些半導體器件組成。具有記憶功能的一些半導體器件組成。如觸發(fā)器、如觸發(fā)器、MOS管的柵極電容等。管的柵極電容等。 能存放一位二進制數(shù)的器件稱為一個能存放一位二進制數(shù)的器件稱為一個存儲元。存儲元。 若干存儲元構(gòu)成一個存儲單元。若干存儲元構(gòu)成一個存儲單元。10內(nèi)存儲器的分類內(nèi)存儲器的分類 內(nèi)存儲器內(nèi)存儲器隨機存取存儲器（隨機存取存儲器（RAM）Random Access Memory只讀存儲器（只讀存儲器（ROM）Read Only Memory11隨機存取存儲器（隨機存取存儲器（RAM） RAM靜態(tài)存儲器（靜態(tài)存儲器（SRAM）Static RAM動態(tài)存儲器（動態(tài)存儲器（DRAM）Dyn

6、amic RAM12只讀存儲器（只讀存儲器（ROM） 只讀存儲器只讀存儲器掩模掩模ROM一次性可寫一次性可寫ROMEPROMEEPROM13存儲器的主要技術(shù)指標存儲器的主要技術(shù)指標 存儲容量存儲容量：存儲單元個數(shù)存儲單元個數(shù)M M每單元位數(shù)每單元位數(shù)N N 存取時間存取時間：從啟動讀從啟動讀( (寫寫) )操作到操作完成的時間操作到操作完成的時間 存取周期存取周期：兩次獨立的存儲器操作所需間隔的最兩次獨立的存儲器操作所需間隔的最小時間小時間 平均故障間隔時間平均故障間隔時間MTBFMTBF（可靠性可靠性） 功耗功耗：動態(tài)功耗、靜態(tài)功耗：動態(tài)功耗、靜態(tài)功耗146.2 隨機存取存儲器隨機存取存儲器

7、要求掌握：要求掌握： SRAM與與DRAM的主要特點的主要特點 幾種常用存儲器芯片及其與系統(tǒng)的連接幾種常用存儲器芯片及其與系統(tǒng)的連接 存儲器擴展技術(shù)存儲器擴展技術(shù)15一、靜態(tài)存儲器一、靜態(tài)存儲器SRAM特點：特點： 用雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器存儲信息。用雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器存儲信息。 速度快（速度快（5ns），不需刷新，外圍電路比較簡單，），不需刷新，外圍電路比較簡單，但集成度低（存儲容量小，約但集成度低（存儲容量小，約1Mbit/片），功耗大。片），功耗大。 在在PC機中，機中，SRAM被廣泛地用作高速緩沖存儲器被廣泛地用作高速緩沖存儲器Cache。 對容量為對容量為M*N的的SRAM芯片，其地址線數(shù)芯片，其地

8、址線數(shù)=2M；數(shù)；數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線數(shù)=N。反之，若。反之，若SRAM芯片的地址線數(shù)為芯片的地址線數(shù)為K，則可以推斷其單元數(shù)為則可以推斷其單元數(shù)為2K個。個。 16典型典型SRAM芯片芯片CMOS RAM芯片芯片6264（8K*8）：）： 主要引腳功能主要引腳功能 工作時序工作時序 與系統(tǒng)的連接使用與系統(tǒng)的連接使用17SRAM 6264芯片芯片186264芯片的主要引線芯片的主要引線 地址線：地址線： A0A12 數(shù)據(jù)線：數(shù)據(jù)線： D0 D7 輸出允許信號：輸出允許信號：OE 寫允許信號：寫允許信號： WE 選片信號：選片信號： CS1、CS219 6264的工作過程的工作過程20 6264芯片與系

9、統(tǒng)的連接芯片與系統(tǒng)的連接D0D7A0A12WEOECS1CS2A0A12MEMWMEMR譯碼譯碼電路電路高位地址信號D0D7 21譯碼電路譯碼電路 將輸入的一組二進制編碼變換為一個特定將輸入的一組二進制編碼變換為一個特定的控制信號，即：的控制信號，即： 將輸入的一組高位地址信號通過變換，產(chǎn)將輸入的一組高位地址信號通過變換，產(chǎn)生一個有效的控制信號，用于生一個有效的控制信號，用于選中選中某一個某一個存儲器芯片，從而確定該存儲器芯片在內(nèi)存儲器芯片，從而確定該存儲器芯片在內(nèi)存中的地址范圍。存中的地址范圍。22全地址譯碼全地址譯碼 用全部的高位地址信號作為譯碼信號，使用全部的高位地址信號作為譯碼信號，使

10、得存儲器芯片的每一個單元都占據(jù)一個唯得存儲器芯片的每一個單元都占據(jù)一個唯一的內(nèi)存地址。一的內(nèi)存地址。存儲器存儲器芯片芯片譯譯碼碼器器低位地址高位地址全部地址片選信號23全地址譯碼例全地址譯碼例 6264芯片的地址范圍：芯片的地址范圍：F0000HF1FFFH11110000000 11110001111A19A18A17A16A15A14A13&1#CS1A12A0D7D0高位地址高位地址線全部參線全部參加譯碼加譯碼6264A12-A0D7-D0#OE#WE24部分地址譯碼部分地址譯碼 用用部分高位地址部分高位地址信號（而不是全部）作為信號（而不是全部）作為譯碼信號，使得被選中的存儲器

11、芯片占有譯碼信號，使得被選中的存儲器芯片占有幾組不同的地址范圍。幾組不同的地址范圍。 下例使用下例使用7-1=6位地址作為譯碼信號，從而位地址作為譯碼信號，從而使被選中芯片的每個單元都占有兩個地址，使被選中芯片的每個單元都占有兩個地址，即這兩個地址都指向同一個單元。即這兩個地址都指向同一個單元。25部分地址譯碼例部分地址譯碼例 同一物理存儲器占用兩組地址：同一物理存儲器占用兩組地址： F0000HF1FFFH B0000HB1FFFH A18不不A19A17A16A15A14A13&1到6264CS126應用舉例應用舉例 將將SRAM 6264芯片與系統(tǒng)連接，使其地址范芯片與系統(tǒng)連接，

12、使其地址范圍為：圍為：38000H39FFFH和和78000H79FFFH。 選擇使用選擇使用74LS138譯碼器構(gòu)成譯碼電路譯碼器構(gòu)成譯碼電路 Y0# G1 Y1#G2A Y2#G2B Y3#Y4#A Y5#B Y6#C Y7#片選信號輸出片選信號輸出譯碼允許信號譯碼允許信號地址信號地址信號（接到不同的存儲體上）74LS13874LS138邏輯圖：邏輯圖：27 74LS138的真值表：（注意：輸出低電平有效）的真值表：（注意：輸出低電平有效）可以看出，當譯碼允許信號有效時，可以看出，當譯碼允許信號有效時，Yi是輸入是輸入A、B、C的的函數(shù)，即函數(shù)，即 Y=f(A,B,C)11111111X

13、X X 其 他 值011111111 1 1 1 0 0101111111 1 0 1 0 0110111111 0 1 1 0 0111011111 0 0 1 0 0111101110 1 1 1 0 0111110110 1 0 1 0 0111111010 0 1 1 0 0111111100 0 0 1 0 0Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0C B AG1 G2A G2B28應用舉例(續(xù)):D0D7A0A12WEOECS1CS2A0A12MEMWMEMRD0D7G1G2AG2BCBA&A19A14A13A17A16A15+5VY0下圖中下圖中A18不參與譯碼，故不參與譯碼，故

14、6264的地址范圍為：的地址范圍為：626429二、動態(tài)隨機存儲器二、動態(tài)隨機存儲器DRAM 特點：特點： DRAM是靠是靠MOS電路中的柵極電容來存儲信息的，由電路中的柵極電容來存儲信息的，由于電容上的電荷會逐漸泄漏，需要定時充電以維持存于電容上的電荷會逐漸泄漏，需要定時充電以維持存儲內(nèi)容不丟失（儲內(nèi)容不丟失（稱為動態(tài)刷新稱為動態(tài)刷新），所以動態(tài)），所以動態(tài)RAM需要需要設置刷新電路，相應外圍電路就較為復雜。設置刷新電路，相應外圍電路就較為復雜。 刷新定時間隔一般為幾微秒幾毫秒刷新定時間隔一般為幾微秒幾毫秒 DRAM的特點是集成度高（存儲容量大，可達的特點是集成度高（存儲容量大，可達1Gbi

15、t/片片以上），功耗低，但速度慢（以上），功耗低，但速度慢（10ns左右），需要刷新。左右），需要刷新。 DRAM在微機中應用非常廣泛，如微機中的內(nèi)存條在微機中應用非常廣泛，如微機中的內(nèi)存條（主存）、顯卡上的顯示存儲器幾乎都是用（主存）、顯卡上的顯示存儲器幾乎都是用DRAM制制造的。造的。 常見常見DRAM的種類：的種類： SDRAM（Synchronous DRAM）它在它在1個個CPU時鐘時鐘周期內(nèi)可完成數(shù)據(jù)的訪問和刷新，即可與周期內(nèi)可完成數(shù)據(jù)的訪問和刷新，即可與CPU的時鐘同步工作。的時鐘同步工作。SDRAM的工作頻率目前最大可達的工作頻率目前最大可達150MHz，存取時間約為，存取時間

16、約為510ns，最大數(shù)據(jù)率為，最大數(shù)據(jù)率為150MB/s，是當前微機中流行的標準內(nèi)存類，是當前微機中流行的標準內(nèi)存類型。型。 RDRAM（Rambus DRAM）是由是由Rambus公司所開公司所開發(fā)的高速發(fā)的高速DRAM。其最大數(shù)據(jù)率可達。其最大數(shù)據(jù)率可達1.6GB/s。 DDR DRAM（Double Data Rate DRAM）是對是對SDRAM的改進，它在時鐘的上升沿和下降沿都可以傳送數(shù)據(jù)，的改進，它在時鐘的上升沿和下降沿都可以傳送數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)率可達其數(shù)據(jù)率可達200-800 MB/s。主要應用在主板和高速顯示卡上。主要應用在主板和高速顯示卡上。 RAM的的3個特性：個特性：1）可讀

17、可寫，非破壞性讀出，寫入時覆蓋原內(nèi)容。）可讀可寫，非破壞性讀出，寫入時覆蓋原內(nèi)容。2）隨機存取，存取任一單元所需的時間相同。）隨機存取，存取任一單元所需的時間相同。3）易失性（或揮發(fā)性）。當斷電后，存儲器中的內(nèi)容立）易失性（或揮發(fā)性）。當斷電后，存儲器中的內(nèi)容立即消失。即消失。31典型典型DRAM芯片芯片2164A 2164A：64K1 采用采用行地址行地址和和列地址列地址來確定一個單元；來確定一個單元； 行列地址行列地址分時分時傳送，傳送， 共用一組地址線；共用一組地址線； 地址線的數(shù)量僅地址線的數(shù)量僅 為同等容量為同等容量SRAM 芯片的一半。芯片的一半。行地址10001 0 0 0列地址

18、32主要引線主要引線RAS：行地址選通信號，用于鎖存行地址；行地址選通信號，用于鎖存行地址；CAS：列地址選通信號。列地址選通信號。 地址總線上先送上行地址，后送上列地址，它地址總線上先送上行地址，后送上列地址，它們分別在們分別在RAS和和CAS有效期間被鎖存在地址鎖存有效期間被鎖存在地址鎖存器中。器中。 DIN： 數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入DOUT：數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)輸出WE=0 數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)寫入WE=1 數(shù)據(jù)讀出數(shù)據(jù)讀出WE：寫允許信號寫允許信號33工作原理工作原理 三種操作：三種操作： 數(shù)據(jù)讀出數(shù)據(jù)讀出 數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)寫入 刷新刷新 34刷新刷新 將存放于每位中的信息讀出再照原樣寫入將存放于每位中的信息讀

19、出再照原樣寫入原單元的過程原單元的過程刷新刷新35三、存儲器擴展技術(shù)三、存儲器擴展技術(shù)位擴展位擴展擴展每個存儲單元的位數(shù)擴展每個存儲單元的位數(shù)字擴展字擴展擴展存儲單元的個數(shù)擴展存儲單元的個數(shù)字位擴展字位擴展二者的綜合二者的綜合用多片存儲芯片構(gòu)成一個需要的內(nèi)存空間，用多片存儲芯片構(gòu)成一個需要的內(nèi)存空間，它們在整個內(nèi)存中占據(jù)不同的地址范圍，任它們在整個內(nèi)存中占據(jù)不同的地址范圍，任一時刻僅有一片（或一組）被選中。一時刻僅有一片（或一組）被選中。36位擴展位擴展 存儲器的存儲容量等于：存儲器的存儲容量等于： 單元數(shù)單元數(shù)每單元的位數(shù)每單元的位數(shù) 當構(gòu)成內(nèi)存的存儲器芯片的字長小于內(nèi)存當構(gòu)成內(nèi)存的存儲器芯

20、片的字長小于內(nèi)存單元的字長時，就要進行位擴展，使每個單元的字長時，就要進行位擴展，使每個單元的字長滿足要求。單元的字長滿足要求。字節(jié)數(shù)字節(jié)數(shù)字長字長37位擴展例位擴展例 用用8片片2164A芯片構(gòu)成芯片構(gòu)成64KB存儲器。存儲器。2164A: 64K x 1，需，需8片構(gòu)成片構(gòu)成64K x 8（64KB）LS138A8A192164A2164A2164ADBABD0D1D7A0A7譯碼輸出讀寫信號A0A19D0D7A0A7A0A738位擴展方法：位擴展方法： 將每片的地址線、控制線并聯(lián)，數(shù)據(jù)線分將每片的地址線、控制線并聯(lián)，數(shù)據(jù)線分別引出。別引出。 位擴展特點：位擴展特點： 存儲器的單元數(shù)不變，

21、位數(shù)增加。存儲器的單元數(shù)不變，位數(shù)增加。39字擴展字擴展 地址空間的擴展。芯片每個單元中的字長地址空間的擴展。芯片每個單元中的字長滿足，但單元數(shù)不滿足。滿足，但單元數(shù)不滿足。 擴展原則：擴展原則： 每個芯片的地址線、數(shù)據(jù)線、控制線并聯(lián)，每個芯片的地址線、數(shù)據(jù)線、控制線并聯(lián)，僅片選端分別引出，以實現(xiàn)每個芯片占據(jù)僅片選端分別引出，以實現(xiàn)每個芯片占據(jù)不同的地址范圍。不同的地址范圍。40字擴展例字擴展例 用兩片用兩片64K8位的位的SRAM芯片構(gòu)成容量為芯片構(gòu)成容量為128KB的存儲器的存儲器41字位擴展字位擴展 根據(jù)內(nèi)存容量及芯片容量確定所需存儲根據(jù)內(nèi)存容量及芯片容量確定所需存儲芯片數(shù)；芯片數(shù)； 進

22、行位擴展以滿足字長要求；進行位擴展以滿足字長要求； 進行字擴展以滿足容量要求。進行字擴展以滿足容量要求。 若已有存儲芯片的容量為若已有存儲芯片的容量為LK，要構(gòu)成要構(gòu)成容量為容量為M N的存儲器，需要的芯片數(shù)的存儲器，需要的芯片數(shù)為：為： （M / L） （N / K）42字位擴展例字位擴展例 用用4K1位的芯片組成位的芯片組成16KB的存儲器。的存儲器。 擴成擴成4KB 8片片 再擴成再擴成16KB 4*8=32片片 地址線需地址線需14根（根（A0-A13），其中），其中12根根（A0-A11）用于片內(nèi)尋址，）用于片內(nèi)尋址，2根（根（A12，A13）用于片選譯碼。）用于片選譯碼。 注意：以

23、上的例子中所需的地址線數(shù)并未從系統(tǒng)整體上考注意：以上的例子中所需的地址線數(shù)并未從系統(tǒng)整體上考慮。在實際系統(tǒng)中，總線中的地址線數(shù)往往要多于所需的慮。在實際系統(tǒng)中，總線中的地址線數(shù)往往要多于所需的地址線數(shù)，這時除片內(nèi)尋址的低位地址線地址線數(shù)，這時除片內(nèi)尋址的低位地址線(即片內(nèi)地址線即片內(nèi)地址線)外，剩余的高位地址線一般都要用于片選譯碼。外，剩余的高位地址線一般都要用于片選譯碼。 438088系統(tǒng)中存儲器的連接使用方法系統(tǒng)中存儲器的連接使用方法 存儲器與存儲器與8088系統(tǒng)總線的連接的要點是：系統(tǒng)總線的連接的要點是： 存儲器的地址范圍？存儲器的地址范圍？ 根據(jù)要求的地址范圍可確定用哪幾根地址線進行片

24、選，根據(jù)要求的地址范圍可確定用哪幾根地址線進行片選，哪幾根地址線做片內(nèi)尋址以及如何進行片選譯碼。哪幾根地址線做片內(nèi)尋址以及如何進行片選譯碼。 系統(tǒng)總線上與存儲器有關(guān)的信號線有哪些？系統(tǒng)總線上與存儲器有關(guān)的信號線有哪些？ 熟悉與存儲器有關(guān)的總線信號和存儲芯片引腳的功能。熟悉與存儲器有關(guān)的總線信號和存儲芯片引腳的功能。 譯碼電路的構(gòu)成（譯碼器的連接方法）譯碼電路的構(gòu)成（譯碼器的連接方法） 系統(tǒng)地址空間一般比存儲芯片的容量大（即總線中的地系統(tǒng)地址空間一般比存儲芯片的容量大（即總線中的地址線數(shù)多于存儲芯片的地址線數(shù)），物理內(nèi)存實際只占址線數(shù)多于存儲芯片的地址線數(shù)），物理內(nèi)存實際只占用系統(tǒng)地址空間的一小

25、塊區(qū)域。把物理內(nèi)存分配到系統(tǒng)用系統(tǒng)地址空間的一小塊區(qū)域。把物理內(nèi)存分配到系統(tǒng)地址空間的哪一塊區(qū)域，取決于如何進行地址譯碼。地址空間的哪一塊區(qū)域，取決于如何進行地址譯碼。44 8088系統(tǒng)中存儲器連接涉及到的總線信號包括：系統(tǒng)中存儲器連接涉及到的總線信號包括： 地址線地址線A19-A0 數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線D7-D0 存儲器讀信號存儲器讀信號MEMR# 存儲器寫信號存儲器寫信號MEMW# 需要考慮的存儲芯片引腳需要考慮的存儲芯片引腳 地址線地址線An-1-A0：接地址總線的：接地址總線的An-1-A0 數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線D7-D0：接數(shù)據(jù)總線的：接數(shù)據(jù)總線的D7-D0 片選信號片選信號CS#(CE#) (可能

26、有多根可能有多根)：接地址譯碼器的片：接地址譯碼器的片選輸出選輸出 輸出允許輸出允許OE#(有時也稱為讀出允許有時也稱為讀出允許) ：接：接MEMR# 寫入允許寫入允許WE#：接：接MEMW#456.3 6.3 只讀存儲器（只讀存儲器（ROMROM）及其發(fā)展及其發(fā)展掩模掩模ROM一次性可寫一次性可寫ROM可擦寫可擦寫ROM分分 類類EPROM（紫外線擦除）紫外線擦除）EEPROM（電擦除）電擦除）46一、一、EPROM特點：特點： 可多次編程寫入；可多次編程寫入； 掉電后內(nèi)容不丟失；掉電后內(nèi)容不丟失； 內(nèi)容的擦除需用紫外線擦除器。內(nèi)容的擦除需用紫外線擦除器。47EPROM 2764 8K8bi

27、t芯片，其引腳與芯片，其引腳與SRAM 6264完全完全兼容兼容 地址信號：地址信號：A0 A12 數(shù)據(jù)信號：數(shù)據(jù)信號：D0 D7 輸出信號：輸出信號：OE 片選信號：片選信號：CE 編程脈沖輸入：編程脈沖輸入：PGM482764的工作方式的工作方式數(shù)據(jù)讀出數(shù)據(jù)讀出編程寫入編程寫入擦除擦除標準編程方式標準編程方式快速編程方式快速編程方式編程寫入的特點：編程寫入的特點：每出現(xiàn)一個編程負脈沖就寫入一個字節(jié)數(shù)據(jù)每出現(xiàn)一個編程負脈沖就寫入一個字節(jié)數(shù)據(jù)工作方式工作方式49二、二、EEPROM（ E2PROM ）特點：特點： 可在線編程寫入；可在線編程寫入； 掉電后內(nèi)容不丟失；掉電后內(nèi)容不丟失； 電可擦除

28、。電可擦除。50典型典型E2PROM芯片芯片98C64A 8K8bit芯片芯片 13根地址線（根地址線（A0 A12） 8位數(shù)據(jù)線（位數(shù)據(jù)線（D0 D7） 輸出允許信號（輸出允許信號（OE） 寫允許信號（寫允許信號（WE） 選片信號（選片信號（CE） 狀態(tài)輸出端（狀態(tài)輸出端（READY/BUSY）51工作方式工作方式 數(shù)據(jù)讀出數(shù)據(jù)讀出 編程寫入編程寫入 擦除擦除字節(jié)寫入：每一次字節(jié)寫入：每一次BUSY正脈沖寫正脈沖寫 入一個字節(jié)入一個字節(jié)自動頁寫入：每一次自動頁寫入：每一次BUSY正脈寫正脈寫 入一頁（入一頁（1 32字節(jié)）字節(jié)）字節(jié)擦除：一次擦除一個字節(jié)字節(jié)擦除：一次擦除一個字節(jié)片擦除：一次

29、擦除整片片擦除：一次擦除整片52E2PROM的應用的應用 可通過編寫程序?qū)崿F(xiàn)對芯片的讀寫，但可通過編寫程序?qū)崿F(xiàn)對芯片的讀寫，但 每寫入一個字節(jié)都需判斷每寫入一個字節(jié)都需判斷READY/BUSY 端的狀態(tài)，僅當該端為高電平時才可寫端的狀態(tài)，僅當該端為高電平時才可寫 入下一個字節(jié)。入下一個字節(jié)。53三、閃速三、閃速E2PROM 特點：特點： 通過向內(nèi)部控制寄存器寫入命令的方法來通過向內(nèi)部控制寄存器寫入命令的方法來控制芯片的工作方式，而非用引腳的信號控制芯片的工作方式，而非用引腳的信號來控制芯片的工作。來控制芯片的工作。 應用應用 BIOS，便攜式閃存硬盤，便攜式閃存硬盤54工作方式工作方式數(shù)據(jù)讀出

30、數(shù)據(jù)讀出編程寫入編程寫入 擦擦 除除讀單元內(nèi)容讀單元內(nèi)容讀內(nèi)部狀態(tài)寄存器內(nèi)容讀內(nèi)部狀態(tài)寄存器內(nèi)容讀芯片的廠家及器件標記讀芯片的廠家及器件標記數(shù)據(jù)寫入，寫軟件保護數(shù)據(jù)寫入，寫軟件保護字節(jié)擦除，塊擦除，片擦除字節(jié)擦除，塊擦除，片擦除擦除掛起擦除掛起55* *6.4 6.4 高速緩存（高速緩存（Cache)Cache)了解：了解： Cache的基本概念；的基本概念； 基本工作原理；基本工作原理； 命中率；命中率； Cache的分級體系結(jié)構(gòu)的分級體系結(jié)構(gòu)56 1）為什么需要高速緩存？）為什么需要高速緩存？ CPU工作速度與內(nèi)存工作速度不匹配工作速度與內(nèi)存工作速度不匹配 例如，例如，800MHz的的PI

31、II CPU的一條指令執(zhí)行時的一條指令執(zhí)行時間約為間約為1.25ns，而，而133MHz的的SDRAM存取時存取時間為間為7.5ns，即，即83%的時間的時間CPU都處于等待狀都處于等待狀態(tài)，運行效率極低。態(tài)，運行效率極低。 解決：解決： CPU插入等待周期插入等待周期降低了運行速度；降低了運行速度； 采用高速采用高速RAM成本太高；成本太高； 在在CPU和和RAM之間插入高速緩存之間插入高速緩存成本上升成本上升不多、但速度可大幅度提高。不多、但速度可大幅度提高。572）工作原理）工作原理 基于程序執(zhí)行的兩個特征：基于程序執(zhí)行的兩個特征： 程序訪問的局部性：過程、循環(huán)、子程序。程序訪問的局部性

32、：過程、循環(huán)、子程序。 數(shù)據(jù)存取的局部性：數(shù)據(jù)相對集中存儲。數(shù)據(jù)存取的局部性：數(shù)據(jù)相對集中存儲。 存儲器的訪問相對集中的特點使得我們可以存儲器的訪問相對集中的特點使得我們可以把頻繁訪問的指令、數(shù)據(jù)存放在速度非常高把頻繁訪問的指令、數(shù)據(jù)存放在速度非常高（與（與CPU速度相當）的速度相當）的SRAM高速緩高速緩存存CACHE中。需要時就可以快速地取出。中。需要時就可以快速地取出。58DBCPUCache控制部件CacheRAMAB送主存地址送主存地址檢索檢索(用主存地址作為關(guān)鍵字用主存地址作為關(guān)鍵字)前前提：每次訪問的主存地址都保留。提：每次訪問的主存地址都保留。命中則發(fā)出讀 Cache命令, 從

33、Cache取數(shù)據(jù)不命中則發(fā)出讀RAM命令, 從RAM取數(shù)據(jù) Cache的工作原理圖示的工作原理圖示59 取指令、數(shù)據(jù)時先到取指令、數(shù)據(jù)時先到CACHE中查找：中查找： 找到（稱為命中）找到（稱為命中）直接取出使用；直接取出使用； 沒找到?jīng)]找到到到RAM中取，并同時存放到中取，并同時存放到CACHE中，以備下次使用。中，以備下次使用。 只要命中率相當高，就可以大大提高只要命中率相當高，就可以大大提高CPU的運行效率，減少等待?，F(xiàn)代計算機中的運行效率，減少等待。現(xiàn)代計算機中CACHE的命中率都在的命中率都在90%以上。以上。 命中率影響系統(tǒng)的平均存取速度命中率影響系統(tǒng)的平均存取速度 系統(tǒng)的平均存取

34、速度系統(tǒng)的平均存取速度 Cache存取速度存取速度命中率命中率+RAM存取速度存取速度不命中率不命中率60例如：例如：RAM的存取時間為的存取時間為8ns，CACHE的存的存取時間為取時間為1ns，CACHE的命中率為的命中率為90%。則存儲器整體訪問時間由沒有則存儲器整體訪問時間由沒有CACHE的的8ns減少為：減少為：1ns90% + 8ns10% = 1.7ns 速度提高了近速度提高了近4倍。倍。 在一定的范圍內(nèi)，在一定的范圍內(nèi)，Cache越大，命中率就越大，命中率就越高，但相應成本也相應提高越高，但相應成本也相應提高 Cache與內(nèi)存的空間比一般為與內(nèi)存的空間比一般為1 12861*C

35、ache系統(tǒng)有三個需要解決的主要問題：系統(tǒng)有三個需要解決的主要問題： 主存和主存和Cache的地址映射關(guān)系有三種：的地址映射關(guān)系有三種：解決：解決：把把Cache與主存都分成大小相同的頁，主與主存都分成大小相同的頁，主存存Cache地址變換，就是如何把主存頁映射到地址變換，就是如何把主存頁映射到Cache頁上頁上（即只映射頁號）（即只映射頁號）。 全相聯(lián)映射全相聯(lián)映射主存任意一頁可映射到主存任意一頁可映射到Cache的任意一頁。這需要有一個很大的頁號映射表的任意一頁。這需要有一個很大的頁號映射表（共有（共有2m-p項），放在項），放在CAM存儲器中。昂貴，存儲器中。昂貴，但沖突小。但沖突小。 直接映射直接映射主存頁號主存頁號B與與Cache頁號頁號b滿足關(guān)滿足關(guān)系：系：b=B mod 2m-p 例如：主存例如：主存0、4、8、12，頁映射到頁映射到Cache的的0頁，主存頁，主存1、5、9、13，映射到映射到Cache的的1頁，依此類推。不需要頁號映頁，依此類推。