第5章 存儲(chǔ)器系統(tǒng)

第五章

存儲(chǔ)器系統(tǒng)5.1存儲(chǔ)器件的分類（掌握）按存儲(chǔ)介質(zhì)分類按讀寫策略分類5.2半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片的基本結(jié)構(gòu)與性能指標(biāo)（掌握）隨機(jī)存取存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器芯片的性能指標(biāo)5.3存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)（掌握）P40-P41,P156存儲(chǔ)系統(tǒng)的分層管理虛擬存儲(chǔ)器與地址映射

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的多層次存儲(chǔ)體系5.4主存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)技術(shù)（掌握）存儲(chǔ)芯片選型存儲(chǔ)芯片的組織形式地址譯碼技術(shù)

存儲(chǔ)器接口設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)5.1.1存儲(chǔ)介質(zhì)分類（價(jià)格、容量、速度）雙極型TTL：

MOS型掩膜ROM

一次性可編程PROM紫外線可擦除EPROM電可擦除E2PROM快閃存儲(chǔ)器FLASH易失性存儲(chǔ)器RAM非易失性存儲(chǔ)器NVM靜態(tài)SRAM：動(dòng)態(tài)DRAM：存取速度快，但集成度低，一般用于大型計(jì)算機(jī)或高速微機(jī)的Cache；速度較快，集成度較低，一般用于對(duì)速度要求高、而容量不大的場(chǎng)合（Cache）。集成度較高但存取速度較低，一般用于需較大容量的場(chǎng)合(主存):DDR,DR,CDRAM。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器磁介質(zhì)存儲(chǔ)器磁帶、軟磁盤、硬磁盤（DA、RAID）光介質(zhì)存儲(chǔ)器只讀型、一次寫入型、多次寫入型一.數(shù)據(jù)傳送方式并行存儲(chǔ)器(ParallelMemory)串行存儲(chǔ)器(SerialMemory)：適用于便攜式設(shè)備二.數(shù)據(jù)存取(讀寫)順序

隨機(jī)存?。ㄖ苯哟嫒。?-cache和內(nèi)存可按地址隨機(jī)訪問(wèn)；訪問(wèn)時(shí)間與地址無(wú)關(guān)；順序存取

--磁帶先進(jìn)先出(FIFO)的存儲(chǔ)原則隊(duì)列(小容量順序存儲(chǔ)器，用于緩沖數(shù)據(jù)）堆棧存儲(chǔ)先進(jìn)后出(FILO)/后進(jìn)先出(LIFO)；向下生成和向上生成；堆?；刂芳拇嫫鱏S、堆棧指針SP；5.1.2讀寫策略分類3/42堆棧簡(jiǎn)介(P35、P139、P263）堆棧的訪問(wèn)方式是“后進(jìn)先出”實(shí)現(xiàn)方法是在內(nèi)存中開(kāi)辟一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域，數(shù)據(jù)按順序存入（“push”）這個(gè)區(qū)域之中。數(shù)據(jù)存入過(guò)程叫做“壓?！保褩Ｖ甘酒鱏P指向最后壓入堆棧的數(shù)據(jù)所在的數(shù)據(jù)單元。在壓棧的過(guò)程中，每壓入一個(gè)數(shù)據(jù)，就放在和前一個(gè)單元相連的后面一個(gè)單元中，堆棧指示器中的地址自動(dòng)加N（N為數(shù)據(jù)單元長(zhǎng)度）。讀取這些數(shù)據(jù)時(shí)，按照SP中的地址讀取數(shù)據(jù)，然后堆棧指示器中的地址數(shù)自動(dòng)減N。這個(gè)過(guò)程叫做“彈出pop”。如此就實(shí)現(xiàn)了后進(jìn)先出的原則。

函數(shù)的調(diào)用在計(jì)算機(jī)中是用堆棧實(shí)現(xiàn)的1號(hào)球2號(hào)球3號(hào)球4號(hào)球5號(hào)球特點(diǎn)：1號(hào)球最先放入，最后取出；5號(hào)球最后放入，最先取出；堆棧的生成方式2023/2/35/545.2半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的基本結(jié)構(gòu)和性能指標(biāo)馮.諾依曼結(jié)構(gòu)中的存儲(chǔ)器是指現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中的主存,磁盤和光盤屬于輸入輸出設(shè)備RAM常用于動(dòng)態(tài)改變的數(shù)據(jù)或動(dòng)態(tài)加載的程序,ROM常用于存儲(chǔ)程序代碼(微碼CPU),RAM和ROM都是隨機(jī)訪問(wèn)RAM芯片內(nèi)部包括存儲(chǔ)矩陣(存儲(chǔ)體)和片內(nèi)讀寫控制電路存儲(chǔ)矩陣由多個(gè)基本存儲(chǔ)單元組成,每個(gè)基本單元用來(lái)存儲(chǔ)1位的二進(jìn)制信息,一般排列為矩陣方式,其大小即容量片內(nèi)控制電路包括片內(nèi)地址譯碼,片內(nèi)數(shù)據(jù)緩沖器,片內(nèi)存儲(chǔ)邏輯控制(存儲(chǔ)器訪問(wèn)方法)SRAM完全由晶體管實(shí)現(xiàn),其基本存儲(chǔ)單元是雙穩(wěn)態(tài)電路,存儲(chǔ)的信息由雙穩(wěn)態(tài)電路的邏輯狀態(tài)表征DRAM使用晶體管和電容實(shí)現(xiàn),存儲(chǔ)的信息由電容上的電位表征,電量大于50%表示”1”,小于50%表示”0”5.2.1靜態(tài)RAM的六管基本存儲(chǔ)單元集成度低，但速度快，價(jià)格高，常用做Cache。T1和T2組成一個(gè)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，用于保存數(shù)據(jù)。T3和T4為負(fù)載管。如A點(diǎn)為數(shù)據(jù)D，則B點(diǎn)為數(shù)據(jù)/D。T1T2ABT3T4+5VT5T6行選擇線有效（高電平）時(shí)，A、B處的數(shù)據(jù)信息通過(guò)門控管T5和T6送至C、D點(diǎn)。行選擇線CD列選擇線T7T8I/OI/O列選擇線有效（高電平）時(shí)，C、D處的數(shù)據(jù)信息通過(guò)門控管T7和T8送至芯片的數(shù)據(jù)引腳I/O。2023/2/37/54動(dòng)態(tài)RAM的單管基本存儲(chǔ)單元集成度高，但速度較慢，價(jià)格低，一般用作主存。行選擇線T1B存儲(chǔ)電容CA列選擇線T2I/O電容上存有較多電荷時(shí)，表示存儲(chǔ)數(shù)據(jù)A為邏輯1；行選擇線有效時(shí)，數(shù)據(jù)通過(guò)T1送至B處；列選擇線有效時(shí)，數(shù)據(jù)通過(guò)T2送至芯片的數(shù)據(jù)引腳I/O；為防止存儲(chǔ)電容C放電導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，必須定時(shí)進(jìn)行刷新；動(dòng)態(tài)刷新時(shí)行選擇線有效，而列選擇線無(wú)效。（刷新是逐行進(jìn)行的。）刷新放大器2023/2/38/54讀寫控制邏輯R/WCE數(shù)據(jù)緩沖器（三態(tài)雙向）d0d1dN-1…D0D1DN-1…單譯碼RAM芯片的組成與結(jié)構(gòu)該RAM芯片外部共有地址線m根，數(shù)據(jù)線N根；該類芯片內(nèi)部采用單譯碼（字譯碼）方式，基本存儲(chǔ)單元排列成M*N的長(zhǎng)方矩陣，且有M=2m的關(guān)系成立；字線0字線M-10,00,N-1M-1,0M-1,N-1……………地址譯碼器a0a1aM-1……A0A1Am-1地址寄存器……D0DN-1位線0位線N-1存儲(chǔ)芯片容量標(biāo)為“M*N”（bit）D0DN-1地址線數(shù)據(jù)線控制線2023/2/39/54雙譯碼RAM芯片的組成與結(jié)構(gòu)該RAM芯片外部共有地址線2n根，數(shù)據(jù)線1根；該類芯片內(nèi)部一般采用雙譯碼（復(fù)合譯碼、重合選擇）方式，基本存儲(chǔ)單元排列成N*N的正方矩陣，且有N

=2n,M=N*N=22n

的關(guān)系成立；0,00,N-1N-1,0N-1,N-1………D0D0DN-1DN-1…Y0YN-1Y地址譯碼器Y地址寄存器……AnAn+1A2n-1X地址譯碼器X0X1XN-1……A0A1An-1X地址寄存器…DD數(shù)據(jù)緩沖器（三態(tài)雙向）D0讀寫控制存儲(chǔ)芯片容量標(biāo)為“M*1”（bit）數(shù)據(jù)線控制線地址線2023/2/310/54靜態(tài)RAM芯片的引腳特性從三總線的角度看：1.地址線數(shù)目A、數(shù)據(jù)線數(shù)目D與芯片容量（M×N）直接相關(guān)：2A=MD=N2.控制信號(hào)應(yīng)包括：片選信號(hào)和讀/寫信號(hào)所以，6264容量：

213×8＝8K×8=64Kbit可見(jiàn)6264為RAM芯片711/422023/2/311/54產(chǎn)品出廠時(shí)存的全是1或0，用戶可一次性寫入(將將熔絲燒斷)，即把某些位翻轉(zhuǎn)。但只能一次編程寫，多次讀取。

存儲(chǔ)單元多采用熔絲－低熔點(diǎn)金屬或多晶硅。寫入時(shí)設(shè)法在熔絲上通入較大的電流將熔絲燒斷。編程時(shí)VCC和字線電壓提高5.2.2可編程只讀存儲(chǔ)器PROM2023/2/312/54紫外線可擦除ROM(UVEPROM)擦除：用紫外線或X射線擦除。需20~30分鐘。缺點(diǎn)：需要兩個(gè)MOS管；編程電壓偏高；P溝道管的開(kāi)關(guān)速度低。

浮柵上電荷可長(zhǎng)期保存在125℃環(huán)境溫度下，70%的電荷能保存10年以上。2023/2/313/54寫入（寫0）擦除（寫1）讀出

特點(diǎn)：擦除和寫入均利用隧道效應(yīng)。浮柵與漏區(qū)間的氧化物層極?。?0納米以下），稱為隧道區(qū)。當(dāng)隧道區(qū)電場(chǎng)大于107V/cm時(shí)隧道區(qū)雙向?qū)āｋ娍刹脸腞OM(EEPROM)2023/2/314/54快閃存儲(chǔ)器(FlashMemory)

（1）寫入利用雪崩注入法。源極接地；漏極接6V；控制柵12V脈沖，寬10s。

（2）擦除用隧道效應(yīng)?？刂茤沤拥?；源極接12V脈沖，寬為100ms。因?yàn)槠瑑?nèi)所有疊柵管的源極都連在一起，所以一個(gè)脈沖就可擦除全部單元。

（3）讀出：源極接地，字線為5V邏輯高電平。2023/2/315/54可讀可寫，即有ROM的工作原理，也有RAM的讀寫特點(diǎn)5.2.3半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片的主要技術(shù)指標(biāo)存儲(chǔ)容量：M*N(bit)存取速度功耗可靠性存儲(chǔ)器帶寬工作電源電壓、工作溫度范圍、可編程存儲(chǔ)器的編程次數(shù)、成本

注意存儲(chǔ)器的容量以字節(jié)（B）為單位，而存儲(chǔ)芯片的容量以位（b）為單位。1.存取時(shí)間2.存取周期3.數(shù)據(jù)傳輸速率可用平均故障間隔時(shí)間來(lái)衡量以mW/芯片或μW/單元為單位2023/2/316/54存儲(chǔ)容量單位1kilobyteKB=1000(103)Byte1megabyteMB=1000000(106)Byte1gigabyteGB=1000000000(109)Byte1terabyteTB=1000000000000(1012)Byte1petabytePB=1000000000000000(1015)Byte1exabyteEB=1000000000000000000(1018)Byte1zettabyteZB=1000000000000000000000(1021)Byte1yottabyteYB=1000000000000000000000000(1024)Byte1nonabyteNB=1000000000000000000000000000(1027)Byte1doggabyteDB=1000000000000000000000000000000(1030)Byte23.32=10210220230……存儲(chǔ)器標(biāo)示容量和實(shí)際容量不一致問(wèn)題5.4主存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)技術(shù)

確定類型根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)合的特點(diǎn)確定采用何種類型的芯片，如考慮選用SRAM還是DRAM，是否需要E2PROM、FLASH等等；確定具體型號(hào)及數(shù)量根據(jù)容量、價(jià)格、速度、功耗等要求確定芯片的具體型號(hào)和數(shù)量

顯然，芯片的種類和數(shù)量應(yīng)越少越好；在芯片數(shù)量相同的情況下應(yīng)考慮總線的負(fù)載能力和系統(tǒng)連接的復(fù)雜性。內(nèi)（主）存儲(chǔ)器的基本結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)芯片存儲(chǔ)模塊主存儲(chǔ)器

進(jìn)行位擴(kuò)展以實(shí)現(xiàn)按字節(jié)編址的結(jié)構(gòu)

進(jìn)行字?jǐn)U展以滿足總?cè)萘康囊蟠鎯?chǔ)體、地址譯碼、數(shù)據(jù)緩沖和讀寫控制

位擴(kuò)展：因每個(gè)字的位數(shù)不夠而擴(kuò)展數(shù)據(jù)輸出線的數(shù)目；

字?jǐn)U展：因總的字?jǐn)?shù)不夠而擴(kuò)展地址輸入線的數(shù)目，所以也稱

為地址擴(kuò)展；并行存儲(chǔ)器、多端口存儲(chǔ)器、相聯(lián)存儲(chǔ)器等2023/2/319/54計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通常用多個(gè)存儲(chǔ)芯片按一定規(guī)則互連擴(kuò)充為主存（主存容量以字節(jié)為單位，而存儲(chǔ)芯片的容量以位為單位）N*M位的存儲(chǔ)芯片如果M小于主存的數(shù)據(jù)總線寬度時(shí)，

則需要位擴(kuò)展；在位數(shù)滿足要求的情況下，如果N小于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主存容量，則進(jìn)行字?jǐn)U展存儲(chǔ)模塊結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)芯片互連問(wèn)題：現(xiàn)需要構(gòu)建8位數(shù)據(jù)總線，容量為64KB的存儲(chǔ)器，分別用如下三種存儲(chǔ)芯片：64K×1bit、8K×8bit、16K×4bit組成，如何實(shí)現(xiàn)？地址線條數(shù)與尋址范圍地址線數(shù)尋址能力尋址范圍二進(jìn)制表示120~10，1240~300,01，10，11380~7000,001,010,011,100,101,110,111101K0~210-100,0000,0000~11,1111,1111201M0~220-10000,0000,0000,0000,0000~1111,1111,1111,1111,1111301G0~230-1324G0~232-1存儲(chǔ)芯片擴(kuò)展

（構(gòu)建8位數(shù)據(jù)總線，容量為64KB的存儲(chǔ)器）⑧64K*1I/O⑦64K*1I/O⑥64K*1I/O⑤64K*1I/O④64K*1I/O③64K*1I/O②64K*1I/O①64K*1I/OA0~A15R/WCSD0D7…等效為64K*8A0~A15D0~D7R/WCS用64K×1bit的芯片擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)64KB存儲(chǔ)器

進(jìn)行位擴(kuò)展時(shí)，模塊中所有芯片的地址線和控制線互連形成整個(gè)模塊的地址線和控制線，而各芯片的數(shù)據(jù)線并列（位線擴(kuò)展）形成整個(gè)模塊的數(shù)據(jù)線（8bit寬度）。

22/42存儲(chǔ)芯片的字?jǐn)U展用8K×8bit的芯片擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)64KB存儲(chǔ)器64K*8A0~A15D0~D7R/WCS等效為A0~A12R/WD0~D7⑧64K*1D0~7⑦64K*1D0~7⑥64K*1D0~7⑤64K*1D0~7④64K*1D0~7③64K*1D0~7②64K*1D0~7CS1①8K*8D0~7CS3-8譯碼器Y0Y1Y7………A13

A14

A15

進(jìn)行字?jǐn)U展時(shí)，模塊中所有芯片的地址線、控制線和數(shù)據(jù)線互連形成整個(gè)模塊的低位地址線、控制線和數(shù)據(jù)線

，CPU的高位地址線（擴(kuò)展的字線）被用來(lái)譯碼以形成對(duì)各個(gè)芯片的選擇線——片選線。

23/42存儲(chǔ)芯片的字、位同時(shí)擴(kuò)展用16K×4bit的芯片擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)64KB存儲(chǔ)器16K*416K*4A0~A13R/WD0~D3D4~D72－4譯碼器A15A14CS64K*8A0~A15D0~D7R/WCS等效為16K*416K*416K*416K*416K*416K*4

首先對(duì)芯片分組進(jìn)行位擴(kuò)展

其次設(shè)計(jì)個(gè)芯片組的片選進(jìn)行字?jǐn)U展，以滿足容量要求；如果要求存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)總線寬度分別為16位、32位、64位，應(yīng)該怎么做？若要求擴(kuò)展64K容量的內(nèi)存，以下幾種選擇哪種最優(yōu)？

64K*1的芯片數(shù)量N＝(64K*8)/(64K*1)＝1*8片;8K*8的芯片數(shù)量N＝(64K*8)/(8K*8)＝8*1片；

16K*4的芯片數(shù)量N＝(64K*8)/(16K*4)＝4*2片；

從總線的負(fù)載和系統(tǒng)連接的復(fù)雜性來(lái)看，第一種選擇較好。并行

存儲(chǔ)器特殊存儲(chǔ)器組織方式4體交叉存儲(chǔ)器片選及字選譯碼有什么特點(diǎn)？在教材圖5-37（b）所示的低位多體交叉存儲(chǔ)器中，若處理器要訪問(wèn)的字地址為以下十進(jìn)制數(shù)值，試問(wèn)該存儲(chǔ)器比單體存儲(chǔ)器的平均訪問(wèn)速率提高多少(忽略初啟時(shí)的延時(shí))？(a)1，2，3，4，…，100(b)2，4，6，8，…，200(c)3，6，9，12，…，3002023/2/328/54（a）4個(gè)存儲(chǔ)體訪問(wèn)可以交叉進(jìn)行，訪問(wèn)速率可達(dá)到單體存儲(chǔ)器的4倍。（b）2個(gè)存儲(chǔ)體訪問(wèn)可以交叉進(jìn)行，訪問(wèn)速率可達(dá)到單體存儲(chǔ)器的2倍。（c）4個(gè)存儲(chǔ)體訪問(wèn)可以交叉進(jìn)行，訪問(wèn)速率可達(dá)到單體存儲(chǔ)器的4倍。雙端口存儲(chǔ)器（資源共享的實(shí)例）當(dāng)端口地址不同時(shí)，讀寫不會(huì)發(fā)生沖突；當(dāng)端口地址相同時(shí)，需要仲裁電路決定存取優(yōu)先級(jí)相聯(lián)(聯(lián)想)存儲(chǔ)器–內(nèi)容尋址5.4.3兩級(jí)物理地址譯碼方案讀/寫控制信號(hào)、數(shù)據(jù)寬度指示信號(hào)、傳送方式指示信號(hào)，等假設(shè)某系統(tǒng)地址總線寬度為20bit，現(xiàn)需要將0C0000H~0CFFFFH地址范圍劃分為8個(gè)同樣大小的地址空間，提供給總線上的8個(gè)模塊，試設(shè)計(jì)相應(yīng)的譯碼電路。模塊A19~A16A15A14A13A12~A0地址空間(范圍)①11000001111111111111~00000000000000C1FFFH~0C0000H②11000011111111111111~00000000000000C3FFFH~0C2000H③11000101111111111111~00000000000000C5FFFH~0C4000H④11000111111111111111~00000000000000C7FFFH~0C6000H⑤11001001111111111111~00000000000000C9FFFH~0C8000H⑥11001011111111111111~00000000000000CBFFFH~0CA000H⑦11001101111111111111~00000000000000CDFFFH~0CC000H⑧11001111111111111111~00000000000000CFFFFH~0CE000H全譯碼電路的實(shí)現(xiàn)線譯碼方式需較多選擇線，且同樣存在地址重疊，且模塊地址不連續(xù)。A19~A13A12~A0地址空間(范圍)①00000011111111111111~0000000000000？②00000101111111111111~0000000000000？③00001001111111111111~0000000000000？……⑦10000001111111111111~0000000000000？思考：試寫出各芯片占用的地址空間。*三種譯碼方式的比較全譯碼

系統(tǒng)所有地址線全部都應(yīng)該參與譯碼：低段地址線應(yīng)直接接在存儲(chǔ)芯片上，尋址模塊內(nèi)單元中段地址線譯碼后產(chǎn)生存儲(chǔ)芯片的片選信號(hào)以區(qū)分不同模塊高段地址線可用作譯碼芯片的使能控制部分譯碼

高段地址信號(hào)不參與譯碼，會(huì)造成地址空間的重疊及不連續(xù)線譯碼

電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但系統(tǒng)必須保證參與片選的地址線不能同時(shí)為有效電平同部分譯碼法一樣，因?yàn)橛械刂沸盘?hào)不參與譯碼，也存在地址重疊及不連續(xù)的問(wèn)題74LS1383-8譯碼器218HAY0BY1CY2G1Y3Y4G2AY5Y6G2BY700010&A3A4A5+5VA6A7A8A9AENIORIOW&端口譯碼電路練習(xí):分析圖中74LS138各輸出端的譯碼

地址范圍。2023/2/336/54設(shè)計(jì)一個(gè)地址譯碼電路，要求模塊內(nèi)占用地址數(shù)為4,該模塊地址在1000H~13DFH范圍內(nèi)可選,A15~A10A9~A2A1~A0模塊地址空間0001,0000,0000,0011~001000H~1003H00,0000,011004H~1007H…………11,1101,1113DCH~13DFH37/42*內(nèi)存儲(chǔ)器與并行總線的接口另外，可能還需要考慮微處理器的時(shí)序匹配問(wèn)題。地址譯碼RD/WR片選控制IO//M一、數(shù)據(jù)線：如果考慮總線負(fù)載問(wèn)題，可加接數(shù)據(jù)收發(fā)器。二、讀寫控制線：考慮有效電平。字選：系統(tǒng)地址總線中的低位地址線直接與各存儲(chǔ)芯片的地址線連接。 所需低位地址線的數(shù)目N與存儲(chǔ)芯片容量L的關(guān)系：L＝2N。片選：系統(tǒng)地址總線中余下的高位地址線經(jīng)譯碼后用做不同存儲(chǔ)芯片 的片選。通常IO//M信號(hào)也參與片選譯碼。三、地址線：字選＋片選。通常都由多片存儲(chǔ)芯片構(gòu)成38/422023/2/338/54總線隔離技術(shù)2023/2/339/32總線上數(shù)據(jù)與地址線分離時(shí)的時(shí)序示例DB0～n地址輸出數(shù)據(jù)有效數(shù)據(jù)采樣R/WAB0～N

DB0～n

AB0～NA0～NCSR/WR/W存儲(chǔ)器總線D0～n2023/2/340/54總線上數(shù)據(jù)與地址線復(fù)用時(shí)的時(shí)序示例ALE地址鎖存地址鎖存地址輸出數(shù)據(jù)有效地址輸出數(shù)據(jù)有效AD0～n數(shù)據(jù)采樣數(shù)據(jù)采樣R/W總線

AD0～n

ALER/WD0～nA0～nR/W存儲(chǔ)器Di

QiG地址鎖存器2023/2/341/54價(jià)格、存儲(chǔ)容量、存取速度5.3存儲(chǔ)器分層結(jié)構(gòu)（P40-P41,P156）一.設(shè)計(jì)目標(biāo)整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)速度接近M1而價(jià)格和容量接近Mn二.操作策略映像規(guī)則：用于確定一個(gè)新的塊（頁(yè)）被調(diào)入本級(jí)存儲(chǔ)器時(shí)應(yīng)放在什么位置上。查找規(guī)則：用于確定需要的塊（頁(yè)）是否存在本級(jí)存儲(chǔ)器中以及如何查找。替換規(guī)則：用于確定本級(jí)存儲(chǔ)器不命中且已滿時(shí)應(yīng)替換哪一塊（頁(yè)）。寫規(guī)則：用于確定寫數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)進(jìn)行的操作。*虛擬內(nèi)存虛擬內(nèi)存的需求背景

一個(gè)程序要被執(zhí)行，需要將它全部放入內(nèi)存中，cpu才能訪問(wèn)，如果程序容量大于物理內(nèi)存容量則不能執(zhí)行方法使用輔助存儲(chǔ)器(容量大)作為虛擬內(nèi)存，達(dá)到增大物理內(nèi)存容量技術(shù)支持硬件支持：由MMU自動(dòng)完成活動(dòng)程序段的調(diào)度操作系統(tǒng)支持：程序段調(diào)度并更新地址映射表具體應(yīng)用實(shí)例Windows：pagefile.sysLinux：swap分區(qū)MMU：MemoryManagementUnit虛擬內(nèi)存運(yùn)行原理及過(guò)程圖示操作系統(tǒng)VC6.0Word迅雷操作系統(tǒng)VC6.0WordQQ無(wú)虛擬內(nèi)存存儲(chǔ)系統(tǒng)(不能運(yùn)行QQ,需要關(guān)閉一部分程序才能運(yùn)行)迅雷計(jì)算機(jī)有虛擬內(nèi)存存儲(chǔ)技術(shù)，可以運(yùn)行QQ

，需要把不活動(dòng)程序迅雷置換到虛擬存儲(chǔ)器物理

內(nèi)存存儲(chǔ)器輔助

存儲(chǔ)器操作系統(tǒng)VC6.0Word迅雷QQ計(jì)算機(jī)有虛擬內(nèi)存存儲(chǔ)技術(shù)，如果迅雷成為活動(dòng)程序，則把不活動(dòng)程序QQ置換到虛擬存儲(chǔ)器虛擬存儲(chǔ)器內(nèi)存層次結(jié)構(gòu)中的MMU為了增加計(jì)算機(jī)的性能，最好不要運(yùn)行太多的程序，以減少信息在物理內(nèi)存和輔助存儲(chǔ)器之間的頻繁置換幾個(gè)概念有效地址:有效地址表示程序中變量操作數(shù)所在單元到段首距離即邏輯地址的偏移地址邏輯地址:在有地址變換功能的計(jì)算機(jī)中,訪內(nèi)指令給出的地址(操作數(shù))叫邏輯地址。要經(jīng)過(guò)尋址方式的計(jì)算或變換才得到內(nèi)存儲(chǔ)器中的物理地址

虛擬地址:虛擬地址空間中的地址，程序中使用的都是虛擬地址。物理地址:（PhysicalAddress）也叫實(shí)際地址或絕對(duì)地址，是出現(xiàn)在CPU外部地址總線上的尋址物理內(nèi)存的地址信號(hào)，是地址變換的最終結(jié)果。用于內(nèi)存芯片級(jí)的單元尋址，與處理器和CPU連接的地址總線相對(duì)應(yīng)。存儲(chǔ)器的地址映射地址映射也叫地址重定位，指將用戶程序中的邏輯地址(虛擬地址)，通過(guò)MMU轉(zhuǎn)換為用戶程序運(yùn)行時(shí)CPU可直接尋址的物理地址。虛擬地址

物理地址程序空間、邏輯地址空間實(shí)存空間、硬件地址空間———————>MMU(32位機(jī))地址映射表4G大小256M大小分頁(yè)映射存儲(chǔ)器地址映射分頁(yè)技術(shù)假設(shè)虛擬地址為32位，物理內(nèi)存為15位，頁(yè)大小為4KB分頁(yè)技術(shù)地址轉(zhuǎn)換過(guò)程虛擬頁(yè)號(hào)為20位，頁(yè)內(nèi)偏移量12位（虛擬地址為32位，頁(yè)大小為4KB）頁(yè)幀號(hào)為3位，頁(yè)內(nèi)偏移量12位（物理地址為15位，頁(yè)大小為4KB）虛擬地址對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)不在物理內(nèi)存中？6存儲(chǔ)器地址映射分段技術(shù)段寄存器：代碼段數(shù)據(jù)段堆棧段附加段分頁(yè)與分段技術(shù)的比較分頁(yè)技術(shù)頁(yè)是信息的物理單位，與源程序的邏輯結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)頁(yè)長(zhǎng)由系統(tǒng)確定，大小固定，用戶不可見(jiàn)頁(yè)面只能以頁(yè)大小的整倍數(shù)地址開(kāi)始分段技術(shù)段是信息的邏輯單位,由源程序的邏輯結(jié)構(gòu)所決定段長(zhǎng)由用戶確定（用戶可見(jiàn)），大小不固定段可以從任意地址開(kāi)始，段內(nèi)連續(xù)編址，段間不一定連續(xù)寄存器＋Cache＋主存＋輔存CPU內(nèi)部高速電子線路(如觸發(fā)器)一級(jí)：在CPU內(nèi)部二級(jí)：在CPU外部一般為靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器SRAM。一般為動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器DRAM

，也稱為短期存儲(chǔ)器包括磁盤（中期存儲(chǔ)器）、磁帶、光盤（長(zhǎng)期存儲(chǔ)）等其中：Cache存儲(chǔ)器系統(tǒng)（cache-主存結(jié)構(gòu)）解決低成本與高速度的矛盾；虛擬存儲(chǔ)器系統(tǒng)（主存-輔存結(jié)構(gòu)）利用虛擬存儲(chǔ)器解決低成本與大容量的矛盾；5.3.3現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的多層次存儲(chǔ)體系現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中的4級(jí)存儲(chǔ)器體系結(jié)構(gòu)*輔助存儲(chǔ)器：存放不活動(dòng)的程序和數(shù)據(jù)主存儲(chǔ)器：存放運(yùn)行中的程序和數(shù)據(jù)cache:存儲(chǔ)CPU最近訪問(wèn)的指令和操作數(shù)CPU寄存器：正在執(zhí)行的指令和數(shù)據(jù)寄存器組特點(diǎn)：讀寫速度快但數(shù)量較少；其數(shù)量、長(zhǎng)度以及使用方法會(huì)影響指令集的設(shè)計(jì)。組成：一組彼此獨(dú)立的Reg，或小規(guī)模半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。RISC：設(shè)置較多Reg，并依靠編譯器來(lái)使其使用最大化。Cache(Cache和流水線技術(shù)是RISC成功的技術(shù)支柱)高速小容量(幾十千到幾兆字節(jié))；完全由硬件實(shí)現(xiàn)控制，對(duì)程序員完全透明；可分為指令cache和數(shù)據(jù)cache主（內(nèi)）存編址方式：字節(jié)編址信息存放方式：大/小端系統(tǒng)、對(duì)齊方式輔（外）存1）、主要用作數(shù)據(jù)信息（以文件(file)的形式）存放，按塊為單位進(jìn)行存取。2）、也可以實(shí)現(xiàn)虛擬存儲(chǔ)器55/42cache相關(guān)概念1.訪問(wèn)局部性訪問(wèn)的引用局部性：是CPU會(huì)訪問(wèn)當(dāng)前訪問(wèn)附近的數(shù)據(jù)和指令訪問(wèn)的時(shí)間局部性：訪問(wèn)一個(gè)元素之后，很可能在不久的將來(lái)再次訪問(wèn)該數(shù)據(jù)2.命中率：利用CPU產(chǎn)生的有效地址可直接在存儲(chǔ)體系的高層訪問(wèn)到所需信息的概率,是衡量