XIN第04章主存儲(chǔ)器與存儲(chǔ)系統(tǒng)42

1第4章主存儲(chǔ)器與存儲(chǔ)系統(tǒng)4.1存儲(chǔ)器基本概念4.2半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)和原理4.3高速存儲(chǔ)器4.4Cache存儲(chǔ)器4.5虛擬存儲(chǔ)器本章主要內(nèi)容（2）教學(xué)目的與要求掌握存儲(chǔ)器與CPU的連接方法重點(diǎn)掌握存儲(chǔ)器擴(kuò)展方法：

位擴(kuò)展、字?jǐn)U展、字位擴(kuò)展理解高速存儲(chǔ)器的實(shí)現(xiàn)原理234.2.3存儲(chǔ)器與CPU的連接計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，存儲(chǔ)器芯片與CPU之間的連接，實(shí)質(zhì)上就是其與數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線三種系統(tǒng)總線的連接。讀/寫Readynk地址總線數(shù)據(jù)總線控制總線CPUARDR主存儲(chǔ)器CPU訪問主存44.2.3存儲(chǔ)器與CPU的連接在構(gòu)成存儲(chǔ)系統(tǒng)時(shí)，由于存儲(chǔ)芯片的容量有限，單個(gè)芯片往往不能滿足存儲(chǔ)器位數(shù)(數(shù)據(jù)線的位數(shù))或字?jǐn)?shù)(存儲(chǔ)單元的個(gè)數(shù))的要求，需要用多個(gè)存儲(chǔ)芯片進(jìn)行組合。這種組合稱為存儲(chǔ)器的擴(kuò)展：位擴(kuò)展字?jǐn)U展字位擴(kuò)展51．存儲(chǔ)器的位擴(kuò)展位擴(kuò)展是指存儲(chǔ)器的字長小于應(yīng)用系統(tǒng)的存儲(chǔ)要求。這是一種將存儲(chǔ)器芯片并聯(lián)使用的方法。方法：在給定的芯片中選擇合適的芯片，確定它們的使用數(shù)量；將芯片的地址線、讀寫控制線與CPU的對應(yīng)信號(hào)線連接；將數(shù)據(jù)線拼接成要求的數(shù)據(jù)寬度，并將芯片的片選信號(hào)并聯(lián)連接。6位擴(kuò)展舉例用Intel2114(1K×4bit)SRAM芯片擴(kuò)展成為1K×8bit容量的存儲(chǔ)器。根據(jù)擴(kuò)展要求需要選用2片2114。72．存儲(chǔ)器的字?jǐn)U展如果單個(gè)芯片不能滿足容量的要求，需要采用多片存儲(chǔ)器進(jìn)行字?jǐn)?shù)擴(kuò)充，即字?jǐn)U展。字?jǐn)U展的一般方法是：在給定的芯片中選擇合適的芯片，并確定使用數(shù)量；將芯片的地址線、讀寫控制線、數(shù)據(jù)線與CPU對應(yīng)信號(hào)線連接；由剩余的CPU高位地址形成片選信號(hào)，接至各芯片的片選端。8片選信號(hào)的產(chǎn)生方法線選法部分譯碼法全譯碼法其中部分譯碼法和全譯碼法又可統(tǒng)稱為譯碼法。需要注意，片選信號(hào)產(chǎn)生方法不同，存儲(chǔ)器連接和空間地址也不同。9字?jǐn)U展舉例某CPU的尋址空間為64K，即有16根地址線?，F(xiàn)要求采用Intel2716(2K×8bit)擴(kuò)展為8K×8bit存儲(chǔ)器。不同的片選方式對CPU剩余的5根地址線的處理是不同的。10(1)線選法線選法是指利用地址總線的剩余高位地址線直接作為存儲(chǔ)器芯片的片選信號(hào)，低位地址線和存儲(chǔ)器地址線相連。用低位地址線對每片內(nèi)的存儲(chǔ)單元進(jìn)行尋址，所需地址線由每片的單元數(shù)確定。11線選法擴(kuò)展存儲(chǔ)器容量12線選法地址范圍芯片A15A14A13A12A11A10….A0地址范圍#1×11100….0×11101….17000H~77FFH#2×11010….0×11011….16800H~6FFFH#3×10110….0×10111….15800H~5FFFH#4×01110….0×01111….13800H~3FFFH13(2)譯碼法譯碼法仍采用低位地址線對每片內(nèi)的存儲(chǔ)單元進(jìn)行尋址，高位地址線經(jīng)過譯碼器譯碼后作為各芯片的片選信號(hào)。14(2)譯碼法全譯碼法將所有剩余的高位地址線作為譯碼器的輸入，譯碼輸出產(chǎn)生片選信號(hào)。部分譯碼只將其中一部分剩余的高位地址線作為譯碼器的輸入，譯碼輸出產(chǎn)生片選信號(hào)。15部分譯碼的連接方案16部分譯碼法地址范圍芯片A15A14A13A12A11A10….A0地址范圍#1×××000….0×××001….10000H~07FFH#2×××010….0×××011….10800H~0FFFH#3×××100….0×××101….11000H~17FFH#4×××110….0×××111….11800H~1FFFH173．字位擴(kuò)展字位擴(kuò)展是指存儲(chǔ)器芯片的字長和容量都不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的存儲(chǔ)要求。擴(kuò)展方法：選擇芯片先進(jìn)行位擴(kuò)展，擴(kuò)展成“組”，使得“組”的字長達(dá)到要求的字長；再用“組”進(jìn)行字?jǐn)U展，按照字?jǐn)U展的方法將字?jǐn)?shù)增加到目標(biāo)數(shù)量。18全譯碼法擴(kuò)展存儲(chǔ)器字長和容量19全譯碼法地址范圍芯片A19A18A17A16A15A14….A0地址范圍組1

000000….0000001….10000H~7FFFH組2000010….0000011….18000H~FFFFH204.3 高速存儲(chǔ)器4.3.1 雙端口存儲(chǔ)器雙端口存儲(chǔ)器采用并行獨(dú)立操作，是一種高速存儲(chǔ)器，最大特點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)共享。存儲(chǔ)器具有兩組相互獨(dú)立的數(shù)據(jù)線、地址線和讀寫控制線電路，稱為左端口和右端口。在不附加其它控制電路的情況下，各自端口可對片內(nèi)任意單元進(jìn)行互不干擾的讀操作和寫操作。21雙端口存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)22芯片的讀寫控制無沖突讀寫控制有沖突讀寫控制仲裁法地址仲裁法234.3.2多體交叉存儲(chǔ)器多體交叉存儲(chǔ)器由多個(gè)存儲(chǔ)體組成，每個(gè)存儲(chǔ)體都有自己獨(dú)立的地址寄存器、數(shù)據(jù)寄存器和讀寫控制電路，稱為“存儲(chǔ)模塊”。存儲(chǔ)模塊獨(dú)立編址地并行工作，可在一個(gè)工作周期(或略長)讀出多個(gè)主存字，從而提高了數(shù)據(jù)帶寬。24多體交叉存儲(chǔ)器251．高位交叉存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器的地址由n位構(gòu)成，高位交叉存儲(chǔ)器將地址的高位段(假設(shè)n-m位)分別指向不同的存儲(chǔ)體，低位地址(m位)用于選擇一個(gè)存儲(chǔ)體中的不同存儲(chǔ)單元。261．高位交叉存儲(chǔ)器高位交叉存儲(chǔ)器中，相鄰地址的存儲(chǔ)單元分布在相同的存儲(chǔ)體中，從而當(dāng)訪問兩個(gè)相鄰或相近的存儲(chǔ)單元時(shí)，由于這兩個(gè)存儲(chǔ)單元在同一個(gè)存儲(chǔ)體中，因此不能并行工作。高位交叉存儲(chǔ)器一般適用于共享存儲(chǔ)器的多機(jī)系統(tǒng)。272．低位交叉存儲(chǔ)器低位交叉方式與高位交叉方式相反，它將地址的低位段分別指向不同的存儲(chǔ)體，高位地址段用于選擇一個(gè)存儲(chǔ)體中的不同存儲(chǔ)單元。282．低位交叉存儲(chǔ)器低位交叉存儲(chǔ)器中，相鄰地址的存儲(chǔ)單元分布在不同的存儲(chǔ)體。當(dāng)訪問地址相鄰的數(shù)據(jù)，如數(shù)組等時(shí)，可實(shí)現(xiàn)并行操作。該方法通常適用于單處理器的高速數(shù)據(jù)存取、Cache等。29模4交叉編址存儲(chǔ)體地址編址序列對應(yīng)二進(jìn)制地址最低位M00，4，8，12，…00M11，5，9，13，…01M22，6，10，14，…10M33，7，11，15，…1130模4存儲(chǔ)體分時(shí)工作時(shí)序?qū)γ總€(gè)存儲(chǔ)體而言，連續(xù)兩次存取時(shí)間間隔仍為單個(gè)存儲(chǔ)體的存取周期。314.3.3相聯(lián)存儲(chǔ)器相聯(lián)存儲(chǔ)器(AssociativeMemory)是一種不根據(jù)地址，而根據(jù)存儲(chǔ)內(nèi)容進(jìn)行存取的存儲(chǔ)器。數(shù)據(jù)寫入按順序進(jìn)行，不需要地址。數(shù)據(jù)讀出時(shí)，要求CPU給出一個(gè)關(guān)鍵字，用它與存儲(chǔ)器中的所有內(nèi)容或部分內(nèi)容進(jìn)行比較，若有內(nèi)容相等，則讀出此單元數(shù)據(jù)。32相聯(lián)存儲(chǔ)器組成存儲(chǔ)體：高速半導(dǎo)體存儲(chǔ)器構(gòu)成。檢索寄存器CR：用來存放檢索字，位數(shù)與相聯(lián)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元位數(shù)相同。屏蔽寄存器MR：用來存放屏蔽碼，位數(shù)與檢索寄存器位數(shù)相同。當(dāng)要求按照檢索字的部分內(nèi)容檢索時(shí)，則將MR中需要比較的對應(yīng)位設(shè)置成“1”，不需要比較的位設(shè)置為“0”。這里，置“1”的字段稱為關(guān)鍵字段。33相聯(lián)存儲(chǔ)器組成查找結(jié)果寄存器SRR：當(dāng)按檢索項(xiàng)內(nèi)容檢索存儲(chǔ)體時(shí)，SRR用來存放符合檢索要求的單元地址，其位數(shù)等于相聯(lián)存儲(chǔ)器的字長，每一位對應(yīng)一個(gè)存儲(chǔ)單元，位的序數(shù)即為相聯(lián)存儲(chǔ)器的單元地址。比較時(shí)，若比較結(jié)果第i個(gè)字