1、第第五五章章 存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器系系統(tǒng)統(tǒng)5.1 存儲(chǔ)器件的分類存儲(chǔ)器件的分類（掌握）（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)半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片的基本結(jié)構(gòu)與性能指標(biāo)（掌握）（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)存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)（掌握）（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)主存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)技術(shù)（掌握）（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）存儲(chǔ)介質(zhì)分類（價(jià)格、容量、速度

2、）雙極型雙極型TTL： MOS型型掩膜掩膜ROM 一次性可編程一次性可編程PROM紫外線可擦除紫外線可擦除EPROM 電可擦除電可擦除E2PROM 快閃存儲(chǔ)器快閃存儲(chǔ)器FLASH易失性易失性 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器RAM非易失非易失性存儲(chǔ)性存儲(chǔ)器器NVM靜態(tài)靜態(tài)SRAM：動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)DRAM：存取速度快，但集成度低，一般用存取速度快，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，一速度較快，集成度較低，一般用于對速度要求高、而容般用于對速度要求高、而容量不大的場合（量不大的場合（Cache）。）。集成度較高但存取速度較低，集成度較高但存取速度較低，一般用

3、于需較大容量的場合一般用于需較大容量的場合(主存主存): DDR, DR, CDRAM。半導(dǎo)體半導(dǎo)體存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器磁介質(zhì)存儲(chǔ)器磁介質(zhì)存儲(chǔ)器 磁帶磁帶、軟磁盤、硬磁盤（軟磁盤、硬磁盤（ DA、RAID）光介質(zhì)存儲(chǔ)器光介質(zhì)存儲(chǔ)器 只讀型、一次寫入型、多次寫入型只讀型、一次寫入型、多次寫入型 一一. 數(shù)據(jù)傳送方式數(shù)據(jù)傳送方式1.并行存儲(chǔ)器并行存儲(chǔ)器 (Parallel Memory)2.串行存儲(chǔ)器串行存儲(chǔ)器 (Serial Memory)：適用于便攜式設(shè)備：適用于便攜式設(shè)備二二. 數(shù)據(jù)存取數(shù)據(jù)存取(讀寫讀寫)順序順序 1.隨機(jī)存取（直接存?。╇S機(jī)存取（直接存?。? cache和內(nèi)存和內(nèi)存可按地址隨機(jī)訪

4、問；可按地址隨機(jī)訪問；訪問時(shí)間與地址無關(guān)；訪問時(shí)間與地址無關(guān)；2.順序存取順序存取 - 磁帶磁帶先進(jìn)先出先進(jìn)先出(FIFO)的存儲(chǔ)原則的存儲(chǔ)原則隊(duì)列隊(duì)列(小容量順序存儲(chǔ)器，用于緩沖數(shù)據(jù)）小容量順序存儲(chǔ)器，用于緩沖數(shù)據(jù)）3.堆棧存儲(chǔ)堆棧存儲(chǔ)先進(jìn)后出先進(jìn)后出(FILO)/(FILO)/后進(jìn)先出后進(jìn)先出(LIFO)(LIFO)；向下生成和向上生成；向下生成和向上生成； 堆?；刂芳拇嫫鞫褩；刂芳拇嫫鱏SSS、堆棧指針、堆棧指針SPSP；5.1.2 讀寫策略分讀寫策略分類類3/42堆棧簡介堆棧簡介(P35、P139、P263）l堆棧的訪問方式是堆棧的訪問方式是“后進(jìn)先出后進(jìn)先出”l實(shí)現(xiàn)方法是在實(shí)現(xiàn)方

5、法是在內(nèi)存中開辟一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)存中開辟一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域，數(shù)據(jù)按順序存入（，數(shù)據(jù)按順序存入（“push”）這個(gè)區(qū)）這個(gè)區(qū)域之中。數(shù)據(jù)存入過程叫做域之中。數(shù)據(jù)存入過程叫做“壓棧壓?！?，堆棧指示器堆棧指示器SP指向最后壓入堆棧的數(shù)據(jù)指向最后壓入堆棧的數(shù)據(jù)所在的數(shù)據(jù)單元。在壓棧的過程中，每所在的數(shù)據(jù)單元。在壓棧的過程中，每壓入一個(gè)數(shù)據(jù)，就放在和前一個(gè)單元相壓入一個(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，堆棧指示器中的連的后面一個(gè)單元中，堆棧指示器中的地址自動(dòng)加地址自動(dòng)加N（N為數(shù)據(jù)單元長度）。讀為數(shù)據(jù)單元長度）。讀取這些數(shù)據(jù)時(shí)，按照取這些數(shù)據(jù)時(shí)，按照SP中的地址讀取數(shù)中的地址讀取數(shù)據(jù)，然后堆棧指示器

6、中的地址數(shù)自動(dòng)減據(jù)，然后堆棧指示器中的地址數(shù)自動(dòng)減 N。這個(gè)過程叫做。這個(gè)過程叫做“彈出彈出pop”。如此就。如此就實(shí)現(xiàn)了后進(jìn)先出的原則。實(shí)現(xiàn)了后進(jìn)先出的原則。 l函數(shù)的調(diào)用函數(shù)的調(diào)用在計(jì)算機(jī)中是用堆棧實(shí)現(xiàn)的在計(jì)算機(jī)中是用堆棧實(shí)現(xiàn)的1號(hào)球號(hào)球2號(hào)球號(hào)球3號(hào)球號(hào)球4號(hào)球號(hào)球5號(hào)球號(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；堆棧的生成方式堆棧的生成方式2022-5-25/545.2 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的基本結(jié)構(gòu)和性能指標(biāo)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的基本結(jié)構(gòu)和性能指標(biāo)l馮馮.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,磁盤和磁盤和光盤屬于輸入輸出設(shè)備光盤屬于

7、輸入輸出設(shè)備lRAM常用于動(dòng)態(tài)改變的數(shù)據(jù)或動(dòng)態(tài)加載的程序常用于動(dòng)態(tài)改變的數(shù)據(jù)或動(dòng)態(tài)加載的程序,ROM常用常用于存儲(chǔ)程序代碼于存儲(chǔ)程序代碼(微碼微碼CPU), RAM和和ROM都是隨機(jī)訪問都是隨機(jī)訪問lRAM芯片內(nèi)部包括存儲(chǔ)矩陣芯片內(nèi)部包括存儲(chǔ)矩陣(存儲(chǔ)體存儲(chǔ)體)和片內(nèi)讀寫控制電路和片內(nèi)讀寫控制電路1.存儲(chǔ)矩陣由多個(gè)基本存儲(chǔ)單元組成存儲(chǔ)矩陣由多個(gè)基本存儲(chǔ)單元組成,每個(gè)基本單元用來存儲(chǔ)每個(gè)基本單元用來存儲(chǔ)1位的二位的二進(jìn)制信息進(jìn)制信息, 一般排列為矩陣方式一般排列為矩陣方式,其大小即容量其大小即容量2.片內(nèi)控制電路包括片內(nèi)地址譯碼片內(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)數(shù)據(jù)緩沖器, 片內(nèi)

8、存儲(chǔ)邏輯控片內(nèi)存儲(chǔ)邏輯控制制(存儲(chǔ)器訪問方法存儲(chǔ)器訪問方法)3.SRAM完全由晶體管實(shí)現(xiàn)完全由晶體管實(shí)現(xiàn), 其基本存儲(chǔ)單元是雙穩(wěn)態(tài)電路其基本存儲(chǔ)單元是雙穩(wěn)態(tài)電路,存儲(chǔ)的信存儲(chǔ)的信息由雙穩(wěn)態(tài)電路的邏輯狀態(tài)表征息由雙穩(wěn)態(tài)電路的邏輯狀態(tài)表征4.DRAM使用晶體管和電容實(shí)現(xiàn)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存儲(chǔ)的信息由電容上的電位表征, 電電量大于量大于50%表示表示”1”, 小于小于50%表示表示”0”5.2.1 靜態(tài)靜態(tài)RAM的六管基本存儲(chǔ)單元的六管基本存儲(chǔ)單元集成度低，但速度快，價(jià)格高，集成度低，但速度快，價(jià)格高，常用做常用做Cache。1.T1和和T2組成一個(gè)雙穩(wěn)態(tài)組成一個(gè)雙

9、穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，用于保存數(shù)據(jù)。觸發(fā)器，用于保存數(shù)據(jù)。T3和和T4為負(fù)載管。為負(fù)載管。2.如如A點(diǎn)為數(shù)據(jù)點(diǎn)為數(shù)據(jù)D，則，則B點(diǎn)點(diǎn)為數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)/D。T1T2ABT3T4+5VT5T63.行選擇線有效（高電行選擇線有效（高電 平）平）時(shí)，時(shí)，A 、B處的數(shù)據(jù)信處的數(shù)據(jù)信息通過門控管息通過門控管T5和和T6送送至至C、D點(diǎn)。點(diǎn)。行選擇線行選擇線CD列選擇線列選擇線T7T8I/OI/O4.列選擇線有效（高電列選擇線有效（高電 平）平）時(shí)，時(shí)，C 、D處的數(shù)據(jù)信處的數(shù)據(jù)信息通過門控管息通過門控管T7和和T8送送至芯片的數(shù)據(jù)引腳至芯片的數(shù)據(jù)引腳I/O。2022-5-27/54動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)RAM的單管基本存儲(chǔ)單元的單

10、管基本存儲(chǔ)單元集成度高，但速度較慢，價(jià)集成度高，但速度較慢，價(jià)格低，一般用作主存。格低，一般用作主存。行選擇線行選擇線T1B存儲(chǔ)存儲(chǔ)電容電容CA列選列選擇線擇線T2I/O1. 電容上存有較多電荷時(shí)，表示電容上存有較多電荷時(shí)，表示存儲(chǔ)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)A為邏輯為邏輯1；2. 行選擇線有效時(shí)，數(shù)據(jù)通過行選擇線有效時(shí)，數(shù)據(jù)通過T1送至送至B處；處；3. 列選擇線有效時(shí)，數(shù)據(jù)通過列選擇線有效時(shí)，數(shù)據(jù)通過T2送至芯片的數(shù)據(jù)引腳送至芯片的數(shù)據(jù)引腳I/O；4. 為防止存儲(chǔ)電容為防止存儲(chǔ)電容C放電導(dǎo)致數(shù)放電導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，必須定時(shí)進(jìn)行刷新；據(jù)丟失，必須定時(shí)進(jìn)行刷新；5. 動(dòng)態(tài)刷新時(shí)行選擇線有效，而動(dòng)態(tài)刷新時(shí)行選擇線有

11、效，而列選擇線無效。（刷新是逐行列選擇線無效。（刷新是逐行進(jìn)行的。）進(jìn)行的。）刷新放大器刷新放大器2022-5-28/54讀讀 寫寫 控控 制制 邏邏 輯輯R/WCE數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)緩緩沖沖 器器（三（三 態(tài)態(tài) 雙雙 向）向）d0d1dN-1D0D1DN-1單譯碼單譯碼RAM芯片芯片的組成與結(jié)構(gòu)的組成與結(jié)構(gòu)1.該該RAM芯片外部共有地址線芯片外部共有地址線m 根，數(shù)據(jù)線根，數(shù)據(jù)線 N 根；根；2.該類芯片內(nèi)部采用該類芯片內(nèi)部采用單譯碼（字譯碼）單譯碼（字譯碼）方式，基本存儲(chǔ)單元排列成方式，基本存儲(chǔ)單元排列成M*N的的長方矩陣，且有長方矩陣，且有M=2m的關(guān)系成立；的關(guān)系成立；字線字線0字線字線M-10

12、,00,N-1M-1,0M-1,N-1地地址址譯譯碼碼器器a0a1aM-1A0A1Am-1地地址址寄寄存存器器D0DN-1位位線線0位位線線N-1存儲(chǔ)芯片容量標(biāo)為存儲(chǔ)芯片容量標(biāo)為“M*N”（bit）D0DN-1地址線地址線數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線控制線控制線2022-5-29/54雙譯碼雙譯碼RAM芯片的組成與結(jié)構(gòu)芯片的組成與結(jié)構(gòu)1.該該RAM芯片外部共有地址線芯片外部共有地址線 2n 根，數(shù)據(jù)線根，數(shù)據(jù)線 1 根；根；2.該類芯片內(nèi)部一般采用該類芯片內(nèi)部一般采用雙譯碼（復(fù)合譯碼、重合選擇）雙譯碼（復(fù)合譯碼、重合選擇）方式，基本存儲(chǔ)單方式，基本存儲(chǔ)單元排列成元排列成N*N 的正方矩陣，且有的正方矩陣，且有

13、N =2n , M = N * N = 22n 的關(guān)系成立；的關(guān)系成立；0,00,N-1N-1,0N-1,N-1D0D0DN-1DN-1Y0YN-1Y 地地 址址 譯譯 碼碼 器器Y 地地 址址 寄寄 存存 器器AnAn+1A2n-1X地地址址譯譯碼碼器器X0X1XN-1A0A1An-1X地地址址寄寄存存器器DD數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)緩緩沖沖 器器（三（三 態(tài)態(tài) 雙雙 向）向）D0讀寫控制讀寫控制存儲(chǔ)芯片容量標(biāo)為存儲(chǔ)芯片容量標(biāo)為“M*1”（bit）數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線控制線控制線地址線地址線2022-5-210/54靜態(tài)靜態(tài)RAM芯片的引腳特性芯片的引腳特性 6264 VCC WE CE2 A8 A9 A11 OE

14、 A10 CE1 I/O7 I/O6 I/O5 I/O4 I/O3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 NC A12 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 I/O0 I/O1 I/O2 GND A0A12 I/O0I/O12 CE1 CE2 WE OE 地址線 雙向數(shù)據(jù)線 片選線1 片選線2 寫允許線 讀允許線 從三總線的角度看：從三總線的角度看：1. 地址線數(shù)目地址線數(shù)目A、數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)線數(shù)目線數(shù)目D與芯片容量與芯片容量（MN）直接相關(guān)：）直接相關(guān)：2A=MD=N2. 控

15、制信號(hào)應(yīng)包括：控制信號(hào)應(yīng)包括：片選信號(hào)和讀片選信號(hào)和讀/寫信號(hào)寫信號(hào)所以，所以，6264容量：容量： 21388K8=64Kbit可見可見6264為為RAM芯片芯片711/422022-5-211/54 產(chǎn)品出廠時(shí)存的全是產(chǎn)品出廠時(shí)存的全是1或或0，用戶可一次性寫入用戶可一次性寫入(將將熔絲將將熔絲燒斷燒斷)，即把某些位翻轉(zhuǎn)。但，即把某些位翻轉(zhuǎn)。但只能只能一次編程寫，多次讀取一次編程寫，多次讀取。 存儲(chǔ)單元多采用存儲(chǔ)單元多采用熔絲熔絲低熔點(diǎn)金屬或多晶硅。寫入低熔點(diǎn)金屬或多晶硅。寫入時(shí)設(shè)法在熔絲上通入較大的時(shí)設(shè)法在熔絲上通入較大的電流將熔絲燒斷。電流將熔絲燒斷。編程時(shí)編程時(shí)VCC和和字線電壓提高

16、字線電壓提高5.2.2 可編程只讀存儲(chǔ)器可編程只讀存儲(chǔ)器PROM2022-5-212 /54紫外線可擦除紫外線可擦除ROM (UVEPROM) 擦除：用紫外線或擦除：用紫外線或X射線射線擦除。需擦除。需2030分鐘。分鐘。 缺點(diǎn)：需要兩個(gè)缺點(diǎn)：需要兩個(gè)MOS管；管；編程電壓偏高；編程電壓偏高；P溝道管的溝道管的開關(guān)速度低。開關(guān)速度低。 浮柵上電荷可長期保存浮柵上電荷可長期保存在在125環(huán)境溫度下，環(huán)境溫度下，70%的電荷能保存的電荷能保存10年以上。年以上。2022-5-213/54寫入（寫寫入（寫0）擦除（寫擦除（寫1）讀出讀出 特點(diǎn)：擦除和寫入均利用隧道效應(yīng)。特點(diǎn)：擦除和寫入均利用隧道效應(yīng)

17、。 浮柵與漏區(qū)間的氧化物層極?。ǜ排c漏區(qū)間的氧化物層極?。?0納米以下），納米以下），稱為隧道區(qū)。當(dāng)隧道區(qū)電場大于稱為隧道區(qū)。當(dāng)隧道區(qū)電場大于107V/cm時(shí)隧道時(shí)隧道區(qū)雙向?qū)ā^(qū)雙向?qū)āｋ娍刹脸碾娍刹脸腞OM(EEPROM)2022-5-214/54快閃存儲(chǔ)器快閃存儲(chǔ)器(Flash Memory) （1）寫入利用雪崩注入法。）寫入利用雪崩注入法。源極接地；漏極接源極接地；漏極接6V；控制；控制柵柵12V脈沖，寬脈沖，寬10 s。 （2）擦除用隧道效應(yīng)。）擦除用隧道效應(yīng)。控制柵接地；源極接控制柵接地；源極接12V脈脈沖，寬為沖，寬為100ms。因?yàn)槠?。因?yàn)槠瑑?nèi)所有疊柵管的源極都連內(nèi)所

18、有疊柵管的源極都連在一起，所以一個(gè)脈沖就在一起，所以一個(gè)脈沖就可擦除全部單元?？刹脸繂卧?（3）讀出：源極接地，字線為）讀出：源極接地，字線為5V邏輯高電平。邏輯高電平。2022-5-215 /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)半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片的主要技術(shù)指標(biāo)l存儲(chǔ)容量：存儲(chǔ)容量：M M * * N(bitN(bit) )l存取速度存取速度l功耗功耗l可靠性可靠性 存儲(chǔ)器帶寬存儲(chǔ)器帶寬l工作電源電壓、工作溫度范圍、可編程存儲(chǔ)器工作電源電壓、工作溫度范圍、可編程存儲(chǔ)器的編程次數(shù)的編程次數(shù)、成本、成本注意存儲(chǔ)器的容量以注意存儲(chǔ)器的容量以

19、字節(jié)（字節(jié)（B B）為單位，為單位，而存儲(chǔ)芯片的容量以而存儲(chǔ)芯片的容量以位（位（b b）為單位。為單位。 1. 1. 存取時(shí)間存取時(shí)間 2. 2. 存取周期存取周期 3. 3. 數(shù)據(jù)傳輸速率數(shù)據(jù)傳輸速率可用可用平均故障間隔時(shí)間平均故障間隔時(shí)間來衡量來衡量以以mWmW/ /芯片芯片或或W/W/單元單元為單位為單位2022-5-216/54存儲(chǔ)容量單位存儲(chǔ)容量單位1 kilobyte KB = 1000 (103) Byte 1 megabyte MB = 1 000 000 (106) Byte 1 gigabyte GB = 1 000 000 000 (109) Byte 1 terabyt

20、e TB = 1 000 000 000 000 (1012) Byte 1 petabyte PB = 1 000 000 000 000 000 (1015) Byte1 exabyte EB = 1 000 000 000 000 000 000 (1018) Byte 1 zettabyte ZB = 1 000 000 000 000 000 000 000 (1021) Byte1 yottabyte YB = 1 000 000 000 000 000 000 000 000 (1024) Byte 1 nonabyte NB = 1 000 000 000 000 000 00

21、0 000 000 000 (1027) Byte1 doggabyte DB = 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 (1030) Byte 23.32=10210220230存儲(chǔ)器標(biāo)示容量和實(shí)際容量不一致問題存儲(chǔ)器標(biāo)示容量和實(shí)際容量不一致問題5.4 主存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)技術(shù)主存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)技術(shù)l 確定類型確定類型 根據(jù)不同應(yīng)用場合的特點(diǎn)確定采用何種類型的芯片，如考慮根據(jù)不同應(yīng)用場合的特點(diǎn)確定采用何種類型的芯片，如考慮選用選用SRAM還是還是DRAM，是否需要，是否需要E2PROM、FLASH等等；等等；l 確定具體型號(hào)及數(shù)量確定具體型號(hào)及數(shù)量根據(jù)容量、價(jià)

22、格、速度、功耗等要求確定芯片的具體型號(hào)和數(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，芯片的顯然，芯片的種類和數(shù)量種類和數(shù)量應(yīng)越少越好；在芯片數(shù)量相同應(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。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)內(nèi)（主）存儲(chǔ)器的基本結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)芯片存儲(chǔ)芯片存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)模塊主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器 進(jìn)行進(jìn)行位擴(kuò)展位擴(kuò)展 以實(shí)現(xiàn)按字節(jié)編以實(shí)現(xiàn)按字節(jié)編址的結(jié)構(gòu)址的結(jié)構(gòu) 進(jìn)行進(jìn)行字?jǐn)U展字?jǐn)U展 以滿足總?cè)萘恳詽M足總?cè)萘康囊蟮囊蟠鎯?chǔ)體、地址譯碼、存儲(chǔ)體、地址譯碼、數(shù)據(jù)緩沖和讀寫控制數(shù)據(jù)緩沖和讀寫控制 位擴(kuò)展位

23、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；：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；為地址擴(kuò)展；并行存儲(chǔ)器、多端口并行存儲(chǔ)器、多端口存儲(chǔ)器、相聯(lián)存儲(chǔ)器等存儲(chǔ)器、相聯(lián)存儲(chǔ)器等2022-5-219/541. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通常用多個(gè)存儲(chǔ)芯片按一定規(guī)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（主存容量以則互連擴(kuò)充為主存（主存容量以字節(jié)字節(jié)為單為單位，而存儲(chǔ)芯片的容量以位，而存儲(chǔ)芯片的容量以位位為單位）為單位）2. N * M位的存儲(chǔ)芯片位的存儲(chǔ)芯片 如果如果M小于主存

24、的數(shù)據(jù)總線寬度時(shí)，小于主存的數(shù)據(jù)總線寬度時(shí)， 則需要位擴(kuò)展；則需要位擴(kuò)展； 在位數(shù)滿足要求的情況下，如果在位數(shù)滿足要求的情況下，如果N小于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的小于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主存容量，則進(jìn)行字?jǐn)U展主存容量，則進(jìn)行字?jǐn)U展存儲(chǔ)模塊結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)模塊結(jié)構(gòu)-存儲(chǔ)芯片互連存儲(chǔ)芯片互連問題：現(xiàn)需要構(gòu)建問題：現(xiàn)需要構(gòu)建8位數(shù)據(jù)總線，容量為位數(shù)據(jù)總線，容量為64KB的存儲(chǔ)器，分別用的存儲(chǔ)器，分別用如下三種存儲(chǔ)芯片：如下三種存儲(chǔ)芯片： 64K1bit、 8K8bit、 16K4bit組成，組成，如何實(shí)現(xiàn)？如何實(shí)現(xiàn)？地址線條數(shù)與尋址范圍地址線條數(shù)與尋址范圍地址地址線數(shù)線數(shù)尋址尋址能力能力尋址尋址范圍范圍二進(jìn)制表示二進(jìn)制表示12

25、0 10， 1240300, 01，10，113807000, 001,010,011,100,101,110,111101K0210-100,0000,0000 11,1111,1111201M0220-10000,0000,0000,0000,0000 1111,1111,1111,1111,1111301G0230-1324G0232-1存儲(chǔ)芯片擴(kuò)展存儲(chǔ)芯片擴(kuò)展（構(gòu)建（構(gòu)建8位數(shù)據(jù)總線，容量為位數(shù)據(jù)總線，容量為64KB的存儲(chǔ)器）的存儲(chǔ)器）64K*1I/O64K*1I/O64K*1I/O64K*1I/O64K*1I/O64K*1I/O64K*1I/O64K*1I/OA0 A15R/WCSD

26、0D7等效為等效為64K*8A0 A15D0 D7R/WCS用用64K1bit的芯片擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)的芯片擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)64KB存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 進(jìn)行位擴(kuò)展時(shí)，模塊中所有芯片的進(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地址線和控制線互連形形成整個(gè)模塊的地址線和控制線，而各芯片的成整個(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)數(shù)據(jù)線并列（位線擴(kuò)展）展）形成整個(gè)模塊的數(shù)據(jù)線（形成整個(gè)模塊的數(shù)據(jù)線（8bit寬度）。寬度）。 22/42存儲(chǔ)芯片的字?jǐn)U展存儲(chǔ)芯片的字?jǐn)U展用用8K8bit的芯片擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)的芯片擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)64KB存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器64K*8A0 A15D0 D7R/WCS等效為等效為A0 A12R/WD0

27、 D764K*1D0764K*1D0764K*1D0764K*1D0764K*1D0764K*1D0764K*1D07CS1 CS1 8K*8D07CS 3-8譯譯碼碼器器Y0Y1Y7A13 A14 A15 進(jìn)行字?jǐn)U展時(shí)，模塊中所有芯片的進(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)地址線、控制線和數(shù)據(jù)線互連線互連形成整個(gè)模塊的低位地址線、控制線和數(shù)據(jù)線形成整個(gè)模塊的低位地址線、控制線和數(shù)據(jù)線 ， CPU的的高位地址線（擴(kuò)展的字線）被用來譯碼以形成對各個(gè)芯片的選擇高位地址線（擴(kuò)展的字線）被用來譯碼以形成對各個(gè)芯片的選擇線線 片選線片選線 。 23/42存儲(chǔ)芯片的字、位同時(shí)擴(kuò)展存儲(chǔ)芯片的字、

28、位同時(shí)擴(kuò)展用用16K4bit的芯片擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)的芯片擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)64KB存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器16K*416K*4A0 A13R/WD0 D3D4 D724譯碼器譯碼器A15A14CS64K*8A0 A15D0 D7R/WCS等效為等效為16K*416K*416K*416K*416K*416K*4 首先對首先對芯片芯片分組進(jìn)分組進(jìn)行位擴(kuò)展行位擴(kuò)展 其次設(shè)其次設(shè)計(jì)個(gè)芯片組計(jì)個(gè)芯片組的的片選進(jìn)行片選進(jìn)行字?jǐn)U展字?jǐn)U展，以，以滿足容量要滿足容量要求；求； 如果要求存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)總線寬度分別為如果要求存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)總線寬度分別為16位、位、32位、位、64位，應(yīng)該怎么做？位，應(yīng)該怎么做？若要求擴(kuò)展若要求擴(kuò)展64K容量的內(nèi)存，

29、以下幾種選擇哪種最優(yōu)？容量的內(nèi)存，以下幾種選擇哪種最優(yōu)？ 64K*1的芯片數(shù)量的芯片數(shù)量N(64K*8)/(64K*1) 1*8片片; 8K*8的芯片數(shù)量的芯片數(shù)量N (64K*8)/(8K*8) 8*1片；片； 16K*4的芯片數(shù)量的芯片數(shù)量N (64K*8)/(16K*4) 4*2片；片； 從總線的負(fù)載和系統(tǒng)連接的復(fù)雜性來看，第一種選擇較好。從總線的負(fù)載和系統(tǒng)連接的復(fù)雜性來看，第一種選擇較好。并行并行存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器特殊存儲(chǔ)器組織方式4體交叉存儲(chǔ)器體交叉存儲(chǔ)器片選及字選譯片選及字選譯碼有什么特點(diǎn)？碼有什么特點(diǎn)？在在教材教材圖圖5-37（b）所示的低位多體交叉存儲(chǔ)器中，所示的低位多體交叉存儲(chǔ)器中

30、，若若處理器要訪問的字地址為以下十進(jìn)制數(shù)值，試問該存儲(chǔ)器處理器要訪問的字地址為以下十進(jìn)制數(shù)值，試問該存儲(chǔ)器比單體存儲(chǔ)器的平均訪問速率提高多少比單體存儲(chǔ)器的平均訪問速率提高多少 (忽略初啟時(shí)的延忽略初啟時(shí)的延時(shí)時(shí)) ？(a)1，2，3，4，100 (b)2，4，6，8，200 (c)3，6，9，12，3002022-5-228/54 （a）4個(gè)存儲(chǔ)體訪問可以交叉進(jìn)行，訪問速率可達(dá)到單體存儲(chǔ)個(gè)存儲(chǔ)體訪問可以交叉進(jìn)行，訪問速率可達(dá)到單體存儲(chǔ)器的器的4 倍。倍。 （b）2個(gè)存儲(chǔ)體訪問可以交叉進(jìn)行，訪問速率可達(dá)到單體存儲(chǔ)個(gè)存儲(chǔ)體訪問可以交叉進(jìn)行，訪問速率可達(dá)到單體存儲(chǔ)器的器的2倍。倍。 （c）4個(gè)存儲(chǔ)體

31、訪問可以交叉進(jìn)行，訪問速率可達(dá)到單體存儲(chǔ)個(gè)存儲(chǔ)體訪問可以交叉進(jìn)行，訪問速率可達(dá)到單體存儲(chǔ)器的器的4 倍。倍。雙端口存儲(chǔ)器（資源共享的實(shí)例）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)先級相聯(lián)相聯(lián)(聯(lián)想聯(lián)想)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 內(nèi)容尋址內(nèi)容尋址讀/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)地址總線寬度為假設(shè)某系統(tǒng)地址總線寬度為20 bit，現(xiàn)需要將，現(xiàn)需要將0C0000H 0CFFFFH地址范圍劃分為地址范圍劃分為8個(gè)同樣大小的地址空間，提供給總線上個(gè)同樣大小的地址空間，提供給總線上的的8個(gè)模塊，試設(shè)計(jì)相應(yīng)的譯碼電路。個(gè)

32、模塊，試設(shè)計(jì)相應(yīng)的譯碼電路。 模塊模塊A19 A16A15A14A13A12A0地址空間地址空間( (范圍范圍) )1100000111111111111100000000000000C1FFFH0C0000H1100001111111111111100000000000000C3FFFH0C2000H1100010111111111111100000000000000C5FFFH0C4000H1100011111111111111100000000000000C7FFFH0C6000H1100100111111111111100000000000000C9FFFH0C8000H1100101

33、111111111111100000000000000CBFFFH0CA000H1100110111111111111100000000000000CDFFFH0CC000H1100111111111111111100000000000000CFFFFH0CE000H 需較多選擇線，需較多選擇線，且同樣存在地址重且同樣存在地址重疊，且模塊地址不疊，且模塊地址不連續(xù)。連續(xù)。 A19 A13A12 A0地址空間地址空間( (范圍范圍) )000000111111111111110000000000000？000001011111111111110000000000000？0000100111111

34、11111110000000000000？100000011111111111110000000000000？思考：試寫出思考：試寫出各芯片占用的各芯片占用的地址空間。地址空間。yyyy-M-d三種譯碼方式的比較三種譯碼方式的比較l全譯碼全譯碼 系統(tǒng)所有地址線全部都應(yīng)該參與譯碼：系統(tǒng)所有地址線全部都應(yīng)該參與譯碼：1.低段地址線低段地址線應(yīng)直接接在應(yīng)直接接在存儲(chǔ)芯片存儲(chǔ)芯片上，尋址上，尋址模塊內(nèi)單元模塊內(nèi)單元2.中段地址線中段地址線譯碼后產(chǎn)生譯碼后產(chǎn)生存儲(chǔ)芯片的片選信號(hào)存儲(chǔ)芯片的片選信號(hào)以以區(qū)分不同模塊區(qū)分不同模塊3.高段地址線高段地址線可用作可用作譯碼芯片的使能控制譯碼芯片的使能控制l部分譯碼

35、部分譯碼 高段地址高段地址信號(hào)不參與譯碼，會(huì)造成地址空間的信號(hào)不參與譯碼，會(huì)造成地址空間的重疊及不連續(xù)重疊及不連續(xù)l線譯碼線譯碼 電路結(jié)構(gòu)簡單，但系統(tǒng)必須保證參與電路結(jié)構(gòu)簡單，但系統(tǒng)必須保證參與片選的地址線不能同時(shí)為有片選的地址線不能同時(shí)為有效電平效電平 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，也存在地址地址重疊及不連續(xù)重疊及不連續(xù)的問題的問題74LS1383-8譯碼器2 1 8HA Y0B Y1C Y2 G1 Y3 Y4 G2A Y5 Y6G2B Y7 00010&A3A4A5+5VA6A7A8A9AENIORIOW&端口

36、譯碼電路練習(xí)練習(xí): :分析圖中分析圖中74LS13874LS138各輸出端的譯碼各輸出端的譯碼地址范圍。地址范圍。2022-5-236/54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)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)為為4, 該模塊地址在該模塊地址在1000H13DFH范圍內(nèi)可選范圍內(nèi)可選 ,A15 A10A9 A2A1 A0模塊地址空間模塊地址空間0001,0000,0000,0011001000H1003H00,0000,011004H1007H11,1101,1113DCH 13DFH37/42yyyy-M-d內(nèi)存儲(chǔ)器與并行總線的接口內(nèi)存儲(chǔ)器與并行總線的接口另外，可能還需要考慮微

37、處理器的時(shí)序匹配問題。地址地址譯碼譯碼主主存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器微處微處理器理器或或總線總線接口接口 AB地址鎖存地址鎖存RD/WR片選控制片選控制低位低位AB高位高位ABIO/M一、數(shù)據(jù)線：如果考慮總線負(fù)載問題，可加接數(shù)據(jù)收發(fā)器。一、數(shù)據(jù)線：如果考慮總線負(fù)載問題，可加接數(shù)據(jù)收發(fā)器。二、讀寫控制線：考慮有效電平二、讀寫控制線：考慮有效電平字選字選：系統(tǒng)地址總線中的：系統(tǒng)地址總線中的低位地址線低位地址線直接與各存儲(chǔ)芯片的地址線連接。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)目所需低位地址線的數(shù)目N與存儲(chǔ)芯片容量與存儲(chǔ)芯片容量L的關(guān)系：的關(guān)系：L2N。片選片選：系統(tǒng)地址總線中余下的：系統(tǒng)地址總線中余下

38、的高位地址線高位地址線經(jīng)譯碼后用做不同存儲(chǔ)芯片經(jīng)譯碼后用做不同存儲(chǔ)芯片的片選。通常的片選。通常IO/M信號(hào)也參與片選譯碼。信號(hào)也參與片選譯碼。三、地址線：字選片選。三、地址線：字選片選。DB數(shù)據(jù)緩沖數(shù)據(jù)緩沖通常通常都由都由多片多片存儲(chǔ)存儲(chǔ)芯片芯片構(gòu)成構(gòu)成38/422022-5-238/54總線隔離技術(shù)總線隔離技術(shù)2022-5-239/ 32總線上數(shù)據(jù)與地址線分離時(shí)的時(shí)序示例總線上數(shù)據(jù)與地址線分離時(shí)的時(shí)序示例DB0n地址輸出地址輸出數(shù)據(jù)有效數(shù)據(jù)有效數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采樣采樣R/WAB0N DB0n AB0NA0NCSR/ WR/ W存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器總線總線D0n2022-5-240/54總線上數(shù)據(jù)與地址線復(fù)用

39、時(shí)的時(shí)序示例總線上數(shù)據(jù)與地址線復(fù)用時(shí)的時(shí)序示例ALE地址地址鎖存鎖存地址地址鎖存鎖存地址地址輸出輸出數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)有效有效地址地址輸出輸出數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)有效有效AD0n數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采樣采樣數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采樣采樣R/W總線總線 AD0n ALER/WD0nA0nR/W存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器Di Qi G地址鎖存器地址鎖存器2022-5-241/54價(jià)格、存儲(chǔ)容量、存取速度價(jià)格、存儲(chǔ)容量、存取速度5.35.3存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器分層分層結(jié)構(gòu)（結(jié)構(gòu)（ P40-P41, P40-P41, P156P156）一一. 設(shè)計(jì)目標(biāo)設(shè)計(jì)目標(biāo)整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)速度接近整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)速度接近M1而價(jià)格和容量接近而價(jià)格和容量接近Mn二二. 操作策略操作策略映像規(guī)則

40、：用于確定一個(gè)新的塊（頁）被調(diào)映像規(guī)則：用于確定一個(gè)新的塊（頁）被調(diào)入本級存儲(chǔ)器時(shí)應(yīng)放在什么入本級存儲(chǔ)器時(shí)應(yīng)放在什么位置位置上。上。查找規(guī)則：用于確定需要的塊（頁）是否存查找規(guī)則：用于確定需要的塊（頁）是否存在本級存儲(chǔ)器中以及如何在本級存儲(chǔ)器中以及如何查找查找。替換規(guī)則：用于確定本級存儲(chǔ)器不命中且已替換規(guī)則：用于確定本級存儲(chǔ)器不命中且已滿時(shí)應(yīng)替換哪一塊（頁）。滿時(shí)應(yīng)替換哪一塊（頁）。寫規(guī)則：用于確定寫數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)進(jìn)行的操作。寫規(guī)則：用于確定寫數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)進(jìn)行的操作。yyyy-M-d虛擬內(nèi)存虛擬內(nèi)存1.虛擬內(nèi)存的需求背景虛擬內(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，一個(gè)程序要被執(zhí)行，需要

41、將它全部放入內(nèi)存中，cpu才能才能訪問，如果程序容量大于物理內(nèi)存容量則不能執(zhí)行訪問，如果程序容量大于物理內(nèi)存容量則不能執(zhí)行2.方法方法使用輔助存儲(chǔ)器使用輔助存儲(chǔ)器(容量大容量大)作為虛擬內(nèi)存，達(dá)到增大物理內(nèi)存作為虛擬內(nèi)存，達(dá)到增大物理內(nèi)存容量容量3.技術(shù)支持技術(shù)支持硬件支持：由硬件支持：由MMU自動(dòng)完成活動(dòng)程序段的調(diào)度自動(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操作系統(tǒng)支持：程序段調(diào)度并更新地址映射表4.具體應(yīng)用實(shí)例具體應(yīng)用實(shí)例Windows：pagefile.sysLinux： swap分區(qū)分區(qū)MMU：Memory Management Unit虛擬內(nèi)存運(yùn)行原理及過程圖示

42、虛擬內(nèi)存運(yùn)行原理及過程圖示操作操作系統(tǒng)系統(tǒng)VC6.0Word迅雷迅雷操作操作系統(tǒng)系統(tǒng)VC6.0WordQQ無虛擬內(nèi)存存儲(chǔ)系無虛擬內(nèi)存存儲(chǔ)系統(tǒng)統(tǒng)(不能運(yùn)行不能運(yùn)行QQ,需需要關(guān)閉一部分程序要關(guān)閉一部分程序才能運(yùn)行才能運(yùn)行)迅雷迅雷計(jì)算機(jī)有虛擬內(nèi)存存儲(chǔ)技術(shù)，計(jì)算機(jī)有虛擬內(nèi)存存儲(chǔ)技術(shù)，可以運(yùn)行可以運(yùn)行QQ ，需要把不活動(dòng)程，需要把不活動(dòng)程序序迅雷迅雷置換到虛擬存儲(chǔ)器置換到虛擬存儲(chǔ)器物理物理內(nèi)存內(nèi)存存儲(chǔ)存儲(chǔ)器器輔助輔助存儲(chǔ)存儲(chǔ)器器操作操作系統(tǒng)系統(tǒng)VC6.0Word迅雷迅雷QQ計(jì)算機(jī)有虛擬內(nèi)存存儲(chǔ)技術(shù)，計(jì)算機(jī)有虛擬內(nèi)存存儲(chǔ)技術(shù)，如果如果迅雷迅雷成為活動(dòng)程序，則把成為活動(dòng)程序，則把不活動(dòng)程序不活動(dòng)程序QQ

43、置換置換到虛擬存到虛擬存儲(chǔ)器儲(chǔ)器虛擬存儲(chǔ)器虛擬存儲(chǔ)器內(nèi)存層次結(jié)構(gòu)中的內(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)器之間的頻繁置換存儲(chǔ)器之間的頻繁置換幾個(gè)概念幾個(gè)概念l有效地址有效地址: 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距離即邏輯地址邏輯地址的偏移地址的偏移地址 l邏輯地址邏輯地址: 在有地址變換功能的計(jì)算機(jī)中在有地址變換功能的計(jì)算機(jī)中,訪內(nèi)指令給出的地訪內(nèi)指令給出的地址址 (操作數(shù)操作數(shù)) 叫邏輯地址。要經(jīng)過尋址

44、方式的計(jì)算或變換才得叫邏輯地址。要經(jīng)過尋址方式的計(jì)算或變換才得到內(nèi)存儲(chǔ)器中的到內(nèi)存儲(chǔ)器中的物理地址物理地址 l虛擬地址虛擬地址: 虛擬地址空間中的地址，程序中使用的都是虛擬地虛擬地址空間中的地址，程序中使用的都是虛擬地址。址。 l物理地址物理地址:（Physical Address）也叫實(shí)際地址或絕對地址，）也叫實(shí)際地址或絕對地址，是出現(xiàn)在是出現(xiàn)在CPU外部地址總線上的尋址物理內(nèi)存的地址信號(hào)，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)存芯片級的單元尋址，與處是地址變換的最終結(jié)果。用于內(nèi)存芯片級的單元尋址，與處理器和理器和CPU連接的地址總線相對應(yīng)。連接的地址總線相對應(yīng)

45、。 存儲(chǔ)器的地址映射存儲(chǔ)器的地址映射 地址映射也叫地址重定位，指將用戶程序中的地址映射也叫地址重定位，指將用戶程序中的邏輯邏輯地址地址( (虛擬地址虛擬地址) )，通過，通過MMUMMU轉(zhuǎn)換為用戶程序運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)換為用戶程序運(yùn)行時(shí)CPUCPU可可直接尋址的直接尋址的物理地址物理地址。虛擬地址虛擬地址 物理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)位機(jī))地址映射表地址映射表4G大大小小256M大大小小分頁分頁映射映射存儲(chǔ)器地址映射存儲(chǔ)器地址映射-分頁技術(shù)分頁技術(shù)假設(shè)虛擬地址為假設(shè)虛擬地址為32位，物理內(nèi)存為位，物理內(nèi)存為15位，頁大小為位，頁大小為4KB分頁技術(shù)地址轉(zhuǎn)

46、換過程分頁技術(shù)地址轉(zhuǎn)換過程虛擬頁號(hào)為虛擬頁號(hào)為20位，頁內(nèi)位，頁內(nèi)偏移量偏移量12位（虛擬地址位（虛擬地址為為32位，頁大小為位，頁大小為4KB）頁幀號(hào)為頁幀號(hào)為3位，頁內(nèi)偏位，頁內(nèi)偏移量移量12位（物理地址為位（物理地址為15位，頁大小為位，頁大小為4KB）虛擬地址對應(yīng)的數(shù)據(jù)虛擬地址對應(yīng)的數(shù)據(jù)不在物理內(nèi)存中？不在物理內(nèi)存中？6存儲(chǔ)器地址映射存儲(chǔ)器地址映射-分段技術(shù)分段技術(shù)段寄存器：段寄存器：代碼段代碼段數(shù)據(jù)段數(shù)據(jù)段堆棧段堆棧段附加段附加段分頁與分段技術(shù)的比較分頁與分段技術(shù)的比較1.1. 分頁技術(shù)分頁技術(shù) 頁是信息的物理單位，與源程序的邏輯結(jié)構(gòu)無關(guān)頁是信息的物理單位，與源程序的邏輯結(jié)構(gòu)無關(guān) 頁

47、長由系統(tǒng)確定，大小固定，用戶不可見頁長由系統(tǒng)確定，大小固定，用戶不可見 頁面只能以頁大小的整倍數(shù)地址開始頁面只能以頁大小的整倍數(shù)地址開始2.2. 分段技術(shù)分段技術(shù) 段是信息的邏輯單位段是信息的邏輯單位, ,由源程序的邏輯結(jié)構(gòu)所決定由源程序的邏輯結(jié)構(gòu)所決定 段長由用戶確定（用戶可見），大小不固定段長由用戶確定（用戶可見），大小不固定 段可以從任意地址開始，段內(nèi)連續(xù)編址，段間不一段可以從任意地址開始，段內(nèi)連續(xù)編址，段間不一定連續(xù)定連續(xù)寄存器寄存器 Cache 主存主存 輔存輔存CPU內(nèi)部高速內(nèi)部高速電子線路電子線路(如如觸發(fā)器觸發(fā)器)一級：在一級：在CPU內(nèi)部內(nèi)部二級：在二級：在CPU外部外部 一

48、般為靜態(tài)一般為靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器隨機(jī)存儲(chǔ)器SRAM。一般為動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器一般為動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器DRAM ，也稱，也稱為短期存儲(chǔ)器為短期存儲(chǔ)器包括磁盤（中期存包括磁盤（中期存儲(chǔ)器）、磁帶、光儲(chǔ)器）、磁帶、光盤（長期存儲(chǔ)）等盤（長期存儲(chǔ)）等其中：其中：1.Cache存儲(chǔ)器系統(tǒng)（存儲(chǔ)器系統(tǒng)（cache-主存結(jié)構(gòu)）主存結(jié)構(gòu)）解決解決低成本與高速度低成本與高速度的矛的矛盾；盾；2.虛擬存儲(chǔ)器系統(tǒng)（主存虛擬存儲(chǔ)器系統(tǒng)（主存-輔存結(jié)構(gòu)）利用虛擬存儲(chǔ)器解決輔存結(jié)構(gòu)）利用虛擬存儲(chǔ)器解決低成本低成本與大容量與大容量的矛盾；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)的多層次存儲(chǔ)體系 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中的現(xiàn)代計(jì)算機(jī)

49、中的4級存儲(chǔ)器體系結(jié)構(gòu)級存儲(chǔ)器體系結(jié)構(gòu)yyyy-M-d CPU Cache 主存 外存接口 總線 外存 1.輔助存儲(chǔ)器：存放不活動(dòng)的程序和數(shù)據(jù)輔助存儲(chǔ)器：存放不活動(dòng)的程序和數(shù)據(jù)2.主存儲(chǔ)器：存放運(yùn)行中的程序和數(shù)據(jù)主存儲(chǔ)器：存放運(yùn)行中的程序和數(shù)據(jù)3.cache: 存儲(chǔ)存儲(chǔ)CPU最近訪問的指令和操作數(shù)最近訪問的指令和操作數(shù)4.CPU寄存器：正在執(zhí)行的指令和數(shù)據(jù)寄存器：正在執(zhí)行的指令和數(shù)據(jù)1.寄存器組寄存器組特點(diǎn)：特點(diǎn)：讀寫速度快但數(shù)量較少；其數(shù)量、長度以及使用方法會(huì)影響指令集的設(shè)讀寫速度快但數(shù)量較少；其數(shù)量、長度以及使用方法會(huì)影響指令集的設(shè)計(jì)。計(jì)。組成：組成：一組彼此獨(dú)立的一組彼此獨(dú)立的Reg，或

50、小規(guī)模半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。，或小規(guī)模半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。RISC：設(shè)置較多：設(shè)置較多Reg，并依靠編譯器來使其使用最大化。，并依靠編譯器來使其使用最大化。2.Cache (Cache和流水線技術(shù)是和流水線技術(shù)是RISC成功的技術(shù)支柱成功的技術(shù)支柱)高速小容量高速小容量(幾十千到幾兆字節(jié)幾十千到幾兆字節(jié))；完全由硬件實(shí)現(xiàn)控制，對程序員完全透明；完全由硬件實(shí)現(xiàn)控制，對程序員完全透明；可分為指令可分為指令cache和數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)cache3.主（內(nèi)）存主（內(nèi)）存編址方式：字節(jié)編址編址方式：字節(jié)編址信息存放方式：大信息存放方式：大/小端系統(tǒng)、對齊方式小端系統(tǒng)、對齊方式4.輔（外）存輔（外）存1）、主要用作數(shù)據(jù)信息（以文件）、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。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）、也可以實(shí)現(xiàn)虛擬存儲(chǔ)器55/42cache相關(guān)概念相關(guān)概念1. 訪問局部性訪問局部性訪問的引用局部性：是訪問的