計(jì)算機(jī)組成原理第四章

1、4.1 概述概述4.2 主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器4.3 高速緩沖存儲(chǔ)器高速緩沖存儲(chǔ)器4.4 輔助存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器一、存儲(chǔ)器分類一、存儲(chǔ)器分類 1. 按存儲(chǔ)介質(zhì)分類按存儲(chǔ)介質(zhì)分類 存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)介質(zhì)是指能寄存是指能寄存“0”、“1”兩種代碼并能兩種代碼并能區(qū)別兩種狀態(tài)的物質(zhì)或區(qū)別兩種狀態(tài)的物質(zhì)或元器件元器件。(1) 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器(2) 磁表面磁表面 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器(3) 磁芯存儲(chǔ)器磁芯存儲(chǔ)器(4) 光盤存儲(chǔ)器光盤存儲(chǔ)器易失易失TTL 、MOS磁頭、載磁體磁頭、載磁體硬磁材料、環(huán)狀元件硬磁材料、環(huán)狀元件 激光在磁光材料上進(jìn)行激光在磁光材料上進(jìn)行讀寫操作。讀寫操作。非非易易失失 體積小、功耗低、存取

2、時(shí)間短體積小、功耗低、存取時(shí)間短 磁盤、磁帶磁盤、磁帶(1) 存取時(shí)間與物理地址無(wú)關(guān)（存取時(shí)間與物理地址無(wú)關(guān)（隨機(jī)訪問(wèn)隨機(jī)訪問(wèn)） 順序存取存儲(chǔ)器（串行）順序存取存儲(chǔ)器（串行） 磁帶磁帶2. 按存取方式分類按存取方式分類 (2) 存取時(shí)間與物理地址有關(guān)（存取時(shí)間與物理地址有關(guān)（串行訪問(wèn)串行訪問(wèn)） 隨機(jī)存儲(chǔ)器隨機(jī)存儲(chǔ)器 只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器 直接存取存儲(chǔ)器直接存取存儲(chǔ)器 先直接后串行先直接后串行 磁盤磁盤在程序的執(zhí)行過(guò)程中在程序的執(zhí)行過(guò)程中 可可 讀讀 可可 寫寫在程序的執(zhí)行過(guò)程中在程序的執(zhí)行過(guò)程中 只只讀讀磁盤、磁盤、 磁帶磁帶 、光盤、光盤 高速緩沖存儲(chǔ)器（高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）Flas

3、h Memory存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器MROMPROMEPROMEEPROMRAMROM靜態(tài)靜態(tài) RAM動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài) RAM3. 按在計(jì)算機(jī)中的作用分類按在計(jì)算機(jī)中的作用分類高高低低小小大大快快慢慢輔存輔存寄存器寄存器緩存緩存主存主存磁盤磁盤光盤光盤磁帶磁帶光盤光盤磁帶磁帶速度速度容量容量 價(jià)格價(jià)格 位位1. 存儲(chǔ)器三個(gè)主要特性的關(guān)系存儲(chǔ)器三個(gè)主要特性的關(guān)系 二、存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)二、存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)CPUCPU主機(jī)主機(jī)緩存緩存CPU主存主存輔存輔存2. 緩存緩存 主存層次和主存主存層次和主存 輔存層次輔存層次10 ns20 ns200 nsms 緩存緩存-主存層次主存層次

4、主要解決主要解決CPU和主存和主存速度不匹配速度不匹配的問(wèn)題，的問(wèn)題，主存和緩存之間的數(shù)據(jù)調(diào)用是由主存和緩存之間的數(shù)據(jù)調(diào)用是由硬件自動(dòng)完成硬件自動(dòng)完成的。的。 主存主存-輔存層次輔存層次主要解決存儲(chǔ)系統(tǒng)的容量問(wèn)題主要解決存儲(chǔ)系統(tǒng)的容量問(wèn)題 。主存和輔存之間的數(shù)據(jù)調(diào)用是由主存和輔存之間的數(shù)據(jù)調(diào)用是由硬件硬件和和操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)共同完成。共同完成。緩存緩存主存主存輔存輔存主存主存虛擬存儲(chǔ)器虛擬存儲(chǔ)器虛地址虛地址邏輯地址邏輯地址實(shí)地址實(shí)地址物理地址物理地址主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器（速度）（速度）（容量）（容量）1) 指令地址碼訪問(wèn)的地址為虛地址或指令地址碼訪問(wèn)的地址為虛地址或邏輯地址邏輯地址。2) 程序在執(zhí)

5、行過(guò)程中真正能訪問(wèn)到的地址為程序在執(zhí)行過(guò)程中真正能訪問(wèn)到的地址為物理地址物理地址。一、概述一、概述1. 主存的基本組成主存的基本組成存儲(chǔ)體存儲(chǔ)體驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器譯碼器譯碼器MAR控制電路控制電路讀讀寫寫電電路路MDR.地址總線地址總線數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線讀讀寫寫2. 主存和主存和 CPU 的聯(lián)系的聯(lián)系MDRMARCPU主主 存存讀讀數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線地址總線地址總線寫寫 高位字節(jié)高位字節(jié) 地址為字地址地址為字地址 低位字節(jié)低位字節(jié) 地址為字地址地址為字地址字地址字地址字節(jié)地址字節(jié)地址11109876543210840字節(jié)地址字節(jié)地址字地址字地址4523014203. 主存中存儲(chǔ)單元地址的分配主存中存儲(chǔ)單

6、元地址的分配低地址存高字節(jié)低地址存高字節(jié)(大端模式）大端模式）低地址存低字節(jié)低地址存低字節(jié)（小端模式）（小端模式） 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以按計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以按字（存儲(chǔ)字長(zhǎng)）尋址字（存儲(chǔ)字長(zhǎng)）尋址，也，也可以按可以按字節(jié)尋址字節(jié)尋址。 不同機(jī)器存儲(chǔ)字長(zhǎng)不同，存儲(chǔ)字長(zhǎng)取不同機(jī)器存儲(chǔ)字長(zhǎng)不同，存儲(chǔ)字長(zhǎng)取8的倍數(shù)的倍數(shù)。設(shè)地址線設(shè)地址線 24 根根按按 字節(jié)字節(jié) 尋址尋址按按 字字 尋址尋址若字長(zhǎng)為若字長(zhǎng)為 16 位位按按 字字 尋址尋址若字長(zhǎng)為若字長(zhǎng)為 32 位位224 = 16 M8 M4 M(2) 存儲(chǔ)速度存儲(chǔ)速度4. 主存的技術(shù)指標(biāo)主存的技術(shù)指標(biāo)(1) 存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量 存放二進(jìn)制代碼的總數(shù)量存放二進(jìn)制

7、代碼的總數(shù)量 存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器的 訪問(wèn)時(shí)間訪問(wèn)時(shí)間 存取時(shí)間存取時(shí)間 指啟動(dòng)一次存儲(chǔ)器操作，到完成該操作所需要指啟動(dòng)一次存儲(chǔ)器操作，到完成該操作所需要的全部時(shí)間。的全部時(shí)間。 1) 讀出時(shí)間讀出時(shí)間指從存儲(chǔ)器接收到有效地址，到產(chǎn)生有效指從存儲(chǔ)器接收到有效地址，到產(chǎn)生有效輸出所需要的全部時(shí)間。輸出所需要的全部時(shí)間。 2) 寫入時(shí)間寫入時(shí)間是從存儲(chǔ)器接收到有效地址開(kāi)始，到數(shù)據(jù)是從存儲(chǔ)器接收到有效地址開(kāi)始，到數(shù)據(jù)寫入被選中單元為止所需要的時(shí)間。寫入被選中單元為止所需要的時(shí)間。(3) 存儲(chǔ)器的帶寬存儲(chǔ)器的帶寬 連續(xù)兩次獨(dú)立的存儲(chǔ)器操作連續(xù)兩次獨(dú)立的存儲(chǔ)器操作（讀或?qū)懀┧璧模ㄗx或?qū)懀┧璧?最小間隔時(shí)間

8、最小間隔時(shí)間 位位/秒秒 存取周期存取周期 單位時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)器存取的信息量。單位時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)器存取的信息量。芯片容量芯片容量二、半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片簡(jiǎn)介二、半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片簡(jiǎn)介1. 半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片的基本結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片的基本結(jié)構(gòu)譯譯碼碼驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)存存儲(chǔ)儲(chǔ)矩矩陣陣讀讀寫寫電電路路1K 4位位16K 1位位8K 8位位片選線片選線讀讀/寫控制線寫控制線地地址址線線數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)線線地址線地址線（單向）（單向）數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線（雙向）（雙向）104141138l 1) 譯碼驅(qū)動(dòng)電路：譯碼驅(qū)動(dòng)電路：把總線送來(lái)的地址信號(hào)把總線送來(lái)的地址信號(hào)翻譯成對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)單元的選擇信號(hào)，該信號(hào)在讀翻譯成對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)單元的選擇信號(hào)，該信號(hào)在讀寫電路

9、的配合下完成對(duì)備選中單元的讀寫電路的配合下完成對(duì)備選中單元的讀/寫操寫操作。作。l 2) 讀寫電路：讀寫電路：讀寫放大器和寫入電路讀寫放大器和寫入電路l 3) 控制線：控制線：讀寫控制線與片選線兩種。讀寫控制線與片選線兩種。l 存儲(chǔ)芯片通過(guò)存儲(chǔ)芯片通過(guò)地址總線地址總線、數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線和和控制總控制總線線與外部連接。與外部連接。0,015,015,70,7 讀讀/寫控制電路寫控制電路 地地址址譯譯碼碼器器 字線字線015168矩陣矩陣07D07D 位線位線 讀讀 / 寫選通寫選通A3A2A1A02. 半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片的譯碼驅(qū)動(dòng)方式半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片的譯碼驅(qū)動(dòng)方式(1) 線選法線選法 （168存儲(chǔ)芯片

10、）存儲(chǔ)芯片）00000,00,7007D07D 讀讀 / 寫寫選通選通A3A2A1A0A40,310,031,031,31 Y 地址譯碼器地址譯碼器 X地地址址譯譯碼碼器器 3232 矩陣矩陣A9I/OA8A7A56AY0Y31X0X31D讀讀/寫寫(2) 重合法重合法 （1K1位）位）00000000000,00,31I/OD0,0讀讀 靜態(tài)靜態(tài)RAM用用觸發(fā)器觸發(fā)器工作原理存儲(chǔ)信息，信息工作原理存儲(chǔ)信息，信息讀出后，仍保持其原狀態(tài)，不需要再生。讀出后，仍保持其原狀態(tài)，不需要再生。 電源掉電時(shí)，原存儲(chǔ)信息丟失，故屬于易失性電源掉電時(shí)，原存儲(chǔ)信息丟失，故屬于易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。

11、基本單元單元由基本單元單元由6個(gè)個(gè)MOS管組成。管組成。 三、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器三、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 ( RAM ) 1. 靜態(tài)靜態(tài) RAM (SRAM) (1) 靜態(tài)靜態(tài) RAM 基本電路基本電路A 觸發(fā)器非端觸發(fā)器非端1T4T觸發(fā)器觸發(fā)器5TT6、行開(kāi)關(guān)行開(kāi)關(guān)7TT8、列開(kāi)關(guān)列開(kāi)關(guān)7TT8、一列共用一列共用A 觸發(fā)器原端觸發(fā)器原端T1 T4T5T6T7T8A A寫放大器寫放大器寫放大器寫放大器DIN寫選擇寫選擇讀選擇讀選擇DOUT讀放讀放位線位線A位線位線A 列地址選擇列地址選擇行地址選擇行地址選擇T1 T4 (2) 靜態(tài)靜態(tài) RAM 芯片舉例芯片舉例存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量1 1K K4 4位位.I/

12、O1I/O2I/O3I/O4A0A8A9WECSCCVGNDIntel 2114 2. 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài) RAM ( DRAM ) 1） 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)RAM基本單元電路有基本單元電路有三管式三管式和和單管單管式式。主要由。主要由MOS管和電容組成。管和電容組成。 2） 利用利用電容存儲(chǔ)電荷電容存儲(chǔ)電荷的原理來(lái)寄存信息。的原理來(lái)寄存信息。 3） 電容電荷一般只能維持電容電荷一般只能維持12ms，電源不，電源不掉電，信息也丟失。掉電，信息也丟失。 4） 需要對(duì)存儲(chǔ)單元進(jìn)行動(dòng)態(tài)再生和刷新。需要對(duì)存儲(chǔ)單元進(jìn)行動(dòng)態(tài)再生和刷新。 5）與靜態(tài)）與靜態(tài)RAM比，集成度高，功耗低。比，集成度高，功耗低。DD預(yù)充電信號(hào)預(yù)充電

13、信號(hào)讀選擇線讀選擇線寫數(shù)據(jù)線寫數(shù)據(jù)線寫選擇線寫選擇線讀數(shù)據(jù)線讀數(shù)據(jù)線VCgT4T3T2T11 (1) 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài) RAM 基本單元電路基本單元電路讀出與原存信息相反讀出與原存信息相反讀出時(shí)數(shù)據(jù)線有電流讀出時(shí)數(shù)據(jù)線有電流 為為 “1”數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線CsT字線字線DDV0 10 11 0寫入與輸入信息相同寫入與輸入信息相同寫入時(shí)寫入時(shí)CS充電充電 為為 “1” 放電放電 為為 “0”T3T2T1T無(wú)電流無(wú)電流有電流有電流 (2) 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài) RAM 刷新刷新 1） 刷新的過(guò)程就是將原存信息讀出，再由刷刷新的過(guò)程就是將原存信息讀出，再由刷新放大器形成原信息并重新寫入的再生過(guò)程。新放大器形成原信息并重新寫入

14、的再生過(guò)程。 2）動(dòng)態(tài)）動(dòng)態(tài)RAM存儲(chǔ)單元內(nèi)容長(zhǎng)時(shí)間不讀寫會(huì)存儲(chǔ)單元內(nèi)容長(zhǎng)時(shí)間不讀寫會(huì)慢慢消失，必須定時(shí)刷新，一般為慢慢消失，必須定時(shí)刷新，一般為2ms刷新一刷新一次，稱為次，稱為刷新周期。刷新周期。 3）刷新按行進(jìn)行。）刷新按行進(jìn)行。 (3) 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài) RAM 刷新刷新 刷新與行地址有關(guān)刷新與行地址有關(guān) 集中刷新集中刷新 （存取周期為存取周期為0.5s）“死時(shí)間率死時(shí)間率” 為為 128/4000 100% = 3.2%“死區(qū)死區(qū)” 為為 0.5 s 128 = 64 s周期序號(hào)周期序號(hào)地址序號(hào)地址序號(hào)tc0123871 387201tctctctc3999V W01127讀讀/寫或維持寫或

15、維持刷新刷新讀讀/寫或維持寫或維持3872個(gè)周期個(gè)周期 （1936）128個(gè)周期個(gè)周期 （ 64）刷新時(shí)間間隔刷新時(shí)間間隔 （2ms）刷新序號(hào)刷新序號(hào)sstcXtcY 以以 128 128 矩陣矩陣t tC C = = t tM M + + t tR R讀寫讀寫 刷新刷新無(wú)無(wú) “死區(qū)死區(qū)” 分散刷新分散刷新（存取周期為存取周期為1s）(存取周期為存取周期為 0.5 s + 0.5 s)W/RREF0W/RtRtMtCREF126REF127REFW/RW/RW/RW/R刷新間隔刷新間隔 128 個(gè)讀寫周期個(gè)讀寫周期以以 128 128 矩陣為例矩陣為例 異步刷新異步刷新對(duì)于對(duì)于 128 128

16、 的存儲(chǔ)芯片的存儲(chǔ)芯片（存取周期為存取周期為 0.5s）將刷新安排在指令譯碼階段，不會(huì)出現(xiàn)將刷新安排在指令譯碼階段，不會(huì)出現(xiàn) “死區(qū)死區(qū)”“死區(qū)死區(qū)” 為為 0.5 s若每隔若每隔 15.6 s 刷新一行刷新一行而且每行每隔而且每行每隔 2 ms 刷新一次刷新一次若每隔若每隔 2 ms 集中刷新一次集中刷新一次“死區(qū)死區(qū)” 為為 64 s 3. 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài) RAM 和靜態(tài)和靜態(tài) RAM 的比較的比較DRAMSRAM存儲(chǔ)原理存儲(chǔ)原理集成度集成度芯片引腳芯片引腳功耗功耗價(jià)格價(jià)格速度速度刷新刷新電容電容觸發(fā)器觸發(fā)器高高低低少少多多小小大大低低高高慢慢快快有有無(wú)無(wú)主存主存緩存緩存DDR=Double D

17、ata Rate雙倍速率同步雙倍速率同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器儲(chǔ)器 (2) 靜態(tài)靜態(tài) RAM 芯片舉例芯片舉例存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量1 1K K4 4位位.I/O1I/O2I/O3I/O4A0A8A9WECSCCVGNDIntel 2114 四、只讀存儲(chǔ)器（四、只讀存儲(chǔ)器（ROM） 1. 掩膜掩膜 ROM ( MROM ) 行列選擇線交叉處有行列選擇線交叉處有 MOS 管為管為“1”。行列選擇線交叉處無(wú)行列選擇線交叉處無(wú) MOS 管為管為“0”。 存儲(chǔ)的信息由生產(chǎn)廠家在掩膜工藝過(guò)程中存儲(chǔ)的信息由生產(chǎn)廠家在掩膜工藝過(guò)程中“寫入寫入”，用戶不能修改。，用戶不能修改。 2. PROM (一次性編程一次性

18、編程) VCC行線行線列線列線熔絲熔絲熔絲斷熔絲斷為為 “0”為為 “1”熔絲未斷熔絲未斷 芯片出廠時(shí)內(nèi)容全部為芯片出廠時(shí)內(nèi)容全部為0，用戶可以用專門的，用戶可以用專門的PROM寫入器將信息寫入。寫入器將信息寫入。 3. EPROM (多次性編程多次性編程 ) EPROM是一種可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器，是一種可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器，用戶可以對(duì)其信息作任意次的改寫。用戶可以對(duì)其信息作任意次的改寫。 采用紫外線進(jìn)行擦除，擦除時(shí)間比較長(zhǎng)（采用紫外線進(jìn)行擦除，擦除時(shí)間比較長(zhǎng)（8-20分鐘），但不能對(duì)個(gè)別需要改寫的單元進(jìn)行單分鐘），但不能對(duì)個(gè)別需要改寫的單元進(jìn)行單獨(dú)擦除或重寫。獨(dú)擦除或重寫。控制邏輯控制邏

19、輯Y 譯碼譯碼X 譯譯碼碼數(shù)據(jù)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)Y 控制控制128 128存儲(chǔ)矩陣存儲(chǔ)矩陣PD/ProgrCSA10A7A6A0.DO0112A7A1A0VSSDO2DO0DO127162413VCCA8A9VPPCSA10PD/ProgrDO3DO72716 EPROM 的邏輯圖和引腳的邏輯圖和引腳PD/Progr功率下降功率下降 / 編程輸入端編程輸入端 讀出時(shí)讀出時(shí) 為為 低電平低電平 4. EEPROM (多次性編程多次性編程 ) 電可擦寫電可擦寫局部擦寫局部擦寫 20ms全部擦寫全部擦寫5. Flash Memory (快擦型存儲(chǔ)器快擦型存儲(chǔ)器) 比比 E2PROM快快EPROM價(jià)格便

20、宜價(jià)格便宜 集成度高集成度高EEPROM電可擦洗重寫，重寫速度快電可擦洗重寫，重寫速度快(5us)具備具備 RAM 功能功能FLAH 編程、讀取、擦除。高密度非易失性編程、讀取、擦除。高密度非易失性讀寫存儲(chǔ)器。讀寫存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)空間：存儲(chǔ)空間：CPU決定決定存儲(chǔ)器：用戶存儲(chǔ)器：用戶 需求定需求定存儲(chǔ)芯片：芯片廠家存儲(chǔ)芯片：芯片廠家 五、存儲(chǔ)器與五、存儲(chǔ)器與 CPU 的連接的連接 1. 存儲(chǔ)器容量的擴(kuò)展存儲(chǔ)器容量的擴(kuò)展 (1) 位擴(kuò)展位擴(kuò)展（增加存儲(chǔ)字長(zhǎng)）（增加存儲(chǔ)字長(zhǎng)） 用用 2片片 1K 4位位 存儲(chǔ)芯片組成存儲(chǔ)芯片組成 1K 8位位 的存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器10根地址線根地址線8根數(shù)據(jù)線根數(shù)據(jù)線DD

21、D0479AA021142114CSWE (2) 字?jǐn)U展（增加存儲(chǔ)字的數(shù)量）字?jǐn)U展（增加存儲(chǔ)字的數(shù)量） 用用 2片片 1K 8位位 存儲(chǔ)芯片組成存儲(chǔ)芯片組成 2K 8位位 的存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器11根地址線根地址線8根數(shù)據(jù)線根數(shù)據(jù)線 1K 8位位 1K 8位位D7D0WEA1A0A9CS0A10 1CS1 (3) 字、位擴(kuò)展字、位擴(kuò)展用用 8片片 1K 4位位 存儲(chǔ)芯片組成存儲(chǔ)芯片組成 4K 8位位 的存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器8根數(shù)據(jù)線根數(shù)據(jù)線12根地址線根地址線WEA8A9A0.D7D0A11A10CS0CS1CS2CS3片選片選譯碼譯碼.1K41K41K41K41K41K41K41K4 2. 存儲(chǔ)器與存儲(chǔ)

22、器與 CPU 的連接的連接 (1) 地址線的連接地址線的連接 低位地址線低位地址線(2) 數(shù)據(jù)線的連接數(shù)據(jù)線的連接 字?jǐn)U展字?jǐn)U展(3) 讀讀/寫線的連接寫線的連接 (4) 片選線的連接片選線的連接 /MREQ，高位地址線。，高位地址線。(5) 合理選用芯片合理選用芯片例例 4.1 設(shè)設(shè)CPU有有16根地址線，根地址線，8根數(shù)據(jù)線，并用根數(shù)據(jù)線，并用/MREQ作為訪存控制信號(hào)，用作為訪存控制信號(hào)，用/WR作為讀作為讀/寫控制信號(hào)?，F(xiàn)有存寫控制信號(hào)?，F(xiàn)有存儲(chǔ)芯片：儲(chǔ)芯片：1K*4位位RAM，4K*8位位RAM，8K*8位位RAM，2K*8位位ROM，4K*8位位ROM,8K*8位位ROM及及741

23、38譯碼譯碼器和幾種門電路。器和幾種門電路。1）主存地址空間分配：）主存地址空間分配： 6000H-67FFH為系統(tǒng)程序區(qū)為系統(tǒng)程序區(qū) 6800H-6BFFH為用戶程序區(qū)為用戶程序區(qū)2）合理選擇存儲(chǔ)芯片，說(shuō)明各選幾片。）合理選擇存儲(chǔ)芯片，說(shuō)明各選幾片。3）詳細(xì)畫出存儲(chǔ)芯片的片選邏輯圖。）詳細(xì)畫出存儲(chǔ)芯片的片選邏輯圖。例例4.1 解解: : (1) 寫出對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制地址碼寫出對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制地址碼(2) 確定芯片的數(shù)量及類型確定芯片的數(shù)量及類型0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0A15A14A13 A11 A10 A7 A4 A3 A00 1 1 0 0 1 1 1 1 1

24、 1 1 1 1 1 10 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 12K8位位1K8位位RAM2片片1K4位位ROM1片片 2K8位位(3) 分配地址線分配地址線A10 A0 接接 2K 8位位 ROM 的地址線的地址線A9 A0 接接 1K 4位位 RAM 的地址線的地址線(4) 確定片選信號(hào)確定片選信號(hào)C B A0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0A15 A13 A11 A10 A7 A4 A3 A00 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 1 1 0 1 0

25、0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 12K 8位位1片片 ROM1K 4位位2片片RAM真值表真值表輸入：自然二進(jìn)制碼輸入：自然二進(jìn)制碼輸出：低電平有效輸出：低電平有效BAGGG222 2K 8位位 ROM 1K 4位位 RAM1K 4位位 RAM&PD/ProgrY5Y4G1CBAG2BG2AMREQA14A15A13A12A11A10A9A0D7D4D3D0WR例例 4.1 CPU 與存儲(chǔ)器的連接圖與存儲(chǔ)器的連接圖(1) 寫出對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制地址碼寫出對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制地址碼例例4.2 假設(shè)同前，要求最小假設(shè)同前，要求最小 8K為

26、系統(tǒng)為系統(tǒng) 程序區(qū)，相鄰程序區(qū)，相鄰 16K為用戶程序區(qū)，為用戶程序區(qū)，最大最大4K為系統(tǒng)程序工作區(qū)。為系統(tǒng)程序工作區(qū)。(2) 確定芯片的數(shù)量及類型確定芯片的數(shù)量及類型(3) 分配地址線分配地址線(4) 確定片選信號(hào)確定片選信號(hào)1片片 8K 8位位 ROM 2片片 8K 8位位 RAM1片片4K 8位的位的RAMA11 A0 接接 ROM 和和 RAM 的地址線的地址線例例 4.3 設(shè)設(shè) CPU 有有 20 根地址線，根地址線，8 根數(shù)據(jù)線。根數(shù)據(jù)線。 并用并用 IO/M 作訪存控制信號(hào)。作訪存控制信號(hào)。RD 為讀命令，為讀命令， WR 為寫命令?，F(xiàn)有為寫命令?，F(xiàn)有 2764 EPROM (

27、8K 8位位 ), 外特性如下：外特性如下：D7D0CEOECE片選信號(hào)片選信號(hào)OE允許輸出允許輸出PGM可編程端可編程端PGMA0A12用用 138 譯碼器及其他門電路（門電路自定）畫出譯碼器及其他門電路（門電路自定）畫出 CPU和和 2764 的連接圖。要求地址為的連接圖。要求地址為 F0000HFFFFFH , 并并寫出每片寫出每片 2764 的地址范圍。的地址范圍。七、提高訪存速度的措施七、提高訪存速度的措施 采用高速器件采用高速器件 調(diào)整主存結(jié)構(gòu)調(diào)整主存結(jié)構(gòu)1. 單體多字系統(tǒng)單體多字系統(tǒng) W位位W位位W位位W位位W位位地址寄存器地址寄存器主存控制部件主存控制部件. . . . . .

28、 . . . . .單字長(zhǎng)寄存器單字長(zhǎng)寄存器 數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器 存儲(chǔ)體存儲(chǔ)體 采用層次結(jié)構(gòu)采用層次結(jié)構(gòu) Cache 主存主存 增加存儲(chǔ)器的帶寬增加存儲(chǔ)器的帶寬 在一個(gè)存取周期內(nèi)，從同一地址取出在一個(gè)存取周期內(nèi)，從同一地址取出4條指令，條指令， 然后逐條將指令送至然后逐條將指令送至CPU執(zhí)行，即每隔執(zhí)行，即每隔1/4存取周存取周期，主存向期，主存向CPU送一條指令。送一條指令。 前提：前提：指令和數(shù)據(jù)在內(nèi)存內(nèi)必須連續(xù)存放。指令和數(shù)據(jù)在內(nèi)存內(nèi)必須連續(xù)存放。2. 多體并行系統(tǒng)多體并行系統(tǒng)(1) 高位交叉（順序存?。└呶唤徊妫樞虼嫒。└鱾€(gè)體并行工作各個(gè)體并行工作M0地址地址01n1M1nn+12

29、n1M22n2n+13n1M33n3n+14n1地址譯碼地址譯碼體內(nèi)地址體內(nèi)地址體號(hào)體號(hào)l 多體模塊組成的存儲(chǔ)器，每個(gè)模塊有相同多體模塊組成的存儲(chǔ)器，每個(gè)模塊有相同的容量和存取速度，各模塊有自己獨(dú)立的地址的容量和存取速度，各模塊有自己獨(dú)立的地址寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、地址譯碼、驅(qū)動(dòng)電路和寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、地址譯碼、驅(qū)動(dòng)電路和讀寫電路，能并行工作，又能交叉工作。讀寫電路，能并行工作，又能交叉工作。(2) 低位交叉（交叉存儲(chǔ)）低位交叉（交叉存儲(chǔ)）M0地址地址044n4M1154n3M2264n2M3374n1地址譯碼地址譯碼 體號(hào)體號(hào)體內(nèi)地址體內(nèi)地址各個(gè)體輪流編址各個(gè)體輪流編址問(wèn)題：交叉存儲(chǔ)器可以一

30、次讀取多個(gè)字，總線寬問(wèn)題：交叉存儲(chǔ)器可以一次讀取多個(gè)字，總線寬度不變?cè)趺崔k？度不變?cè)趺崔k？低位交叉的特點(diǎn)低位交叉的特點(diǎn)在不改變存取周期的前提下，增加存儲(chǔ)器的帶寬在不改變存取周期的前提下，增加存儲(chǔ)器的帶寬時(shí)間時(shí)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(dòng)存儲(chǔ)體啟動(dòng)存儲(chǔ)體 0啟動(dòng)存儲(chǔ)體啟動(dòng)存儲(chǔ)體 1啟動(dòng)存儲(chǔ)體啟動(dòng)存儲(chǔ)體 2啟動(dòng)存儲(chǔ)體啟動(dòng)存儲(chǔ)體 3例：設(shè)有例：設(shè)有4個(gè)模塊組成的四體存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，每個(gè)個(gè)模塊組成的四體存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，每個(gè)體的存儲(chǔ)字長(zhǎng)為體的存儲(chǔ)字長(zhǎng)為32位，存取周期為位，存取周期為200ns，假設(shè)，假設(shè)數(shù)據(jù)總線寬度為數(shù)據(jù)總線寬度為32位，總線傳輸周期為位，總線傳輸周期為50ns，

31、試求讀取試求讀取128位順序存儲(chǔ)器和交叉存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)位順序存儲(chǔ)器和交叉存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器帶寬。器帶寬。(3) 存儲(chǔ)器控制部件（簡(jiǎn)稱存控）存儲(chǔ)器控制部件（簡(jiǎn)稱存控）易發(fā)生代碼易發(fā)生代碼丟失的請(qǐng)求丟失的請(qǐng)求源，優(yōu)先級(jí)源，優(yōu)先級(jí)最高最高嚴(yán)重影響嚴(yán)重影響 CPU工作的請(qǐng)求源，工作的請(qǐng)求源，給予給予 次高次高 優(yōu)先級(jí)優(yōu)先級(jí)控制線路控制線路排隊(duì)器排隊(duì)器 節(jié)拍節(jié)拍發(fā)生器發(fā)生器QQCM來(lái)自各個(gè)請(qǐng)求源來(lái)自各個(gè)請(qǐng)求源主脈沖主脈沖存控標(biāo)記存控標(biāo)記 觸發(fā)器觸發(fā)器一、一、Cache 概述概述問(wèn)題的引入問(wèn)題的引入Cache工作原理工作原理Cache基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)Cache讀寫操作讀寫操作(1) Cache的改進(jìn)的改進(jìn)1.

32、問(wèn)題的提出問(wèn)題的提出避免避免 CPU “空等空等” 現(xiàn)象現(xiàn)象CPU 和主存（和主存（DRAM）的速度差異的速度差異緩存緩存CPU主存主存容量小容量小速度高速度高容量大容量大速度低速度低程序訪問(wèn)的局部性原理程序訪問(wèn)的局部性原理 2. Cache 的工作原理的工作原理(1) 主存和緩存的編址主存和緩存的編址主存和緩存按塊存儲(chǔ)主存和緩存按塊存儲(chǔ) 塊的大小相同塊的大小相同B 為塊長(zhǎng)為塊長(zhǎng) 主存塊號(hào)主存塊號(hào)主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器012m1字塊字塊 0字塊字塊 1字塊字塊 M1主存塊號(hào)主存塊號(hào)塊內(nèi)地址塊內(nèi)地址m位位b位位n位位M塊塊B個(gè)字個(gè)字緩存塊號(hào)緩存塊號(hào)塊內(nèi)地址塊內(nèi)地址c位位b位位C塊塊B個(gè)字個(gè)字 字塊字塊

33、 0字塊字塊 1字塊字塊 C1012c1標(biāo)記標(biāo)記Cache緩存塊號(hào)緩存塊號(hào)(2) 命中與未命中命中與未命中緩存共有緩存共有 C 塊塊主存共有主存共有 M 塊塊M C主存塊主存塊 調(diào)入調(diào)入 緩存緩存主存塊與緩存塊主存塊與緩存塊 建立建立 了對(duì)應(yīng)關(guān)系了對(duì)應(yīng)關(guān)系 標(biāo)記標(biāo)記 記錄記錄 與某緩存塊建立了對(duì)應(yīng)關(guān)系的與某緩存塊建立了對(duì)應(yīng)關(guān)系的 主存塊主存塊 塊號(hào)塊號(hào)命中命中未命中未命中主存塊與緩存塊主存塊與緩存塊 未建立未建立 對(duì)應(yīng)關(guān)系對(duì)應(yīng)關(guān)系主存塊主存塊 未調(diào)入未調(diào)入 緩存緩存 (3) Cache 命中率命中率CPU 欲訪問(wèn)的信息在欲訪問(wèn)的信息在 Cache 中的中的 比率比率命中率命中率 與與 Cach

34、e 的的 容量容量 與與 塊長(zhǎng)塊長(zhǎng) 有關(guān)有關(guān) 一般每塊一般每塊: 4 至至 8 個(gè)字個(gè)字 塊長(zhǎng)取一個(gè)存取周期內(nèi)從主存調(diào)出的信息長(zhǎng)度塊長(zhǎng)取一個(gè)存取周期內(nèi)從主存調(diào)出的信息長(zhǎng)度在程序的執(zhí)行時(shí)間，在程序的執(zhí)行時(shí)間，Nc 為訪問(wèn)為訪問(wèn)Cache的總命的總命中的次數(shù)，中的次數(shù)，Nm為訪問(wèn)主存的總次數(shù)為訪問(wèn)主存的總次數(shù). 命中率命中率h為為H=Nc/(Nc+Nm).(2) tc為命中時(shí)的為命中時(shí)的Cache訪問(wèn)時(shí)間，訪問(wèn)時(shí)間，tm為未命中時(shí)為未命中時(shí)的主存訪問(wèn)時(shí)間，的主存訪問(wèn)時(shí)間，1-h為未命中率。為未命中率。 平均訪問(wèn)時(shí)間平均訪問(wèn)時(shí)間ta為：為：ta=h *tc+（1-h）*tm(3）e為為訪問(wèn)效率訪問(wèn)效

35、率： E=tc/ta*100%例例4.7 假設(shè)假設(shè)CPU執(zhí)行某段程序時(shí)，共訪問(wèn)執(zhí)行某段程序時(shí)，共訪問(wèn)Cache命中命中2000次，訪問(wèn)主存次，訪問(wèn)主存50次。已知次。已知Cache的存取的存取周期為周期為50ns， 主存的存取周期主存的存取周期200ns 。求。求Cache-主存系統(tǒng)的命中率、效率和平均訪問(wèn)時(shí)間。主存系統(tǒng)的命中率、效率和平均訪問(wèn)時(shí)間。數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線Cache替換機(jī)構(gòu)替換機(jī)構(gòu)可裝進(jìn)？可裝進(jìn)？ 命中？命中？主存主存Cache 地址映象地址映象 變換機(jī)構(gòu)變換機(jī)構(gòu) 主主 存存訪問(wèn)主訪問(wèn)主存替換存替換Cache Cache 存儲(chǔ)體存儲(chǔ)體塊號(hào)塊號(hào)塊內(nèi)地址塊內(nèi)地址直接通路直接通路訪問(wèn)主存裝

36、入訪問(wèn)主存裝入CacheNNYY塊號(hào)塊號(hào)塊內(nèi)地址塊內(nèi)地址CPU主存地址主存地址地址總線地址總線Cache地址地址3. Cache 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)Cache替換機(jī)構(gòu)替換機(jī)構(gòu)由由 CPU 完成完成 Cache 存儲(chǔ)體存儲(chǔ)體主存主存Cache 地址映象地址映象 變換機(jī)構(gòu)變換機(jī)構(gòu) 4. Cache 的的 讀寫讀寫 操作操作 訪問(wèn)訪問(wèn)Cache取出信息送取出信息送CPU 訪問(wèn)主存訪問(wèn)主存取出信息送取出信息送CPU將新的主存塊將新的主存塊調(diào)入調(diào)入Cache中中執(zhí)行替換算法執(zhí)行替換算法 騰出空位騰出空位 結(jié)束結(jié)束命中？命中？Cache滿？滿？CPU發(fā)出訪問(wèn)地址發(fā)出訪問(wèn)地址 開(kāi)始開(kāi)始YNYN讀讀 對(duì)對(duì)Cac

37、he寫操作，必須與被映射的主存塊內(nèi)寫操作，必須與被映射的主存塊內(nèi)的信息完全一致。的信息完全一致。 1） 寫直達(dá)法寫直達(dá)法 2） 寫回法寫回法寫寫Cache 和主存的一致性和主存的一致性 5. Cache 的改進(jìn)的改進(jìn)(1) 增加增加 Cache 的級(jí)數(shù)的級(jí)數(shù)片載（片內(nèi)）片載（片內(nèi)）Cache片外片外 Cache(2) 統(tǒng)一緩存和分開(kāi)緩存統(tǒng)一緩存和分開(kāi)緩存指令指令 Cache數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) Cache與主存結(jié)構(gòu)有關(guān)與主存結(jié)構(gòu)有關(guān)與指令執(zhí)行的控制方式有關(guān)與指令執(zhí)行的控制方式有關(guān)是否流水是否流水Pentium 8K 指令指令 Cache 8K 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) CachePowerPC620 32K 指令指令 C

38、ache 32K 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) Cache二、二、Cache 主存的地址映象主存的地址映象 Cache中的塊取自主存中的某個(gè)塊，將主中的塊取自主存中的某個(gè)塊，將主存中某個(gè)塊復(fù)制到存中某個(gè)塊復(fù)制到Cache中某個(gè)塊，依據(jù)一定中某個(gè)塊，依據(jù)一定的映射規(guī)則，由主存地址映射到的映射規(guī)則，由主存地址映射到Cache地址稱地址稱為地址映射為地址映射 （1）直接映射方式）直接映射方式 （2）全相聯(lián)映射方式）全相聯(lián)映射方式 （3）組相聯(lián)映射方式）組相聯(lián)映射方式1. 直接映象方式直接映象方式每個(gè)緩存塊每個(gè)緩存塊 i 可以和可以和 若干若干 個(gè)個(gè) 主存塊主存塊 對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)每個(gè)主存塊每個(gè)主存塊 j 只能和只能和 一一 個(gè)

39、個(gè) 緩存塊緩存塊 對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng) 字塊字塊字塊地址字塊地址 主存字主存字 塊標(biāo)記塊標(biāo)記t 位位c 位位b 位位主存地址主存地址m位位 Cache內(nèi)地址內(nèi)地址例：某內(nèi)存為例：某內(nèi)存為64塊，塊，Cache有有4塊，采用直接映射方式。塊，采用直接映射方式。主存中任意塊和主存中任意塊和Cache中唯一的塊相對(duì)應(yīng)。中唯一的塊相對(duì)應(yīng)。主存塊號(hào)主存塊號(hào)塊內(nèi)地址塊內(nèi)地址m位位b位位00011011000000000001000010000011000100000101000110111001111010111011111100111101111110111111000011 Mod 100 = ?j Mod C

40、= ? j i標(biāo)記？標(biāo)記？1111 字塊字塊 1 標(biāo)記標(biāo)記 字塊字塊 0 標(biāo)記標(biāo)記字塊字塊 2c-1標(biāo)記標(biāo)記Cache存儲(chǔ)體存儲(chǔ)體t位位01C1 字塊字塊字塊地址字塊地址 主存字主存字 塊標(biāo)記塊標(biāo)記t 位位c 位位b 位位主存地址主存地址 比較器（比較器（t位）位）= 不命中不命中有效位有效位=1？*m位位 Cache內(nèi)地址內(nèi)地址否否是是命中命中i = j mod C直接映象方式的特點(diǎn)：直接映象方式的特點(diǎn)：不靈活，每個(gè)主存塊只能固定對(duì)應(yīng)某個(gè)緩存塊，不靈活，每個(gè)主存塊只能固定對(duì)應(yīng)某個(gè)緩存塊，即使還空著許多位置也不能用。即使還空著許多位置也不能用。有其它改進(jìn)有其它改進(jìn)的映象方式嗎的映象方式嗎 2.

41、 全相聯(lián)映象方式全相聯(lián)映象方式主存主存 中的中的 任一塊任一塊 可以映象到可以映象到 緩存緩存 中的中的 任一塊任一塊主存字塊標(biāo)記主存字塊標(biāo)記 字塊內(nèi)地址字塊內(nèi)地址主存地址主存地址m位位b位位例：某內(nèi)存為例：某內(nèi)存為64塊，塊，Cache有有4塊，采用直接映射方式。塊，采用直接映射方式。00011011000000000001000010000011000100000101000110111001111010111011111100111101111110111111 i標(biāo)記？標(biāo)記？111100111010字塊字塊2m1字塊字塊2c1字塊字塊1 字塊字塊0字塊字塊2c1字塊字塊1字塊字塊0標(biāo)記

42、標(biāo)記標(biāo)記標(biāo)記標(biāo)記標(biāo)記m = t+cCache 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器 字塊字塊0優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：靈活，命中率高。靈活，命中率高。缺點(diǎn)缺點(diǎn): 主存字塊標(biāo)記為全部塊地址，訪問(wèn)主存字塊標(biāo)記為全部塊地址，訪問(wèn)Cache時(shí)主存的字塊標(biāo)記要和時(shí)主存的字塊標(biāo)記要和Cache的全部標(biāo)的全部標(biāo)記位進(jìn)行比較。記位進(jìn)行比較。 全相聯(lián)映象方式特點(diǎn)全相聯(lián)映象方式特點(diǎn)3. 組相聯(lián)映象方式組相聯(lián)映象方式某一主存塊某一主存塊 j 按模按模 Q 映射到映射到 緩存緩存 的第的第 i 組組中的中的 任一塊任一塊 字塊字塊組地址組地址 主存字主存字 塊標(biāo)記塊標(biāo)記t 位位q 位位b 位位主存地址主存地址m位位 Cache內(nèi)地址內(nèi)地

43、址例：某內(nèi)存為例：某內(nèi)存為64塊，塊，Cache有有4塊，每組塊，每組2塊，采用組相聯(lián)塊，采用組相聯(lián)映射方式。映射方式。Cache分成分成Q組，每組組，每組R塊，塊，i=j mod Q.組內(nèi)兩塊，組相聯(lián)映射定義為二路組相聯(lián)。組內(nèi)兩塊，組相聯(lián)映射定義為二路組相聯(lián)。01000000000001000010000011000100000101000110111001111010111011111100111101111110111111000001 Mod 10= ?j Mod q = ? i標(biāo)記？標(biāo)記？111011 Mod 10= ?0000011101字塊字塊2m1字塊字塊2c-r+1 字塊字塊

44、2c-r + 1 字塊字塊2c-r字塊字塊2c-r 字塊字塊1 字塊字塊0 字塊字塊 3標(biāo)記標(biāo)記 字塊字塊 1標(biāo)記標(biāo)記字塊字塊 2c1標(biāo)記標(biāo)記 字塊字塊 2標(biāo)記標(biāo)記 字塊字塊 0標(biāo)記標(biāo)記字塊字塊 2c2標(biāo)記標(biāo)記 字塊內(nèi)地址字塊內(nèi)地址組地址組地址主存字塊標(biāo)記主存字塊標(biāo)記組組012c-r1主存地址主存地址Cache主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器共共 Q 組組，每組內(nèi)兩塊（，每組內(nèi)兩塊（r = 1)1 字塊字塊0 字塊字塊 1 字塊字塊 0 字塊字塊2c-r 字塊字塊2c-r+1例例4.8 假設(shè)主存容量為假設(shè)主存容量為512KB,Cache容量為容量為4KB，每，每個(gè)字塊為個(gè)字塊為16個(gè)字，每個(gè)字個(gè)字，每個(gè)字32

45、位。位。1）Cache地址有多少位，可容納多少塊。地址有多少位，可容納多少塊。2）主存地址有多少位，可容納多少塊）主存地址有多少位，可容納多少塊3） 在直接映射方式下，主存的第幾塊映射到在直接映射方式下，主存的第幾塊映射到Cache的第的第5塊。（設(shè)起始字塊為第一塊）塊。（設(shè)起始字塊為第一塊）4） 畫出直接映射方式下主存地址字段中各段的位數(shù)。畫出直接映射方式下主存地址字段中各段的位數(shù)。例例4.9 假設(shè)主存容量為假設(shè)主存容量為512K*16位，位，Cache容量為容量為4096*16位，塊長(zhǎng)為位，塊長(zhǎng)為4個(gè)個(gè)16位的字，訪存地址為字地位的字，訪存地址為字地址。址。1) 在直接映射方式下，設(shè)計(jì)主存

46、的地址格式。在直接映射方式下，設(shè)計(jì)主存的地址格式。2）在全相聯(lián)映射方式下，設(shè)計(jì)主存的地址格式。）在全相聯(lián)映射方式下，設(shè)計(jì)主存的地址格式。3）在二路組全相聯(lián)映射方式下，設(shè)計(jì)主存的地址）在二路組全相聯(lián)映射方式下，設(shè)計(jì)主存的地址格式。格式。4）若主存容量為）若主存容量為1024K*16位，塊長(zhǎng)不變，在四路位，塊長(zhǎng)不變，在四路組相聯(lián)方式下，設(shè)計(jì)主存的地址格式。組相聯(lián)方式下，設(shè)計(jì)主存的地址格式。例例4.10 假設(shè)假設(shè)Cache的工作速度是主存的的工作速度是主存的5倍，且倍，且Cache被訪問(wèn)命中的概率是被訪問(wèn)命中的概率是95%，則采用，則采用Cache后，后，存儲(chǔ)器性能提高多少存儲(chǔ)器性能提高多少?例例4

47、.11 設(shè)某機(jī)主存容量為設(shè)某機(jī)主存容量為16MB,Cache容量為容量為8KB，每字塊有每字塊有8字，每字字，每字32位。設(shè)計(jì)一個(gè)四路組相聯(lián)映位。設(shè)計(jì)一個(gè)四路組相聯(lián)映射的射的Cache組織。組織。1) 畫出主存地址字段中各段的位數(shù)。畫出主存地址字段中各段的位數(shù)。2）設(shè)）設(shè)Cache初態(tài)為空，初態(tài)為空，CPU一次從主存的第一次從主存的第0,1,2，99單元讀出單元讀出100個(gè)字，并重復(fù)個(gè)字，并重復(fù)10次，問(wèn)命次，問(wèn)命中率多少？中率多少？3）若）若Cache速度是主存速度的速度是主存速度的5倍，試問(wèn)有倍，試問(wèn)有Cache和和無(wú)無(wú)Cache相比，速度提高多少倍？相比，速度提高多少倍？4）系統(tǒng)的效率為

48、多少？）系統(tǒng)的效率為多少？三、替換算法三、替換算法1. 先進(jìn)先出先進(jìn)先出 （ FIFO ）算法算法 2. 近期最少使用法（近期最少使用法（ LRU）算法算法小結(jié)小結(jié)某一某一 主存塊主存塊 只能固定只能固定 映射到映射到 某一某一 緩存塊緩存塊直接直接全相聯(lián)全相聯(lián)組相聯(lián)組相聯(lián)某一某一 主存塊主存塊 能能 映射到映射到 任一任一 緩存塊緩存塊某一某一 主存塊主存塊 能能 映射到映射到 某一某一 緩存緩存 組組 中的中的 任一塊任一塊不靈活不靈活成本高成本高考研題：考研題：假設(shè)某計(jì)算機(jī)按字變址，假設(shè)某計(jì)算機(jī)按字變址，Cache有有4個(gè)行，個(gè)行，Cache和主存之和主存之間交換的塊為間交換的塊為2個(gè)字

49、。若個(gè)字。若Cache的內(nèi)容初始為空，采用的內(nèi)容初始為空，采用2路路組相聯(lián)映射方式和組相聯(lián)映射方式和LRU替換策略，訪問(wèn)的主存地址依次替換策略，訪問(wèn)的主存地址依次為為0,4,8,2,0,6,8,6,4,8時(shí)，命中時(shí)，命中Cache的次數(shù)是：的次數(shù)是：A.1 B.2 C. 3 D.4 一、磁記錄原理一、磁記錄原理 磁盤是用某些磁性材料薄薄地涂在金屬鋁表面磁盤是用某些磁性材料薄薄地涂在金屬鋁表面作載磁體來(lái)存儲(chǔ)信息。作載磁體來(lái)存儲(chǔ)信息。l 二、硬磁盤存儲(chǔ)器二、硬磁盤存儲(chǔ)器1. 硬磁盤存儲(chǔ)器的類型硬磁盤存儲(chǔ)器的類型(1) 固定磁頭和移動(dòng)磁頭固定磁頭和移動(dòng)磁頭(2) 可換盤和固定盤可換盤和固定盤2. 硬

50、磁盤存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)硬磁盤存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)磁磁 盤盤 控控 制制 器器磁磁 盤盤 驅(qū)驅(qū) 動(dòng)動(dòng) 器器盤盤 片片主主 機(jī)機(jī) (1) 磁盤控制器磁盤控制器 接受主機(jī)發(fā)來(lái)的命令，轉(zhuǎn)換成磁盤驅(qū)動(dòng)器的控制命令接受主機(jī)發(fā)來(lái)的命令，轉(zhuǎn)換成磁盤驅(qū)動(dòng)器的控制命令 實(shí)現(xiàn)主機(jī)和驅(qū)動(dòng)器之間的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)緩沖、實(shí)現(xiàn)主機(jī)和驅(qū)動(dòng)器之間的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)緩沖、 串并，并串轉(zhuǎn)換。串并，并串轉(zhuǎn)換。 控制磁盤驅(qū)動(dòng)器讀寫控制磁盤驅(qū)動(dòng)器讀寫通過(guò)總線通過(guò)總線對(duì)主機(jī)對(duì)主機(jī)對(duì)硬盤（設(shè)備）對(duì)硬盤（設(shè)備）磁盤控制器磁盤控制器 :主機(jī)與磁盤驅(qū)動(dòng)器之間的主機(jī)與磁盤驅(qū)動(dòng)器之間的 接口接口(2) 磁盤驅(qū)動(dòng)器磁盤驅(qū)動(dòng)器 控制磁盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，找到目標(biāo)磁道。完成數(shù)據(jù)控制磁盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，找到目標(biāo)磁道。完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及讀轉(zhuǎn)換及讀/寫控制操作。寫控制操作。 (3) 盤片盤片由硬質(zhì)鋁合金材料制成由硬質(zhì)鋁合金材料制成, 是存儲(chǔ)信息的載體。是存儲(chǔ)信息的載體。0n0n0n0n012l 磁道磁道(Track)(Track)：磁面上均勻分布的同心圓存儲(chǔ)軌跡。最外磁面上均勻分布的同心圓存儲(chǔ)軌跡。最外層為層為0 0磁道。也稱磁道。也稱柱面柱面(Cylinder)(Cylinder)：各個(gè)盤面上同一編號(hào)磁道各個(gè)盤面上同一編號(hào)磁道的組合。的組合。l 盤面：盤面：磁盤組由多個(gè)同軸盤片組成，每個(gè)盤片都是雙面存磁盤組由多個(gè)同軸盤片組成