第3章 多層次存儲(chǔ)器

1、第三章第三章 多層次的存儲(chǔ)器多層次的存儲(chǔ)器2目錄目錄3.1 存儲(chǔ)器概述存儲(chǔ)器概述（理解）（理解）3.2 SRAM存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器（理解）（理解）3.3 DRAM存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器（掌握）（掌握）3.4 只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器 （理解）（理解）3.5 存儲(chǔ)器擴(kuò)展存儲(chǔ)器擴(kuò)展（掌握）（掌握）3.6 CACHE存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器（掌握）（掌握）3學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)要求l理解存儲(chǔ)系統(tǒng)的基本概念理解存儲(chǔ)系統(tǒng)的基本概念l熟悉主存的主要技術(shù)指標(biāo)熟悉主存的主要技術(shù)指標(biāo)l掌握主存儲(chǔ)器與掌握主存儲(chǔ)器與CPUCPU的連接方法的連接方法l理解理解CacheCache的基本概念及工作原理的基本概念及工作原理l掌握掌握Cache-Cache-主存

2、地址映射方法主存地址映射方法 43.1 存儲(chǔ)器概述存儲(chǔ)器概述l3.1.1 存儲(chǔ)器分類存儲(chǔ)器分類 l3.1.2 存儲(chǔ)器的分級(jí)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器的分級(jí)結(jié)構(gòu)l3.1.3 存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)53.1.1 存儲(chǔ)器分類（存儲(chǔ)器分類（1/3）l按存儲(chǔ)介質(zhì)分按存儲(chǔ)介質(zhì)分半導(dǎo)體存儲(chǔ)器：用半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體存儲(chǔ)器：用半導(dǎo)體器件(MOS管管)組成的存儲(chǔ)器；組成的存儲(chǔ)器；磁表面存儲(chǔ)器：用磁性材料磁表面存儲(chǔ)器：用磁性材料(磁化作用磁化作用)做成的存儲(chǔ)器；做成的存儲(chǔ)器；l按存取方式分按存取方式分隨機(jī)存儲(chǔ)器：存取時(shí)間和存儲(chǔ)單元的物理位置無關(guān)；隨機(jī)存儲(chǔ)器：存取時(shí)間和存儲(chǔ)單元的物理位置無關(guān)；順序存儲(chǔ)器：存取時(shí)間和存儲(chǔ)單元的

3、物理位置有關(guān)；順序存儲(chǔ)器：存取時(shí)間和存儲(chǔ)單元的物理位置有關(guān)；系統(tǒng)主存、系統(tǒng)主存、Cache軟盤軟盤硬盤硬盤磁帶磁帶半導(dǎo)體半導(dǎo)體存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器磁帶磁帶63.1.1 存儲(chǔ)器分類（存儲(chǔ)器分類（2/3）l按存儲(chǔ)內(nèi)容可變性分按存儲(chǔ)內(nèi)容可變性分只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器(ROM)u只能讀出而不能寫入的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器；只能讀出而不能寫入的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器；隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器(RAM)：u既能讀出又能寫入的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器；既能讀出又能寫入的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器；l按信息易失性分按信息易失性分易失性存儲(chǔ)器：斷電后信息即消失的存儲(chǔ)器；易失性存儲(chǔ)器：斷電后信息即消失的存儲(chǔ)器；非易失性存儲(chǔ)器：斷電后仍能保存信息的存儲(chǔ)器；非易失性存

4、儲(chǔ)器：斷電后仍能保存信息的存儲(chǔ)器；半導(dǎo)體半導(dǎo)體存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器半導(dǎo)體半導(dǎo)體存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器磁盤磁盤光盤光盤73.1.1 存儲(chǔ)器分類（存儲(chǔ)器分類（3/3）l按在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的作用分按在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的作用分主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器u能夠被能夠被CPU直接訪問，速度較快，用于保存系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行直接訪問，速度較快，用于保存系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行所需的所有程序和數(shù)據(jù)；所需的所有程序和數(shù)據(jù)；輔助存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器u不能被不能被CPU直接訪問，速度較慢，用于保存系統(tǒng)中的所有直接訪問，速度較慢，用于保存系統(tǒng)中的所有的程序和數(shù)據(jù)；的程序和數(shù)據(jù)；高速緩沖存儲(chǔ)器（高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）u能夠被能夠被CPU直接訪問，速度快，用于保存系統(tǒng)當(dāng)前

5、運(yùn)行中直接訪問，速度快，用于保存系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行中頻繁使用的程序和數(shù)據(jù)；頻繁使用的程序和數(shù)據(jù)；半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器磁盤、光盤存儲(chǔ)器磁盤、光盤存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器83.1.2 存儲(chǔ)器的分級(jí)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器的分級(jí)結(jié)構(gòu)高速緩沖存儲(chǔ)器：高速小容量半導(dǎo)高速緩沖存儲(chǔ)器：高速小容量半導(dǎo)體存儲(chǔ)器體存儲(chǔ)器存放計(jì)算機(jī)運(yùn)行期間的大量程序和數(shù)據(jù)存放計(jì)算機(jī)運(yùn)行期間的大量程序和數(shù)據(jù)內(nèi)存：內(nèi)存：CPUCPU可直接訪問可直接訪問的存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器外存：大容量輔助存儲(chǔ)器。外存：大容量輔助存儲(chǔ)器。用來存放系統(tǒng)程序和大型數(shù)用來存放系統(tǒng)程序和大型數(shù)據(jù)文件及數(shù)據(jù)庫(kù)。據(jù)文件及數(shù)據(jù)庫(kù)。9CPU緩存緩存主存主存輔存輔存緩存主存層次緩存主存

6、層次主存輔存層次主存輔存層次3.1.2 存儲(chǔ)器的分級(jí)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器的分級(jí)結(jié)構(gòu)l系統(tǒng)對(duì)存儲(chǔ)器的要求：系統(tǒng)對(duì)存儲(chǔ)器的要求：大容量、高速度、低成本大容量、高速度、低成本l三級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)三級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)加上加上cachecache的目的為提高速度的目的為提高速度降低了成本，擴(kuò)大了容量降低了成本，擴(kuò)大了容量在在CPUCPU看來，容量相當(dāng)于輔存容量，速度相當(dāng)于看來，容量相當(dāng)于輔存容量，速度相當(dāng)于CACHECACHE速度。速度。103.1.3 主存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)主存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量l存儲(chǔ)容量：指存儲(chǔ)器能存放二進(jìn)制代碼的總數(shù)。存儲(chǔ)容量：指存儲(chǔ)器能存放二進(jìn)制代碼的總數(shù)。存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量=存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)

7、存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)存儲(chǔ)字長(zhǎng)存儲(chǔ)字長(zhǎng)u用用ab表示表示l要求：要求：已知存儲(chǔ)容量，能計(jì)算出該存儲(chǔ)器的地址線和數(shù)據(jù)線的根數(shù)。已知存儲(chǔ)容量，能計(jì)算出該存儲(chǔ)器的地址線和數(shù)據(jù)線的根數(shù)。l例如例如某機(jī)存儲(chǔ)容量為某機(jī)存儲(chǔ)容量為 2K16，則該系統(tǒng)所需的地址線為，則該系統(tǒng)所需的地址線為 根，根，數(shù)據(jù)線位數(shù)為數(shù)據(jù)線位數(shù)為 根。根。1116113.1.3 主存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)主存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)存儲(chǔ)速度存儲(chǔ)速度l存取時(shí)間存取時(shí)間(訪問時(shí)間訪問時(shí)間) 從啟動(dòng)一次訪問操作到完成該操作為止所經(jīng)歷的時(shí)間；從啟動(dòng)一次訪問操作到完成該操作為止所經(jīng)歷的時(shí)間；以以ns為單位，存取時(shí)間又分讀出時(shí)間、寫入時(shí)間兩種。為單位，存取時(shí)間又分讀出時(shí)間

8、、寫入時(shí)間兩種。l存取周期存取周期存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器連續(xù)啟動(dòng)兩次獨(dú)立的訪問操作連續(xù)啟動(dòng)兩次獨(dú)立的訪問操作所需的最小間隔時(shí)間。所需的最小間隔時(shí)間。l存儲(chǔ)器帶寬存儲(chǔ)器帶寬每秒從存儲(chǔ)器進(jìn)出信息的最大數(shù)量；每秒從存儲(chǔ)器進(jìn)出信息的最大數(shù)量；單位為位單位為位/秒或者字節(jié)秒或者字節(jié)/秒。秒。12求存儲(chǔ)器帶寬的例子求存儲(chǔ)器帶寬的例子l設(shè)某存儲(chǔ)系統(tǒng)的存取周期為設(shè)某存儲(chǔ)系統(tǒng)的存取周期為500ns，每個(gè)存取周期可，每個(gè)存取周期可訪問訪問16位，則該存儲(chǔ)器的帶寬是多少？位，則該存儲(chǔ)器的帶寬是多少？存儲(chǔ)帶寬存儲(chǔ)帶寬= 每周期的信息量每周期的信息量 / 周期時(shí)長(zhǎng)周期時(shí)長(zhǎng) = 16位位/(500 10-9)秒秒 = 3.2 10

9、7 位位/秒秒 = 32 106 位位/秒秒 = 32M位位/秒秒133.2 SRAM存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器l3.2.0 主存儲(chǔ)器的構(gòu)成主存儲(chǔ)器的構(gòu)成l3.2.1 基本的靜態(tài)存儲(chǔ)元陣列基本的靜態(tài)存儲(chǔ)元陣列l(wèi)3.2.2 基本的基本的SRAM邏輯結(jié)構(gòu)邏輯結(jié)構(gòu)143.2.0 主存儲(chǔ)器的構(gòu)成主存儲(chǔ)器的構(gòu)成l靜態(tài)靜態(tài)RAM（SRAM）由由MOS電路構(gòu)成的電路構(gòu)成的雙穩(wěn)觸發(fā)器雙穩(wěn)觸發(fā)器保存二進(jìn)制信息；保存二進(jìn)制信息；優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：訪問速度快，只要不掉電可以永久保存信息；訪問速度快，只要不掉電可以永久保存信息；缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：集成度低，功耗大，價(jià)格高；集成度低，功耗大，價(jià)格高；l動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)RAM（DRAM）由由MOS電路中的

10、電路中的柵極電容柵極電容保存二進(jìn)制信息；保存二進(jìn)制信息；優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：集成度高，功耗約為集成度高，功耗約為SRAM的的1/6，價(jià)格低；，價(jià)格低；缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：訪問速度慢，電容的放電作用會(huì)使信息丟失，要長(zhǎng)訪問速度慢，電容的放電作用會(huì)使信息丟失，要長(zhǎng)期保存數(shù)據(jù)必須期保存數(shù)據(jù)必須定期刷新定期刷新存儲(chǔ)單元；存儲(chǔ)單元；主要種類有：主要種類有：SDRAM、DDR SDRAM主要用于構(gòu)成主要用于構(gòu)成CacheCache主要用于構(gòu)成系統(tǒng)主存主要用于構(gòu)成系統(tǒng)主存15l基本存儲(chǔ)元基本存儲(chǔ)元6個(gè)個(gè)MOS管形成一位存儲(chǔ)元管形成一位存儲(chǔ)元；非易失性的存儲(chǔ)元非易失性的存儲(chǔ)元l644位的位的SRAM結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖存儲(chǔ)體排列成存儲(chǔ)

11、元陣列，不一定以存儲(chǔ)單元形式組織；存儲(chǔ)體排列成存儲(chǔ)元陣列，不一定以存儲(chǔ)單元形式組織；3.2.1 基本的靜態(tài)存儲(chǔ)元陣列基本的靜態(tài)存儲(chǔ)元陣列16六管六管SRAM存儲(chǔ)元電路存儲(chǔ)元電路 位線位線/D位線位線D2022年3月19日星期六1718存儲(chǔ)體存儲(chǔ)體讀讀寫寫電電路路MDR數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器譯碼器譯碼器MAR 地址總線地址總線 控制電路控制電路讀讀寫寫SRAM存儲(chǔ)器的邏輯結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖存儲(chǔ)器的邏輯結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖19靜態(tài)靜態(tài)RAM芯片舉例芯片舉例Intel 2114 A0 A9 為地址碼輸入端。為地址碼輸入端。4 個(gè)個(gè) I/O 腳為雙向數(shù)據(jù)線，用于讀腳為雙向數(shù)據(jù)線，用于讀出或?qū)懭霐?shù)據(jù)。出或?qū)懭霐?shù)據(jù)。R/

12、W 為讀為讀/寫控制端。當(dāng)寫控制端。當(dāng) R/W = 1 時(shí)，從時(shí)，從 I/O 線讀出數(shù)據(jù)；當(dāng)線讀出數(shù)據(jù)；當(dāng) R/W = 0 時(shí)，將從時(shí)，將從 I/O 線輸入的數(shù)據(jù)寫線輸入的數(shù)據(jù)寫入入RAM。VDDIntel 2114A7A8A9I/OI/OI/OI/OR/WA6A5A4A3A0A1A2CSGND1234567891817161514131211101 K 4 位位 SRAM Intel 2114 引腳圖引腳圖存儲(chǔ)矩陣有存儲(chǔ)矩陣有 1 K 1 K 個(gè)存儲(chǔ)單元，每個(gè)單個(gè)存儲(chǔ)單元，每個(gè)單元元4 4 位。位。1K = 21K = 21010，故需，故需 10 10 根地址輸入線。根地址輸入線。CS 為

13、片選控制端，低電平有效。為片選控制端，低電平有效。CS = 1 時(shí)，讀時(shí)，讀/寫控制電路處于禁寫控制電路處于禁止?fàn)顟B(tài)，不能對(duì)芯片進(jìn)行讀止?fàn)顟B(tài)，不能對(duì)芯片進(jìn)行讀/寫操寫操作。當(dāng)作。當(dāng) CS = 0 時(shí)，允許芯片讀時(shí)，允許芯片讀/寫寫操作。操作。203.3 DRAM存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 l動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)RAM（DRAM）因?yàn)樵摯鎯?chǔ)器必須定時(shí)刷新，才能維持其中的信息不變；因?yàn)樵摯鎯?chǔ)器必須定時(shí)刷新，才能維持其中的信息不變；lDRAM的存儲(chǔ)元的存儲(chǔ)元由由MOS晶體管和電容組成的記憶電路；晶體管和電容組成的記憶電路；u電容上的電量來表現(xiàn)存儲(chǔ)的信息；電容上的電量來表現(xiàn)存儲(chǔ)的信息；u充電充電1，放電，放電0。結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)形

14、式u單管存儲(chǔ)元單管存儲(chǔ)元213.3.1 DRAM存儲(chǔ)元的記憶原理存儲(chǔ)元的記憶原理1. 讀出時(shí)位線有電流讀出時(shí)位線有電流 為為 “1”位線位線 （數(shù)據(jù)線）（數(shù)據(jù)線）CsT行線（字線）行線（字線）0 12. 寫入時(shí)寫入時(shí)CS 充電為充電為 “1” 放電放電 為為 “0”T無電流無電流有電流有電流22DRAM(主存主存)SRAM(cache)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無動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài) RAM 和靜態(tài)和靜態(tài) RAM 的比較的比較3.4 只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器 由生產(chǎn)廠家事先編程，信息不能更改。由

15、生產(chǎn)廠家事先編程，信息不能更改。 行列選擇線交叉處有行列選擇線交叉處有 MOS 管為管為“1”，無，無 MOS 管為管為“0”出廠時(shí)是空白的，允許用戶根據(jù)自己的需要確定出廠時(shí)是空白的，允許用戶根據(jù)自己的需要確定ROMROM中的內(nèi)容。中的內(nèi)容。但只能允許但只能允許。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”熔絲未斷熔絲未斷優(yōu)點(diǎn)：可以進(jìn)行優(yōu)點(diǎn)：可以進(jìn)行多次多次編程。編程。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 。擦除重寫時(shí)，必須從系統(tǒng)中拆下來，在。擦除重寫時(shí)，必須從系統(tǒng)中拆下來，在紫紫外線外線燈下照射燈下照射2020分鐘，擦除原有信息后，再用專門的編程器重分鐘，擦除原有信息后，再用專門的編程器重新寫

16、入新的程序或數(shù)據(jù)。新寫入新的程序或數(shù)據(jù)。 EPROMEPROM芯片中的信息芯片中的信息的修改。的修改。 采用加采用加的方法來擦除芯片中的原有信息。的方法來擦除芯片中的原有信息。 編程和擦除。編程和擦除。 擦除和編程以擦除和編程以為單位，可方便地改寫其中的任一部分內(nèi)為單位，可方便地改寫其中的任一部分內(nèi)容。容。263.5 存儲(chǔ)器擴(kuò)展存儲(chǔ)器擴(kuò)展l單個(gè)存儲(chǔ)芯片的容量有限，實(shí)際存儲(chǔ)器由多個(gè)芯片擴(kuò)展而成；單個(gè)存儲(chǔ)芯片的容量有限，實(shí)際存儲(chǔ)器由多個(gè)芯片擴(kuò)展而成；l存儲(chǔ)器（存儲(chǔ)芯片）與存儲(chǔ)器（存儲(chǔ)芯片）與CPU的連接的連接數(shù)據(jù)、地址、讀寫控制三總線連接；數(shù)據(jù)、地址、讀寫控制三總線連接；l存儲(chǔ)器容量擴(kuò)充方式存儲(chǔ)器

17、容量擴(kuò)充方式位擴(kuò)展、字?jǐn)U展、字位擴(kuò)展位擴(kuò)展、字?jǐn)U展、字位擴(kuò)展MDRMARCPU主存主存 地址總線地址總線數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線讀讀寫寫27存儲(chǔ)芯片與存儲(chǔ)芯片與CPU的引腳的引腳l 存儲(chǔ)芯片的外部引腳存儲(chǔ)芯片的外部引腳數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線：位數(shù)與存儲(chǔ)單元字長(zhǎng)相同，用于傳送數(shù)據(jù)信息；：位數(shù)與存儲(chǔ)單元字長(zhǎng)相同，用于傳送數(shù)據(jù)信息；地址總線地址總線：位數(shù)與存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)為：位數(shù)與存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)為2n關(guān)系，用于選擇存儲(chǔ)單元；關(guān)系，用于選擇存儲(chǔ)單元；讀寫信號(hào)讀寫信號(hào)/WE：決定當(dāng)前對(duì)芯片的訪問類型；：決定當(dāng)前對(duì)芯片的訪問類型；片選信號(hào)片選信號(hào)/CS：決定當(dāng)前芯片是否正在被訪問決定當(dāng)前芯片是否正在被訪問；l CPU與存儲(chǔ)器

18、連接的外部引腳與存儲(chǔ)器連接的外部引腳數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線：位數(shù)與機(jī)器字長(zhǎng)相同，用于傳送數(shù)據(jù)信息；：位數(shù)與機(jī)器字長(zhǎng)相同，用于傳送數(shù)據(jù)信息；地址總線地址總線：位數(shù)與系統(tǒng)中可訪問單元個(gè)數(shù)為：位數(shù)與系統(tǒng)中可訪問單元個(gè)數(shù)為2n的關(guān)系，用于選擇的關(guān)系，用于選擇訪問單元；訪問單元；讀寫信號(hào)讀寫信號(hào)/WE：決定當(dāng)前：決定當(dāng)前CPU的訪問類型；的訪問類型；28存儲(chǔ)器容量的位擴(kuò)展存儲(chǔ)器容量的位擴(kuò)展l存儲(chǔ)單元數(shù)不變，每個(gè)單元的位數(shù)（字長(zhǎng)）增加；存儲(chǔ)單元數(shù)不變，每個(gè)單元的位數(shù)（字長(zhǎng)）增加；l例如：由例如：由1K4的存儲(chǔ)芯片構(gòu)成的存儲(chǔ)芯片構(gòu)成1K8的存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器l存儲(chǔ)芯片與存儲(chǔ)芯片與CPU的引腳連接方法：的引腳連接方法：

19、地址線地址線：各芯片的地址線：各芯片的地址線直接直接與與CPU地址線連接；地址線連接；數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線：各芯片的數(shù)據(jù)線：各芯片的數(shù)據(jù)線分別與分別與CPU數(shù)據(jù)線的不同位連接數(shù)據(jù)線的不同位連接；片選及讀寫線片選及讀寫線：各芯片的片選及讀寫信號(hào)：各芯片的片選及讀寫信號(hào)直接直接與與CPU的地址譯碼的地址譯碼及讀寫信號(hào)連接；及讀寫信號(hào)連接；l注意：注意：CPU對(duì)該存儲(chǔ)器的訪問是對(duì)該存儲(chǔ)器的訪問是對(duì)各位擴(kuò)展芯片的同一單元的同時(shí)訪問對(duì)各位擴(kuò)展芯片的同一單元的同時(shí)訪問。1K4存儲(chǔ)芯片存儲(chǔ)芯片A0A9D0D31K8存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器A0A9D0D729D7D0CSWEA9A01K41K41010由由1K4的存儲(chǔ)芯片構(gòu)成的

20、存儲(chǔ)芯片構(gòu)成1K8的存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器30存儲(chǔ)器容量的字?jǐn)U展存儲(chǔ)器容量的字?jǐn)U展l字?jǐn)U展：每個(gè)單元位數(shù)不變，總的單元個(gè)數(shù)增加。字?jǐn)U展：每個(gè)單元位數(shù)不變，總的單元個(gè)數(shù)增加。l例如：用例如：用1K8的存儲(chǔ)芯片構(gòu)成的存儲(chǔ)芯片構(gòu)成2K8的存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器l存儲(chǔ)芯片與存儲(chǔ)芯片與CPU的引腳連接方法：的引腳連接方法：地址線地址線：各芯片的地址線與：各芯片的地址線與CPU的的低位地址線直接連接低位地址線直接連接；數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線：各芯片的數(shù)據(jù)線：各芯片的數(shù)據(jù)線直接直接與與CPU數(shù)據(jù)線連接；數(shù)據(jù)線連接；讀寫線讀寫線：各芯片的讀寫信號(hào)：各芯片的讀寫信號(hào)直接直接與與CPU的讀寫信號(hào)連接；的讀寫信號(hào)連接；片選信號(hào)片選信號(hào)：各芯

21、片的片選信號(hào)：各芯片的片選信號(hào)由由CPU的高位地址譯碼產(chǎn)生的高位地址譯碼產(chǎn)生；l注意：注意： CPU對(duì)該存儲(chǔ)器的訪問是對(duì)該存儲(chǔ)器的訪問是對(duì)某一字?jǐn)U展芯片的一個(gè)單元的訪問對(duì)某一字?jǐn)U展芯片的一個(gè)單元的訪問。1K8存儲(chǔ)芯片存儲(chǔ)芯片A0A9D0D72K8存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器A0A10D0D731 1K8 1K8 1D7D0A0A9108A10l低位的地址線與各芯片的地址線并聯(lián)；低位的地址線與各芯片的地址線并聯(lián)；l多余的高位地址線用來產(chǎn)生相應(yīng)的片選信號(hào)。多余的高位地址線用來產(chǎn)生相應(yīng)的片選信號(hào)。WE由由1K8的存儲(chǔ)芯片構(gòu)成的存儲(chǔ)芯片構(gòu)成2K8的存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器CSCS32l16K8的存儲(chǔ)芯片：的存儲(chǔ)芯片：地址線地址

22、線14根，數(shù)據(jù)線根，數(shù)據(jù)線8根，根，/CS，/WElCPU的引腳：的引腳：地址線地址線16根，數(shù)據(jù)線根，數(shù)據(jù)線8根，根，/WEl4個(gè)存儲(chǔ)芯片構(gòu)成存儲(chǔ)器的地址分配：個(gè)存儲(chǔ)芯片構(gòu)成存儲(chǔ)器的地址分配：第第1片片 00 00 0000 0000 0000 00 11 1111 1111 1111 即即 0000H3FFFH第第2片片 01 00 0000 0000 0000 01 11 1111 1111 1111 即即 4000H7FFFH第第3片片 10 00 0000 0000 0000 10 11 1111 1111 1111 即即 8000HBFFFH第第4片片 11 00 0000 000

23、0 0000 11 11 1111 1111 1111 即即 C000HFFFFH 用用16K8的芯片構(gòu)成的芯片構(gòu)成64K8的存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器16K816K816K816K80000H3FFFH4000H7FFFH8000H0BFFFH0FFFFH0C000H33譯譯碼碼器器A14A15/CS16K8 /WE/CS16K8 /WE/CS16K8 /WE/CS16K8 /WEA0A13/WED0D7D0D7D0D7D0D7D0D7存儲(chǔ)芯片的字?jǐn)U展連接圖存儲(chǔ)芯片的字?jǐn)U展連接圖34l字位擴(kuò)展：每個(gè)單元位數(shù)和總的單元個(gè)數(shù)都增加。字位擴(kuò)展：每個(gè)單元位數(shù)和總的單元個(gè)數(shù)都增加。l例如：用例如：用1K4的存儲(chǔ)芯

24、片構(gòu)成的存儲(chǔ)芯片構(gòu)成2K8的存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器l擴(kuò)展方法擴(kuò)展方法先進(jìn)行位擴(kuò)展，形成滿足位要求的存儲(chǔ)芯片組；先進(jìn)行位擴(kuò)展，形成滿足位要求的存儲(chǔ)芯片組；再使用存儲(chǔ)芯片組進(jìn)行字?jǐn)U展。再使用存儲(chǔ)芯片組進(jìn)行字?jǐn)U展。l要求：能夠計(jì)算出字位擴(kuò)展所需的存儲(chǔ)芯片的數(shù)目。要求：能夠計(jì)算出字位擴(kuò)展所需的存儲(chǔ)芯片的數(shù)目。例如：用例如：用LK的芯片構(gòu)成的芯片構(gòu)成MN的存儲(chǔ)系統(tǒng)；的存儲(chǔ)系統(tǒng)；u所需芯片總數(shù)為所需芯片總數(shù)為M/LN/K 片。片。存儲(chǔ)芯片的字位擴(kuò)展存儲(chǔ)芯片的字位擴(kuò)展1K4存儲(chǔ)芯片存儲(chǔ)芯片A0A9D0D32K8存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器A0A10D0D735WEA8A9A0.D7D0A11A10CS0CS1CS2CS3片選片選譯

25、碼譯碼1K41K41K41K41K41K41K41K4用用 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片片3674LS138譯碼器譯碼器l用于地址譯碼的用于地址譯碼的3-8譯碼器譯碼器；輸入輸入3位地址信號(hào)，譯碼產(chǎn)位地址信號(hào)，譯碼產(chǎn)生生8個(gè)不同的選通輸出；個(gè)不同的選通輸出；Y5Y6G2BG2AG1ABCY0Y1Y2Y3Y4Y7使能使能控制端控制端地址地址輸入端輸入端選選通通輸輸出出端端74LS139譯碼器譯碼器l用于地址譯碼的用于地址譯碼的2-4譯碼器譯碼器；輸入輸入2位地址信號(hào)，譯碼產(chǎn)位地址信號(hào)，譯碼產(chǎn)生生4個(gè)不同的選通輸出；個(gè)不同的選通輸出；37l存儲(chǔ)器地址段

26、分析：存儲(chǔ)器地址段分析： A15 A11 A10 A9 A0 0110 0 0 0 0 0000 0000 0110 0 1 1 1 1111 1111 0110 1 0 0 0 0000 0000 0110 1 0 1 1 1111 1111l存儲(chǔ)芯片選擇存儲(chǔ)芯片選擇系統(tǒng)程序區(qū)：系統(tǒng)程序區(qū)：1片片2K8ROM用戶程序區(qū)：用戶程序區(qū)：2片片1K4RAM，做位擴(kuò)展，做位擴(kuò)展 例例1.設(shè)設(shè)CPU有有16根地址線，根地址線，8根數(shù)據(jù)線，現(xiàn)有下列芯片：根數(shù)據(jù)線，現(xiàn)有下列芯片：1K4RAM；4K8RAM；8K8RAM；2K8ROM；4K8ROM；8K8ROM及及74LS138等電路等電路要求：構(gòu)成要求：

27、構(gòu)成地址為地址為600067FFH的系統(tǒng)程序區(qū)、地址為的系統(tǒng)程序區(qū)、地址為68006BFFH的用戶程序區(qū)的用戶程序區(qū)，選擇芯片，選擇芯片系統(tǒng)程序區(qū)系統(tǒng)程序區(qū)2K8位位用戶程序區(qū)用戶程序區(qū)1K8位位再做字?jǐn)U展再做字?jǐn)U展6000H67FFH6800H6BFFHWRRD1.1.設(shè)設(shè)CPUCPU共有共有1616位地址線、位地址線、8 8根數(shù)據(jù)線，設(shè)計(jì)一個(gè)根數(shù)據(jù)線，設(shè)計(jì)一個(gè)24KB24KB容量的容量的存儲(chǔ)器，要求存儲(chǔ)器，要求ROMROM區(qū)為區(qū)為8KB8KB，從，從2000H2000H開始，采用開始，采用2764(8K2764(8K8)8)芯片，芯片，RAMRAM區(qū)為區(qū)為16KB16KB，從，從4000H

28、4000H開始，采用開始，采用62646264（8K8K8 8）芯片）芯片CPUCPU讀寫控制信號(hào)：讀寫控制信號(hào)：(1)(1)需要需要27642764和和62646264芯片各多少片？芯片各多少片？ (2)(2)寫出每片的地址范圍。寫出每片的地址范圍。 (3)(3)畫出此存儲(chǔ)器組成邏輯框圖（包括畫出此存儲(chǔ)器組成邏輯框圖（包括ROMROM和和RMRM區(qū)）。區(qū)）。OEOECECE其中其中62646264芯片的讀、寫及片選信號(hào)：芯片的讀、寫及片選信號(hào)：27642764只有讀及片選信號(hào)：只有讀及片選信號(hào)：(1) 2764(1) 2764芯片：芯片：8K8K8/8K8/8K8=18=1片。片。 6264

29、 6264芯片：芯片：16K16K8/8K8/8K8=28=2片。片。(2) (2) 2764EPROM2764EPROM芯片：芯片：2000H3FFFH 2000H3FFFH 0010 0000 0000 0000 0011 1111 1111 1111 0010 0000 0000 0000 0011 1111 1111 1111 第一片第一片6264RAM6264RAM芯片：芯片：4000H5FFFH4000H5FFFH 0100 0000 0000 0000 0101 1111 1111 1111 0100 0000 0000 0000 0101 1111 1111 1111 第二片第

30、二片6264RAM6264RAM芯片：芯片：6000H7FFFH6000H7FFFH 0110 0000 0000 0000 0111 1111 1111 1111 0110 0000 0000 0000 0111 1111 1111 11112.2.設(shè)某設(shè)某CPUCPU地址總線共有地址總線共有1616根，數(shù)據(jù)總線共有根，數(shù)據(jù)總線共有8 8根，已知系統(tǒng)中根，已知系統(tǒng)中存儲(chǔ)器的劃分如下：存儲(chǔ)器的劃分如下：ROMROM區(qū)：起始地址為區(qū)：起始地址為0000H0000H，大小為，大小為8K8KRAMRAM區(qū)：起始地址為區(qū)：起始地址為4000H 4000H ，16K16K的的RAMRAM區(qū)域區(qū)域現(xiàn)有現(xiàn)有

31、8K8K8 8位位ROMROM芯片，芯片，8K8K8 8位位RAMRAM芯片，且各芯片的信號(hào)如下芯片，且各芯片的信號(hào)如下：RAMRAM的讀、寫及片選信號(hào)：的讀、寫及片選信號(hào)：ROMROM的讀、片選信號(hào)：的讀、片選信號(hào)：CPUCPU讀寫制信號(hào)：讀寫制信號(hào)：試完成以下問題。試完成以下問題。（1 1）所需）所需ROMROM及及RAMRAM芯片各多少片？分析每個(gè)芯片的地址范圍。芯片各多少片？分析每個(gè)芯片的地址范圍。（2 2）畫出此存儲(chǔ)器組成邏輯框圖。）畫出此存儲(chǔ)器組成邏輯框圖。WRRDWEOE CEOECE(1)ROM(1)ROM芯片：芯片：1FFFH-0000H+1=2000H=8K1FFFH-00

32、00H+1=2000H=8K 因此需要因此需要ROMROM芯片芯片1 1片片 ROMROM芯片（芯片（0000H-1FFFH0000H-1FFFH） 0000 0000 0000 0000 0001 1111 1111 1111 0000 0000 0000 0000 0001 1111 1111 1111 RAM RAM芯片：芯片：16K16K16/8K16/8K16=216=2 因此需要因此需要RAMRAM芯片芯片2 2片。片。 第一片第一片RAMRAM芯片（芯片（4000H-5FFFH4000H-5FFFH） 0100 0000 0000 0000 0101 1111 1111 1111

33、 0100 0000 0000 0000 0101 1111 1111 1111 第二片第二片RAMRAM芯片（芯片（6000H-7FFFH6000H-7FFFH） 0110 0000 0000 0000 0111 1111 1111 1111 0110 0000 0000 0000 0111 1111 1111 1111 高速緩沖存儲(chǔ)器高速緩沖存儲(chǔ)器高速緩存的目的高速緩存的目的CacheCache的引入的引入n使用使用Cache的原因的原因nCPU速度越來越快，主存儲(chǔ)器與速度越來越快，主存儲(chǔ)器與CPU的速度差距越來越大，的速度差距越來越大，影響影響CPU的工作效率。的工作效率。nCache的

34、作用的作用n在在CPU和主存之間加一塊高速的和主存之間加一塊高速的SRAM（Cache）；）；n主存中將要被訪問的數(shù)據(jù)提前送到主存中將要被訪問的數(shù)據(jù)提前送到Cache中；中；nCPU訪存時(shí)，先訪問訪存時(shí)，先訪問Cache，若沒有再進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)度。，若沒有再進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)度。CacheCache的讀操作的讀操作 訪問訪問Cache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)塊替換算法執(zhí)塊替換算法 騰出空位騰出空位 結(jié)束結(jié)束命中？命中？Cache滿？滿？CPU發(fā)出訪問地址發(fā)出訪問地址 開始開始是是否否是是否否 訪問主存訪問主存取出信息送取出信息送CPU高速緩存的工作過程高速

35、緩存的工作過程高速緩存的工作過程高速緩存的工作過程高速緩存的工作過程高速緩存的工作過程pCacheCache和主存交和主存交換信息時(shí)，換信息時(shí)，以塊為以塊為單位單位，一次讀入一，一次讀入一塊或多塊內(nèi)容；每塊或多塊內(nèi)容；每塊由若干個(gè)存儲(chǔ)單塊由若干個(gè)存儲(chǔ)單元組成；元組成；命中與未命中命中與未命中緩存共有緩存共有 C C 塊塊主存共有主存共有 M M 塊塊M M C 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 緩存緩存命中率：命中率：C

36、PU CPU 欲訪問的信息在欲訪問的信息在 Cache Cache 中的中的 比率比率Cache Cache 主存系統(tǒng)的效率主存系統(tǒng)的效率平均訪問時(shí)間平均訪問時(shí)間t ta a = =h h t tc c+ + (1(1h h) ) t tm m 設(shè)設(shè) Cache Cache 命中率命中率 為為 h h，訪問訪問 CacheCache 的時(shí)間為的時(shí)間為 t tc c ，訪問訪問 主存主存 的時(shí)間為的時(shí)間為 t tm m 則則 e e = = 100% 100% t tc c h h t tc c+ + (1(1h h) ) t tm m1.CPU1.CPU執(zhí)行一段程序時(shí)，執(zhí)行一段程序時(shí)，cach

37、e cache 完成存取的次數(shù)是完成存取的次數(shù)是18001800次，主存完成存取的次數(shù)為次，主存完成存取的次數(shù)為200200次，已知次，已知cachecache的存儲(chǔ)周的存儲(chǔ)周期為期為40ns40ns，主存的存儲(chǔ)周期為，主存的存儲(chǔ)周期為200ns200ns， cachecache的命中率的命中率h h為（）、為（）、cache/cache/主存的平均訪問時(shí)間為（）主存的平均訪問時(shí)間為（）nsns。2.CPU2.CPU執(zhí)行一段程序時(shí)，執(zhí)行一段程序時(shí)，cachecache完成存取的次數(shù)為完成存取的次數(shù)為38003800次，次，主存完成存取的次數(shù)為主存完成存取的次數(shù)為200200次，已知次，已知ca

38、checache存取周期為存取周期為50ns50ns，主存為，主存為250ns250ns。cachecache的命中率為（），平均訪問的命中率為（），平均訪問時(shí)間為（）時(shí)間為（）nsns。主存與主存與CacheCache的地址映射的地址映射 l信息從主存信息從主存CacheCache中，如何定位？中，如何定位？CacheCache的容量小于主存，需要采用某種算法確定主存和的容量小于主存，需要采用某種算法確定主存和CacheCache中塊的對(duì)應(yīng)關(guān)系；中塊的對(duì)應(yīng)關(guān)系；l地址映射地址映射主存中數(shù)據(jù)塊調(diào)入主存中數(shù)據(jù)塊調(diào)入CacheCache中時(shí)，主存數(shù)據(jù)塊與中時(shí)，主存數(shù)據(jù)塊與CacheCache塊之間

39、塊之間的的映射映射關(guān)系；關(guān)系；l地址變換地址變換CPUCPU訪存時(shí)，將主存地址變換成訪存時(shí)，將主存地址變換成CacheCache地址的過程；地址的過程；l地址映射的方式地址映射的方式全相聯(lián)映射、直接映射、組相聯(lián)映射；全相聯(lián)映射、直接映射、組相聯(lián)映射；l地址映射地址映射主存中數(shù)據(jù)塊調(diào)入主存中數(shù)據(jù)塊調(diào)入CacheCache時(shí)，可以調(diào)入時(shí)，可以調(diào)入CacheCache的的任一空塊任一空塊；調(diào)入的同時(shí)，將調(diào)入的同時(shí)，將主存塊號(hào)主存塊號(hào)和和CacheCache的塊號(hào)的塊號(hào)同時(shí)寫入塊表；同時(shí)寫入塊表；l地址變換地址變換CPUCPU訪存時(shí)，發(fā)出主存地址；訪存時(shí)，發(fā)出主存地址；將將主存塊號(hào)作為關(guān)鍵字主存塊號(hào)作

40、為關(guān)鍵字，送入塊表中檢索每一個(gè)單元；，送入塊表中檢索每一個(gè)單元；命中時(shí)，讀出對(duì)應(yīng)單元中的命中時(shí)，讀出對(duì)應(yīng)單元中的CacheCache塊號(hào)；塊號(hào)；使用使用CacheCache塊號(hào)塊號(hào)和主存地址中的和主存地址中的塊內(nèi)地址塊內(nèi)地址訪問訪問CacheCache；全相聯(lián)映射（全相聯(lián)映射（Associative MappingAssociative Mapping）全相聯(lián)映射的主存地址格式全相聯(lián)映射的主存地址格式l設(shè)主存共分成設(shè)主存共分成2 2m m個(gè)塊，每塊單元數(shù)為個(gè)塊，每塊單元數(shù)為2 2b b個(gè)個(gè)主存地址格式：主存地址格式：CacheCache地址格式：地址格式：l塊表的基本結(jié)構(gòu)塊表的基本結(jié)構(gòu)單元數(shù)目

41、與單元數(shù)目與CacheCache的塊數(shù)一致；的塊數(shù)一致；每個(gè)單元保存：主存塊號(hào)和每個(gè)單元保存：主存塊號(hào)和CacheCache塊號(hào)；塊號(hào)；主存塊號(hào)主存塊號(hào)塊內(nèi)地址塊內(nèi)地址m m位位b b位位CacheCache塊號(hào)塊號(hào)塊內(nèi)地址塊內(nèi)地址b b位位c c位位全相聯(lián)映射全相聯(lián)映射CacheCache的特點(diǎn)的特點(diǎn)l優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)靈活性好靈活性好( (最理想最理想) )uCacheCache中只要有空塊，就可以調(diào)入所需要的主存數(shù)據(jù)塊；中只要有空塊，就可以調(diào)入所需要的主存數(shù)據(jù)塊；l缺點(diǎn)缺點(diǎn)成本高成本高u塊表單元字長(zhǎng)為塊表單元字長(zhǎng)為m+cm+c位，需要較大容量的位，需要較大容量的CacheCache塊表；塊表；速度

42、太慢速度太慢u訪問訪問CacheCache時(shí)，需將所有單元比較一遍，才能最后判出所時(shí)，需將所有單元比較一遍，才能最后判出所需主存中的字塊是否在需主存中的字塊是否在CacheCache中；中；l一般較少使用。一般較少使用。 【例例1 1】設(shè)主存容量設(shè)主存容量1MB1MB，CacheCache容量容量16KB16KB，塊的大小為，塊的大小為512B512B，采用，采用全相聯(lián)映射方式全相聯(lián)映射方式。l 寫出寫出CacheCache的地址格式。的地址格式。l 寫出主存的地址格式。寫出主存的地址格式。l 主存地址為主存地址為CDE8FHCDE8FH的單元，在的單元，在CacheCache中的什么位中的什

43、么位置？置？【例例1 1】設(shè)主存容量設(shè)主存容量1MB1MB，CacheCache容量容量16KB16KB，塊的大小為，塊的大小為512B512B，采用采用全相聯(lián)映射方式全相聯(lián)映射方式。l 寫出寫出CacheCache的地址格式的地址格式 CacheCache地址格式地址格式 CacheCache的容量的容量16KB16KB 塊的大小為塊的大小為512B512B 塊號(hào)為塊號(hào)為14149 95 5位位l 寫出主存的地址格式寫出主存的地址格式 主存的地址格式為主存的地址格式為 主存容量主存容量1MB1MB 塊的大小為塊的大小為512B512B 塊號(hào)為塊號(hào)為20209 91111位位 Cache Ca

44、che地址為地址為1414位位 塊塊內(nèi)地址為內(nèi)地址為9 9位位 Cache Cache共共3232塊塊Cache塊號(hào)塊號(hào)塊內(nèi)地址塊內(nèi)地址13 13 主存主存地址為地址為2020位位 塊內(nèi)地址為塊內(nèi)地址為9 9位位 主存主存共共20482048塊塊主存塊號(hào)主存塊號(hào)塊內(nèi)地址塊內(nèi)地址19 19 8 08 08 08 0【例例1 1】設(shè)主存容量設(shè)主存容量1MB1MB，CacheCache容量容量16KB16KB，塊的大小為，塊的大小為512B512B，采用采用全相聯(lián)映射方式全相聯(lián)映射方式。l 主存地址為主存地址為CDE8FHCDE8FH的單元，在的單元，在CacheCache中的什么位置？中的什么位置

45、？ 主存地址為主存地址為CDE8FHCDE8FH的單元可映射到的單元可映射到CacheCache中的任何一個(gè)字中的任何一個(gè)字塊位置；塊位置；uCDE8FH= 1100 1101 111CDE8FH= 1100 1101 1110 0 1000 11111000 1111 B B 其塊內(nèi)地址為：其塊內(nèi)地址為：010001111010001111。直接映射（直接映射（Direct MappingDirect Mapping）l映射關(guān)系映射關(guān)系主存中的每一塊數(shù)據(jù)只能調(diào)入主存中的每一塊數(shù)據(jù)只能調(diào)入CacheCache的特定塊的特定塊中；中；直接映射函直接映射函數(shù)數(shù)為：為：i = j mod 2i =

46、j mod 2c c l地址映射地址映射將主存按照將主存按照cachecache分區(qū)，主存中數(shù)據(jù)塊調(diào)入分區(qū)，主存中數(shù)據(jù)塊調(diào)入CacheCache時(shí)，時(shí)，只能調(diào)只能調(diào)入入CacheCache的特定塊的特定塊；同時(shí)，將同時(shí)，將區(qū)號(hào)區(qū)號(hào)寫入塊表中與寫入塊表中與CacheCache塊號(hào)相同的單元；塊號(hào)相同的單元；l地址變換地址變換CPUCPU訪存時(shí)，發(fā)出主存地址；訪存時(shí)，發(fā)出主存地址；從主存地址中截取出從主存地址中截取出CacheCache塊號(hào)塊號(hào)，訪問塊表的對(duì)應(yīng)單元；，訪問塊表的對(duì)應(yīng)單元；若該單元中數(shù)據(jù)與區(qū)號(hào)相同，則命中，否則未命中；若該單元中數(shù)據(jù)與區(qū)號(hào)相同，則命中，否則未命中；命中時(shí)，使用命中時(shí)，

47、使用CacheCache塊號(hào)和塊內(nèi)地址塊號(hào)和塊內(nèi)地址訪問訪問CacheCache；c c是是CacheCache號(hào)號(hào)的位數(shù)的位數(shù)主存塊號(hào)為主存塊號(hào)為j jCacheCache塊號(hào)為塊號(hào)為i i0 0區(qū)區(qū)1 1區(qū)區(qū)0 01 12 23 34 45 56 67 70 01 12 23 3直接映射直接映射直接映射方式下的主存地址格式直接映射方式下的主存地址格式l假定主存共假定主存共2 2m m塊，塊，CacheCache共共2 2c c塊塊，每塊單元數(shù)為，每塊單元數(shù)為2 2b b個(gè)個(gè)l直接映射中主存塊與直接映射中主存塊與CacheCache塊的關(guān)系：塊的關(guān)系：CacheCache地址格式為：地址格式

48、為：主存的地址格式為：主存的地址格式為：區(qū)號(hào)區(qū)號(hào)Cache塊號(hào)塊號(hào)塊內(nèi)地址塊內(nèi)地址m位位b位位t位位c位位CacheCache塊號(hào)塊號(hào)塊內(nèi)地址塊內(nèi)地址b b位位c c位位n塊表的基本結(jié)構(gòu)塊表的基本結(jié)構(gòu)n單元數(shù)目與單元數(shù)目與CacheCache的塊數(shù)一致；的塊數(shù)一致；n每個(gè)單元保存：區(qū)號(hào)；每個(gè)單元保存：區(qū)號(hào)；塊表的大小應(yīng)為塊表的大小應(yīng)為2c(m-c)位位l特點(diǎn)特點(diǎn)一個(gè)主存塊只能調(diào)入一個(gè)主存塊只能調(diào)入CacheCache的一個(gè)特定塊中的一個(gè)特定塊中 。l優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)該映射函數(shù)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，查找速度快；該映射函數(shù)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，查找速度快；l缺點(diǎn)缺點(diǎn)靈活性差；靈活性差；u主存的字塊只能對(duì)應(yīng)特定的主存的字塊只能對(duì)應(yīng)

49、特定的CacheCache字塊，即使字塊，即使CacheCache中別中別的字塊空著也不能占用。的字塊空著也不能占用。直接映射直接映射CacheCache的特點(diǎn)的特點(diǎn)【例例2 2】設(shè)主存容量設(shè)主存容量1MB1MB，CacheCache容量容量16KB16KB，塊的大小為，塊的大小為512B512B，采用采用直接映射方式直接映射方式。主存地址為主存地址為CDE8FHCDE8FH的單元在的單元在CacheCache中的什么位置？中的什么位置？ 主存地址主存地址CDE8FHCDE8FH11001100 11110101 1111110 0 10001000 11111111 對(duì)應(yīng)于對(duì)應(yīng)于CacheC

50、ache的第的第0111101111塊，塊內(nèi)地址為塊，塊內(nèi)地址為010001111010001111塊號(hào)塊號(hào)塊內(nèi)地址塊內(nèi)地址13 9 8 013 9 8 0CacheCache地址格式地址格式主存的地址格式主存的地址格式區(qū)號(hào)區(qū)號(hào)Cache塊號(hào)塊號(hào)塊內(nèi)地址塊內(nèi)地址19 14 13 9 8 019 14 13 9 8 0l組相聯(lián)映射是直接映射和全相聯(lián)映射的一種折中方案。組相聯(lián)映射是直接映射和全相聯(lián)映射的一種折中方案。l映射關(guān)系映射關(guān)系將主存分區(qū)，主存和將主存分區(qū)，主存和CacheCache中的塊分為若干組，主存中的每中的塊分為若干組，主存中的每一塊只能映射到一塊只能映射到CacheCache的特定組中，但是可調(diào)入到該組的任的特定組中，但是可調(diào)入到該組的任一塊中；一塊