第四章 存儲(chǔ)器

1.什么總線，特征是什么？2.總線寬度、總線帶寬、總線復(fù)用、總線的主設(shè)備（或主模塊）、總線的從設(shè)備（或從模塊）、總線的傳輸周期、總線的通信控制。3.為什么要設(shè)置總線判優(yōu)控制？常見的集中式總線控制有幾種？各有何特點(diǎn)？哪種方式響應(yīng)時(shí)間最快？哪種方式對(duì)電路故障最敏感？4.什么是同步通信、異步通信、半同步通信、分離式通信。5.在異步串行傳送系統(tǒng)中，字符格式為：1個(gè)起始位、8個(gè)數(shù)據(jù)位、1個(gè)校驗(yàn)位、2個(gè)終止位。若要求每秒傳送120個(gè)字符，試求傳送的波特率和比特率。6、如果工作頻率為16MHz，總線位寬為32位，最大傳輸率為多少？如果一個(gè)總線周期等于2個(gè)時(shí)鐘周期，則總線帶寬是多少？1、地址總線用

表示，數(shù)據(jù)總線用

表示，控制總線用

表示。2、位于集成電路內(nèi)部的總線被稱為

總線。3、總線總裁的方法有

和

。4、總線上完成一次數(shù)據(jù)傳輸一般要經(jīng)歷

階段、

階段、

階段和

階段。5、衡量總線性能的重要指標(biāo)是______，它定義為總線本身所能達(dá)到的最高_(dá)_____。6、總線帶寬是指總線上每秒傳輸?shù)?/p>

，用

為單位。7、如果總線的頻率為88MHz，總線的位寬為8位，則總線的帶寬應(yīng)為

。1、MB/s的含義是（）A、總線上每秒傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)量B、總線上每秒傳輸?shù)淖畲笞止?jié)量C、總線上每秒傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù)D、總線上每秒傳輸?shù)氖M(jìn)制位數(shù)2、不同信號(hào)在同一條信號(hào)線上分時(shí)傳輸?shù)姆绞椒Q為()A.總線復(fù)用方式B.并串行傳輸方式C.并行傳輸方式D.串行傳輸方式3、在計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式下，若計(jì)數(shù)從0開始，則()

A.設(shè)備號(hào)大的優(yōu)先權(quán)高B.設(shè)備號(hào)小的優(yōu)先權(quán)高C.每個(gè)設(shè)備使用總線的機(jī)會(huì)相等D.以上都不對(duì)5、總線中地址線的用處是（）A、選擇主存單元地址B、選擇進(jìn)行信息傳輸?shù)脑O(shè)備C、選擇外存地址D、指定主存單元和I/O設(shè)備接口電路的選擇地址6、同步通信之所以比異步通信具有較高的傳輸頻率,是因?yàn)橥酵ㄐ臺(tái)___。A.不需要應(yīng)答信號(hào)；B.總線長(zhǎng)度較短；C.用一個(gè)公共時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行同步；D.各部件存取時(shí)間比較接近。7、在集中式總線仲裁中，____方式響應(yīng)時(shí)間最快，____方式對(duì)電路故障最敏感。A.菊花鏈方式B.獨(dú)立請(qǐng)求方式C.計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式D.以上三種方式第４章存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器的用途：存放程序和數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器的要求：高速度、大容量、低價(jià)格。存儲(chǔ)系統(tǒng)：由幾個(gè)容量、速度和價(jià)格不同的存儲(chǔ)器組成的。4.1概述4.2主存儲(chǔ)器4.3高速緩沖存儲(chǔ)器Cache4.4輔助存儲(chǔ)器4.1概述一、存儲(chǔ)器分類1.按存儲(chǔ)介質(zhì)分類(1)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器(2)磁表面存儲(chǔ)器(3)磁芯存儲(chǔ)器(4)光盤存儲(chǔ)器易失TTL、MOS磁頭、載磁體硬磁材料、環(huán)狀元件激光、磁光材料非易失(1)存取時(shí)間與物理地址無關(guān)（隨機(jī)訪問）順序存取存儲(chǔ)器磁帶2.按存取方式分類(2)存取時(shí)間與物理地址有關(guān)（串行訪問）直接存取存儲(chǔ)器磁盤隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM：SRAM、DRAM只讀存儲(chǔ)器ROM磁盤、磁帶、光盤高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器3.按在計(jì)算機(jī)中的作用分類高低小大快慢輔存寄存器緩存主存磁盤光盤磁帶光盤磁帶速度容量?jī)r(jià)格位／1.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)CPUCPU主機(jī)緩存CPU主存輔存2.緩存主存層次和主存輔存層次緩存主存輔存主存10ns20ns200nsms（速度）（容量）由硬件來實(shí)現(xiàn)由硬件和操作系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)4.2主存儲(chǔ)器一、概述1.主存的基本組成存儲(chǔ)體驅(qū)動(dòng)器譯碼器MAR控制電路讀寫電路MDR地址總線數(shù)據(jù)總線讀寫……………2.主存和CPU的聯(lián)系MDRMARCPU主存讀數(shù)據(jù)總線地址總線寫

高位字節(jié)地址為字地址

低位字節(jié)地址為字地址設(shè)地址線24根按字節(jié)尋址按字尋址若字長(zhǎng)為16位按字尋址若字長(zhǎng)為32位字地址字節(jié)地址11109876543210840字節(jié)地址字地址4523014203.主存中存儲(chǔ)單元地址的分配224=16M8M4M字存儲(chǔ)單元：存放一個(gè)機(jī)器字的存儲(chǔ)單元，相應(yīng)的單元地址叫字地址。字節(jié)存儲(chǔ)單元：存放一個(gè)字節(jié)的單元，相應(yīng)的地址稱為字節(jié)地址。4.主存的技術(shù)指標(biāo)(1)存儲(chǔ)容量主存存放二進(jìn)制代碼的總位數(shù)

存儲(chǔ)器的容量=存儲(chǔ)單元的個(gè)數(shù)×存儲(chǔ)字長(zhǎng)(2)存儲(chǔ)速度存取時(shí)間：指一次讀操作命令發(fā)出到該操作完成，將數(shù)據(jù)讀出到數(shù)據(jù)總線上所經(jīng)歷的時(shí)間。存儲(chǔ)周期：指連續(xù)啟動(dòng)兩次讀操作所需間隔的最小時(shí)間。通常，存儲(chǔ)周期略大于存取時(shí)間，其時(shí)間單位為ns。(3)存儲(chǔ)器的帶寬單位時(shí)間里存儲(chǔ)器所存取的信息量，通常以位/秒總線帶寬：MB/s半導(dǎo)體存儲(chǔ)器隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM只讀存儲(chǔ)器（ROM）靜態(tài)RAM（SRAM）動(dòng)態(tài)RAM（DRAM）二極管ROM雙極型ROMMOS型ROM固定（掩模）ROM可編程ROMPROMEPROME2PROMFLASH高速緩沖存儲(chǔ)器cache主存RandomAccessMemoryReadOnlyMemory二、半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片簡(jiǎn)介芯片容量1.半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片的基本結(jié)構(gòu)譯碼驅(qū)動(dòng)存儲(chǔ)矩陣讀寫電路1K×4位16K×1位8K×8位片選線讀/寫控制線地址線…數(shù)據(jù)線…地址線（單向）數(shù)據(jù)線（雙向）1041411381.半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片的基本結(jié)構(gòu)譯碼驅(qū)動(dòng)存儲(chǔ)矩陣讀寫電路片選線讀/寫控制線地址線…數(shù)據(jù)線…片選線讀/寫控制線（低電平寫高電平讀）（允許讀）CSCEWE（允許寫）WEOE存儲(chǔ)芯片片選線的作用用16K×1位的存儲(chǔ)芯片組成64K×8位的存儲(chǔ)器

32片當(dāng)?shù)刂窞?5535時(shí)，此8片的片選有效8片16K×1位8片16K×1位8片16K×1位8片16K×1位三、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)RAM存儲(chǔ)單元：是存儲(chǔ)器的最基本存儲(chǔ)細(xì)胞，它可以存放1位二值數(shù)據(jù)。根據(jù)存儲(chǔ)信息的機(jī)理不同，分為SRAM和DRAM靜態(tài)讀寫存儲(chǔ)器(SRAM)：依靠觸發(fā)器來存儲(chǔ)1位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，存取速度快,容量小。主要用作cache。動(dòng)態(tài)讀寫存儲(chǔ)器(DRAM)：依靠電容存儲(chǔ)電荷來保留1位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)容量比SRAM大。主要用作主存1、靜態(tài)SRAM芯片（Intel2114)舉例存儲(chǔ)容量1K×4位I/O1I/O2I/O3I/O4A0A8A9WECSVCCGNDIntel2114…2.動(dòng)態(tài)RAM(DRAM)（1）寫入過程：為了避免存儲(chǔ)信息的丟失，必須定時(shí)地給電容補(bǔ)充漏掉的電荷。通常把這種操作稱為“刷新”（2）讀出過程：讀出“1”后，CS上的電荷因轉(zhuǎn)移到CD無法維持“1”狀態(tài)，即所存信息被破壞，這種破壞稱為“破壞性讀出”，因此讀出“1”后必須進(jìn)行“再生”操作。1.存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的記憶設(shè)備，它主要用來（）。

A.存放數(shù)據(jù)B.存放程序C.存放數(shù)據(jù)和程序D.存放微程序2.與外存相比，內(nèi)存的特點(diǎn)是()A．容量大，速度快，成本低B.容量大，速度慢，成本高C.容量小，速度快，成本高D.容量小，速度快，成本低3.某計(jì)算機(jī)的字長(zhǎng)16位，它的存儲(chǔ)容量是64KB,若按字編址，那么它的尋址范圍是（）。A.64KB.32KC.64KBD.32KB某計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)32位，其存儲(chǔ)容量為4MB，若按半字編址，它的尋址范圍是（)4.計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)是指（）。A.RAM存儲(chǔ)器B.ROM存儲(chǔ)器C.主存儲(chǔ)器D.cache，主存儲(chǔ)器和外存儲(chǔ)器用作存儲(chǔ)器的芯片有不同的類型?？呻S機(jī)讀寫，且只要不斷電則其中存儲(chǔ)的信息就可一直保存的，稱為_A_。可隨機(jī)讀寫，但即使在不斷電的情況下其存儲(chǔ)的信息出要定時(shí)刷新才不致丟失的，稱為_Ｂ_。所存信息由生產(chǎn)廠家用掩膜技術(shù)寫好后就無法再改變的稱為_Ｃ_。通過紫外線照射后可擦除所有信息，然后重新寫入新的信息并可多次進(jìn)行的，稱為_Ｄ_。通過電信號(hào)可在數(shù)秒鐘內(nèi)快速刪除全部信息，但不能進(jìn)行字節(jié)級(jí)別刪除操作的，稱為_E_。供選擇的答案：A、B：①RAM ②SDRAM ③DRAM ④SRAMC、D：①EPROM ②PROM ③ROM ④CDROME： ①E2PROM ②FlashMemory ③EPROM ④VirtualMemory1.若指令流水線把一條指令分為取指、分析和執(zhí)行三部分，且三部分的時(shí)間分別是t取指＝2ns，t分析＝2ns，t執(zhí)行＝1ns。則100條指令全部執(zhí)行完畢需

ns。

A．163

B．183

C．193

D．202.若每一條指令都可以分解為取指、分析和執(zhí)行三步。已知取指時(shí)間t取指=5△t，分析時(shí)間t分析=2△t，執(zhí)行時(shí)間t執(zhí)行=5△t。如果按順序方式從頭到尾執(zhí)行完500條指令需（1）

△t。如果按照[執(zhí)行]k、[分析]k+1、[取指]k+2重疊的流水線方式執(zhí)行指令，從頭到尾執(zhí)行完500條指令需（2）

△t。

（1）A．5590

B．5595

C．6000

D．6007

（2）A．2492

B．2500

C．2510

D．2515

3.內(nèi)存按字節(jié)編址，地址從A4000H到CBFFFH，共有__(1)__字節(jié)。若用存儲(chǔ)容量為32K×8bit的存儲(chǔ)芯片構(gòu)成該內(nèi)存，至少需要__(2)__片。（1）A.80K

B.96K

C.160K

D.192k（2）A.2 B.5

C.8 D.104.如果主存容量為16M字節(jié)，且按字節(jié)編址，表示該主存地址至少應(yīng)需要

位。

A．16

B．20

C．24

D．325.在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，構(gòu)成虛擬存儲(chǔ)器

。

A．只需要一定的硬件資源便可實(shí)現(xiàn)

B．只需要一定的軟件即可實(shí)現(xiàn)

C．既需要軟件也需要硬件方可實(shí)現(xiàn)

D．既不需要軟件也不需要硬件7．有一個(gè)具有20位地址和32位字長(zhǎng)的存儲(chǔ)器，問：（1）該存儲(chǔ)器能存儲(chǔ)多少個(gè)字節(jié)的信息？（2）如果存儲(chǔ)器由512K×8位SRAM芯片組成，需要多少芯片？6.操作數(shù)所處的位置，可以決定指令的尋址方式。操作數(shù)包含在指令中，尋址方式（4）；操作數(shù)在寄存器中，尋址方式為（5）；操作數(shù)的地址在寄存器中，尋址方式為（6）。

（4）A．立即尋址

B．直接尋址

C．寄存器尋址

D．寄存器間接尋址

（5）A．立即尋址B．相對(duì)尋址

C．寄存器尋址

D．寄存器間接尋址

（6）A．相對(duì)尋址

B．直接尋址

C．寄存器尋址

D．寄存器間接尋址(4)動(dòng)態(tài)DRAM刷新刷新：每隔2ms周期對(duì)存儲(chǔ)體中全部的存儲(chǔ)電容充電,以補(bǔ)充所消失的電荷,維持原存信息不變,這個(gè)過程被稱為“刷新”。刷新周期：對(duì)存儲(chǔ)器完成一次刷新所需要的時(shí)間。最大刷新周期:全部刷新一遍所允許的最大時(shí)間間隔。刷新操作有三種刷新方式：集中式刷新分散式刷新異步刷新①集中刷新（存取周期為0.5s

）“死時(shí)間率”為64s/2ms×100%=3.2%“死區(qū)”為0.5s

×128=64s

周期序號(hào)地址序號(hào)tc0123871387201tctctctc3999VW01127讀/寫或維持刷新讀/寫或維持3872個(gè)周期（1936s）

128個(gè)周期（64s）

刷新時(shí)間間隔（2ms）刷新序號(hào)??????tcXtcY??????以128×128矩陣為例DRAM的所有行在每一個(gè)刷新周期中都被刷新。優(yōu)點(diǎn)：讀寫操作不受刷新工作影響，系統(tǒng)存取速度比較快。缺點(diǎn)：集中刷新期間必須停止讀寫，形成一段死區(qū)。tC=tM

+tR讀寫刷新無“死區(qū)”②

分散刷新（存取周期為1

s

）(存取周期為0.5s

+0.5s

)以128

×128矩陣為例W/RREF0W/RtRtMtCREF126REF127REFW/RW/RW/RW/R刷新間隔128個(gè)存取周期…每一行的刷新插入到正常的讀/寫周期之中。將存儲(chǔ)周期分為兩段,前段讀/寫/保持,后段刷新。優(yōu)點(diǎn)：沒有長(zhǎng)的死區(qū)缺點(diǎn)：存取速度降低，降低整機(jī)的速度。刷新過于頻繁③分散刷新與集中刷新相結(jié)合（異步刷新）對(duì)于128×128的存儲(chǔ)芯片（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)“死區(qū)”“死區(qū)”為0.5s

若每隔15.6s

刷新一行每行每隔2ms

刷新一次DRAM刷新需要注意的問題：1、刷新對(duì)CPU是透明的。2、刷新是以行為單位進(jìn)行。每一行的各個(gè)單元同時(shí)被刷新，需要被刷新的存儲(chǔ)器要轉(zhuǎn)換成存儲(chǔ)行列矩陣的形式。3、考慮刷新時(shí)，是以單個(gè)存儲(chǔ)芯片為單位，不是以整個(gè)存儲(chǔ)容量為單位的。4、刷新操作類似讀出操作，但是不需要有信息輸出，所以不需要片選信號(hào)。例1：64K×1的存儲(chǔ)器，芯片的最大刷新周期是2毫秒，存儲(chǔ)周期是0.5微秒，采用三種刷新方式，那么刷新完該存儲(chǔ)芯片所需要的刷新時(shí)間是多少。集中刷新：

64K=216=256×256，共有256行分散刷新：異步刷新：3.動(dòng)態(tài)RAM和靜態(tài)RAM的比較DRAMSRAM存儲(chǔ)原理集成度芯片引腳功耗價(jià)格速度刷新電容觸發(fā)器高低少多小大低高慢快有無主存緩存四、只讀存儲(chǔ)器（ROM）1.掩模ROM(MROM)2.PROM(一次性編程)3.EPROM(多次性編程)4.EEPROM(多次性編程)5.FlashMemory(閃速型存儲(chǔ)器)（3）可擦除可編程ROM（EPROM）擦除方法：將器件放在紫外線下照射約20分鐘，可以將編程信息全部擦去，相當(dāng)于存儲(chǔ)了全“1”。是整片擦除。編程：在編程器上進(jìn)行的，編程器通常與微機(jī)聯(lián)用。（4）電可擦除可編程ROM（E2PROM或EEPROM）擦除方法：用電擦除，并且擦除的速度要快的多（一般為毫秒數(shù)量級(jí)）。E2PROM的電擦除過程就是改寫過程，它具有ROM的非易失性，又具備類似RAM的功能，可以隨時(shí)改寫。是以字為單位進(jìn)行改寫的。（5）FlashMemory(閃速型存儲(chǔ)器)它既有EPROM集成度高、價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)；又有EEPROM電擦除重寫的特性。而且擦除和重寫的速度快,功耗低。目前應(yīng)用：閃盤、MP3、各種閃卡（SD、CF、MMC)五、存儲(chǔ)器與CPU的連接1.存儲(chǔ)器容量的擴(kuò)展字?jǐn)U展位擴(kuò)展字、位擴(kuò)展

2.存儲(chǔ)器與CPU的連接

(1)地址線的連接(2)數(shù)據(jù)線的連接(3)讀/寫命令線的連接(4)片選線的連接(5)合理選擇存儲(chǔ)芯片(6)其他時(shí)序、負(fù)載六、存儲(chǔ)器的校驗(yàn)評(píng)價(jià)存儲(chǔ)器的一個(gè)重要指標(biāo)就是它的可靠性.檢查錯(cuò)誤并糾正錯(cuò)誤的的方法有：Parity(奇偶校驗(yàn))CRC（CyclicRedundancyCheck，循環(huán)冗余校驗(yàn)）harming(海明碼或漢明碼)ECC（ErrorCheckingandCorrecting，錯(cuò)誤檢查和糾正）漢明碼的組成需增添？位檢測(cè)位檢測(cè)位的位置？檢測(cè)位的取值？2k

≥

n+k+1檢測(cè)位的取值與該位所在的檢測(cè)“小組”中承擔(dān)的奇偶校驗(yàn)任務(wù)有關(guān)組成漢明碼的三要素2.漢明碼的組成2i

(i=0，1，2，3，)…各檢測(cè)位Ci

所承擔(dān)的檢測(cè)小組為gi

小組獨(dú)占第2i－1

位gi

和gj

小組共同占第2i－1+2j－1

位gi、gj

和gl

小組共同占第2i－1+2j－1+2l－1

位C1

檢測(cè)的g1小組包含第1，3，5，7，9，11，…C2

檢測(cè)的g2

小組包含第2，3，6，7，10，11，…C4

檢測(cè)的g3

小組包含第4，5，6，7，12，13，…C8

檢測(cè)的g4

小組包含第8，9，10，11，12，13，14，15，24，…例4.4求0101按“偶校驗(yàn)”配置的漢明碼解：∵n=4根據(jù)2k

≥n+k+1得k=3漢明碼排序如下:二進(jìn)制序號(hào)名稱1234567C1C2C40∴0101的漢明碼為

0100101010110奇校驗(yàn)？按配偶原則配置0011的漢明碼二進(jìn)制序號(hào)名稱1234567C1C2C41000011解：∵n=4根據(jù)2k

≥n+k+1取k=3C1=357=1C2=367=0C4=567=0∴0011的漢明碼為

1000011練習(xí)13.漢明碼的糾錯(cuò)過程形成新的檢測(cè)位Pi

，如增添3位（k=3），新的檢測(cè)位為P4P2P1

。以k=3為例，Pi

的取值為P1=13

57P2=23

67P4=45

67對(duì)于按“偶校驗(yàn)”配置的漢明碼不出錯(cuò)時(shí)P1=0，P2=0，P4=0C1C2C4其位數(shù)與增添的檢測(cè)位有關(guān)，奇校驗(yàn)？不出錯(cuò)P1=1357=0無錯(cuò)P2=2367=1有錯(cuò)P4=4567=1有錯(cuò)∴P4P2P1=110第6位出錯(cuò)，可糾正為0100101，故要求傳送的信息為

0101。糾錯(cuò)過程如下例4.5解：

已知接收到的漢明碼為0100111（按配偶原則配置）試問要求傳送的信息是什么?

練習(xí)2P4=4567=1P2=2367=0P1=1357=0∴P4P2P1=100第4位錯(cuò)，可不糾寫出按偶校驗(yàn)配置的漢明碼0101101的糾錯(cuò)過程練習(xí)3按配奇原則配置0011的漢明碼按配奇原則配置1100101的漢明碼配奇原則：0101011七、提高訪存速度的措施采用層次結(jié)構(gòu)：Cache–主存采用高速器件調(diào)整主存結(jié)構(gòu)1.單體多字系統(tǒng)一次取出多個(gè)字，提高帶寬2.多體并行系統(tǒng)多個(gè)性能相同的模塊或并行工作，或交叉工作。3.相聯(lián)存儲(chǔ)器3.高性能存儲(chǔ)芯片(1)SDRAM(同步DRAM)在系統(tǒng)時(shí)鐘的控制下進(jìn)行讀出和寫入CPU無須等待(2)RDRAM由Rambus開發(fā)，主要解決存儲(chǔ)器帶寬問題(3)帶Cache的DRAM在DRAM的芯片內(nèi)集成了一個(gè)由SRAM

組成的Cache

，有利于猝發(fā)式讀取

4.3高速緩沖存儲(chǔ)器一、概述1.問題的提出避免CPU“空等”現(xiàn)象CPU和主存（DRAM）的速度差異緩存CPU主存容量小速度高容量大速度低程序訪問的局部性原理程序局部性概念：a)時(shí)間局部性：在最近的未來要用到的信息很可能是現(xiàn)在正在使用的信息，這是由程序循環(huán)造成的，即循環(huán)中的語句要被重復(fù)執(zhí)行。b)空間局部性：在最近的未來要用到的信息很可能與現(xiàn)在正在使用的信息在程序空間上相鄰或相近，這是由于指令通常是順序執(zhí)行的。2.功能：解決CPU和主存之間的速度不匹配問題一般采用高速的SRAM構(gòu)成。CPU和主存之間的速度差別很大采用兩級(jí)或多級(jí)Cache系統(tǒng)早期的一級(jí)Cache在CPU內(nèi)，二級(jí)在主板上全由硬件調(diào)度，對(duì)用戶透明二.Cache的工作原理Cache和主存的編址Cache的性能指標(biāo)Cache的基本結(jié)構(gòu)命中率h：命中與未命中平均訪問時(shí)間ta系統(tǒng)的效率e

地址映像讀寫策略替換方法1、主存和緩存的編址主存和緩存按塊存儲(chǔ)，塊的大小相同B

為塊長(zhǎng)~~~~……主存塊號(hào)主存儲(chǔ)器012m－1字塊0字塊1字塊M－1主存塊號(hào)塊內(nèi)地址m位b位n位M塊B個(gè)字緩存塊號(hào)塊內(nèi)地址c位b位C塊B個(gè)字~~~~……字塊0字塊1字塊C－1012c－1標(biāo)記Cache緩存塊號(hào)2、緩存Cache的性能指標(biāo)（1）命中率：命中與未命中在一個(gè)程序執(zhí)行期間，設(shè)Nc表示cache完成存取的總次數(shù)（命中），Nm表示主存完成存取的總次數(shù)（未命中），h定義為命中率。則有：命中：主存塊與緩存塊建立了對(duì)應(yīng)關(guān)系，用標(biāo)記記錄與某緩存塊建立了對(duì)應(yīng)關(guān)系的主存塊號(hào)。未命中：主存塊未調(diào)入緩存，主存塊與緩存塊未建立對(duì)應(yīng)關(guān)系。(2)平均訪問時(shí)間tc：命中時(shí)的Cache訪問時(shí)間tm：未命中時(shí)的主存訪問時(shí)間1-h表示未命中率，(3)Cache–主存系統(tǒng)的效率例：CPU執(zhí)行一段程序時(shí)，cache完成存取的次數(shù)為3800次，主存完成存取的次數(shù)為200,已知cache存取周期為50ns,主存為250ns,求cache/主存系統(tǒng)的效率和平均訪問時(shí)間。命中率：H=Ne/(NC+Nm）=3800/(3800+200)=0.95訪問效率：e=83.3%平均訪問時(shí)間：ta=60ns已知cache/主存系統(tǒng)效率為85%，平均訪問時(shí)間為60ns，cache比主存快4倍，求存儲(chǔ)器存取周期是多少？cache命中率是多少？3.Cache的基本結(jié)構(gòu)Cache替換機(jī)構(gòu)Cache存儲(chǔ)體主存Cache地址映射變換機(jī)構(gòu)由CPU完成(1)Cache的讀寫操作讀

訪問Cache取出信息送CPU

訪問主存取出信息送CPU將新的主存塊調(diào)入Cache中執(zhí)行替換算法騰出空位

結(jié)束命中？Cache滿？CPU發(fā)出訪問地址

開始是否是否地址映像(1)Cache的讀寫操作寫Cache和主存的一致性寫寫直達(dá)法（Write–through）寫回法（Write–back）寫操作時(shí)數(shù)據(jù)既寫入Cache又寫入主存寫操作時(shí)間就是訪問主存的時(shí)間

寫操作時(shí)只把數(shù)據(jù)寫入Cache而不寫入主存當(dāng)Cache數(shù)據(jù)被替換出去時(shí)才寫回主存,寫操作時(shí)間就是訪問Cache的時(shí)間.（2）Cache–

主存的地址映射無論選擇那種映射方式，都要把主存和cache劃分為同樣大小的“塊”。選擇哪種映射方式，要考慮：硬件是否容易實(shí)現(xiàn)，地址變換的速度是否快主存裝入一塊時(shí)，發(fā)生沖突的概率以下我們介紹三種映射方法全相聯(lián)映像直接映像組相聯(lián)映像

字塊2m－1

字塊2c+1

字塊2c+1－1

字塊2c

+1

字塊2c

字塊2c－1

字塊1字塊0………主存儲(chǔ)體字塊1

標(biāo)記字塊0

標(biāo)記字塊2c－1標(biāo)記Cache存儲(chǔ)體t位012c－1…字塊字塊地址主存字塊標(biāo)記t

位c

位b

位主存地址比較器（t位）=≠不命中有效位=1？*m位

Cache內(nèi)地址否是命中1.直接映射每個(gè)緩存塊

i

可以和若干個(gè)主存塊對(duì)應(yīng)每個(gè)主存塊

j

只能和一個(gè)緩存塊對(duì)應(yīng)i=j

mod

C

字塊2c+1

字塊2c字塊0字塊02.全相聯(lián)映射主存中的任一塊可以映射到緩存中的任一塊字塊2m－1字塊2c－1字塊1

字塊0……字塊2c－1字塊1字塊0…標(biāo)記標(biāo)記標(biāo)記主存字塊標(biāo)記

字塊內(nèi)地址主存地址m=t+c

位b位m

=

t+cCache存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器

字塊0字塊2m－1字塊2c-r+1

字塊2c-r+

1字塊2c-r字塊2c-r

－

字塊1字塊0………字塊3標(biāo)記字塊1標(biāo)記字塊2c－1標(biāo)記字塊2標(biāo)記字塊0標(biāo)記字塊2c－2標(biāo)記…………字塊內(nèi)地址組地址主存字塊標(biāo)記s=t+r

位q=

c－r

位b

位組012c-r－1主存地址Cache主存儲(chǔ)器m

位共Q

組，每組內(nèi)兩塊（r=1)1某一主存塊

j

按模Q

映射到緩存的第i

組中的任一塊i=j

mod

Q直接映射全相聯(lián)映射3.組相聯(lián)映射字塊0字塊1字塊0字塊2c-r字塊2c-r+1小結(jié)某一主存塊只能固定映射到某一緩存塊直接全相聯(lián)組相聯(lián)某一主存塊能映射到任一緩存塊某一主存塊只能映射到某一緩存組中的任一塊不靈活成本高（3）替換算法先進(jìn)先出算法FIFO 隨機(jī)算法RAND先進(jìn)后出算法FILO 替換最近最少使用的塊算法LRU三、Cache的改進(jìn)(1)增加Cache的級(jí)數(shù)片載（片內(nèi)）Cache片外Cache(2)統(tǒng)一緩存和分立緩存指令Cache數(shù)據(jù)Cache與主存結(jié)構(gòu)有關(guān)與指令執(zhí)行的控制方式有關(guān)是否流水Pentium8K指令Cache8K數(shù)據(jù)CachePowerPC62032K指令Cache

32K數(shù)據(jù)Cache本章小結(jié)對(duì)存儲(chǔ)器的要求是容量大、速度快、成本低。為了解決了這三方面的矛盾，計(jì)算機(jī)采用多級(jí)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)，即cache、主存和外存。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器分為RAM和ROM。RAM又分為SRAM和DRAM；兩者的區(qū)別?動(dòng)態(tài)刷新的3種方法。EOM又分為哪些有什么區(qū)別？主存：由DRAM實(shí)現(xiàn)。主存技術(shù)指標(biāo)有存儲(chǔ)容量、存取時(shí)間、存儲(chǔ)周期、存儲(chǔ)器帶寬。主存容量的擴(kuò)展，主存的校驗(yàn)：漢明碼。cache是一種高速緩沖存儲(chǔ)器。cache的結(jié)構(gòu)，主要性能指標(biāo)：命中率。與主存之間如何進(jìn)行數(shù)據(jù)交換：讀操作（命中率）、寫操作、地址映像、替換策略、5.半導(dǎo)體靜態(tài)存儲(chǔ)器SRAM的存儲(chǔ)原理是（）。

A.依靠雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路B.依靠定時(shí)刷新C.依靠讀后再生D.信息不再變化6.CPU能直接訪問（）和（），但不能直接訪問磁盤和光盤。

A.主存B.輔存C.軟盤D.閃存E.cache7.某SRAM芯片，存儲(chǔ)容量為64K×16位，該芯片的地址線和數(shù)據(jù)線數(shù)目為()A.64，16B.16，64C.64，8D.16，61.設(shè)CPU有20根地址線和16根數(shù)據(jù)線，CPU按字節(jié)訪問和按字訪問的地址范圍各是多少？2.設(shè)某個(gè)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)字長(zhǎng)為32位，存取周期為200ns。求存儲(chǔ)器帶寬。假設(shè)某數(shù)據(jù)總線寬度為32位，總線傳輸周期為50ns，求總線傳輸率。3.DRAM為什么要刷新，刷新的方式有幾種？1．EPROM是指()A．隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器B．只讀存儲(chǔ)器C．可擦除可編程的只讀存儲(chǔ)器D．可編程的只讀存儲(chǔ)器2.若內(nèi)存按字節(jié)編址，用存儲(chǔ)容量為32KX8比特的存儲(chǔ)器芯片構(gòu)成地址編號(hào)A0000H至DFFFFH的內(nèi)存空間，則至少需要(

)片。3.寫出1100（按配偶原則）對(duì)應(yīng)的漢明碼。4.已知接收到的漢明碼（按配偶原則配置）為1100100，檢查該代碼是否出錯(cuò)？第幾位出錯(cuò)？寫出欲傳送代碼。1.在主存和CPU之間增加cache存儲(chǔ)器的目的是()

A.增加內(nèi)存容量B.提高內(nèi)存的可靠性C.解決CPU與內(nèi)存之間的速度匹配問題D.增加內(nèi)存容量，同時(shí)加快存取速度2.直接映射cache的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。這種方式的缺點(diǎn)是（）A它比其他cache映射方式價(jià)格更貴B如果使用中的2個(gè)或多個(gè)塊映射到cache同一行，命中率則下降C它的存取時(shí)間大于其它c(diǎn)ache映射方式Dcache中的塊數(shù)隨著主存容量增大而線性增加3.