主存儲(chǔ)器與存儲(chǔ)系統(tǒng).ppt

1、第6章 主存儲(chǔ)器與存儲(chǔ)系統(tǒng),本章主要內(nèi)容：,本章講述存儲(chǔ)器的分類、主存儲(chǔ)器的構(gòu)成和并行主存儲(chǔ)器的思想及設(shè)計(jì)方法；存儲(chǔ)系統(tǒng)的概念及存儲(chǔ)系統(tǒng)的構(gòu)成。重點(diǎn)掌握并行主存儲(chǔ)器的構(gòu)成，Cache的組成原理與地址映射方式、替換算法；掌握段式、頁(yè)式和段頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器的構(gòu)成原理、地址映射方式等。,6.1 存儲(chǔ)器分類6.2 主存儲(chǔ)器的主要技術(shù)指標(biāo) 6.3 讀寫存儲(chǔ)器 6.4 非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器6.5 主存儲(chǔ)器組成 6.6 相聯(lián)存儲(chǔ)器 6.7 存儲(chǔ)系統(tǒng)與并行存儲(chǔ)器 6.8 高速緩沖器Cache6.9 虛擬存儲(chǔ)器原理,6.1 存儲(chǔ)器分類,（1）隨機(jī)存儲(chǔ)器（Random Access Memory，RAM）。 （2）

2、只讀存儲(chǔ)器（Read Only Memory，ROM）。 （3）可編程只讀存儲(chǔ)器（Programmable ROM，PROM）。 （4）可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器（Erasable PROM，EPROM）。 （5）電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器（Electrically EPROM，E2PROM）。,6.2 主存儲(chǔ)器的主要技術(shù)指標(biāo),主存儲(chǔ)器的主要性能指標(biāo)為主存容量、存儲(chǔ)器存取時(shí)間和存儲(chǔ)器存儲(chǔ)周期。 存儲(chǔ)器存取時(shí)間（Memory Access Time） 存儲(chǔ)周期（Memory Cycle Time） 主存儲(chǔ)器的速度和容量?jī)身?xiàng)技術(shù)指標(biāo),6.3 讀寫存儲(chǔ)器,6.3.1 靜態(tài)RAM 1靜態(tài)RAM的基本電路,圖

3、6-1 靜態(tài)MOS 6管基本存儲(chǔ)電路,2靜態(tài)RAM的結(jié)構(gòu) 3靜態(tài)RAM芯片實(shí)例Intel 2114 4由2114 SRAM構(gòu)成規(guī)定容量的存儲(chǔ)器,圖6-5 地址譯碼電路,6.3.2 動(dòng)態(tài)RAM,1動(dòng)態(tài)RAM基本存儲(chǔ)電路,圖6-6 單管動(dòng)態(tài)RAM的基本存儲(chǔ)電路,2動(dòng)態(tài)RAM的特點(diǎn)及舉例 3動(dòng)態(tài)RAM的刷新,6.4 非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器,6.4.1 只讀存儲(chǔ)器（ROM）,圖6-8 44 MOS ROM,6.4.2 可編程只讀存儲(chǔ)器（PROM）,圖6-9 熔絲式PROM基本存儲(chǔ)電路,6.4.3 可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器EPROM）,1EPROM的存儲(chǔ)電路,圖6-10 P溝道FAMOS管基本存儲(chǔ)電路及P溝

4、道FAMOS管結(jié)構(gòu),2典型EPROM芯片的介紹 按上述原理及工藝制造的EPROM芯片常用的有27系列，如2708（1K8）、2716（2K8）、2764（8K8）、27128（16K8）和27512（64K8）等,6.4.4 電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器（E2PROM）,1E2PROM的特點(diǎn) E2PROM（Electric Erasable PROM）突出的優(yōu)點(diǎn)是可以在線擦除和改寫.,2E2PROM芯片介紹,圖6-11 E2PROM管腳圖,6.4.5 快速擦寫存儲(chǔ)器（Flash Memory）,1Flash的主要性能特點(diǎn) 2Flash的工作原理,6.4.6 幾種新型存儲(chǔ)器,1高速緩存動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器

5、（Cached DRAM，CDRAM） 2Direct Rambus接口動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（Direct Rambus DRAM，DRDRAM） 3雙數(shù)據(jù)傳輸率同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（Double Data Rate SDRAM，DDR SDRAM） 4同步鏈動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（Synchnonous Link DRAM，SLDRAM）,5虛擬通道存儲(chǔ)器（Virtual Channel Memory，VCM） 6快速循環(huán)動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器（Fast Cycle RAM，F(xiàn)CRAM） 7擴(kuò)展數(shù)據(jù)輸出動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器（Extended Data Out DRAM，EDO DRAM）,6.5 主存儲(chǔ)器組成,6.5.1 位擴(kuò)展

6、,圖6-12 位擴(kuò)展實(shí)例,6.5.2 字?jǐn)U展,圖6-13 字?jǐn)U展實(shí)例,6.5.3 字位擴(kuò)展,字位擴(kuò)展共需要mn的芯片數(shù)量為： C=,6.6 相聯(lián)存儲(chǔ)器,6.7 存儲(chǔ)系統(tǒng)與并行存儲(chǔ)器,6.7.1 存儲(chǔ)系統(tǒng)的概念 1存儲(chǔ)容量S 2位價(jià)格C 整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)的平均位價(jià)格可以這樣來(lái)計(jì)算：,3訪問(wèn)周期T,T=H T1+(1H) T2,6.7.2 增加存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)寬度,圖6-18 寬字存儲(chǔ)器,6.7.3 多體交叉存儲(chǔ)技術(shù),圖6-19 低位交叉訪問(wèn)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu),6.7.4 一種無(wú)沖突訪問(wèn)的存儲(chǔ)器,產(chǎn)生訪問(wèn)沖突的根本原因主要有兩個(gè)，一個(gè)是程序中的轉(zhuǎn)移指令，二是數(shù)據(jù)的隨機(jī)性。,圖6-22 一維數(shù)組的存儲(chǔ)方案,6.8

7、 高速緩沖器Cache,6.8.1 Cache的工作原理 1程序的局部性 2Cache的基本結(jié)構(gòu),圖6-27 Cache的基本結(jié)構(gòu),3Cache的讀寫過(guò)程 （1）寫直達(dá)法（write-through）。 （2）回寫法（write-back）。,6.8.2 Cache的地址映像與地址變換,1直接映像及地址變換,圖6-28 直接映像方式,圖6-29 直接映像地址變換,2全相聯(lián)映像及地址變換,圖6-31 全相聯(lián)映像方式,圖6-32 全相聯(lián)映像方式的地址變換,3組相聯(lián)映像及地址變換,圖6-34 組相聯(lián)映像方式的地址變換,6.8.3 替換算法,（1）隨機(jī)（Random，RAND）算法 （2）先進(jìn)先出（F

8、irst-In First-Out，F(xiàn)IFO）算法 （3）近期使用最少（Least Recently Used，LRU）算法 （4）最優(yōu)化（OPTimization, OPT）算法,6.8.4 Cache的加速比,6.9 虛擬存儲(chǔ)器原理,6.9.1 虛擬存儲(chǔ)器的工作原理 虛擬存儲(chǔ)器主要由軟件管理。 根據(jù)采用的存儲(chǔ)映像算法，可以將虛擬存儲(chǔ)器的管理方式分成段式、頁(yè)式和段頁(yè)式三種.,6.9.2 地址映像與變換,在虛擬存儲(chǔ)器中，有三種地址空間，第一種是虛擬地址空間，也稱為虛空間或虛擬存儲(chǔ)器空間，它是應(yīng)用程序員用來(lái)編寫程序的地址空間；第二種空間是主存儲(chǔ)器的地址空間，也稱主存地址空間、主存物理空間或?qū)嵈娴刂房臻g；第三種是輔存地址空間。,目前主要有頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器、段式虛擬存儲(chǔ)器和段頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器3種。 1頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器,圖6-36 頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器的地址映像方式,圖6-37 頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器頁(yè)面映像的一個(gè)實(shí)例,2段式虛擬存儲(chǔ)器,圖6-38 段式虛擬存儲(chǔ)器的地址映像方式,3段頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器,虛擬地址格式為：,6.9.3 頁(yè)面替換算法及其實(shí)現(xiàn),（1）缺頁(yè)至少要涉及前一次磁盤存取，讀取所缺的頁(yè)。缺頁(yè)使系統(tǒng)蒙受的損失要比Cache未命中大得多。 （2）頁(yè)面替換是由操作系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)的。 （3）頁(yè)面替換的選擇余地很大，屬于一個(gè)進(jìn)程的頁(yè)面都可替換。 虛擬存儲(chǔ)器中的替換策略一般采用LRU算法、LFU