第4章存储器ppt课件

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第四章-存储器04-高速缓冲存储器

Cache 000 001 010 011 100 101 110 111 000 001 010 011 100 101 110 111
调入
4.1、地址映象——直接映像
例2：设一个Cache中有8块，访问主存进行读操作的块地址依次为： 10110、11010、10110、11010、10000、00100、10010，求每次访问时Cache的内容。
硬件完成功能：访存地址转成 Cache地址辅助存储器
Cache 的全部功能都是由硬件完成的，对程序员来说是透明的。
4.1、地址映象
映象：其物理意义就是位置的对应关系，将主存地址变成Cache地址。
常见的映象方式主要有三种： 1）直接映象 2）全相联映象 3）组相联映象
CPU Cache 字数据总线字
2位主存区号标记 00 主存块号比较 3位区内块号 100 Cache块号未命中访问内存 000 001 010 011 100 101 110 111 块内地址块内地址
Cache
000 001 010 011 100 101 110 111
调入
块表 000 001 010 011 100 101 110 111
4、高速缓冲存储器（Cache）
考研试题精选：
假设：CPU执行某段程序时，共访问Cache 3800 次，访问主存200 次，已知Cache存取周期为50ns，主存存取周期为250ns。
求：Cache—主存系统的平均存取时间和效率。解：系统命中率 h = 3800 / 3800 + 200 = 0.95
Cache
000 001 010 011 100 101 110 111 调入
块表 000 10 001 010 11 011 100 101 110 10 111

计算机组成原理第 4 章存储器系统

2013-11-4 22
• 存储单元的编址
• 编址单位：存储器中可寻址的最小单位。 • ① 按字节编址：相邻的两个单元是两个字节。 • ② 按字编址：相邻的两个单元是两个字。
• 例如一个32位字长的按字节寻址计算机，一个存储器字中包含四个可单独寻址的字节单元。当需要访问一个字，即同时访问4个字节时，可以按地址的整数边界进行存取。即每个字的编址中最低2位的二进制数必须是“00” ，这样可以由地址的低两位来区分不同的字节。
• 主存储器用于存放CPU正在运行的程序和数据。主存与CPU之间通过总线进行连接。
地址总线 MAR CPU MDR (k 位) 数据总线 (n 位) R/W MFC
2013-11-4 27
主存 2k×n 位
主存的操作过程
• MAR：地址寄存器 MDR：数据寄存器
读操作（取操作）地址（MAR） AB
2013-11-4
5
(3) 高速缓冲存储器（Cache）
• Cache是一种介于主存与CPU之间用于解决CPU与主存间速度匹配问题的高速小容量的存储器。 • Cache用于存放CPU立即要运行或刚使用过的程序和数据。
2013-11-4
6
2．按存取方式分类
• (1) 随机存取存储器(RAM) • RAM存储器中任何单元的内容均可按其地址随机地读取或写入，且存取时间与单元的物理位置无关。 • RAM主要用于组成主存。
主存储器的组成和基本操作
地址译码驱动电路存储阵列读写电路数据寄存器数据总线
时序控制电路 R/W
2013-11-4
MFC
图 4-1
主存储器的基本组成 18

微型计算机系统原理及应用第4章半导体存储器

17
4．3 半导体只读存储器（ROM）
4.3.1 掩膜式只读存储器ROM ROM制造厂家按用户提供的数据，在芯片制造时
写定。用户无法修改。
18
4.3.2 可编程的只读存储器PROM 只能写入一次。
19
4.3.3 可编程、可擦除的只读存储器EPROM
1. 紫外线擦除的EPROM 进行照射10～20min，擦除原存信息，成为全1状态。
8
2．静态RAM的结构将多个存储单元按一定方式排列起来，就组成了一个静态RAM存储器。
9
典型的SRAM 6116：2KB，A0~A10，D0~D7形成 128*16*8（每8列组成看作一个整体操作）的阵列
片选CS# 输出允许 OE#
读写控制 WE#
10
典型的SRAM芯片6264 (8KB)
29
存储器芯片的选用
RAM、ROM区别：
–ROM：ROM用来存放程序，为调试方便，多采用EPROM
–RAM：存储器容量不大，功耗较小时，可采用静态RAM；
系统较大，存储器容量很大，功能和价格成为主要矛盾，要选择动态RAM，这时要考虑刷新问题。
组成存储器模块时，需要考虑的因素主要有：容
量、速度、负载等：
14
2. 双端口RAM举例
CY7C130/131/140/141 1K*8bit高速双端口SRAM A0~A9：地址线 I/O0~I/O7：数据线 CE#：片选 OE#：输出允许线 R/W#：读写控制 BUSY#： INT#：
15
存储器的基本组成半导体存储器的内部结构为例
译码电路：重合译码方式存储体：核心。一个基本存储电路可存入一个二进制数码
A12 A7 A6 A5 A4 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 Vcc WE CS 2 A8 A9 A 11 OE A 10 CS 1 D7 D6 D5 D4 D3

计算机操作系统第四章-存储器管理

第四章存储器管理第0节存储管理概述一、存储器的层次结构1、在现代计算机系统中，存储器是信息处理的来源与归宿，占据重要位置。

但是，在现有技术条件下，任何一种存储装置，都无法从速度、容量、是否需要电源维持等多方面，同时满足用户的需求。

实际上它们组成了一个速度由快到慢，容量由小到大的存储装置层次。

2、各种存储器•寄存器、高速缓存Cache：少量的、非常快速、昂贵、需要电源维持、CPU可直接访问；•内存RAM：若干(千)兆字节、中等速度、中等价格、需要电源维持、CPU可直接访问；•磁盘高速缓存：存在于主存中；•磁盘：数千兆或数万兆字节、低速、价廉、不需要电源维持、CPU 不可直接访问；由操作系统协调这些存储器的使用。

二、存储管理的目的1、尽可能地方便用户；提高主存储器的使用效率，使主存储器在成本、速度和规模之间获得较好的权衡。

(注意cpu和主存储器，这两类资源管理的区别)2、存储管理的主要功能：•地址重定位•主存空间的分配与回收•主存空间的保护和共享•主存空间的扩充三、逻辑地址与物理地址1、逻辑地址(相对地址，虚地址)：用户源程序经过编译/汇编、链接后，程序内每条指令、每个数据等信息，都会生成自己的地址。

●一个用户程序的所有逻辑地址组成这个程序的逻辑地址空间(也称地址空间)。

这个空间是以0为基址、线性或多维编址的。

2、物理地址(绝对地址，实地址)：是一个实际内存单元(字节)的地址。

●计算机内所有内存单元的物理地址组成系统的物理地址空间，它是从0开始的、是一维的；●将用户程序被装进内存，一个程序所占有的所有内存单元的物理地址组成该程序的物理地址空间(也称存储空间)。

四、地址映射(变换、重定位)当程序被装进内存时，通常每个信息的逻辑地址和它的物理地址是不一致的，需要把逻辑地址转换为对应的物理地址----地址映射；地址映射分静态和动态两种方式。

1、静态地址重定位是程序装入时集中一次进行的地址变换计算。

物理地址= 重定位的首地址+ 逻辑地址•优点：简单，不需要硬件支持；•缺点：一个作业必须占据连续的存储空间；装入内存的作业一般不再移动；不能实现虚拟存储。

第四章内存及其与CPU连接

选中存储芯片，即进行片选；然后再从选中
旳芯片中根据地址码选择出相应旳存储单元，
以进行数据存取，这称为字选。
• 1、线选译码法
线选法就是用除了片内寻址外旳高位地址线直接（或经反相器）接至各个存储芯片旳片选端，当某条地址线信息为“0” 时，就选中与之相应旳存储芯片。
2、全译码法
全译码法是用除了片内寻址外旳全部高位地址线作为地址译码器旳输入，把经过译码器译码后旳输出作为各芯片旳片选信号，将它们分别接到存储芯片旳片选端，以实现对存储芯片旳选择。
芯片 RAM1
RAM芯片组地址范围
A15 A14 A13 A12 A11 A10
其可存储二进制位旳数量为2x×y。 • 3)控制信号：
CS*：片选信号 OE*：输出允许信号 ME*：写入允许信号
• 存储芯片内部由存储矩阵、地址译码电路和读/写控制电路等构成。
• 1、存储矩阵
存储矩阵是存储单元旳集合，一种存储单元能够存储一位或多位二进制数数据。所以，能够把存储器芯片分为位片构造和字片构造两种类型。
• 2、地址译码电路
• 译码器将地址锁存器输入旳地址码转换成译码器输出线上相应旳有效电平，表达选中了某一存储单元，并由驱动器提供驱动电流去驱动相应旳读/写电路，完毕被选中单元旳读/写操作。
• 译码驱动方式分为一维地址译码和二维地址译码两种。
• 3、读/写控制电路
控制逻辑接受CPU送来旳开启、读、写等命令，经控制电路处理后，由控制逻辑产生一组时序信号来控制存储器旳读出和写入操作。
缓存主存辅存图1 微型计算机存储器旳三级构造
• 高速缓冲存储器（Cache）：主要由双极型半导体存储器构成，速度快。为了弥合主存和CPU旳速度上旳较大差别而设置。存储正在执行旳程序和数据，速度与CPU 相匹配。有片内片外之分。

《计算机组成原理》电子课件第4章多级结构的存储系统重庆

三.高速缓存 CACHE
用途：设置在 CPU 和主存储器之间，完成高速与 CPU 交换信息，尽量避免 CPU不必要地多次直接访问慢速的主存储器，从而提高计算机系统的运行效率。
高速缓存 CACHE 实现：这是一个存储容量很小，但读写速度更快的，以关联存储器方式运行、用静态存储器芯片实现的高速静态存储器系统。
有 N个磁盘的容量有更高的性能价格比对阵列盘采用冗余技术提高信息的可靠性有 1/N 的访问时间
RAID0：data Striping
RAID1: Drive Mirroring RAID4: Data Guarding RAID5: Distributed data Guarding
第四章作业
第四章习题中的第1题，第 2题，第 3题，第6题，第12题，第13题，第27题，第31题。（8个作业题均必做）
附：内存储器教学实验
(1) 教学实验计算机介绍
整机为 8位字长，组合逻辑控制器方案，内存储器为 8位字长，使用 16位的地址，按字节访问。
（2）教学实验内容
教学计算机已有 8KB 的ROM、 2KB 的RAM内存空间，在此基础上
《计算机组成原理》电子课件
第4章多级结构的存储系统
重庆电大网址：
计算机硬件系统
控制器
第3章
运算器入出接口和总线
第2章
高速缓存
主存储器外存设备
第4章
输入设备输出设备
第5章
第四内容辅导
第四章的教学内容占全部教学内容的 20% ，涉及概念性的知识比较多，原理性的内容一般理解即可；实用性的知识较多，有些线路或设备组成实例，勿背。

西安电子科技大学_计算机组成与体系结构_第4章存储系统_课件PPT

的时间一样。
存取方式读写功能
随机读写：RAM 顺序(串行)访问：
顺序存取存储器 SAM 直接存取存储器 DAM
12
4.1 存储系统概述 4.1.2 存储器分类：不同的分类标准
存储信息的介质
在计算机中的用途
存放信息的易失(挥发)性
存取方式读写功能
读写存储器只读存储器
13
存储信息的介质
在计算机中的用途存放信息的易失(挥发)性存取方式读写功能
易失：RAM 非易失：
ROM 磁盘
……
11
4.1 存储系统概述 4.1.2 存储器分类：不同的分类标准
存储信息的介质在计算机中的用途存放信息的易失(挥发)性
存储器的存取时间与存储单元的物理地址无关，随机读写其任一单元所用
无
36
8086系统总线
D0～D7
A1～A13 MEMR MEMW
A0
D8～D15 A1～A13 MEMR MEMW
BHE
&
A19
A18
A17
&
A16 A15 A14
6264与8086系统总线的连接
6264
D0～D7
A0～A12
CS1
OE
WE
CS2
6264
D0～D7
A0～A12
CS1
OE
WE
CS2
74LS138
每次读出/写入的字节数存取周期
价格
体积、重量、封装方式、工作电压、环境条件
14
4.1 存储系统概述 4.1.2 存储器的性能指标
容量速度可靠性
可维修部件的可靠性：平均故障间隔时间（MTBF）

计算机组成原理4第四章存储器PPT课件精选全文

4.2
11
4.2
请问：主机存储容量为4GB，按字节寻址，其地址线位数应为多少位？数据线位数多少位？按字寻址（16位为一个字）,则地址线和数据线各是多少根呢？
12
数据在主存中的存放
设存储字长为64位（8个字节），即一个存取周期最多能够从主存读或写64位数据。
读写的数据有4种不同长度:
字节半字单字双字
34
3. 动态 RAM 和静态 RAM 的比较
主存
DRAM
SRAM
存储原理
电容
触发器
集成度
高
低
芯片引脚
少
多
功耗
小
大
价格
低
高
速度
慢
快
刷新
有
无
4.2
缓存
35
内容回顾: 半导体存储芯片的基本结构 4.2
…… ……
地
译
存
读
数
址
码
储
写
据
线
驱
矩
电
线
动
阵
路
片选线
读/写控制线
地址线（单向）数据线（双向）芯片容量
D0
…… D 7
22
(2) 重合法（1K*1位重合法存储器芯片）
0 A4
0,00
…
0,31
0 A3
X 地
X0
32×32
… …
0址
矩阵
A2
译
0码
31,0
…
31,31
A1
器 X 31
0 A0
Y0 Y 地址译码器 Y31 A 9 0A 8 0A 7 0A 6 0A 5 0

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32片
8片
8片
8片
8片
16K × 1位 16K × 1位 16K × 1位 16K × 1位
当地址为 65 535 时，此 8 片的片选有效
2. 半导体存储芯片的译码驱动方式 4.2
(1) 线选法
A3 0
字线
地0 A2 0 址
译
A1
0码器
A0 0
15
读 / 写选通
… …
…
0,0 … 0,7
16×8矩阵
0
0
0行
0地 0址 1
第一组
0 … 15
第二组
16 … 31
第三组
32 … 47
第四组
48 … 63
…
…
…
…
…
…
…
…
0译
0 码 63
0
15 16 31
32
47
48
63
…
0 列0 0地 0 址 15 0译
码
WE
CS
…
读写电路 I/O1 读写电路 I/O2 读写电路 I/O3 读写电路 I/O4
③ Intel 2114 RAM 矩阵 (64 × 64) 写 4.2
第一组
0 … 15
第二组
16 … 31
第三组
32 … 47
第四组
48 … 63
…
…
…
…
…
…
…
…
0译
0 码 63
0
15 16 31
32
47
48
63
…
0 列0 0地 0 址 15 0译
码
WE
CS
…
读写电路 I/O1 读写电路 I/O2 读写电路 I/O3 读写电路 I/O4
③ Intel 2114 RAM 矩阵 (64 × 64) 写 4.2
48 … 63
…
…
…
…
…
…
…
…
0译
0 码 63
0
15 16 31
32
47
48
63
…
0 列0 0地 0 址 15 0译
码
WE
CS
…
读写电路 I/O1 读写电路 I/O2 读写电路 I/O3 读写电路 I/O4
③ Intel 2114 RAM 矩阵 (64 × 64) 写 4.2
0
0
0行
0地 0址 1
② Intel 2114 RAM 矩阵 (64 × 64) 读 4.2
0
0
0行
0地 0址 1
第一组
0 … 15
第二组
16 … 31
第三组
32 … 47
第四组
48 … 63
…
…
……
…
…
…
…
…
0译
0 码 63
0
15 16 31
32
47
48
63
…
0 列0 0地 0 址 15 0译
码
WE
CS
…
读读写写电电路路 I/O1 读写电路 I/O2 读写电路 I/O3 读写电路 I/O4
0
0
0行
0地 0址 1
第一组
0 … 15
第二组
16 … 31
第三组
32 … 47
第四组
48 … 63
…
…
…
…
…
…
…
…
0译
0 码 63
0
15 16 31
32
47
48
63
…
0 列0 0地 0 址 15 0译
码
WE
CS
…
读读写写电电路路 I/O1 读写电路 I/O2 读写电路 I/O3 读写电路 I/O4
0
0
0行
0地 0址 1
第一组
0 … 15
第二组
16 … 31
第三组
32 … 47
第四组
48 … 63
…
…
…
…
…
…
…
…
0译
0 码 63
0
15 16 31
32
47
48
63
…
0 列0 0地 0 址 15 0译
码
WE
CS
…
读写电路 I/O1 读写电路 I/O2 读写电路 I/O3 读写电路 I/O4
② Intel 2114 RAM 矩阵 (64 × 64) 读 4.2
第４章存储器ppt课件
4.1 概述
一、存储器分类
1. 按存储介质分类
(1) 半导体存储器 TTL 、MOS
易失
(2) 磁表面存储器 (3) 磁芯存储器 (4) 光盘存储器
磁头、载磁体
非硬磁材料、环状元件易
失
激光、磁光材料
二、存储器的层次结构
4.1
1. 存储器三个主要特性的关系
速度容量价格／位
0
0
0行
0地 0址 1
第一组
0 … 15
第二组
16 … 31
第三组
32 … 47
第四组
48 … 63
…
…
…
…
…
…
…
…
0译
0 码 63
0
15 16 31
32
47
48
63
…
0 列0 0地 0 址 15 0译
码
WE
CS
…
读写电路 I/O1 读写电路 I/O2 读写电路 I/O3 读写电路 I/O4
② Intel 2114 RAM 矩阵 (64 × 64) 读 4.2
0
0
0行
0地 0址 1
第一组
0 … 15
第二组
16 … 31
第三组
32 … 47
第四组
48 … 63
…
…
……
…
…
…
…
…
0译
0 码 63
0
15 16 31
32
47
48
63
…
0 列0 0地 0 址 15 0译
码
WE
CS
…
读写电路 I/O1 读写电路 I/O2 读写电路 I/O3 读写电路 I/O4
② Intel 2114 RAM 矩阵 (64 × 64) 读 4.2
48 … 63
…
…
…
…
…
…
…
…
A4 译
A3 码 63
0
15 16 31
32
47
48
63
…
A9 列 0 A2 地 A1 址 15 A0 译
码
WE
CS
…
读写电路 I/O1 读写电路 I/O2 读写电路 I/O3 读写电路 I/O4
② Intel 2114 RAM 矩阵 (64 × 64) 读 4.2
0
③ Intel 2114 RAM 矩阵 (64 × 64) 写 4.2
0
0
0行
0地 0址 1
第一组
0 … 15
第二组
16 … 31
第三组
32 … 47
第四组
48 … 63
……
…
……
…
…
…
…
…
0译
0 码 63
0
15
16
31
32
47
48
63
…
0 列0 0地 0 址 15 0译
码
WE
CS
…
读读写写电电路路 I/O1 读写电路 I/O2 读写电路 I/O3 读写电路 I/O4
32
47
48
63
…
0 列0 0地 0 址 15 0译
码
WE
CS
…
读写电路 I/O1 读写电路 I/O2 读写电路 I/O3 读写电路 I/O4
③ Intel 2114 RAM 矩阵 (64 × 64) 写 4.2
0
0
0行
0地 0址 1
第一组
0 … 15
第二组
16 … 31
第三组
32 … 47
第四组
4.2
位线A ´ T5
A´
T1
~ T4
A
行地址选择
位线A
T6
行选
T5、T6 开
列选 T7、T8 开
T7
T8
写选择有效
列地址选择写放
写放
DIN
读放
两个写放
写选择
DOUT
读选择
DIN （左） DIN
反相
T7 T5
A´
（右） DIN
T8 T6 A
(2) 静态 RAM 芯片举例 ① Intel 2114 外特性
• 存取周期连续两次独立的存储器操作（读或写）所需的最小间隔时间读周期写周期
(3) 存储器的带宽位/秒
二、半导体存储芯片简介
4.2
1. 半导体存储芯片的基本结构
地
译
存
读
数
… …
址
码
储
写
据
线
驱
矩
电
线
动
阵
路
片选线
读/写控制线
地址线（单向）数据线（双向）芯片容量
10
4
1K×4位
14
1
16K×1位
快小高
CPU
寄存器
CPU 主机
缓存
主存
磁盘光盘磁带