L06-存儲系統(tǒng)

1、錢曉捷，微機(jī)原理與接口技術(shù)錢曉捷，微機(jī)原理與接口技術(shù)第第4 4版版基于基于IA-32IA-32處理器和處理器和3232位匯編語言位匯編語言第第 6 6 章章存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)6.1 6.1 存儲系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)6.2 6.2 主存儲器主存儲器6.3 6.3 高速緩沖存儲器高速緩沖存儲器CacheCache6.4 6.4 存儲管理存儲管理微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社6.1 6.1 存儲系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)容量越大越好容量越大越好速度較快越好速度較快越好價格（成本）越低越好價格（成本）越低越好當(dāng)前制造工藝的存儲器件：當(dāng)前制造工藝的存儲器件：工作速度較快的

2、存儲器，單位價格卻較高；工作速度較快的存儲器，單位價格卻較高；容量較大的存儲器，雖然單位價格較低，但存容量較大的存儲器，雖然單位價格較低，但存取速度又較慢取速度又較慢各種存儲器件需要相互配合形成完整的存儲系統(tǒng)各種存儲器件需要相互配合形成完整的存儲系統(tǒng)微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社6.1.1 6.1.1 技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)1. 1. 存儲容量存儲容量主存存儲容量：以字節(jié)主存存儲容量：以字節(jié)B B（ByteByte）為基本單位）為基本單位半導(dǎo)體存儲器芯片：以位半導(dǎo)體存儲器芯片：以位b b （BitBit）為基本單位）為基本單位存儲容量以存儲容量以2 2101010241024規(guī)律表達(dá)規(guī)律表達(dá)

3、KBKB，MBMB，GBGB和和TBTB廠商常以廠商常以10103 310001000規(guī)律表達(dá)規(guī)律表達(dá)KBKB，MBMB，GBGB和和TBTB2. 2. 存取速度存取速度存取時間：發(fā)出讀存取時間：發(fā)出讀/ /寫命令到數(shù)據(jù)傳輸操作完成寫命令到數(shù)據(jù)傳輸操作完成所經(jīng)歷的時間所經(jīng)歷的時間存取周期：兩次存儲器訪問所允許的最小時間存取周期：兩次存儲器訪問所允許的最小時間間隔間隔存儲器主要用容量、速度和成本來評價存儲器主要用容量、速度和成本來評價 微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社6.1.2 6.1.2 層次結(jié)構(gòu)層次結(jié)構(gòu)寄存器寄存器處理器內(nèi)部的存儲單元處理器內(nèi)部的存儲單元高速緩存高速緩存（CacheCa

4、che）完全用硬件實現(xiàn)主存儲器的速度提高完全用硬件實現(xiàn)主存儲器的速度提高主存儲器主存儲器存放當(dāng)前運行程序和數(shù)據(jù)，采用半導(dǎo)體存儲器存放當(dāng)前運行程序和數(shù)據(jù)，采用半導(dǎo)體存儲器構(gòu)成構(gòu)成輔助存儲器輔助存儲器磁記錄或光記錄方式磁記錄或光記錄方式磁盤或光盤形式存放可讀可寫或只讀內(nèi)容磁盤或光盤形式存放可讀可寫或只讀內(nèi)容以外設(shè)方式連接和訪問以外設(shè)方式連接和訪問示意圖示意圖存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)CPU寄存器寄存器大容量輔助存儲器大容量輔助存儲器輔助存儲器輔助存儲器主存儲器主存儲器高速緩存高速緩存每每位位成成本本減減少少容容量量增增加加存存取取時時間間增增加加處處理理器器存存取取頻頻度度減減少少返回返

5、回解決容量、速度和價格矛盾的方法解決容量、速度和價格矛盾的方法 微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社6.1.3 6.1.3 局部性原理局部性原理層次結(jié)構(gòu)解決存儲器件的容量、速度和價格矛盾層次結(jié)構(gòu)解決存儲器件的容量、速度和價格矛盾出色效率來源于存儲器訪問的局部性原理：出色效率來源于存儲器訪問的局部性原理：處理器訪問存儲器時，所訪問的存儲單元在一段處理器訪問存儲器時，所訪問的存儲單元在一段時間內(nèi)都趨向于一個較小的連續(xù)區(qū)域時間內(nèi)都趨向于一個較小的連續(xù)區(qū)域中中空間局部空間局部：緊鄰被訪問單元的地方也將被訪問緊鄰被訪問單元的地方也將被訪問時間局部時間局部：剛被訪問的單元很快將再次被訪問剛被訪問的單元很

6、快將再次被訪問程序運行過程中，絕大多數(shù)情況都能夠直接從快程序運行過程中，絕大多數(shù)情況都能夠直接從快速的存儲器中獲取指令和讀寫數(shù)據(jù)；當(dāng)需要從慢速的存儲器中獲取指令和讀寫數(shù)據(jù)；當(dāng)需要從慢速的下層存儲器獲取指令或數(shù)據(jù)時，每次都將一速的下層存儲器獲取指令或數(shù)據(jù)時，每次都將一個程序段或一個較大數(shù)據(jù)塊讀入上層存儲器，后個程序段或一個較大數(shù)據(jù)塊讀入上層存儲器，后續(xù)操作就可以直接訪問快速的上層存儲器續(xù)操作就可以直接訪問快速的上層存儲器微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社求平均值函數(shù)求平均值函數(shù)long mean(long d, long num)long mean(long d, long num) lon

7、g i,temp=0; long i,temp=0; for(i=0; inum; i+) temp=temp+di; for(i=0; inum; i+) temp=temp+di; temp=temp/num; temp=temp/num; return (temp); return (temp); 時間局部時間局部空間局部空間局部時間局部和空間局部時間局部和空間局部微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社6.2 6.2 主存儲器主存儲器主存儲器由半導(dǎo)體存儲器構(gòu)成主存儲器由半導(dǎo)體存儲器構(gòu)成按制造工藝，半導(dǎo)體存儲器可分為按制造工藝，半導(dǎo)體存儲器可分為“雙極型雙極型”器件：存取速度快、集成度低、

8、功器件：存取速度快、集成度低、功耗大、價格高等特點，主要用于高速存儲場合耗大、價格高等特點，主要用于高速存儲場合“MOSMOS型型”器件：集成度高、功耗低、價格便宜，器件：集成度高、功耗低、價格便宜，但速度較雙極型器件慢，用于通用微機(jī)的主存但速度較雙極型器件慢，用于通用微機(jī)的主存（RAMRAM和和ROMROM）按使用屬性，半導(dǎo)體存儲器可分為按使用屬性，半導(dǎo)體存儲器可分為讀寫存儲器讀寫存儲器RAMRAM只讀存儲器只讀存儲器ROMROM微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社6.2.1 6.2.1 讀寫存儲器讀寫存儲器讀寫存儲器：可以讀出也可以寫入的存儲器讀寫存儲器：可以讀出也可以寫入的存儲器半導(dǎo)體

9、存儲器采用隨機(jī)存?。嚎梢詮娜我馕恢瞄_半導(dǎo)體存儲器采用隨機(jī)存取：可以從任意位置開始讀寫，存取位置可以隨機(jī)確定，只要給出存取始讀寫，存取位置可以隨機(jī)確定，只要給出存取位置就可以讀寫內(nèi)容，存取時間與所處位置無關(guān)位置就可以讀寫內(nèi)容，存取時間與所處位置無關(guān)磁帶存儲器采用順序存取：必須按照存儲單元的磁帶存儲器采用順序存?。罕仨毎凑沾鎯卧捻樞蜃x寫，存取時間與所處位置密切相關(guān)順序讀寫，存取時間與所處位置密切相關(guān)磁盤和光盤則采用直接存取：磁頭以隨機(jī)方式尋磁盤和光盤則采用直接存?。捍蓬^以隨機(jī)方式尋道，以數(shù)據(jù)塊為單位順序方式讀寫扇區(qū)道，以數(shù)據(jù)塊為單位順序方式讀寫扇區(qū)半導(dǎo)體讀寫存儲器是揮發(fā)性（半導(dǎo)體讀寫存儲器是揮

10、發(fā)性（VolatileVolatile）RAMRAM，即，即斷電后原保存信息丟失斷電后原保存信息丟失半導(dǎo)體讀寫存儲器隨機(jī)存取存儲器地址半導(dǎo)體讀寫存儲器隨機(jī)存取存儲器地址RAM微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社1. 1. 主要類型主要類型SRAMSRAM（靜態(tài)（靜態(tài)RAMRAM：Static RAMStatic RAM）以觸發(fā)器為基本存儲單元以觸發(fā)器為基本存儲單元不需要額外的刷新電路不需要額外的刷新電路速度快，但集成度低，功耗和價格較高速度快，但集成度低，功耗和價格較高DRAMDRAM（動態(tài)（動態(tài)RAMRAM：Dynamic RAMDynamic RAM）以單個以單個MOSMOS管為基本存儲

11、單元管為基本存儲單元要不斷進(jìn)行刷新（要不斷進(jìn)行刷新（RefreshRefresh）操作）操作集成度高、價格低、功耗小，但速度較集成度高、價格低、功耗小，但速度較SRAMSRAM慢慢NVRAMNVRAM（非易失非易失RAMRAM：Non-Volatile RAMNon-Volatile RAM）帶有后備電池的帶有后備電池的SRAMSRAM芯片芯片斷電后由電池維持供電斷電后由電池維持供電微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社2. 2. 存儲結(jié)構(gòu)存儲結(jié)構(gòu)存儲器芯片具有大量存儲單元存儲器芯片具有大量存儲單元每個存儲單元擁有一個地址每個存儲單元擁有一個地址存儲存儲1/4/8/16/321/4/8/16/

12、32位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)存儲器芯片結(jié)構(gòu)：存儲器芯片結(jié)構(gòu)：存儲單元數(shù)存儲單元數(shù)每個存儲單元的數(shù)據(jù)位數(shù)每個存儲單元的數(shù)據(jù)位數(shù) 2 2M MN N芯片的存儲容量芯片的存儲容量M M芯片地址線的個數(shù)芯片地址線的個數(shù)N N數(shù)據(jù)線的個數(shù)數(shù)據(jù)線的個數(shù)存儲結(jié)構(gòu)存儲結(jié)構(gòu)2K816K位存儲容量位存儲容量11個地址引腳個地址引腳8個數(shù)據(jù)引腳個數(shù)據(jù)引腳微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社3. 3. 靜態(tài)讀寫存儲器靜態(tài)讀寫存儲器SRAMSRAM主要被用于小型微機(jī)系統(tǒng)主要被用于小型微機(jī)系統(tǒng)多為多為“存儲單元數(shù)存儲單元數(shù)8”8”的存儲結(jié)構(gòu)的存儲結(jié)構(gòu)6264 SRAM6264 SRAM芯片芯片芯片容量：芯片容量：64K64K位位存

13、儲結(jié)構(gòu)：存儲結(jié)構(gòu)：8K8K8 82828腳雙列直插（腳雙列直插（DIPDIP）1313個地址線：個地址線：A12A12A0A08 8個數(shù)據(jù)線：個數(shù)據(jù)線：D7D7D0D0控制引腳：控制引腳：CS1CS1* *，CS2CS2，OEOE* *，WEWE* *無連接：無連接：NCNC（No ConnectNo Connect）示意圖示意圖6264 SRAM6264 SRAM的引腳的引腳返回返回微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社SRAMSRAM的控制信號的控制信號片選片選（CSCS* *或或CECE* *）片選有效，才可以對芯片進(jìn)行讀片選有效，才可以對芯片進(jìn)行讀/ /寫操作寫操作無效時，數(shù)據(jù)引腳呈現(xiàn)

14、高阻狀態(tài)，并可降低功無效時，數(shù)據(jù)引腳呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，并可降低功耗耗 讀控制讀控制（OEOE* *）芯片被選中有效，數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)引腳芯片被選中有效，數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)引腳對應(yīng)存儲器讀對應(yīng)存儲器讀MEMRMEMR* *寫控制寫控制（WEWE* *）芯片被選中的前提下，若有效，將數(shù)據(jù)寫入芯片被選中的前提下，若有效，將數(shù)據(jù)寫入對應(yīng)存儲器寫對應(yīng)存儲器寫MEMWMEMW* *示意圖示意圖6264 SRAM6264 SRAM的引腳功能表的引腳功能表返回返回微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社4. 4. 動態(tài)讀寫存儲器動態(tài)讀寫存儲器DRAMDRAMDRAMDRAM芯片用一組地址引腳傳送兩批地址芯片用一組地址引腳

15、傳送兩批地址第一批地址稱第一批地址稱行地址行地址用行地址選通信號用行地址選通信號RASRAS* *下降沿鎖存下降沿鎖存第二批地址稱第二批地址稱列地址列地址用列地址選通信號用列地址選通信號CASCAS* *下降沿鎖存下降沿鎖存一個信號一個信號WEWE* *實現(xiàn)讀寫控制實現(xiàn)讀寫控制數(shù)據(jù)輸入引腳數(shù)據(jù)輸入引腳DinDin數(shù)據(jù)輸出引腳數(shù)據(jù)輸出引腳DoutDout示意圖示意圖DRAMDRAM的引腳圖的引腳圖返回返回微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社5. DRAM5. DRAM的刷新的刷新DRAMDRAM內(nèi)部內(nèi)部有有“讀出再生放大電路讀出再生放大電路”的刷新電路的刷新電路設(shè)計有僅行地址有效的刷新周期設(shè)計

16、有僅行地址有效的刷新周期每次刷新一行存儲單元每次刷新一行存儲單元存儲系統(tǒng)的外部刷新控制電路存儲系統(tǒng)的外部刷新控制電路將刷新行地址同時送達(dá)所有將刷新行地址同時送達(dá)所有DRAMDRAM芯片芯片所有所有DRAMDRAM芯片同時進(jìn)行一行的刷新芯片同時進(jìn)行一行的刷新在一定時間間隔內(nèi)啟動一次刷新在一定時間間隔內(nèi)啟動一次刷新每次行地址增量每次行地址增量微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社6. 6. 高性能高性能DRAMDRAMFPM DRAMFPM DRAM（快頁方式（快頁方式DRAMDRAM）同一行的傳送僅改變列地址同一行的傳送僅改變列地址頁內(nèi)訪問速度加快頁內(nèi)訪問速度加快EDO DRAMEDO DRAM

17、（擴(kuò)展數(shù)據(jù)輸出（擴(kuò)展數(shù)據(jù)輸出DRAMDRAM）數(shù)據(jù)輸出有效時間加長（擴(kuò)展）數(shù)據(jù)輸出有效時間加長（擴(kuò)展）SDRAMSDRAM（同步（同步DRAMDRAM）公共的系統(tǒng)時鐘，沒有等待狀態(tài)公共的系統(tǒng)時鐘，沒有等待狀態(tài)支持猝發(fā)傳送，內(nèi)部采用交叉存儲支持猝發(fā)傳送，內(nèi)部采用交叉存儲DDR DRAMDDR DRAM（雙速率（雙速率DRAMDRAM）同步時鐘前沿和后沿各進(jìn)行一次數(shù)據(jù)傳送同步時鐘前沿和后沿各進(jìn)行一次數(shù)據(jù)傳送RDRAMRDRAM（Rambus DRAMRambus DRAM）RambusRambus公司專利技術(shù)，全新設(shè)計公司專利技術(shù)，全新設(shè)計微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社6.2.2 6.2.

18、2 只讀存儲器只讀存儲器正常的工作狀態(tài)，正常的工作狀態(tài)，ROMROM只能讀出只能讀出特殊的編程狀態(tài)，多數(shù)特殊的編程狀態(tài)，多數(shù)ROMROM芯片也能寫入芯片也能寫入有些有些ROMROM芯片需要特殊方法先將原數(shù)據(jù)擦除，芯片需要特殊方法先將原數(shù)據(jù)擦除，然后才能編程然后才能編程ROMROM芯片的集成度較高，但速度較芯片的集成度較高，但速度較DRAMDRAM還要還要慢，一般用來保存固定的程序或數(shù)據(jù)慢，一般用來保存固定的程序或數(shù)據(jù)ROMROM芯片數(shù)據(jù)可長期保存，掉電亦不丟失，芯片數(shù)據(jù)可長期保存，掉電亦不丟失，屬于非易失性存儲器件屬于非易失性存儲器件微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社1. 1. 主要類型主

19、要類型MROMMROM（掩膜（掩膜ROMROM）掩膜工藝直接制作掩膜工藝直接制作OTP-ROMOTP-ROM（一次性編程（一次性編程ROMROM）允許用戶進(jìn)行一次性編程允許用戶進(jìn)行一次性編程EPROMEPROM（可擦除可編程（可擦除可編程ROMROM）紫外光擦除、并可重復(fù)編程的紫外光擦除、并可重復(fù)編程的ROMROMEEPROMEEPROM（電擦除可編程（電擦除可編程ROMROM）擦除和編程（擦寫）通過加電進(jìn)行擦除和編程（擦寫）通過加電進(jìn)行Flash MemoryFlash Memory（閃速存儲器）（閃速存儲器）新型的電擦除可編程新型的電擦除可編程ROMROM快速擦除整片或數(shù)據(jù)塊快速擦除整片或

20、數(shù)據(jù)塊微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社2. EPROM2. EPROM2764 EPROM2764 EPROM存儲容量存儲容量64K64K位位存儲結(jié)構(gòu)存儲結(jié)構(gòu)8K8K8 81313個地址線：個地址線：A12A12A0A08 8個數(shù)據(jù)線：個數(shù)據(jù)線：O7O7O0O0控制信號控制信號片選：片選：CECE* *輸出：輸出：OEOE* *編程控制：編程控制：PGMPGM* *編程電源：編程電源：VppVpp微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社EPROMEPROM工作方式工作方式微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社3. Flash Memory3. Flash MemoryAT29C040AAT

21、29C040A存儲結(jié)構(gòu)：存儲結(jié)構(gòu)：512K512K8 8有有1919個地址引腳個地址引腳A18A18A0A08 8個數(shù)據(jù)引腳個數(shù)據(jù)引腳I/O7I/O7I/O0I/O03 3個控制引腳個控制引腳片選片選CSCS* *輸出允許輸出允許OEOE* *寫允許寫允許WEWE* *扇區(qū)（扇區(qū)（256256字節(jié)）擦寫字節(jié)）擦寫查詢擦寫是否完成查詢擦寫是否完成微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社6.2.3 6.2.3 存儲器地址譯碼存儲器地址譯碼存儲器芯片與處理器的連接存儲器芯片與處理器的連接存儲器芯片有數(shù)據(jù)、地址、讀寫控制引腳存儲器芯片有數(shù)據(jù)、地址、讀寫控制引腳處理器總線有數(shù)據(jù)、地址、讀寫控制信號處理器總

22、線有數(shù)據(jù)、地址、讀寫控制信號功能上多數(shù)可以直接相連功能上多數(shù)可以直接相連但是，地址信號需要譯碼但是，地址信號需要譯碼處理器地址總線個數(shù)多于存儲器地址引腳個數(shù)處理器地址總線個數(shù)多于存儲器地址引腳個數(shù)多個存儲器芯片組成一定容量的存儲系統(tǒng)多個存儲器芯片組成一定容量的存儲系統(tǒng)需要利用地址總線控制存儲器片選信號需要利用地址總線控制存儲器片選信號微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社1. 1. 地址譯碼地址譯碼譯碼（譯碼（DecodeDecode）將某個特定的編碼輸入翻譯為有效輸出的過程將某個特定的編碼輸入翻譯為有效輸出的過程存儲器譯碼電路存儲器譯碼電路可編程邏輯器件可編程邏輯器件PLDPLD譯碼器譯碼器

23、門電路組合門電路組合舉例：多輸入與非門實現(xiàn)譯碼舉例：多輸入與非門實現(xiàn)譯碼32K32K8 8結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的SRAMSRAM：地址引腳：地址引腳1515個個A14A14A0A080888088處理器：處理器：2020個地址總線個地址總線A19A19A0A08 8位數(shù)據(jù)總線位數(shù)據(jù)總線示意圖示意圖簡單的門電路譯碼簡單的門電路譯碼返回返回微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社存儲器地址分析存儲器地址分析微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社譯碼方式譯碼方式全譯碼方式全譯碼方式使用全部微處理器地址總線使用全部微處理器地址總線片內(nèi)尋址：低位地址與存儲片內(nèi)尋址：低位地址與存儲器芯片地址引腳相連器芯片地址引腳相連

24、片選尋址：高位地址經(jīng)譯碼片選尋址：高位地址經(jīng)譯碼與存儲器芯片片選引腳相連與存儲器芯片片選引腳相連部分譯碼方式部分譯碼方式只使用部分微處理器地址總只使用部分微處理器地址總線進(jìn)行譯碼線進(jìn)行譯碼沒有使用的地址信號對存儲沒有使用的地址信號對存儲器芯片的工作不產(chǎn)生影響器芯片的工作不產(chǎn)生影響部分譯碼部分譯碼 地址重復(fù)地址重復(fù) 譯碼簡單譯碼簡單全譯碼全譯碼 地址唯一地址唯一 空間連續(xù)空間連續(xù)微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社2. 2. 譯碼器譯碼器3838譯碼器：譯碼器：138138譯碼器譯碼器3 3個控制輸入引腳：個控制輸入引腳：E3E3，E2E2* *和和E1E1* *都有效，才能實現(xiàn)譯碼功能都有效

25、，才能實現(xiàn)譯碼功能3 3個編碼輸入引腳：個編碼輸入引腳：C C，B B和和A A8 8種編碼各對應(yīng)一個譯碼輸出引腳種編碼各對應(yīng)一個譯碼輸出引腳CBACBA000000編碼使編碼使Y0Y0* *低有效，其他高電平無效低有效，其他高電平無效CBACBA001001編碼使編碼使Y1Y1* *低有效，其他高電平無效低有效，其他高電平無效CBACBA111111編碼使編碼使Y7Y7* *低有效，其它高電平無效低有效，其它高電平無效示意圖示意圖譯碼器譯碼器74LS13874LS138返回返回微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社譯碼器譯碼譯碼器譯碼Y0Y0* *譯碼輸出有效，必須：譯碼輸出有效，必須：lE

26、3E2E3E2* *E1E1* *100100A19A18A17A19A18A17111111lCBACBA000000A16A15A14A16A15A14000000。結(jié)論：結(jié)論：A19A19A14A14111000111000地址范圍：地址范圍：E0000HE0000HE3FFFHE3FFFH存儲容量：存儲容量：16KB16KB示意圖示意圖譯碼器譯碼示意圖譯碼器譯碼示意圖返回返回微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社3. 80863. 8086的的1616位存儲結(jié)構(gòu)位存儲結(jié)構(gòu)對稱的兩個存儲體（對稱的兩個存儲體（BankBank）所構(gòu)成）所構(gòu)成偶存儲體偶存儲體（A0A00 0）對應(yīng)所有的偶地

27、址單元對應(yīng)所有的偶地址單元（0 0、2 2、4 4、FFFEHFFFEH）接處理器低接處理器低8 8位數(shù)據(jù)總線位數(shù)據(jù)總線D7D7D0D0奇存儲體奇存儲體（BHEBHE* *0 0）對應(yīng)所有的奇地址單元對應(yīng)所有的奇地址單元（1 1、3 3、5 5、FFFFHFFFFH）接處理器高接處理器高8 8位數(shù)據(jù)總線位數(shù)據(jù)總線D15D15D8D8兩個存儲器芯片的片選端連接在一起兩個存儲器芯片的片選端連接在一起示意圖示意圖80868086的的1616位存儲結(jié)構(gòu)位存儲結(jié)構(gòu)返回返回微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社地址對齊（地址對齊（AlignAlign）高位地址高位地址A19A19A17A17111111，

28、片選信號有效，片選信號有效低位地址低位地址A16A16A1A10.00.0，那么：，那么：A0A00(0(地址地址E0000H)E0000H)，BHEBHE* *0 0，訪問，訪問1616位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)A0A00(0(地址地址E0000H)E0000H)，BHEBHE* *1 1，訪問低，訪問低8 8位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)A0A01(1(地址地址E0001H)E0001H)，BHEBHE* *0 0，訪問高，訪問高8 8位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)A0A01 1，BHEBHE* *1 1，無效的數(shù)據(jù)訪問組合，無效的數(shù)據(jù)訪問組合80868086存儲器按存儲器按1616位數(shù)據(jù)寬度組織位數(shù)據(jù)寬度組織支持支持8 8位和位和161

29、6位數(shù)據(jù)訪問位數(shù)據(jù)訪問偶地址開始的偶地址開始的1616位訪問可以一次完成位訪問可以一次完成奇地址開始的奇地址開始的1616位訪問需要兩次操作位訪問需要兩次操作地址對齊地址對齊：1616位數(shù)據(jù)以偶地址開始位數(shù)據(jù)以偶地址開始微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社4. Pentium4. Pentium的的6464位存儲結(jié)構(gòu)位存儲結(jié)構(gòu)PentiumPentium采用采用6464位數(shù)據(jù)總線和位數(shù)據(jù)總線和3232位地址總線位地址總線沒有地址沒有地址A2A2，A1A1和和A0A08 8個字節(jié)允許信號區(qū)別個字節(jié)允許信號區(qū)別8 8個個8 8位存儲體位存儲體支持支持64/32/16/864/32/16/8位數(shù)據(jù)

30、讀寫位數(shù)據(jù)讀寫地址對齊能夠一次完成讀寫地址對齊能夠一次完成讀寫6464位數(shù)據(jù)對齊模位數(shù)據(jù)對齊模8 8地址地址3232位數(shù)據(jù)對齊模位數(shù)據(jù)對齊模4 4地址地址1616位數(shù)據(jù)對齊偶地址位數(shù)據(jù)對齊偶地址示意圖示意圖PentiumPentium的的6464位存儲結(jié)構(gòu)位存儲結(jié)構(gòu)返回返回微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社 6.2.4 6.2.4 主存空間分配主存空間分配微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社最低最低1MB1MB主存主存系統(tǒng)系統(tǒng)RAMRAM區(qū)區(qū)地址最低端的地址最低端的640KB640KB空間空間由由DOSDOS進(jìn)行管理進(jìn)行管理顯示顯示RAMRAM區(qū)區(qū)128KB128KB主存空間保留給顯示緩

31、沖存儲區(qū)主存空間保留給顯示緩沖存儲區(qū)顯示顯示RAMRAM區(qū)并沒有被完全使用區(qū)并沒有被完全使用擴(kuò)展擴(kuò)展ROMROM區(qū)區(qū)I/OI/O接口電路卡上的接口電路卡上的ROMROM系統(tǒng)系統(tǒng)ROMROM區(qū)區(qū)ROM-BIOSROM-BIOS程序程序微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社擴(kuò)展主存和擴(kuò)充主存擴(kuò)展主存和擴(kuò)充主存擴(kuò)展主存擴(kuò)展主存XMSXMS1MB1MB后的后的RAMRAM主存空間主存空間只能在保護(hù)方式使用只能在保護(hù)方式使用遵循擴(kuò)展主存使用規(guī)范遵循擴(kuò)展主存使用規(guī)范XMSXMS驅(qū)動程序驅(qū)動程序HIMEM.SYSHIMEM.SYS擴(kuò)充主存擴(kuò)充主存EMSEMS遵循擴(kuò)充主存使用規(guī)范遵循擴(kuò)充主存使用規(guī)范EMSEM

32、S擴(kuò)充主存不是直接訪問的存儲空間擴(kuò)充主存不是直接訪問的存儲空間體交換技術(shù)，不需要保護(hù)方式支持體交換技術(shù)，不需要保護(hù)方式支持IA-32IA-32支持?jǐn)U展主存支持?jǐn)U展主存XMSXMS，不需擴(kuò)充主存，不需擴(kuò)充主存EMSEMSEMM386.EXEEMM386.EXE驅(qū)動程序驅(qū)動程序微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社高端主存區(qū)高端主存區(qū)HMAHMA和上位主存塊和上位主存塊UMBUMB高端主存區(qū)高端主存區(qū)HMAHMA實方式下，地址實方式下，地址A20A20開放，從開放，從100000H100000H到到10FFEFH10FFEFH之間約之間約64KB64KB的存儲區(qū)域的存儲區(qū)域8088/8086808

33、8/8086：地址自動回繞：地址自動回繞8028680286和和8038680386：地址不自動回繞：地址不自動回繞8048680486及以后有及以后有A20MA20M引腳引腳A20MA20M0 0，地址自動回繞，地址自動回繞A20MA20M1 1，地址不自動回繞，地址不自動回繞上位主存塊上位主存塊UMBUMB上位主存區(qū)上位主存區(qū)UMAUMA中未使用的區(qū)域中未使用的區(qū)域微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社ROMROM復(fù)制和影子主存復(fù)制和影子主存ROMROM復(fù)制復(fù)制系統(tǒng)系統(tǒng)ROMROM區(qū)的區(qū)的BIOSBIOS等程序等程序8086/80888086/8088在在F0000HF0000HFFFFF

34、HFFFFFH8028680286在在FF0000HFF0000HFFFFFFHFFFFFFHIA-32IA-32微處理器在微處理器在FFFFFFF0HFFFFFFF0HFFFFFFFFHFFFFFFFFH影子主存影子主存用作用作ROM-BIOSROM-BIOS的只讀的的只讀的RAMRAM區(qū)域區(qū)域啟動后啟動后ROM-BIOSROM-BIOS映射到映射到RAMRAM因為因為ROMROM芯片的讀寫速度比芯片的讀寫速度比RAMRAM芯片慢芯片慢微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社6.3 6.3 高速緩沖存儲器高速緩沖存儲器主存是一個影響性能的關(guān)鍵因素主存是一個影響性能的關(guān)鍵因素因為處理器的運行速度

35、提高，但由因為處理器的運行速度提高，但由DRAMDRAM組成的主組成的主存的存取時間較慢，跟不上處理器運行速度存的存取時間較慢，跟不上處理器運行速度SRAMSRAM速度較快，但其容量較小、價格較貴，無法速度較快，但其容量較小、價格較貴，無法大量用于微機(jī)系統(tǒng)大量用于微機(jī)系統(tǒng)Cache: a safe place for hiding or storing things.主存儲器主存儲器高速緩存高速緩存CacheCacheCPU字傳送字傳送塊傳送塊傳送解決方案：解決方案：高速緩存高速緩存高速緩沖存儲器高速緩沖存儲器CacheCache完全用硬件實現(xiàn)主存速完全用硬件實現(xiàn)主存速度的提高度的提高微機(jī)原理

36、與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社6.3.1 6.3.1 高速緩存的工作原理高速緩存的工作原理高速緩存：在相對容量較大而速度較慢的主高速緩存：在相對容量較大而速度較慢的主存存DRAMDRAM與高速處理器之間設(shè)置的少量但快速與高速處理器之間設(shè)置的少量但快速SRAMSRAM組成的存儲器組成的存儲器高速命中高速命中(Hit)(Hit)：處理器讀取主存的內(nèi)容已包含在處理器讀取主存的內(nèi)容已包含在CacheCache中，可以中，可以直接讀取直接讀取CacheCache，不用訪問主存，不用訪問主存高速缺失高速缺失(Miss)(Miss)：處理器讀取主存的內(nèi)容不在處理器讀取主存的內(nèi)容不在CacheCache中，需

37、要訪問中，需要訪問主存讀取一個數(shù)據(jù)塊主存讀取一個數(shù)據(jù)塊示意圖示意圖高速緩存的讀操作高速緩存的讀操作返回返回從從CPU接收地址接收地址RAY（命中（命中hit）N（失效（失效miss）開始開始Cache中含中含RA？從從Cache讀讀RA的字送的字送CPU從主存讀含從主存讀含RA的塊的塊向向CPU傳送傳送RA的字的字向向Cache傳送含傳送含RA的主存塊的主存塊結(jié)束結(jié)束微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社1. 1. 高速緩存的結(jié)構(gòu)高速緩存的結(jié)構(gòu)主存以字（字節(jié)）為尋址單位主存以字（字節(jié)）為尋址單位CacheCache以行（線以行（線LineLine，槽，槽SlotSlot）為尋址單位）為尋址單位

38、CacheCache行行包含包含B B個主存字，對應(yīng)一個個主存字，對應(yīng)一個主存塊主存塊CacheCache與主存間的數(shù)據(jù)傳送以數(shù)據(jù)塊為單位與主存間的數(shù)據(jù)傳送以數(shù)據(jù)塊為單位主存劃分成主存劃分成M M2 2n nB B個個“主存塊主存塊”CacheCache具有具有m m個個“CacheCache行行”CacheCache由數(shù)據(jù)存儲器和標(biāo)簽存儲器組成由數(shù)據(jù)存儲器和標(biāo)簽存儲器組成數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器：高速緩存主存數(shù)據(jù)：高速緩存主存數(shù)據(jù)標(biāo)簽存儲器標(biāo)簽存儲器：保存數(shù)據(jù)所在主存的地址信息：保存數(shù)據(jù)所在主存的地址信息示意圖示意圖高速緩存高速緩存CacheCache和主存的組成結(jié)構(gòu)和主存的組成結(jié)構(gòu)返回返回微機(jī)

39、原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社2. 2. 高速緩存的容量和行大小高速緩存的容量和行大小高速緩存性能的主要指標(biāo)是命中率（高速緩存性能的主要指標(biāo)是命中率（Hit rateHit rate）命中率（命中率（Hit RateHit Rate）：高速命中的概率：高速命中的概率對于高速緩存容量對于高速緩存容量希望它足夠大，使存取時間接近高速緩存希望它足夠大，使存取時間接近高速緩存希望它盡量小，使單位成本接近主存希望它盡量小，使單位成本接近主存受可用的芯片面積限制受可用的芯片面積限制同時還和運行的程序有關(guān)同時還和運行的程序有關(guān)對于對于CacheCache行大小行大小從很小增大，命中率開始會有提高從很小增

40、大，命中率開始會有提高進(jìn)一步增大，命中率可能反而減小進(jìn)一步增大，命中率可能反而減小微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社3. 3. 高速緩存的數(shù)量高速緩存的數(shù)量單級與多級單級與多級CacheCache片上高速緩存（片上高速緩存（On-chip CacheOn-chip Cache）第第1 1級高速緩存（級高速緩存（L1 CacheL1 Cache）第第2 2級高速緩存（級高速緩存（L2 CacheL2 Cache）第第3 3級高速緩存（級高速緩存（L3 CacheL3 Cache）統(tǒng)一與分離統(tǒng)一與分離CacheCache統(tǒng)一（統(tǒng)一（UnifiedUnified）CacheCache單個高速緩存

41、既用于高速緩沖保存指令單個高速緩存既用于高速緩沖保存指令也用于保存數(shù)據(jù)也用于保存數(shù)據(jù)分離（分離（SplitSplit）CacheCache一個專用于緩沖指令（一個專用于緩沖指令（I-CacheI-Cache）一個專用于緩沖數(shù)據(jù)（一個專用于緩沖數(shù)據(jù)（D-CacheD-Cache）微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社6.3.2 6.3.2 地址映射地址映射CacheCache通過地址映象通過地址映象(mapping)(mapping)的方法確定主的方法確定主存塊與存塊與CacheCache行之間的對應(yīng)關(guān)系，確定一個行之間的對應(yīng)關(guān)系，確定一個主存塊應(yīng)該存放到哪個主存塊應(yīng)該存放到哪個CacheCac

42、he行中行中全相聯(lián)映象全相聯(lián)映象(fully associative mapping)(fully associative mapping)可以將一個主存塊存儲到任意一個可以將一個主存塊存儲到任意一個CacheCache行行直接映象直接映象(direct mapping)(direct mapping)將一個主存塊存儲到唯一的一個將一個主存塊存儲到唯一的一個CacheCache行行組相聯(lián)映象組相聯(lián)映象(set associative mapping)(set associative mapping)可以將一個主存塊存儲到唯一的一個可以將一個主存塊存儲到唯一的一個CacheCache組的組的任意

43、一個行任意一個行直接映象、直接映象、2/4/82/4/8路組相聯(lián)映象使用較多路組相聯(lián)映象使用較多微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社1. 1. 直接映射（直接映射（Direct MappingDirect Mapping）將每個主存塊固定地映射到某個將每個主存塊固定地映射到某個CacheCache行行第第i i個個CacheCache行只能存儲所有主存頁的第行只能存儲所有主存頁的第i i個主存塊個主存塊硬件簡單、易于實現(xiàn)，會發(fā)生沖突、利用率較低硬件簡單、易于實現(xiàn)，會發(fā)生沖突、利用率較低高速緩存容量高速緩存容量m m2 2s s行行2 2s+ws+w字字CacheCache行行2 2w w個字

44、，具有個字，具有2 2s s行行主存容量主存容量M M2 2n n字字2 2n-wn-w主存塊主存塊2 2t t個主存頁個主存頁每個主存頁的容量高速緩存容量每個主存頁的容量高速緩存容量2 2s+ws+wn n位主存地址由位主存地址由3 3個部分組成：個部分組成：n nt ts sw w高高t t位作標(biāo)簽位作標(biāo)簽s s位地址作為索引位地址作為索引最低最低w w位區(qū)別字位區(qū)別字比較比較s s索引的一個標(biāo)簽存儲器內(nèi)容，說明是否命中索引的一個標(biāo)簽存儲器內(nèi)容，說明是否命中組成圖組成圖示例圖示例圖直接映射的組成直接映射的組成返回返回直接映射的示例直接映射的示例返回返回微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社

45、2. 2. 全相關(guān)映射（全相關(guān)映射（Full Associative MappingFull Associative Mapping）將一個主存塊存儲到任意一個將一個主存塊存儲到任意一個CacheCache行行使用靈活、利用率高，但實現(xiàn)電路比較復(fù)雜使用靈活、利用率高，但實現(xiàn)電路比較復(fù)雜高速緩存容量高速緩存容量m m2 2s s行行2 2s+ws+w字字主存容量主存容量M M2 2n n字字2 2n-wn-w主存塊主存塊標(biāo)簽存儲器保存完整的主存地址，即：標(biāo)簽存儲器保存完整的主存地址，即：t tn-wn-wn n位主存地址由位主存地址由2 2個部分組成：個部分組成：n nt tw w高高t t位作

46、標(biāo)簽位作標(biāo)簽最低最低w w位區(qū)別字位區(qū)別字當(dāng)進(jìn)行高速緩存操作時，高速緩存控制邏輯必須當(dāng)進(jìn)行高速緩存操作時，高速緩存控制邏輯必須比較全部標(biāo)簽存儲器的內(nèi)容，才能確定是否命中比較全部標(biāo)簽存儲器的內(nèi)容，才能確定是否命中組成圖組成圖示例圖示例圖全相關(guān)映射的組成全相關(guān)映射的組成返回返回全相關(guān)映射的示例全相關(guān)映射的示例返回返回微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社3. 3. 組合相關(guān)映射（組合相關(guān)映射（Set Associative MappingSet Associative Mapping）將多個將多個CacheCache行作為一個組（行作為一個組（SetSet），組內(nèi)各個），組內(nèi)各個CacheCach

47、e行采用全相關(guān)映射，各個組間采用直接映射行采用全相關(guān)映射，各個組間采用直接映射取直接映射的簡單和全相關(guān)映射的靈活，而克服取直接映射的簡單和全相關(guān)映射的靈活，而克服兩者的不足兩者的不足所有組中同位置所有組中同位置CacheCache行稱為一路（行稱為一路（WayWay）通常采用通常采用2 2、4 4、8 8或或1616個為一組個為一組 ，分別被稱為，分別被稱為2 2路、路、4 4路、路、8 8路或路或1616路組合相關(guān)映射路組合相關(guān)映射比較比較s s索引的索引的2 2、4 4、8 8或或1616個標(biāo)簽存儲器內(nèi)容，說個標(biāo)簽存儲器內(nèi)容，說明是否命中明是否命中組成圖組成圖示例圖示例圖只有一路（每組只有

48、一個只有一路（每組只有一個CacheCache行）就是直接相關(guān)映行）就是直接相關(guān)映射射只有一組（每個只有一組（每個CacheCache行都是一路）就是全相關(guān)映射行都是一路）就是全相關(guān)映射組合相關(guān)映射的組成組合相關(guān)映射的組成返回返回組合相關(guān)映射的示例組合相關(guān)映射的示例返回返回微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社6.3.3 6.3.3 替換算法替換算法直接映象只有一個直接映象只有一個CacheCache行可以選擇行可以選擇組合相關(guān)和全相關(guān)有多個組合相關(guān)和全相關(guān)有多個CacheCache行可以選擇行可以選擇替換算法有多種：替換算法有多種：1. 1. 隨機(jī)法隨機(jī)法(random)(random)隨意

49、選擇被替換的行，不依賴以前的使用情況隨意選擇被替換的行，不依賴以前的使用情況2. 2. 先進(jìn)先出法先進(jìn)先出法(FIFO: first in first out)(FIFO: first in first out)替換最早（存放時間最長）的行替換最早（存放時間最長）的行3. 3. 最近最少使用法最近最少使用法(LRU: least-recently used)(LRU: least-recently used)本指替換近期最少使用的行，實際實現(xiàn)的是替換最久沒有本指替換近期最少使用的行，實際實現(xiàn)的是替換最久沒有被使用的行被使用的行4. 4. 最不常用最不常用(LFU: least-frequent

50、ly used)(LFU: least-frequently used)替換使用次數(shù)最少的行替換使用次數(shù)最少的行微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社LRULRU替換算法替換算法LRULRU能較好地反映程序的局部性，因而其命中率較能較好地反映程序的局部性，因而其命中率較高，應(yīng)用廣泛；但實現(xiàn)的硬件較復(fù)雜高，應(yīng)用廣泛；但實現(xiàn)的硬件較復(fù)雜2 2路組相聯(lián)：使用一個路組相聯(lián)：使用一個U U位。某個位。某個CacheCache塊被訪問，塊被訪問，該塊該塊U U位置位置1 1；對應(yīng)塊；對應(yīng)塊U U位置位置0 0。替換。替換U U位為位為0 0的塊的塊4/8/164/8/16路組相聯(lián)：運用堆棧型算法。最近訪問

51、的路組相聯(lián)：運用堆棧型算法。最近訪問的塊放上面，最下面存放最久沒有訪問的塊。替換塊放上面，最下面存放最久沒有訪問的塊。替換最下面的塊最下面的塊微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社6.3.4 6.3.4 寫入策略寫入策略處理器對高速緩存的訪問主要是讀取訪問處理器對高速緩存的訪問主要是讀取訪問寫入操作數(shù)的問題較復(fù)雜一些寫入操作數(shù)的問題較復(fù)雜一些寫命中寫命中：寫入的數(shù)據(jù)在高速緩存中：寫入的數(shù)據(jù)在高速緩存中確認(rèn)命中，才可以對確認(rèn)命中，才可以對CacheCache塊寫入，寫入后可能塊寫入，寫入后可能導(dǎo)致與主存內(nèi)容不一致導(dǎo)致與主存內(nèi)容不一致要解決主存內(nèi)容更新問題，保持?jǐn)?shù)據(jù)的正確性要解決主存內(nèi)容更新問題，

52、保持?jǐn)?shù)據(jù)的正確性寫未命中寫未命中：指令對主存進(jìn)行寫入的操作數(shù)沒：指令對主存進(jìn)行寫入的操作數(shù)沒有在高速緩存中有在高速緩存中此時，寫入的數(shù)據(jù)是否還要將其讀回此時，寫入的數(shù)據(jù)是否還要將其讀回CacheCache呢？呢？微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社1. 1. 寫命中的處理寫命中的處理直寫策略直寫策略(write through)(write through)寫入寫入CacheCache的同時也寫入主存（下一級存儲器）的同時也寫入主存（下一級存儲器）優(yōu)點：簡單可靠優(yōu)點：簡單可靠缺點：總線操作頻繁、影響工作速度缺點：總線操作頻繁、影響工作速度解決方法：在解決方法：在CacheCache與主存間設(shè)

53、置一級與主存間設(shè)置一級/ /多級緩沖器，形多級緩沖器，形成實用的成實用的“緩沖直寫緩沖直寫”，提高速度，提高速度回寫策略回寫策略(write back)(write back)只寫入只寫入CacheCache，在被替換時才寫回主存，在被替換時才寫回主存優(yōu)點：可以減少寫入主存次數(shù)、提高速度優(yōu)點：可以減少寫入主存次數(shù)、提高速度缺點：硬件結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜缺點：硬件結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜實現(xiàn)方法：設(shè)置一個表明實現(xiàn)方法：設(shè)置一個表明CacheCache是否被修改的更新位是否被修改的更新位（updateupdate，污染位，污染位dirty bitdirty bit）。替換時只需將被修改）。替換時只需將被修改的的Cac

54、heCache塊內(nèi)容寫入主存塊內(nèi)容寫入主存微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社2. 2. 寫未命中的處理寫未命中的處理寫未命中寫未命中：指令對主存進(jìn)行寫入的操作數(shù)沒有在：指令對主存進(jìn)行寫入的操作數(shù)沒有在高速緩存中高速緩存中此時，寫入的數(shù)據(jù)是否還要將其讀回此時，寫入的數(shù)據(jù)是否還要將其讀回CacheCache呢？呢？寫分配法寫分配法( write allocate )( write allocate )先把數(shù)據(jù)所在的塊調(diào)入先把數(shù)據(jù)所在的塊調(diào)入CacheCache，然后再進(jìn)行寫入，然后再進(jìn)行寫入類似讀失效的方式，也稱類似讀失效的方式，也稱fetch on writefetch on write不寫

55、分配法不寫分配法( no-write allocate )( no-write allocate )直接把數(shù)據(jù)寫入下一級存儲器，不將相應(yīng)的塊調(diào)直接把數(shù)據(jù)寫入下一級存儲器，不將相應(yīng)的塊調(diào)入入CacheCache，也稱，也稱write aroundwrite around直寫策略通常配合不寫分配法直寫策略通常配合不寫分配法回寫策略一般采用寫分配法回寫策略一般采用寫分配法微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社3. 3. 數(shù)據(jù)一致性協(xié)議數(shù)據(jù)一致性協(xié)議系統(tǒng)存在多級、多個系統(tǒng)存在多級、多個CacheCache，一個主存數(shù)據(jù)可能具，一個主存數(shù)據(jù)可能具有多個副本，需要保持?jǐn)?shù)據(jù)一致有多個副本，需要保持?jǐn)?shù)據(jù)一致數(shù)

56、據(jù)一致性協(xié)議：用硬件方法解決高速緩存的數(shù)數(shù)據(jù)一致性協(xié)議：用硬件方法解決高速緩存的數(shù)據(jù)一致性問題據(jù)一致性問題MESIMESI協(xié)議協(xié)議是廣泛應(yīng)用的數(shù)據(jù)一致性協(xié)議是廣泛應(yīng)用的數(shù)據(jù)一致性協(xié)議修改修改M M：該：該CacheCache塊已經(jīng)被修改（與主存不同），而且只塊已經(jīng)被修改（與主存不同），而且只在這個在這個CacheCache中可用中可用唯一唯一E E：該：該CacheCache塊與對應(yīng)主存塊相同，而且不存在于其塊與對應(yīng)主存塊相同，而且不存在于其它它CacheCache中中共享共享S S：該：該CacheCache塊與對應(yīng)主存塊相同，但可能存在于其塊與對應(yīng)主存塊相同，但可能存在于其它它CacheC

57、ache中中無效無效I I：該：該CacheCache塊包含的數(shù)據(jù)無效塊包含的數(shù)據(jù)無效微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社6.3.5 804866.3.5 80486的的L1 CacheL1 Cache指令和數(shù)據(jù)共用指令和數(shù)據(jù)共用的的4 4路組合相關(guān)路組合相關(guān)CacheCache結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)8KB8KB容量容量分成分成128128組，每組有組，每組有4 4路，每組每路路，每組每路為一行，每為一行，每行行為為1616個字節(jié)（個字節(jié)（128128位）位）每行對應(yīng)每行對應(yīng)2121位位標(biāo)簽標(biāo)簽，一個有效位，一個有效位每組中每組中4 4路對應(yīng)路對應(yīng)3 3位位LRULRU位，用于實現(xiàn)偽位，用于實現(xiàn)偽LRUL

58、RU替替換算法換算法采用采用4 4級級緩沖直寫策略緩沖直寫策略，允許，允許6 6個連續(xù)的寫操個連續(xù)的寫操作而無等待作而無等待寫失效時，采用寫失效時，采用不寫分配法不寫分配法，只將數(shù)據(jù)寫入，只將數(shù)據(jù)寫入主存，不進(jìn)行主存，不進(jìn)行CacheCache的回填的回填示意圖示意圖8048680486第一級高速緩存的結(jié)構(gòu)第一級高速緩存的結(jié)構(gòu)返回返回微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社6.3.6 Pentium6.3.6 Pentium的的L1 CacheL1 Cache指令和數(shù)據(jù)分離指令和數(shù)據(jù)分離的的2 2路組合相關(guān)路組合相關(guān)CacheCache結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)指令指令CacheCache和數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)CacheC

59、ache都是都是8KB8KB，共，共16KB16KB8KB8KB容量分成容量分成128128組，每組組，每組2 2路，每行路，每行3232字節(jié)字節(jié)LRULRU算法，回寫策略算法，回寫策略( (可動態(tài)改變?yōu)橹睂懖呗钥蓜討B(tài)改變?yōu)橹睂懖呗? )微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社一次寫一次寫(write once)(write once)協(xié)議協(xié)議PentiumPentium采用采用MESIMESI協(xié)議，配合第一次直寫，協(xié)議，配合第一次直寫，以后回寫，實現(xiàn)以后回寫，實現(xiàn)L1L1和和L2 CacheL2 Cache的數(shù)據(jù)一致的數(shù)據(jù)一致操作操作L1L1狀態(tài)狀態(tài)L1L1數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)L2L2數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 復(fù)位或清洗

60、后復(fù)位或清洗后 讀入數(shù)據(jù)讀入數(shù)據(jù) 第第1 1次直寫次直寫 再次回寫再次回寫 發(fā)生替換后發(fā)生替換后無效無效I I共享共享S S唯一唯一E E修改修改M M共享共享S S無效無效有效有效有效有效有效有效有效有效無效無效有效有效有效有效無效無效有效有效微機(jī)原理與接口技術(shù)第4版機(jī)械工業(yè)出版社6.4 6.4 存儲管理存儲管理存儲器是計算機(jī)系統(tǒng)的重要資源，操作系統(tǒng)存儲器是計算機(jī)系統(tǒng)的重要資源，操作系統(tǒng)的主要功能之一是存儲管理：的主要功能之一是存儲管理：如何動態(tài)地為多個任務(wù)分配存儲器如何動態(tài)地為多個任務(wù)分配存儲器IA-32IA-32處理器從硬件上支持并加速操作系統(tǒng)處理器從硬件上支持并加速操作系統(tǒng)的存儲管理：