計(jì)算機(jī)組成原理第四章課件

第四章存儲(chǔ)器4.1概述4.2主存儲(chǔ)器4.3高速緩沖存儲(chǔ)器4.4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

存儲(chǔ)介質(zhì)是指能寄存“0”、“1”兩種代碼并能區(qū)別兩種狀態(tài)的物質(zhì)或元器件。(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

激光在磁光材料上進(jìn)行讀寫操作。非易失體積小、功耗低、存取時(shí)間短磁盤、磁帶(1)存取時(shí)間與物理地址無(wú)關(guān)（隨機(jī)訪問(wèn)）順序存取存儲(chǔ)器（串行）磁帶4.12.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(wèn)）隨機(jī)存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器直接存取存儲(chǔ)器先直接后串行磁盤在程序的執(zhí)行過(guò)程中可讀可寫在程序的執(zhí)行過(guò)程中只讀磁盤、磁帶、光盤高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）FlashMemory存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器輔助存儲(chǔ)器MROMPROMEPROMEEPROMRAMROM靜態(tài)RAM動(dòng)態(tài)RAM3.按在計(jì)算機(jī)中的作用分類4.1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)4.1緩存CPU主存輔存2.緩存主存層次和主存輔存層次10ns20ns200nsms4.1緩存-主存層次主要解決CPU和主存速度不匹配的問(wèn)題，主存和緩存之間的數(shù)據(jù)調(diào)用是由硬件自動(dòng)完成的。主存-輔存層次主要解決存儲(chǔ)系統(tǒng)的容量問(wèn)題。主存和輔存之間的數(shù)據(jù)調(diào)用是由硬件和操作系統(tǒng)共同完成。緩存主存輔存主存虛擬存儲(chǔ)器虛地址邏輯地址實(shí)地址物理地址主存儲(chǔ)器（速度）（容量）1)指令地址碼訪問(wèn)的地址為虛地址或邏輯地址。2)程序在執(zhí)行過(guò)程中真正能訪問(wèn)到的地址為物理地址。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4.2

高位字節(jié)地址為字地址低位字節(jié)地址為字地址字地址字節(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4.2低地址存高字節(jié)(大端模式）低地址存低字節(jié)（小端模式）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以按字（存儲(chǔ)字長(zhǎng)）尋址，也可以按字節(jié)尋址。不同機(jī)器存儲(chǔ)字長(zhǎng)不同，存儲(chǔ)字長(zhǎng)取8的倍數(shù)。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224=16M8M4M(2)存儲(chǔ)速度4.主存的技術(shù)指標(biāo)(1)存儲(chǔ)容量存放二進(jìn)制代碼的總數(shù)量

存儲(chǔ)器的訪問(wèn)時(shí)間

存取時(shí)間4.2指啟動(dòng)一次存儲(chǔ)器操作，到完成該操作所需要的全部時(shí)間。1)讀出時(shí)間指從存儲(chǔ)器接收到有效地址，到產(chǎn)生有效輸出所需要的全部時(shí)間。2)寫入時(shí)間是從存儲(chǔ)器接收到有效地址開始，到數(shù)據(jù)寫入被選中單元為止所需要的時(shí)間。(3)存儲(chǔ)器的帶寬

連續(xù)兩次獨(dú)立的存儲(chǔ)器操作（讀或?qū)懀┧璧淖钚￠g隔時(shí)間

位/秒

存取周期單位時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)器存取的信息量。芯片容量二、半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片簡(jiǎn)介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）1041411384.21)譯碼驅(qū)動(dòng)電路：把總線送來(lái)的地址信號(hào)翻譯成對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)單元的選擇信號(hào)，該信號(hào)在讀寫電路的配合下完成對(duì)備選中單元的讀/寫操作。2)讀寫電路：讀寫放大器和寫入電路3)控制線：讀寫控制線與片選線兩種。存儲(chǔ)芯片通過(guò)地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線與外部連接。0,015,015,70,7

讀/寫控制電路

地址譯碼器

字線015…………16×8矩陣…………07D07D位線讀/寫選通A3A2A1A0……2.半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片的譯碼驅(qū)動(dòng)方式(1)線選法（16×8存儲(chǔ)芯片）4.200000,00,7…0……07……D07D讀/寫選通A3A2A1A0A40,310,031,031,31

Y地址譯碼器

X地址譯碼器

32×32矩陣……A9I/OA8A7A56AY0Y31X0X31D讀/寫……(2)重合法（1K×1位）4.200000000000,00,31……I/OD0,0讀

靜態(tài)RAM用觸發(fā)器工作原理存儲(chǔ)信息，信息讀出后，仍保持其原狀態(tài)，不需要再生。

電源掉電時(shí)，原存儲(chǔ)信息丟失，故屬于易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。

基本單元單元由6個(gè)MOS管組成。三、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)1.靜態(tài)RAM(SRAM)(1)靜態(tài)RAM基本電路A′觸發(fā)器非端1T4T~觸發(fā)器5TT6、行開關(guān)7TT8、列開關(guān)7TT8、一列共用A

觸發(fā)器原端T1~T4T5T6T7T8A′A寫放大器寫放大器DIN寫選擇讀選擇DOUT讀放位線A位線A′列地址選擇行地址選擇T1~T4(2)靜態(tài)RAM芯片舉例存儲(chǔ)容量1K×4位......I/O1I/O2I/O3I/O4A0A8A9WECSCCVGNDIntel21142.動(dòng)態(tài)RAM(DRAM)

1）動(dòng)態(tài)RAM基本單元電路有三管式和單管式。主要由MOS管和電容組成。2）利用電容存儲(chǔ)電荷的原理來(lái)寄存信息。

3）電容電荷一般只能維持1~2ms，電源不掉電，信息也丟失。4）需要對(duì)存儲(chǔ)單元進(jìn)行動(dòng)態(tài)再生和刷新。5）與靜態(tài)RAM比，集成度高，功耗低。DD預(yù)充電信號(hào)讀選擇線寫數(shù)據(jù)線寫選擇線讀數(shù)據(jù)線VCgT4T3T2T11(1)動(dòng)態(tài)RAM基本單元電路讀出與原存信息相反讀出時(shí)數(shù)據(jù)線有電流為“1”數(shù)據(jù)線CsT字線DDV010110寫入與輸入信息相同寫入時(shí)CS充電為“1”放電為“0”T3T2T1T無(wú)電流有電流

(2)動(dòng)態(tài)RAM刷新

1）刷新的過(guò)程就是將原存信息讀出，再由刷新放大器形成原信息并重新寫入的再生過(guò)程。

2）動(dòng)態(tài)RAM存儲(chǔ)單元內(nèi)容長(zhǎng)時(shí)間不讀寫會(huì)慢慢消失，必須定時(shí)刷新，一般為2ms刷新一次，稱為刷新周期。

3）刷新按行進(jìn)行。(3)動(dòng)態(tài)RAM刷新

刷新與行地址有關(guān)①集中刷新（存取周期為0.5μs）“死時(shí)間率”為128/4000×100%=3.2%“死區(qū)”為0.5μs×128=64μs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（1936）128個(gè)周期（64）刷新時(shí)間間隔（2ms）刷新序號(hào)???????μsμstcXtcY??????以128

×128矩陣tC=tM+tR讀寫刷新無(wú)“死區(qū)”②

分散刷新（存取周期為1μs）(存取周期為0.5μs

+0.5μs)W/RREF0W/RtRtMtCREF126REF127REFW/RW/RW/RW/R刷新間隔128個(gè)讀寫周期以128

×128矩陣為例

③異步刷新對(duì)于128×128的存儲(chǔ)芯片（存取周期為0.5μs）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0.5μs若每隔15.6μs刷新一行而且每行每隔2ms刷新一次若每隔2ms集中刷新一次“死區(qū)”為64μs3.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(wú)主存緩存4.2DDR=DoubleDataRate雙倍速率同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(2)靜態(tài)RAM芯片舉例存儲(chǔ)容量1K×4位......I/O1I/O2I/O3I/O4A0A8A9WECSCCVGNDIntel2114四、只讀存儲(chǔ)器（ROM）1.掩膜ROM(MROM)行列選擇線交叉處有MOS管為“1”。行列選擇線交叉處無(wú)MOS管為“0”。存儲(chǔ)的信息由生產(chǎn)廠家在掩膜工藝過(guò)程中“寫入”，用戶不能修改。

2.PROM(一次性編程)VCC行線列線熔絲熔絲斷為“0”為“1”熔絲未斷芯片出廠時(shí)內(nèi)容全部為0，用戶可以用專門的PROM寫入器將信息寫入。

3.EPROM(多次性編程)EPROM是一種可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器，用戶可以對(duì)其信息作任意次的改寫。

采用紫外線進(jìn)行擦除，擦除時(shí)間比較長(zhǎng)（8-20分鐘），但不能對(duì)個(gè)別需要改寫的單元進(jìn)行單獨(dú)擦除或重寫?！刂七壿媃譯碼X譯碼數(shù)據(jù)緩沖區(qū)Y控制128×128存儲(chǔ)矩陣…………PD/ProgrCSA10A7…A6A0..…DO0…112………………A7A1A0VSSDO2DO0DO1……27162413………………VCCA8A9VPPCSA10PD/ProgrDO3DO7…2716EPROM的邏輯圖和引腳PD/Progr功率下降/編程輸入端

讀出時(shí)為低電平4.EEPROM(多次性編程)電可擦寫局部擦寫20ms全部擦寫5.FlashMemory(快擦型存儲(chǔ)器)比E2PROM快4.2EPROM價(jià)格便宜集成度高EEPROM電可擦洗重寫，重寫速度快(5us)具備RAM功能FLAH編程、讀取、擦除。高密度非易失性讀寫存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)空間：CPU決定存儲(chǔ)器：用戶需求定存儲(chǔ)芯片：芯片廠家五、存儲(chǔ)器與CPU的連接1.存儲(chǔ)器容量的擴(kuò)展(1)位擴(kuò)展（增加存儲(chǔ)字長(zhǎng)）用2片1K

×

4位存儲(chǔ)芯片組成1K

×

8位的存儲(chǔ)器10根地址線8根數(shù)據(jù)線DD????D0479AA0???21142114CSWE4.2(2)字?jǐn)U展（增加存儲(chǔ)字的數(shù)量）用2片1K

×

8位存儲(chǔ)芯片組成2K

×

8位的存儲(chǔ)器11根地址線8根數(shù)據(jù)線1K

×

8位1K

×

8位D7D0?????????????????WEA1A0???A94.2CS0A10

1CS1(3)字、位擴(kuò)展用8片1K

×

4位存儲(chǔ)芯片組成4K

×

8位的存儲(chǔ)器8根數(shù)據(jù)線12根地址線WEA8A9A0...D7D0……A11A10CS0CS1CS2CS3片選譯碼................4.21K×41K×41K×41K×41K×41K×41K×41K×4

2.存儲(chǔ)器與CPU的連接

(1)地址線的連接低位地址線(2)數(shù)據(jù)線的連接字?jǐn)U展(3)讀/寫線的連接(4)片選線的連接/MREQ，高位地址線。(5)合理選用芯片4.2例4.1設(shè)CPU有16根地址線，8根數(shù)據(jù)線，并用/MREQ作為訪存控制信號(hào)，用/WR作為讀/寫控制信號(hào)?，F(xiàn)有存儲(chǔ)芯片：1K*4位RAM，4K*8位RAM，8K*8位RAM，2K*8位ROM，4K*8位ROM,8K*8位ROM及74138譯碼器和幾種門電路。1）主存地址空間分配：6000H-67FFH為系統(tǒng)程序區(qū)6800H-6BFFH為用戶程序區(qū)2）合理選擇存儲(chǔ)芯片，說(shuō)明各選幾片。3）詳細(xì)畫出存儲(chǔ)芯片的片選邏輯圖。例4.1

解:

(1)寫出對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制地址碼(2)確定芯片的數(shù)量及類型0110000000000000A15A14A13A11A10…A7…

A4A3…

A0…01100111111111110110100000000000…01101011111111112K×8位1K×8位RAM2片1K×4位ROM1片

2K×8位4.2(3)分配地址線A10~A0接2K

×

8位ROM的地址線A9~A0接1K

×

4位RAM的地址線(4)確定片選信號(hào)CBA0110000000000000A15A13A11A10…A7…

A4A3…

A0…01100111111111110110100000000000…01101011111111112K

×

8位1片ROM1K

×

4位2片RAM4.2真值表輸入：自然二進(jìn)制碼輸出：低電平有效2K

×8位ROM

1K

×4位

RAM1K

×4位

RAM………&PD/ProgrY5Y4G1CBAG2BG2A……MREQA14A15A13A12A11A10A9A0…D7D4D3D0WR…………例4.1

CPU與存儲(chǔ)器的連接圖4.2………(1)寫出對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制地址碼例4.2

假設(shè)同前，要求最小8K為系統(tǒng)程序區(qū)，相鄰16K為用戶程序區(qū)，最大4K為系統(tǒng)程序工作區(qū)。(2)確定芯片的數(shù)量及類型(3)分配地址線(4)確定片選信號(hào)1片8K

×

8位

ROM2片8K

×

8位

RAM1片4K×

8位的RAMA11~A0接ROM和RAM的地址線4.2例4.3

設(shè)CPU有20根地址線，8根數(shù)據(jù)線。并用IO/M作訪存控制信號(hào)。RD為讀命令，WR為寫命令?，F(xiàn)有2764EPROM(8K×8位),外特性如下：…D7D0CEOECE片選信號(hào)OE允許輸出PGM可編程端PGM…A0A12用138譯碼器及其他門電路（門電路自定）畫出CPU和2764的連接圖。要求地址為F0000H~FFFFFH,

并寫出每片2764的地址范圍。4.2七、提高訪存速度的措施采用高速器件調(diào)整主存結(jié)構(gòu)1.單體多字系統(tǒng)W位W位W位W位W位地址寄存器主存控制部件............單字長(zhǎng)寄存器數(shù)據(jù)寄存器存儲(chǔ)體采用層次結(jié)構(gòu)Cache主存增加存儲(chǔ)器的帶寬4.2在一個(gè)存取周期內(nèi)，從同一地址取出4條指令，然后逐條將指令送至CPU執(zhí)行，即每隔1/4存取周期，主存向CPU送一條指令。

前提：指令和數(shù)據(jù)在內(nèi)存內(nèi)必須連續(xù)存放。2.多體并行系統(tǒng)(1)高位交叉（順序存?。└鱾€(gè)體并行工作M0地址01……n－1M1nn+1……2n－1M22n2n+13n－1M33n3n+14n－1…………地址譯碼體內(nèi)地址體號(hào)多體模塊組成的存儲(chǔ)器，每個(gè)模塊有相同的容量和存取速度，各模塊有自己獨(dú)立的地址寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、地址譯碼、驅(qū)動(dòng)電路和讀寫電路，能并行工作，又能交叉工作。(2)低位交叉（交叉存儲(chǔ)）M0地址04……4n－4M115……4n－3M2264n－2M3374n－1…………地址譯碼

體號(hào)體內(nèi)地址各個(gè)體輪流編址問(wèn)題：交叉存儲(chǔ)器可以一次讀取多個(gè)字，總線寬度不變?cè)趺崔k？低位交叉的特點(diǎn)在不改變存取周期的前提下，增加存儲(chǔ)器的帶寬時(shí)間單體訪存周期單體訪存周期4.2啟動(dòng)存儲(chǔ)體0啟動(dòng)存儲(chǔ)體1啟動(dòng)存儲(chǔ)體2啟動(dòng)存儲(chǔ)體3例：設(shè)有4個(gè)模塊組成的四體存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，每個(gè)體的存儲(chǔ)字長(zhǎng)為32位，存取周期為200ns，假設(shè)數(shù)據(jù)總線寬度為32位，總線傳輸周期為50ns，試求讀取128位順序存儲(chǔ)器和交叉存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器帶寬。(3)存儲(chǔ)器控制部件（簡(jiǎn)稱存控）易發(fā)生代碼丟失的請(qǐng)求源，優(yōu)先級(jí)最高嚴(yán)重影響CPU工作的請(qǐng)求源，給予次高優(yōu)先級(jí)4.2控制線路排隊(duì)器節(jié)拍發(fā)生器QQCM來(lái)自各個(gè)請(qǐng)求源……主脈沖存控標(biāo)記觸發(fā)器4.3高速緩沖存儲(chǔ)器一、Cache概述問(wèn)題的引入Cache工作原理Cache基本結(jié)構(gòu)Cache讀寫操作Cache的改進(jìn)1.問(wèn)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(wèn)的局部性原理2.Cache的工作原理(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)4.3(2)命中與未命中緩存共有C

塊主存共有M

塊M>>C主存塊調(diào)入緩存主存塊與緩存塊建立了對(duì)應(yīng)關(guān)系標(biāo)記記錄與某緩存塊建立了對(duì)應(yīng)關(guān)系的主存塊

塊號(hào)命中未命中主存塊與緩存塊未建立對(duì)應(yīng)關(guān)系主存塊未調(diào)入緩存(3)Cache命中率CPU欲訪問(wèn)的信息在Cache中的比率命中率與Cache的容量與塊長(zhǎng)有關(guān)一般每塊:

4至8個(gè)字塊長(zhǎng)取一個(gè)存取周期內(nèi)從主存調(diào)出的信息長(zhǎng)度在程序的執(zhí)行時(shí)間，Nc為訪問(wèn)Cache的總命中的次數(shù)，Nm為訪問(wèn)主存的總次數(shù).

命中率h為H=Nc/(Nc+Nm).(2)tc為命中時(shí)的Cache訪問(wèn)時(shí)間，tm為未命中時(shí)的主存訪問(wèn)時(shí)間，1-h為未命中率。平均訪問(wèn)時(shí)間ta為：ta=h*tc+（1-h）*tm(3）e為訪問(wèn)效率：E=tc/ta*100%例4.7假設(shè)CPU執(zhí)行某段程序時(shí)，共訪問(wèn)Cache命中2000次，訪問(wèn)主存50次。已知Cache的存取周期為50ns，

主存的存取周期200ns。求Cache-主存系統(tǒng)的命中率、效率和平均訪問(wèn)時(shí)間。數(shù)據(jù)總線Cache替換機(jī)構(gòu)可裝進(jìn)？命中？主存Cache地址映象變換機(jī)構(gòu)主存訪問(wèn)主存替換CacheCache存儲(chǔ)體塊號(hào)塊內(nèi)地址直接通路訪問(wèn)主存裝入CacheNNYY塊號(hào)塊內(nèi)地址CPU主存地址地址總線Cache地址3.Cache基本結(jié)構(gòu)Cache替換機(jī)構(gòu)由CPU完成Cache存儲(chǔ)體主存Cache地址映象變換機(jī)構(gòu)4.Cache的讀寫操作

訪問(wèn)Cache取出信息送CPU

訪問(wèn)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(wèn)地址

開始YNYN讀

對(duì)Cache寫操作，必須與被映射的主存塊內(nèi)的信息完全一致。1）寫直達(dá)法2）寫回法寫Cache和主存的一致性5.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)一緩存和分開緩存指令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二、Cache主存的地址映象

Cache中的塊取自主存中的某個(gè)塊，將主存中某個(gè)塊復(fù)制到Cache中某個(gè)塊，依據(jù)一定的映射規(guī)則，由主存地址映射到Cache地址稱為地址映射（1）直接映射方式

（2）全相聯(lián)映射方式

（3）組相聯(lián)映射方式1.直接映象方式每個(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)字塊字塊地址主存字塊標(biāo)記t

位c

位b

位主存地址m位Cache內(nèi)地址例：某內(nèi)存為64塊，Cache有4塊，采用直接映射方式。主存中任意塊和Cache中唯一的塊相對(duì)應(yīng)。主存塊號(hào)塊內(nèi)地址m位b位00011011000000000001000010000011000100000101000110111001111010111011111100111101111110111111…………000011Mod100=?jModC=?ji標(biāo)記？？1111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01C－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i=j

mod

C直接映象方式的特點(diǎn)：不靈活，每個(gè)主存塊只能固定對(duì)應(yīng)某個(gè)緩存塊，即使還空著許多位置也不能用。有其它改進(jìn)的映象方式嗎2.全相聯(lián)映象方式主存中的任一塊可以映象到緩存中的任一塊主存字塊標(biāo)記

字塊內(nèi)地址主存地址m位b位例：某內(nèi)存為64塊，Cache有4塊，采用直接映射方式。00011011000000000001000010000011000100000101000110111001111010111011111100111101111110111111…………i標(biāo)記？？111100111010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m

=

t+cCache存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器

字塊0優(yōu)點(diǎn)：靈活，命中率高。缺點(diǎn):主存字塊標(biāo)記為全部塊地址，訪問(wèn)Cache時(shí)主存的字塊標(biāo)記要和Cache的全部標(biāo)記位進(jìn)行比較。全相聯(lián)映象方式特點(diǎn)3.組相聯(lián)映象方式某一主存塊

j

按模Q

映射到緩存的第i

組中的任一塊字塊組地址主存字塊標(biāo)記t

位q位b

位主存地址m位Cache內(nèi)地址例：某內(nèi)存為64塊，Cache有4塊，每組2塊，采用組相聯(lián)映射方式。Cache分成Q組，每組R塊，i=jmodQ.組內(nèi)兩塊，組相聯(lián)映射定義為二路組相聯(lián)。01000000000001000010000011000100000101000110111001111010111011111100111101111110111111…………000001Mod10=?jModq=?i標(biāo)記？？111011Mod10=?0000011101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)記組012c-r－1主存地址Cache主存儲(chǔ)器共Q

組，每組內(nèi)兩塊（r=1)1字塊0字塊1字塊0字塊2c-r字塊2c-r+1例4.8假設(shè)主存容量為512KB,Cache容量為4KB，每個(gè)字塊為16個(gè)字，每個(gè)字32位。1）Cache地址有多少位，可容納多少塊。2）主存地址有多少位，可容納多少塊3）在直接映射方式下，主存的第幾塊映射到Cache的第5塊。（設(shè)起始字塊為第一塊）4）畫出直接映射方式下主存地址字段中各段的位數(shù)。例4.9假設(shè)主存容量為512K*16位，Cache容量為4096*16位，塊長(zhǎng)為4個(gè)16位的字，訪存地址為字地址。1)在直接映射方式下，設(shè)計(jì)主存的地址格式。2）在全相聯(lián)映射方式下，設(shè)計(jì)主存的地址格式。3）在二路組全相聯(lián)映射方式下，設(shè)計(jì)主存的地址格式。4）若主存容量為1024K*16位，塊長(zhǎng)不變，在四路組相聯(lián)方式下，設(shè)計(jì)主存的地址格式。例4.10假設(shè)Cache的工作速度是主存的5倍，且Cache被訪問(wèn)命中的概率是95%，則采用Cache后，存儲(chǔ)器性能提高多少?例4.11設(shè)某機(jī)主存容量為16MB,Cache容量為8KB，每字塊有8字，每字32位。設(shè)計(jì)一個(gè)四路組相聯(lián)映射的Cache組織。1)畫出主存地址字段中各段的位數(shù)。2）設(shè)Cache初態(tài)為空，CPU一次從主存的第0,1,2，…，99單元讀出100個(gè)字，并重復(fù)10次，問(wèn)命中率多少？3）若Cache速度是主存速度的5倍，試問(wèn)有Cache和無(wú)Cache相比，速度提高多少倍？4）系統(tǒng)的效率為多少？三、替換算法1.先進(jìn)先出（FIFO）算法2.近期最少使用法（LRU）算法小結(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能映射到某一緩存組中的任一塊不靈活成本高考研題：假設(shè)某計(jì)算機(jī)按字變址，Cache有4個(gè)行，Cache和主存之間交換的塊為2個(gè)字。若Cache的內(nèi)容初始為空，采用2路組相聯(lián)映射方式和LRU替換策略，訪問(wèn)的主存地址依次為0,4,8,2,0,6,8,6,4,8時(shí)，命中Cache的次數(shù)是：A.1B.2C.3D.44.4輔助存儲(chǔ)器一、磁記錄原理

磁盤是用某些磁性材料薄薄地涂在金屬鋁表面作載磁體來(lái)存儲(chǔ)信息。

二、硬磁盤存儲(chǔ)器1.硬磁盤存儲(chǔ)器的類型(1)固定磁頭和移動(dòng)磁頭(2)可換盤和固定盤2.硬磁盤存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)磁盤控制器磁盤驅(qū)動(dòng)器盤片主機(jī)(1)磁盤控制器接受主機(jī)發(fā)來(lái)的命令，轉(zhuǎn)換成磁盤驅(qū)動(dòng)器的控制命令實(shí)現(xiàn)主機(jī)和驅(qū)動(dòng)器之間的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)緩沖、串并，并串轉(zhuǎn)換?？刂拼疟P驅(qū)動(dòng)器讀寫通過(guò)總線對(duì)主機(jī)對(duì)硬盤（設(shè)備）磁盤控制器: