第4章 存儲器、存儲管理及高速緩存技術(shù)(微型計(jì)算機(jī)技術(shù)課件).ppt

1、第4章：存儲器和高速緩存技術(shù),教學(xué)重點(diǎn) 微型機(jī)內(nèi)存的行列結(jié)構(gòu) 片選信號的產(chǎn)生方法 層次化的存儲器結(jié)構(gòu),4.1 存儲器和存儲器件,4.1.1 存儲器的分類,4.1.2 微型計(jì)算機(jī)內(nèi)存的行列結(jié)構(gòu),4.1.3 選擇存儲器器件的考慮因素,4.1.4 隨機(jī)存取存儲器RAM,4.1.5 只讀存儲器ROM,4.1.1存儲器的分類,分為兩大類： 內(nèi)部存儲器，簡稱為內(nèi)存或主存 外部存儲器，簡稱為外存,4.1.2微型計(jì)算機(jī)內(nèi)存的行列結(jié)構(gòu),圖4.1 32行32列組成的矩陣和外部的連接,4.1.3選擇存儲器件的考慮因素,易失性 只讀性 存儲容量 速度 功耗,4.1.4 隨機(jī)存取存儲器RAM,靜態(tài)RAM（SRAM） 容

2、量小、功耗大、速度快、不需要刷新 用于存儲容量較小的系統(tǒng)中 動(dòng)態(tài)DRAM（DRAM） 容量高、需要刷新,DRAM的刷新和DRAM控制器,時(shí)序功能 地址處理功能 仲裁功能,圖4.2 DRAM控制器的原理圖,4.1.5只讀存儲器ROM,掩膜型ROM 可編程只讀存儲器PROM 可擦除可編程只讀存儲器EPROM 可用電擦除的可編程只讀存儲器E2PROM 閃爍存儲器,存儲器分類表如下所示：,存儲器,主存儲器,隨機(jī)存儲器(RAM),只讀存儲器(ROM),雙極型半導(dǎo)體存儲器,MOS存儲器（靜態(tài)、動(dòng)態(tài)）,可編程只讀存儲器PROM,可擦除可編程只讀存儲器EPROM，EEPROM,掩膜型只讀存儲器MROM,輔助存

3、儲器,磁盤(軟盤、硬盤、盤組)存儲器,磁帶存儲器,光盤存儲器,緩沖存儲器,4.2 存儲器的連接,1. 存儲器和CPU的連接考慮,存儲器和CPU之間通過地址線、數(shù)據(jù)線和控制線實(shí)現(xiàn)連接時(shí)，要考慮如下幾個(gè)問題。,（1）高速CPU和較低速度存儲器之間的速度匹配問題。 （2）CPU總線的負(fù)載能力問題。 （3）片選信號和行地址、列地址的產(chǎn)生機(jī)制。 （4）對芯片內(nèi)部的尋址方法,4.2.2 片選信號的產(chǎn)生方法,線選法 直接使用地址線作為片選信號，使用在容量小，存儲芯片也少的小系統(tǒng)中。 優(yōu)點(diǎn)：簡單，不必加片選譯碼器缺點(diǎn)：地址不連續(xù)，會(huì)重疊，即同一個(gè)單元可對于不同地址 全譯碼法 把全部高位地址進(jìn)行譯碼產(chǎn)生片選信號

4、，用于較大的系統(tǒng)中 優(yōu)點(diǎn)：地址唯一，可保證地址的連續(xù)性 部分譯碼法 只是將高位地址的一部分進(jìn)行譯碼產(chǎn)生片選信號，用于存儲空間較大又不是足夠大的情況。 存在地址重疊 混合譯碼法 將部分譯碼法和線選法結(jié)合起來產(chǎn)生片選信號 地址不連續(xù)和重疊,2. SRAM的使用舉例,B A OE T,芯片允許 信號邏輯 電路,地址 譯碼器,B A OE T,寫脈沖 發(fā)生器,延遲,MRDC,MWTC,D7D0,D7D0,A19A14,A12,A13,A11A0,D7D0,WE,CE,CE0,CE1,CE2,CE3,A11A0,模塊選擇,讀寫控制,8286 （2片）,8286,4KX8b 靜態(tài)RAM,3 DRAM的使用

5、舉例,4 存儲器的數(shù)據(jù)寬度擴(kuò)充和字節(jié)數(shù)擴(kuò)充,4.6 (a) 擴(kuò)充存儲器的數(shù)據(jù)寬度 (b) 擴(kuò)充存儲器的字節(jié)容量,4.3.1 層次化的存儲器體系結(jié)構(gòu),層次化總體結(jié)構(gòu),（片外為二級Cache內(nèi)為一級Cache）,內(nèi)存的分區(qū)結(jié)構(gòu),圖4.8PC機(jī)的內(nèi)存組織,1)基本內(nèi)存區(qū),圖4.9 基本內(nèi)存區(qū)的組織,基本內(nèi)存區(qū)主要供DOS操作系統(tǒng)使用，其中容納了DOS操作系統(tǒng)、DOS運(yùn)行需要的系統(tǒng)數(shù)據(jù)、驅(qū)動(dòng)程序以及中斷向量表等。基本內(nèi)存區(qū)為640K，從00000H9FFFFH。,2) 高端內(nèi)存區(qū),圖4.10 高端內(nèi)存區(qū)的組織,3) 擴(kuò)充內(nèi)存區(qū),圖4.11用高端內(nèi)存區(qū)64KB映射擴(kuò)充內(nèi)存的1個(gè)頁組 現(xiàn)在基本不用,（4）

6、擴(kuò)展內(nèi)存區(qū) 指1MB以上但不是通過內(nèi)存擴(kuò)充卡映射來獲得的內(nèi)存空間。從100000H開始，32位地址線的可達(dá)4GB，36位地址線高達(dá)64GB。,16位微機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)存組織,32位微機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)存組織,4.4.1 虛擬儲存技術(shù)和三類地址,虛擬存儲技術(shù) 段式虛擬存儲和頁式虛擬存儲 分段特點(diǎn)： 每段的長度不是固定的 每個(gè)段都是受到保護(hù)的獨(dú)立的空間 分頁特點(diǎn)： 一個(gè)系統(tǒng)中的所有頁面大小固定 頁面的起點(diǎn)和終點(diǎn)也固定。 只有分頁機(jī)制才支持虛擬存儲 Pentium系統(tǒng)中，采用段頁式虛擬存儲機(jī)制,邏輯地址、線性地址和物理地址,邏輯地址（虛擬地址）特點(diǎn)： 這是程序員編寫的源程序中使用的地址 完整的邏輯地址一共48位，

7、16位的選擇子和32的偏移量。 邏輯地址中的選擇子對應(yīng)于一個(gè)段基址 分段部件將邏輯地址轉(zhuǎn)換為線性地址 線性地址特點(diǎn)： 線性地址是由2個(gè)32位量相加而成的 段基址由段描述苻得到 線性地址是分為3個(gè)字段來體現(xiàn)其功能 分頁部件將線性地址轉(zhuǎn)換為物理地址,4.4.2 分段管理,為了實(shí)現(xiàn)分段管理，把有關(guān)段的信息即段基址、界限、訪問的屬性全部存放在一個(gè)稱為段描述符的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。 三種描述符表 全局描述符表GDT 局部描述符表LDT 中斷描述符表IDT 描述符表三個(gè)優(yōu)點(diǎn)： 可大大擴(kuò)展存儲空間 可實(shí)現(xiàn)虛擬存儲 可實(shí)現(xiàn)多任務(wù)隔離,段選擇子、段描述符和段描述符表,段選擇子,段描述符,段選擇子、段描述符和段描述符表,

8、描述符表,段選擇子、段描述符和段描述符表,邏輯地址轉(zhuǎn)換為線性地址,分段部件實(shí)現(xiàn)從邏輯地址到物理地址的轉(zhuǎn)換,4.3.5 分頁管理,分頁功能涉及兩個(gè)表： 頁組目錄項(xiàng)表 頁表,線性地址轉(zhuǎn)換為物理地址,圖4.18 分頁機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)線性地址到物理地址的轉(zhuǎn)換,第一步是查詢CR3 第二步是將線性地址的高10位作為頁組項(xiàng)號 第三步是查詢相應(yīng)頁組目錄對應(yīng)的頁表,圖4.19 線性地址轉(zhuǎn)換為物理地址的例子,轉(zhuǎn)換檢測緩沖器TLB,圖4.20 轉(zhuǎn)換檢測緩沖器TLB的功能,轉(zhuǎn)換檢測緩沖器TLB,TLB的工作原理,Cache系統(tǒng)的框圖,CPU,高速緩存 (Cache),高速緩存 控制器,主存,DRAM,高速緩存系統(tǒng),一個(gè)Cache系統(tǒng)包含三個(gè)部分： Cache模塊，既CPU和較慢速主存之間的SRAM； 主存，即較慢速DRAM； Cache控制器，用來對Cache系統(tǒng)進(jìn)行控制。,時(shí)間區(qū)域性（局部性）