第5章-存储器技术汇编.ppt

5.1 存储器概述 5.1 存储器概述 2．动态RAM的结构 DRAM的读写过程 地 址 码 地址范围 A19 A18 A17～A13 A12 ～ A0 0 0 1 1 1 0 0 全0 ～ 全1 38000H～39FFFH 0 1 1 1 1 0 0 全0 ～ 全1 78000H～79FFFH 地址分配 综合应用举例 第5章 存储器技术 CPU与存储器的连接 随机存取存储器 现代微机的存储体系 存储器概述 5.4 现代微机的存储体系 Cache-主存存储层次 1 主辅存存储体系 2 并行主存系统及新型RAM 3 5.4 现代微机的存储体系 Cache-主存存储层次 1 主辅存存储体系 2 并行主存系统及新型RAM 3 5.4.1 Cache-主存存储层次 用高速的静态RAM组成小容量的存储器，称作高速缓冲存储器——Cache。 主存 数据总线 CPU 主存 地址 寄存器MA 替换控制部件 主存-Cache 地址变换 机构 Cache 地址 寄存器 Cache 存储体 多字宽 地址总线 不命中 命中 单字宽 5.4.1 Cache-主存存储层次 如何工作？ CPU访问存储器时送出访问主存单元的地址，由地址总线传送到Cache控制器中的主存地址寄存器MA，主存－Cache地址变换机构从MA获取地址并判断该单元内容是否已经在Cache中，即判别是否命中。 若命中，则将访问地址变换成在Cache中的地址，然后访问Cache。 若Cache已被装满，则需要在替换控制部件的控制下完成替换 若不命中，则CPU转去访问主存，并将包含该存储单元的信息装入Cache。 为了把信息装入Cache中，必须应用某种函数把主存地址映像到Cache中定位，称作地址映像。 当信息按这种映像关系装入Cache后，执行程序时，应将主存地址变换为Cache地址，这个变换过程成为地址变换。 与主存容量相比，Cache的容量很小，它所保存的信息仅是主存信息的一个子集，因此通常若干个主存地址将映像同一个Cache地址。 直接映像方式 全相联映像方式 级相联映像方式 Cache-主存的地址映像 1．直接映像方式 每个主存地址映像到Cache中的一个指定的地址 将主存空间按Cache的尺寸分区，每区内相同的块号映像到Cache中相同的块位置。 直接映像是一种最简单的地址映像方式，它的地址变换速度快，而且不涉及其他两种映像方式中的替换策略问题。但是这种方式的块冲突概率较高，当程序往返访问两个相互冲突的块中的数据时，Cache的命中率将急剧下降。 例 若Cache被分为2N块，主存被分为同样大小的2M块，主存与Cache中块的对应关系可用映像函数表示： j = i mod 2N。 式中，j是Cache中的块号，i是主存中的块号。 2．全相联映像方式 主存中的每一个字块可映像到Cache任何一个字块位置上 。 只有当Cache中的块全部装满后才会出现块冲突，所以块冲突的概率低，可达到很高的Cache命中率，但实现很复杂。 当访问一个块中的数据时，块地址要与Cache块表中的所有地址进行比较以确定是否命中，查找速度慢。另外在出现冲突时，替换问题比较复杂。 例 3．组相联映像方式 组相联映像方式是全相联映像方式与直接映像方式的折衷方案。 将存储空间分为若干组，各组之间是直接映像，而组内各块之间则是全相联映像 。 组相联方式在判断块命中及替换算法上都要比全相联方式简单，块冲突的概率比直接映像的低，其命中率也介于直接映像和全相联映像方式之间。 例 替换策略 1 先进先出算法FIFO（First In First Out） 按调入Cache的先后决定淘汰的顺序。 替换时，将最先调入Cache的页面内容予以淘汰。 易实现，系统开销少，只需利用主存中页面调度的历史信息。 但该算法不一定合理。 2 近期最少使用算法LRU（Least Recently Used） 按Cache中各页面使用的频繁程度决定淘汰的顺序。 替换时，将在最近一段时间内使用最少的页面内容予以淘汰。 充分利用了页面调度的历史信息。 该算法实现复杂。 5.4 现代微机的存储体系 Cache-主存存储层次 1 主辅存存储体系 2 并行主存系统及新型RAM 3 5.4.2 主辅存存储层次 主存的特点：由半导体器件构成的主存，其速度远高于磁表面存储器，但价格要高数十倍，容量也小得多，且掉电后信息即丢失，因此只能用来存储一些CPU所执行的程序和数据。 辅存的特点：辅存一般为磁表面存储器和光存储器，成本低、容量大、速度慢，掉电后信息不会丢失，但不能被CPU直接访问。因此，它主要用来存储大量的待用程序、数据