第15讲存储器组成、存储器工作原理.ppt

Cache 技术其基本思想：用SRAM 作为 CPU 与 DRAM 存储系统之间的缓冲区，Cache 位于 CPU 和主板之间。由芯片组中 Cache 控制器和内存控制器协调工作。 Cache 提高速度原理 : 大部分常用的信息只占要使用的信息的一少部分。只要把经常使用的信息存放高速存储区内, 就可以提高系统的速度。此时 CPU 大部分时间是在与高速的储区打交道，可以承担85% 的内存请求而不需 CPU 增加额外的等待周期。 Cache 的一个重要指标是命中率 。 (2) Cache 的种类：PC 系统中一般设有一级缓存 (L1 Cache和二级缓存 L2Cache)。 一级缓存是直接将它和 CPU 做在一起的, 故又称为内部 Cache 或 L1 Cache, 其速度与 CPU 一致 , 容量小 ,在几 KB 至几十 KB间。 由于 586 以上微处理器的时钟频率很高, L1 Cache 未命中CPU性能将明显恶化，可采用在微处理器芯片外再加 Cache 的办法来改善。称此 Cache 为二级缓存 ( 又称为 L2 Cache 、外 部 Cache 或片外 Cache)。 2. Cache 的工作原理与特点 (1)原理: Cache 中保存着主存储器内容的部分副本，当 CPU 进行主存储器存取时,先访问 Cache，检查所需内容是否在 Cache 中 , 如在则直接存取其中的数据, 由于Cache的速度与CPU相当, 因此 CPU 就能在零等待状态下迅速地完成数据的读写, 而不必插入等待状态,这种情况叫命中。当CPU所需信息不在Cache中时, 则需访问主存 , 这时CPU 要插入等待状态 , 这种情况称未命中。 若未命中, 在CPU存取主存的同时, 数据也要写入到 Cache 中以使下次访问 Cache 时能命中。 (2) 主要特点：Cache 虽然也是一类存储器 , 但是不能由用户直接访问Cache 的容量不大 , 目前的 PC 系统中一般为 256 KB-2 MB 左右。为了保证 CPU 访问时有较高的命中,Cache 中的内容应该按一定的算法更换。Cache 中的内容应该与主存中对应的部分保持一致 。 存储器组成、工作原理-学习目标 (1) 了解半导体存储器的基本特性及其在 PC 中的主要应用。 (2) 掌握主存储器管理的工作原理及与内存条的组成形式、使用及选购等相关的知识,包括:DRAM 的内部结构及工作原理、提高DRAM读/写速度的几种技术、内存的奇偶校验与 ECC内存、内存条的组成形式与使用场合等。 (3)了解与PC机中高速缓冲存储器Cache相关的知识,包括:Cache的作用及种类、Cache的工作原理与特点等。 3.4内储器 3.4.1 PC中常用的半导体内储器类型 半导体存储器芯片按照是否能随机地进行读写 , 分为 随机存取存储器 (Random Access Memory, RAM) 和只读存储器 (Read Only Memory, ROM) 两大类 1.随机存取存储器 (RAM) 1按保存数据的机理分为动态DRAM和静态SRAM (1) DRAM电路简单、集成度高、功耗低、成本较低,适合作内存储器的主体部分。DRAM 是靠 MOS电路中栅极电容上电荷来记忆信息，由于电容上的电荷会泄漏,为防止数据丢失,需定时给电容上的电荷进行补充。DRAM 必须在一定的时间间隔(约2ms)内将数据读出并再写人,这一过程称为DRAM 的刷新 (2) SRAM利用半导体双稳态触发器电路的两个稳定状态表示1和0, 以达到保存和记忆信息的目的。SRAM 存储数据时只有在执行写命令时才发生刷新操作。主要特点是:工作速度快、不需要刷新电路、 因此使用简单。在读出时不会破坏原来存放的信息 2. 只读存储器 ROM DRAM 、SRAM, 当关机或断电时 , 其中的信息都将随之丢失。ROM是一种能够永久或半永久性地保存数据的存储器,即使掉电 ( 或关机 )后 , 存放在ROM中的数据也不会丢失, 因此, 常被看作非易失性存储器。按照ROM的内容是否(或怎样)改写,ROM 可分为以下几类 (1)Mask ROM(掩膜ROM或固化ROM)这类ROM中的信息是由厂家在生产过程中一次形成的, 即 ROM 中的内容已经固化,用户无法进行修改。这类 RAM 适用于大批量生产 (2) PROM (Programmable ROM,可编程 ROM)PROM 中的内容在使用前由专用设备一次写入,以后不能改变。 (3) EPROM(Erasable Programmable ROM,可擦除可编程 ROM)EPROM 和前两种ROM的不同点在于ROM中的内容可以用特殊的装置擦除和重写。一般是将该芯片在紫外线下照射15-20 分钟