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微处理器系统结构与嵌入式系统第五章
课堂练习 1. 设某系统的地址总线宽16bit,数据总线宽16bit,则该系统最大可扩充 KB容量的存储系统。 2.设某系统的数据线宽度为8bit,地址线宽度为16bit,现有容量为2K×4bit的SRAM芯片若干。若需扩充共8KB的RAM子系统,且要求其占用的地址范围从C800H起连续且唯一。 ①共需多少片2K×4bit的SRAM芯片?这些芯片应分成多少组?每组多少片? ② 给出各芯片(组)的地址范围。 3. 扩展存储器设计时,片选信号可以采用 、 或 方式进行译码。若系统地址线中有N条未参与译码,则存储单元的重叠地址将有 个. * 提问:1.访问的是存储器还是I/O;2.Y0-Y7的地址范围 寄存器组 特点:读写速度快但数量较少;其数量、长度以及使用方法会影响指令集的设计。 组成:一组彼此独立的Reg,或小规模半导体存储器。 RISC:设置较多Reg,并依靠编译器来使其使用最大化。 Cache (Cache和流水线技术是RISC成功的技术支柱) 高速小容量(几十千到几兆字节); 完全由硬件实现控制,对程序员完全透明; 可分为指令cache和数据cache 主(内)存 编址方式:字节编址 信息存放方式:大/小端系统、对齐方式 辅(外)存 1)、主要用作数据信息(以文件(file)的形式)存放,按块为单位进行存取。 2)、也可以实现虚拟存储器 */42 cache相关概念 1. 访问局部性 访问的引用局部性:是CPU会访问当前访问附近的数据和指令 访问的时间局部性:访问一个元素之后,很可能在不久的将 来再次访问该数据 2. 命中率:利用CPU产生的有效地址可直接在存储体系的高层访问到所需信息的概率,是衡量存储体系把握数据访问局部性的重要性能参数 3. 失效率:利用CPU产生的有效地址不能直接在存储体系的高层访问到所需信息的概率 cache读取方式 CPU cache 主存 贯穿式读取 CPU cache 主存储器 旁路式读取 设cache 的存取时间为tc,命中率为h,主存的存取时间为tm,则平均存取时间: 贯穿式: ta = tc ×h + (tc + tm)×(1-h)。 旁路式: ta = tc ×h + tm×(1-h)。 cache的功效 【例5.1】 某微机存储器系统由一级cache 和主存组成。CPU采用贯穿式读取方式,已知主存的存取时间为80 ns,cache 的存取时间为6 ns,cache的命中率为85%,试求该存储系统的平均存取时间。 ta =6 ns×85%+86 ns×(1-85%)=5.1+12.9=18 ns cache的命中率与cache 的大小、替换算法、程序特性等因素有关。 cache未命中时CPU还需要访问主存,这时反而延长了存取时间。 * * / 54 Cache技术和虚拟存储器技术 相同点: 以存储器访问的局部性为基础; 采用的调度策略类似; 对用户都是透明的; 不同点: 划分的信息块的长度不同; Cache技术由硬件实现,而虚拟存储器由OS的存储管理软件辅助硬件实现; Cache块:8~64字节 虚拟存储器块:512~几十K个字节 主存储器(主存、内存) 编号(地址) 4095 … … 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 1 0 主存储器用于存放当前运行的程序和数据 主存容量(单位:字节)由最大可编址空间描述 最小可编址单位为字节,但一般按字长进行访问 长度大于一个字节的数据在内存占多个连续的单元,根据字节存放顺序分为大端和小端 为了提高访问速度,一般按整数边界对齐存储 大端的数据存放格式 低地址 高地址 地址A 地址A+1 地址A+2 地址A+3 int a = 0x 12 34 56 78 12 34 56 78 低地址 高地址 地址A 地址A+1 地址A+2 地址A+3 12 34 56 78 小端的数据格式 大端(Big-Endian)小端(Little-Endian) Endian表示数据在存储器中的存放顺序。采用大小端模式对数据进行存放的主要区别在于存放的字节顺序:大端方式将低位字节存放在高地址,小端方式将低位字节存放在低地址。 对齐方式:不同宽度数据的存储方式 按整数边界对齐存储可以保证访存指令的速度 按任意边界对齐存储可以保证存储空间的利用 5.4存储器设计:存储芯片的选择 确定类型 根据不同应用场合的特点确定采用何种类型的芯片,如考虑选用SRAM还是DRAM,是否需要E
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