微机原理、汇编于接口技术(第二版)课件.ppt

(1) 存储器的分类 存储器分为内部存储器和外部存储器两大类，分别简称为内存和外存，外存也叫辅存，内存也叫主存。程序和数据以文件的形式保存在外存中，要执行的程序和要使用的数据必须事先调入内存。为了加快CPU访问内存的速度，从而提高程序的运行速度，在内存和CPU之间或者CPU内部增加了存取速度较高的高速缓冲存储器，即cache。为了扩充内存容量，还将外存作为内存的辅助，给用户提供比内存大得多的逻辑存储容量，这就是所谓的“虚拟存储器”。 ①虚拟存储器 人们通常所指的内存是由“内存条”组成的物理存储器，物理存储器是由地址总线直接访问的存储空间，其地址称为物理地址。显然，地址总线的条数决定了物理存储器即内存的最大容量。 虚拟存储器是相对物理存储器而言的，虚拟存储器是指程序使用的逻辑存储空间，它可以比物理存储空间大得多。虚拟存储器由内存、辅存和管理部件共同组建。通过管理软件达到内存和辅存密切配合，使整个存储系统的速度接近内存、容量接近辅存。当应用程序访问虚拟存储器时，必须给出虚拟地址即逻辑地址，在此过程中，先通过硬件和软件找出逻辑地址到物理地址之间的对应关系，判断要访问的是否已装入内存，如已装入则直接访问内存，否则，相应的硬件和管理软件会将要访问的有关数据块从辅存调入内存，与此同时将内存中原有的暂时不使用的某数据块调回辅存，并且将虚拟地址转变为物理地址。 ②高速缓冲存储器 高速缓冲存储器即高速缓存Cache是使用速度与CPU相当的静态随机读/写存储器芯片组成的小容量存储器，用来存放微处理器最近要用的指令和数据。 Cache中的内容其实是内存中一小部分内容的复制品，内存中经常被微处理器使用到的一部分内容要烤页到Cache中，并不断地更新Cache中的内容，使得Cache中总是保存有最近经常被微处理器使用的一部分内容。 Cache中存放的内容除了内存中的指令和数据外，还要存放这些指令和数据在内存中的对应地址。当微处理器存取指令和数据时，Cache截取微处理器送出的地址，并判别这个地址与Cache中保存的地址是否相同。若相同，则从Cache中存取该地址中的指令或数据；否则就从内存中存取。 (3) 存储器的操作 CPU对存储器的操作有读和写两种，读操作是CPU将存储单元的信息取到CPU内部，而写操作是CPU将其内部的信息传送到存储单元保存。写操作要改变被写存储单元的内容，而读操作则不改变被读存储单元的内容。向存储单元存放或取出信息，都称为访问存储器。访问存储器时，先由地址译码器将送来的单元地址进行译码，找到相应的存储单元；再由读写控制电路，根据送来的读或写命令确定访问存储器的方式，完成读出(读)或写入(写)操作。 （1）总线接口单元 总线接口单元实现微处理器与微型计算机系统总线的连接，其中包括64位数据线、32位地址线和众多的信号线，以此实现微处理器与外部的信息交换。Pentium微处理器与外部交换数据可以是64位还可以是32位、16位或者8位。 （2）分段单元和分页单元 分段单元将程序提供的逻辑地址转换为线性地址，分页单元将线性地址转换为物理地址。 分页是将段分为多个固定大小的页面(通常为4KB)，分页支持虚拟存储器环境。内存中只保留程序访问的页面，而众多的页面被存储在磁盘中。当程序要访问线性地址空间中的某个地址时，分页单元先将线性地址转换为存储器的物理地址，然后执行对该地址的读操作或写操作。如果所访问的页面不在物理内存中，微处理器就会暂时中断该程序的执行，由操作系统将所需的页面从磁盘读入物理内存中，然后接着执行被中断的程序。 （3）U流水线和V流水线 Pentium采用两条流水线，这两条流水线都拥有自己的算术逻辑单元ALU、地址生成电路和数据Cache的接口。这种双流水线结构允许Pentium可以一次执行两条指令，每条流水线中执行一条。 （4）指令Cache和数据Cache 在Pentium中，指令Cache和数据Cache两者分开，从而减少了指令预取和数据存取操作之间可能发生的冲突，并可提高命中率。Pentium的数据Cache有两个接口，分别与U和V两条流水线相连，以便同时和两条流水线交换数据。 （5）指令预取单元、指令译码单元和控制ROM 指令预取单元从指令Cache中预先取指令，每次取两条指令。如果是简单指令，通过指令译码单元译码后，将两条指令分别送到U流水线和V流水线执行。如果是复杂指令，通过控制ROM将其转换成对应的一系列微指令，再送到U流水线和V流水线执行。复杂指令对应的微指令存