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第六章 存储器系统 * * 6.1 存储系统的基本概念 6.2 半导体存储器 6.3 高速缓冲存储器(Cache) 6.4 微机的外部存储器 6.1 存储系统的基本概念 一、存储系统的层次结构 微机存储系统有三个基本参数:容量、速度、成本 容量:以字节数表示 速度:以访问时间TA、存储周期TM或带宽BM表示 TA——从接收读申请到读出信息到存储器输出端的时间 TM——连续两次启动存储器所需的最小时间间隔 TM TA 一、存储系统的层次结构 w——数据总线宽度 成本:以每位价格表示 存储系统的基本概念 一、存储系统的层次结构 速度 成本 低 磁带 磁盘 半导体主存储器 Cache 寄存器 存储系统的基本概念 一、存储系统的层次结构 存储系统的基本概念 外存平均访问时间ms级 硬盘9~10ms 光盘80~120ms 内存平均访问时间ns级 SRAM Cache1~5ns SDRAM内存7~15ns EDO内存60~80ns EPROM存储器100~400ns 一、存储系统的层次结构 存储系统的基本概念 寄存器 Cache 主存储器 辅助存储器(磁盘) 大容量存储器(磁带) 外存储器 内存储器 二、存储器访问的局部性原理 存储系统的基本概念 存储器访问的局部性指处理器访问存储器时,无论取指令还是取数据,所访问的存储单元都趋向于聚集在一个较小的连续单元区域中。 时间上的局部性——最近的将来要用到的信息很可能就是现在正在使用的信息。主要由循环造成 空间上的局部性——最近的将来要用到的信息很可能与现在正在使用的信息在空间上是邻近的。主要由顺序执行和数据的聚集存放造成 二、存储器访问的局部性原理 存储系统的基本概念 存储器的层次结构是依靠存储器访问的局部性实现的 存储器的层次结构的性能由命中率来衡量: 命中率——对层次结构存储系统中的某一级存储器来说,要访问的数据正好在这一级的概率 二、存储器访问的局部性原理 存储系统的基本概念 例:两级存储系统 M1 访问时间TA1, 命中率H M2 访问时间TA2 则平均访问时间 TA=HTA1+(1-H)TA2 规定:访问时间比 访问效率 则 二、存储器访问的局部性原理 存储系统的基本概念 追求 1 0 1.0 1.0 r=1 r=2 r=10 r=100 e H 6.2 半导体存储器 一、半导体存储器的分类 RAM 静态RAM(SRAM) 动态RAM(DRAM) ROM 掩膜型ROM 可编程ROM(PROM) 可擦除可编程ROM(EPROM) 电可擦除可编程ROM(E2PROM) 半导体存储器 二、半导体存储器的组成 P. 157 三、静态RAM(SRAM) SRAM基本存储电路 P. 159 半导体存储器 三、静态RAM(SRAM) 存储矩阵 地址译码器 地址寄存器 地址总线 读写放大器 数据寄存器 数据总线 控制电路 OE WE CE SRAM芯片的结构 半导体存储器 三、静态RAM(SRAM) SRAM的特点 读写速度快 所用管子数目多,单个器件容量小 T1、T2总有一个处于到通状态,功耗较大 SRAM通常用来做Cache 四、动态RAM(DRAM) 半导体存储器 行选择信号 列选择信号 数据输入输出线 刷新放大器 单管动态存储电路 四、动态RAM(DRAM) 半导体存储器 存储矩阵 地址总线 I/O缓冲器 数据总线 读写控制/动态刷新电路 RAS# DRAM芯片的结构 地址锁存器 CAS# WE# 四、动态RAM(DRAM) 半导体存储器 DRAM的特点 所用管子少,芯片位密度高 功耗小 需要刷新 存取速度慢 DRAM主要用来做内存 四、动态RAM(DRAM) 半导体存储器 DRAM的种类 FPM DRAM 存取时间80~100ns EDO DRAM 存取时间50~70ns SDRAM 存取时间6~10ns SIMM——Single Inline Memory Module 单列直插式内存模块 72线:32位数据、12位行列公用地址、RAS#、CAS#等 在Pentium微型机中必须成对使用 FPM/EDO 四、动态RAM(DRAM) 半导体存储器 DRAM内存条的种类 DIMM——Dual Inline Memory Module 双列直插式内存模块 168线:64位数据、14位行列公用地址、RAS#、CAS#等 可单数使用 FPM/EDO/SDRAM 四、动态RAM(DRAM) 半导体存储器 DRAM内存条的种类 五、只读存储器(ROM) P.166 六、内存的扩展 P. 169 位扩展 地址扩展 将多个内存芯片用位扩组装成内存模块(即内存条) 将多个内存条插到内存插槽中——地址扩展 半导体存储器 七、内存的奇偶校验 处理器 存储器阵
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