80386系统原理课件.pptVIP

2.4.2Cache控制器1．Cache控制器82385Cache控制器82385是專為80386設計的高性能32位週邊支持晶片。它與靜態RAM（簡稱SRAM）晶片一起構成高速緩衝記憶體，保存處理機最近常要使用的指令和數據的副本。CPU幾乎可以在無等待狀態下從Cache取出數據。82385可以對整個4G位元組的主記憶體進行尋址。由於82385晶片上有緩衝記憶體的目錄索引，因此，可以支持32K位元組雙匯流排結構。82385的匯流排監視（BusWatching）功能。Cache控制器82385不需特殊軟體，對軟體是透明的。Cache的控制過程完全由硬體實現，可以與80386在相同主題下並駕齊驅工作。由於82385把支持外部32K位元組Cache存儲體需要的目錄存儲區以及其他管理邏輯集成在同一晶片上，使得Cache子系統非常簡單，大大減少了80386系統晶片的數目。82385是由局部匯流排介面、處理機介面、Cache目錄記憶體以及Cache控制邏輯等部件構成的，如圖2.21所示。82385局部匯流排介面Cache目錄記憶體處理機介面Cache控制80386地址匯流排監視匯流排Cache控制匯流排80386局部匯流排解碼匯流排仲裁80386局部匯流排控制82385局部匯流排控制2．80386/82385系統圖2.22示出直接映像的Cache系統邏輯框圖。整個系統可分為3個部分：處理機部分、Cache記憶體及其控制部分、系統匯流排介面部分。處理機包括80386處理機與82384時鐘發生器。Cache記憶體及其控制部分包括82385控制器、外部動態記憶體、Cache地址鎖存器。系統匯流排介面部分包括系統匯流排、數據收發器、地址鎖存器等。在80386/82385系統中，有80386系統匯流排和處理機局部匯流排，兩者不同。80386系統匯流排與80386的物理匯流排是等效的。82385/80386系統中的控制信號與匯流排又可分成如下5類：（1）局部地址、數據、控制匯流排。（2）系統地址、數據、控制匯流排。（3）82385輸出給Cache系統的控制信號。（4）系統輸入給82385的控制信號。（5）82385的監視匯流排。圖2.22直接映像的Cache系統的組成80386系統匯流排Cache地址鎖存8K字*32位靜態RAM8038682385Cache控制器地址鎖存數據收發器82385控制Cache控制Cache地址鎖存控制控制地址數據地址監視匯流排配置局部地址解碼系統控制匯流排系統地址匯流排系統數據匯流排數據收發控制3．直接映像Cache操作過程首先，把帶有直接映像Cache系統微處理機的物理地址分成三個字段，即選擇字段、標記字段和變址字段，如圖2.23所示。選擇字段用來測定Cache中有無數據，標記字段和變址字段用來測定動態RAM主記憶體中的地址，而且在靜態RAM的Cache中用變址字段作為靜態RAM地址的變址。在一個週期接一個週期運行情況下，用標記字段測定所需數據是否在Cache之內。選擇字段標記字段變址字段3116150242332位微處理機地址圖2.24示出Cache內數據和標記記憶體的部分。一般情況下，在數據記憶體內保存著被複製到Cache內、實際是主記憶體內的一些存儲單元的內容，而且通過物理地址的變址字段進行尋址。更確切地說，只有變址字段的高幾位才能用來對數據記憶體尋址，而兩個最低有效位是作為允許位元組選擇資訊的。圖2.24直接映像Cache分成數據記憶體和標記記憶體數據Cache控制邏輯80386CPU比較器標記記憶體數據記憶體選擇主記憶體動態RAM地址標記變址直接映像Cache命中82385目錄支持直接映像方式。Cache的地址駐留在82385控制器內，並把它作為頁存儲單元查詢表的內容。在目錄中又把主記憶體地址的一個32K位元組的頁分成1024塊，每塊8行（由地址A2～A4控制），每行有32位（4個位元組），如圖2.25所示。從圖可以看出，82385內部的RAM有1024塊（由地址A5～A14控制）存儲單元。從圖2.26中可以看出，10位的Cache地址取自主記憶體地址。圖80386流水線結構寄存器堆桶形移位器ALU分段分頁ALB段描述符高速緩衝記憶體保護測試控制預取代碼佇列隊指令解碼列匯流排介面控制地址數據