计算机组成原理教案(第三章).ppt

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3.5.2.主存与cache的地址映射映射方式有全相联方式、直接方式和组相联方式三种1.全相联映射方式这种方法可使主存的一个块直接拷贝到cache中的任意一行上,非常灵活。它的主要缺点是比较器电路难于设计和实现,因此只适合于小容量cache采用。2.直接映射方式直接映射方式的优点是硬件简单,成本低。缺点是每个主存块只有一个固定的行位置可存放,容易产生冲突。因此适合大容量cache采用。3.组相联映射方式组相联映射方式中的每组行数v一般取值较小,这种规模的v路比较器容易设计和实现。而块在组中的排放又有一定的灵活性,冲突减少。3.5.3.替换策略对直接映射的cache来说,只要把此特定位置上的原主存块换cache即可。对全相联和组相联cache来说,就要从允许存放新主存块的若干特定行中选取一行换出★最不经常使用(LFU)算法LFU算法将一段时间内被访问次数最少的那行数据换出。每行设置一个计数器。从0开始计数,每访问一次,被访行的计数器增1。当需要替换时,将计数值最小的行换出,同时将这些行的计数器都清零。这种算法将计数周期限定在对这些特定行两次替换之间的间隔时间内,不能严格反映近期访问情况。★近期最少使用(LRU)算法???LRU算法将近期内长久未被访问过的行换出。每行也设置一个计数器,cache每命中一次,命中行计数器清零,其它各行计数器增1。当需要替换时,将计数值最大的行换出。这种算法保护了刚拷贝到cache中的新数据行,有较高的命中率。★随机替换随机替换策略从特定的行位置中随机地选取一行换出。在硬件上容易实现,且速度也比前两种策略快。缺点是降低了命中率和cache工作效率。3.5.4cache的写操作策略CPU对cache的写入更改了cache的内容。可选用写操作策略使cache内容和主存内容保持一致。★写回法当CPU写cache命中时,只修改cache的内容,而不立即写入主存;只有当此行被换出时才写回主存。当CPU写cache未命中时这种方法减少了访问主存的次数,但是存在不一致性的隐患。实现这种方法时,每个cache行必须配置一个修改位,以反映此行是否被CPU修改过。★全写法当写cache命中时,cache与主存同时发生写修改,因而较好地维护了cache与主存的内容的一致性。当写cache未命中时,直接向主存进行写入(2方法)。cache中每行无需设置一个修改位以及相应的判断逻辑。缺点是降低了cache的功效。3.主存物理地址的存储空间分布以奔腾PC机主存为例,说明主存物理地址的存储空间概念3.3.1只读存储器1.ROM的分类只读存储器简称ROM,它只能读出,不能写入。它的最大优点是具有不易失性。根据编程方式不同,ROM通常分为三类:只读存储器定义优点缺点掩模式数据在芯片制造过程中就确定可靠性和集成度高,价格便宜不能重写一次编程用户可自行改变产品中某些存储元可以根据用户需要编程只能一次性改写多次编程可以用紫外光照射或电擦除原来的数据,然后再重新写入新的数据可以多次改写ROM中的内容2.光擦可编程只读存储器(EPROM)(1)EPROM基本存储元电路(2)EPROM实例-2716的内部结构图工作模式选择PD/PGMCSVppVcc数据输出读低低+5V+5V输出未选中无关高+5V+5V高阻功率下降高无关+5V+5V高阻编程由低到高脉冲高+25V+5V输入例3】CPU的地址总线16根(A15—A0,A0为低位),双向数据总线8根(D7—D0),控制总线中与主存有关的信号有MREQ(允许访存,低电平有效),R/W(高电平为读命令,低电平为写命令)。主存地址空间分配如下:0—8191为系统程序区,由只读存储芯片组成;8192—32767为用户程序区;最后(最大地址)2K地址空间为系统程序工作区。上述地址为十进制,按字节编址。现有如下存储器芯片:EPROM:8K×8位(控制端仅有CS);SRAM:16K×1位,2K×8位,4K×8位,8K×8位.请从上述芯片中选择适当芯片设计该计算机主存储器,画出主存储器逻辑框图,注意画出选片逻辑(可选用门电路及3∶8译码器74LS138)与CPU的连接,说明选哪些存储器芯片,选多少片。主存地

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