1、靜態存儲器字、位擴展靜態存儲器字、位擴展地址總線低地址總線低11 位位實現片內選單元實現片內選單元高位地址譯碼高位地址譯碼給出片選信號給出片選信號/CS0/CS1高八位數據高八位數據低八位數據低八位數據/WE 2K * 8 bit 2K * 8 bit 2K * 8 bit 2K * 8 bit 譯碼器譯碼器靜態存儲器字、位擴展靜態存儲器字、位擴展 TEC-2 TEC-2 機的存儲器的容量為機的存儲器的容量為 40964096個字，為個字，為 16 16 位字長，位字長， 用用 2048 2048 * * 8 8 的存儲器芯片的存儲器芯片 實現。為此實現。為此, , 必須用兩個芯必須用兩個芯

2、實現實現 由由 2048 2048 擴展容量到擴展容量到 4096 4096 個存儲單元個存儲單元（字擴展）（字擴展） 靜態存儲器字、位擴展靜態存儲器字、位擴展再用兩個芯片實現由再用兩個芯片實現由8 8位擴展位擴展長度到長度到 16 16 位字長位字長（位擴展）（位擴展） 要用要用 4 4 片芯片實現該存儲器片芯片實現該存儲器系統。系統。 靜態存儲器字、位擴展靜態存儲器字、位擴展 為訪問為訪問 2048 2048 個存儲單元，個存儲單元，要用要用 11 11 位地址，把地址總位地址，把地址總線的低線的低 11 11 位地址送到每位地址送到每個存儲器芯片的地址引腳；個存儲器芯片的地址引腳； 對地

3、址總線的高位進行譯碼，對地址總線的高位進行譯碼，譯碼信號送到各存儲器芯片譯碼信號送到各存儲器芯片的的/CS /CS 引腳，引腳，靜態存儲器字、位擴展靜態存儲器字、位擴展 用于選擇存儲器芯片，使不同用于選擇存儲器芯片，使不同芯片分時運行。芯片分時運行。 還要向存儲器芯片提供讀寫控還要向存儲器芯片提供讀寫控制信號制信號 /WE/WE，以區分讀寫，以區分讀寫，/ /WEWE為高電平是讀操作，為低是寫操為高電平是讀操作，為低是寫操作。作。主存儲器的多體結構主存儲器的多體結構 為了提高計算機系統的工作為了提高計算機系統的工作 效率效率, , 需要提高主存儲器的讀需要提高主存儲器的讀寫速度。寫速度。 為此

4、可以實現多個能為此可以實現多個能夠獨立地執行讀寫的主存儲器夠獨立地執行讀寫的主存儲器體，以便提高多個體，以便提高多個 存儲體之間存儲體之間并行讀寫的能力。并行讀寫的能力。主存儲器的多體結構主存儲器的多體結構 多體結構同時適用于靜態和多體結構同時適用于靜態和 動態的存儲器。考慮到程序運動態的存儲器。考慮到程序運 行的局部性原理，多個存儲體行的局部性原理，多個存儲體 應按低位地址交叉編址的方式應按低位地址交叉編址的方式 加以組織加以組織。類似的也可按一體類似的也可按一體 多字的方式設計主存儲器部件。多字的方式設計主存儲器部件。地址寄存器地址寄存器 主存儲器存儲體主存儲器存儲體 W W W W 數據

5、總線數據總線一體多字結構一體多字結構選擇地址寄存器地址寄存器 數據總線數據總線 0字字 1字字 2字字 3字字 多體結構多體結構 破壞性讀出：執行讀操作后，破壞性讀出：執行讀操作后，被讀單元的內容一定被讀單元的內容一定 被清為被清為零，會破壞所保存的信息零，會破壞所保存的信息為正常工作，必須把剛讀出為正常工作，必須把剛讀出的內容立即寫回去，通常稱的內容立即寫回去，通常稱為預充電延遲，它影響存儲為預充電延遲，它影響存儲器的工作頻率，在結束預充器的工作頻率，在結束預充電前不能開始下一次讀。電前不能開始下一次讀。動態存儲器動態存儲器 定期刷新：定期刷新：在不進行讀寫在不進行讀寫操作時，操作時，DRA

6、M DRAM 存儲器的各單存儲器的各單元處于斷電狀態，由于漏電的元處于斷電狀態，由于漏電的存在，保存在電容存在，保存在電容C CS S 上的電荷上的電荷會慢慢地漏掉，為此必須定時會慢慢地漏掉，為此必須定時予以補充，稱為刷新操作。予以補充，稱為刷新操作。 刷新不是按字處理，而是刷新不是按字處理，而是每次刷新一行，即為連接在每次刷新一行，即為連接在同一行上所有存儲單元的電同一行上所有存儲單元的電容補充一次能量。容補充一次能量。 刷新有兩種方式：刷新有兩種方式： 集中和分散刷新集中和分散刷新。 行、列地址要分兩次給出，行、列地址要分兩次給出，在連續地使用相同的行地址在連續地使用相同的行地址讀寫時，也

7、可以在前一次就讀寫時，也可以在前一次就將行地址鎖存，之后僅送列將行地址鎖存，之后僅送列地址，地址，快速分頁組織快速分頁組織以節省送地址的時間，支持以節省送地址的時間，支持這種運行方式的存儲器被稱這種運行方式的存儲器被稱為快速分頁組織的存儲器。為快速分頁組織的存儲器?？焖俜猪摻M織只用于動態存快速分頁組織只用于動態存儲器儲器。快速分頁組織快速分頁組織 三三. . 高速緩沖存儲器的高速緩沖存儲器的 組成與組成與運行原理運行原理三三. .高速緩存高速緩存 CACHECACHE用途：設置在用途：設置在 CPU CPU 和和 主存主存儲器之間，完成高速與儲器之間，完成高速與 CPUCPU交換信息，盡量避免

8、交換信息，盡量避免 CPUCPU不不必要地多次直接訪問慢速的必要地多次直接訪問慢速的主存儲器主存儲器，從而提高計算機從而提高計算機系統的運行效率系統的運行效率。高速緩存高速緩存 CACHECACHE實現：實現：這是一個存儲容量這是一個存儲容量很小，但讀寫速度更快的，很小，但讀寫速度更快的，以關聯存儲器方式運行、以關聯存儲器方式運行、用靜態存儲器芯片實現的用靜態存儲器芯片實現的高速靜態存儲器系統。高速靜態存儲器系統。要求：要求：有足夠高的命中率，有足夠高的命中率，當當 CPUCPU需用主存中的數據需用主存中的數據時，多數情況下可以直接時，多數情況下可以直接從從CACHECACHE中得到，盡量少中

9、得到，盡量少讀主存儲器。稱二者之比讀主存儲器。稱二者之比為命中率。為命中率。MEMORY CACHE CONTROLCACHE的基本運行原理的基本運行原理數據總線數據總線譯碼選譯碼選一單元一單元比較選比較選一單元一單元讀過程為例讀過程為例地址總線地址總線ADDR DATACACHE CPU 全相聯方式全相聯方式C P U數據數據地址地址有效位有效位主存儲器主存儲器CACHE比較比較譯碼譯碼標志標志數據數據直接映射方式直接映射方式C P U數據數據地址地址有效位有效位主存儲器主存儲器CACHE比較比較譯碼譯碼譯碼譯碼頁頁內內地地址址頁頁號號標志標志數據數據兩路組相聯方式兩路組相聯方式C P U數

10、據數據地址地址有效位有效位主存儲器主存儲器CACHE譯碼譯碼比較比較比較比較譯碼譯碼譯碼譯碼標志標志數據數據影響影響 CACHE CACHE 命中率的因素命中率的因素1. CACHE 1. CACHE 的容量，大一些好的容量，大一些好2. CACHE 2. CACHE 與主存儲器每次交與主存儲器每次交換信息的單位量換信息的單位量(Cache (Cache Line Size)Line Size)適中適中3.CACHE 3.CACHE 不同的組織方式，不同的組織方式，多路組相聯更好多路組相聯更好4.CACHE 4.CACHE 的多級組織可提高的多級組織可提高命中率命中率5.CACHE 5.CAC

11、HE 的換字和回寫算法的換字和回寫算法CACHE 接入系統的體系結構接入系統的體系結構 側接法：側接法：像入出設備似的連接到像入出設備似的連接到 總線上，優點是結構簡單，成本低，總線上，優點是結構簡單，成本低， 缺點是不利于降低總線占用率缺點是不利于降低總線占用率CPUMEMORYCACHEBus Master 1 Bus Master 2總線總線CACHE 接入系統的體系結構接入系統的體系結構 隔斷法：隔斷法：把原來的總線打斷為兩段，把原來的總線打斷為兩段， 使使 CACHE 處在兩段之間，優點是有利處在兩段之間，優點是有利于提高總線利用率，支持總線并發操作，于提高總線利用率，支持總線并發操

12、作，缺點是結構復雜，成本較高。缺點是結構復雜，成本較高。CPUMEMORYCACHEBus Master 1Bus Master 2總線總線改寫主存儲器的策略改寫主存儲器的策略 若若CPUCPU改寫了改寫了 CACHE CACHE 一單元內容后一單元內容后且尚未改變主存相應單元內容，則出且尚未改變主存相應單元內容，則出現數據不一致性。兩種解決辦法：現數據不一致性。兩種解決辦法：1.1.接下來直接改寫主存單元內容。接下來直接改寫主存單元內容。簡便易行簡便易行, , 但可能帶來系統運行但可能帶來系統運行效率不高的問題，該后未被使用。效率不高的問題，該后未被使用。2.2.拖后改寫主存單元內容，一拖后改寫主存單元內容，一直拖到有另外的設備要讀該直拖到有另外的設備要讀該內容過時的主存單元時。首內容過時的主存單元時。首先停止這一讀操作，接下來先停止這一讀操作，接下來改寫主存內容，之后再起動改寫主存內容，之后再起動已停下來的讀操作，否則不已停下來的讀操作，否則不必改寫。必改寫。 矛盾是如何檢查是否應該矛盾是如何檢查是否應該改寫，通過監視地址總線改寫，通過監視地址總線完成，記下無效單元地址完成，記下無效單元地址用于比較。用于比較。 控制復雜控制復雜些，但可以提供更高系統些，但可以提供更高系統的運行效率。的運行效率。 四四. . 虛擬存儲器的運行原理虛擬存儲器的運行原理 虛擬存儲