n09第4章 半导体存储器2

1、例：已知某例：已知某CPU字长字长8位，地址线为位，地址线为16位，若使用位，若使用8K4位存储器芯片组成该机所允许的最大内存空间位存储器芯片组成该机所允许的最大内存空间问：问：1）共需多少片）共需多少片8K4位存储器芯片？位存储器芯片？ 2）需片内地址线多少根？片选地址线多少根？）需片内地址线多少根？片选地址线多少根？解：解：1） 216=64K，最大内存空间，最大内存空间=64K8b 2）需）需8K4位存储器芯片：位存储器芯片：64K8 3） 213=8K，需片内地址线：，需片内地址线：13根根 64K/ 8K8组组 23 ，片选地址线：，片选地址线：3根，根，8K4=16例：已知某例：已

2、知某CPU字长字长8位，地址线为位，地址线为16，若使用，若使用1K4位存位存储器芯片组成该机所允许的最大内存空间，并采用存储器模储器芯片组成该机所允许的最大内存空间，并采用存储器模板结构形式。板结构形式。 （1）若每块模板容量）若每块模板容量4K8位，共需几块存储模板？位，共需几块存储模板？ （2）需片内地址线多少根？存储模板内的片选地址线多少）需片内地址线多少根？存储模板内的片选地址线多少根？板选地址线多少根？根？板选地址线多少根？ （3）画出一个模板内各芯片的连接逻辑图。）画出一个模板内各芯片的连接逻辑图。（2） 210=1K，片内地址线根数，片内地址线根数=10 ， 每块模板内需每块模

3、板内需 4K/1K=4 组组 22 存储模板内的片选地址线的根数存储模板内的片选地址线的根数=2 64K / 4K 16 = 24 板选地址线根数板选地址线根数=4 ，（1）需要的模板数）需要的模板数=64K84K8=16解：当地址线为解：当地址线为16，最大内存空间为，最大内存空间为64K 8位位（3）一块模板内各芯片的连接逻辑图如下：）一块模板内各芯片的连接逻辑图如下：22221K41K41K41K4A0A9D0D7A10A11CSCSCSCSWE 2：4.1K4CS1K4CS1K4CS1K4CS第五节第五节 高速缓冲存储器高速缓冲存储器一、一、Cache的功能及基本原理的功能及基本原理高

4、速缓冲存储器（高速缓冲存储器（Cache）简称快存，是）简称快存，是为了解决为了解决CPU和主存和主存之间速度不匹配问题而设置的之间速度不匹配问题而设置的。如图。如图4-16所示，它是介于所示，它是介于CPU与主存与主存M之间的小容量存储器，但存取速度比主存快。之间的小容量存储器，但存取速度比主存快。快存可以看作为主存的缓冲存储器，它通常由高速的双极型快存可以看作为主存的缓冲存储器，它通常由高速的双极型半导体存储器或半导体存储器或SRAM组成。快存的功能全部由硬件实现，组成。快存的功能全部由硬件实现，并对程序员透明。并对程序员透明。快存的内容是主存的某一部分的映像！快存的内容是主存的某一部分的

5、映像！CPU 主存 外存 Cache图4-16 Cache与主存关系的示意图1. Cache的功能：提高读取速度的功能：提高读取速度主存：主存：MOS半导体存储器半导体存储器快存：双极型半导体存储器快存：双极型半导体存储器主存和快存的存取速度可以相差几主存和快存的存取速度可以相差几10倍。倍。2. Cache的基本原理的基本原理管理逻辑快存管理机构主存 M2CAM快存M1地址总线数据总线主存：模快化，主存：模快化，每块每块8K 8K主存主存-16个字节快存个字节快存16个字节个字节-4页，每页页，每页4字字节节快存地址放在快存地址放在CAMCACHE的命的命中率越高，效中率越高，效率越高。率越

6、高。为了把主存信息放到为了把主存信息放到Cache存储器中，必须应用某种函数存储器中，必须应用某种函数把主存地址映象到把主存地址映象到Cache的地址，称做的地址，称做地址映象地址映象。这些函数通常称做这些函数通常称做映象函数映象函数。利用映象函数，将利用映象函数，将主存地址主存地址变换成变换成Cache地址地址，从而将主，从而将主存存信息按这种映象关系装入信息按这种映象关系装入Cache，这个变换过程叫做地这个变换过程叫做地址变换。址变换。地址映象方式有直接映象、全相联映象和组相联映象。地址映象方式有直接映象、全相联映象和组相联映象。二、二、Cache存储器的地址映象存储器的地址映象主存有主

7、存有2m个页，每页为个页，每页为2b个字；个字；Cache存储空间分为存储空间分为2C 个个页，每页大小同样为页，每页大小同样为2b个字。个字。JI mod 2CJCache页面号；页面号； I主存页面号；主存页面号；主存的第主存的第0页、第页、第2C页、第页、第2C1页；映象到页；映象到Cache第第0页；页；主存的第主存的第1页、第页、第2C 1页、第页、第2C1 1页；映象到页；映象到Cache第第1页；页；.直接映象直接映象页面号0页面号1页面号2C 1页面号2C页面号2C +1页面号2C1 1页面号2C1 页面号2m1页面号0页面号1.页面号2C 1主存主存Cache2C 2C 举例

8、：假设Cache有2kB，每页16字节，共128页。主存64KB，共4096页。主存的第0127页映象到Cache的0127页；主存的第128页映象到Cache的第0页，129页映象到第1页。三、替换策略三、替换策略先进先出：选择最早装入快存的页作为被替换的页；先进先出：选择最早装入快存的页作为被替换的页；最近最少使用策略：选择最近最少使用策略：选择CPU最近最少访问的页作为最近最少访问的页作为被替换的页被替换的页8086/8088以一个字节（以一个字节（8位二进制代码）为一个存储单位，位二进制代码）为一个存储单位，并用唯一的一个地址码标识。并用唯一的一个地址码标识。因有因有20根地址线，根地

9、址线，8086/8088的存储器最大可有的存储器最大可有1MB（220）的存储容量，其寻址范围为的存储容量，其寻址范围为00000HFFFFFH，如图所示。，如图所示。一、8086/8088的存储器结构及其寻址的存储器结构及其寻址第六节第六节 8086/8088的主存储器的主存储器.00000H00001H00002H00003HFFFFFHFFFFEH偶地址库奇地址库1、 8086的存储器结构的存储器结构20H27H10H20H2、数据在存储器中的存放原则及寻址原则、数据在存储器中的存放原则及寻址原则 （1）字节数据字节数据数据位数数据位数8位，可以存于位，可以存于00000HFFFFFH间

10、的任意间的任意单元，单元，CPU存取字节数据时，只需给出对应的实际存取字节数据时，只需给出对应的实际地址即可。地址即可。（2）字数据：字数据：任何相邻的两个单元可以存入一个任何相邻的两个单元可以存入一个16位的字位的字存放原则：高存放原则：高8位存在高地址单元，低位存在高地址单元，低8位存于低地址单元位存于低地址单元寻址原则：低位字节地址作为寻址原则：低位字节地址作为字的地址字的地址向存储器写或读一个字，以低位字节地址为准。向存储器写或读一个字，以低位字节地址为准。一个字的地址可以是偶数的，也可以是奇数的。一个字的地址可以是偶数的，也可以是奇数的。规则字：从偶地址开始存放的字规则字：从偶地址开

11、始存放的字非规则字：从奇地址开始存放的字非规则字：从奇地址开始存放的字一般一般8086总是把字按规则字存放，因为总是把字按规则字存放，因为8086CPU存取一个存取一个规则字需要一个总线周期，而存取一个非规则字，则需要规则字需要一个总线周期，而存取一个非规则字，则需要两个总线周期两个总线周期（2）字数据：）字数据：（3）双字数据双字数据：4个字节，占连续个字节，占连续4个单元个单元存放原则存放原则：高位字存在高地址单元，低位字存于低地址：高位字存在高地址单元，低位字存于低地址单元，每字再按字数据的存放原则存放。单元，每字再按字数据的存放原则存放。寻址原则寻址原则：最低位字节地址作为：最低位字节

12、地址作为双字的地址双字的地址奇地奇地址库址库偶地偶地址库址库D15D8D7D0A1A19A0BHECSCS8086的存储器的组织与寻址的存储器的组织与寻址 表4-4 BHE与A0信号组合所对应的存取操作存取规则字（从偶地址开始读存取规则字（从偶地址开始读/写一个字）写一个字）从偶地址内存单元或从偶地址内存单元或I/O端口读端口读/写一个字节写一个字节从奇地址内存单元或从奇地址内存单元或I/O端口读端口读/写一个字节写一个字节BHE A00 0 00 1BHEA0操作0016位字传送01高8位数据总线，奇地址，字节传送10低8位数据总线，偶地址，字节传送11无效例： 32H0AH59H 00H6

13、DH0F3H21H65H30HA2H00H66H00000H00001H00004H00003H90000H90001H90005H问：字节数据59H的地址为？00002H问：字数据590AH的地址为？00001H问：存于90000H的双字数据为？A2306521H由于8086/8088CPU的地址线为20条，因此存储单元的地址应该是20位位（二进制），但CPU内部可以提供地址的寄存器均为16位，其寻址范围为64K字节。要扩大到1M字节的寻址范围需要一个辅助方法来构造20位的地址。这个辅助的方法就是采用地址分段。 二、存储器的分段结构及物理地址的形成二、存储器的分段结构及物理地址的形成分段原则

14、分段原则1、段首地址低、段首地址低4位必须为全位必须为全0，高，高16位任选位任选3、每段内的任一存储单元地址可以用相对于、每段内的任一存储单元地址可以用相对于段基址的段基址的16位偏移量来表示。这个偏移量称位偏移量来表示。这个偏移量称当前当前段内偏移地址段内偏移地址，也称，也称有效地址有效地址EA，其范，其范围是：围是：0000HFFFFH。2、规定：每段的最大容量为、规定：每段的最大容量为64K，用，用16位二位二进制表示进制表示4、每两段之间最小相距、每两段之间最小相距 24 =16个内存单元个内存单元有关的几个地址概念有关的几个地址概念：有效地址有效地址：段内偏移地址段内偏移地址 ，1

15、6位位 ， 简称为简称为 EA 段首地址段首地址：一个段的起始地址，：一个段的起始地址， 又称又称段基地址段基地址，一般指，一般指其高其高16位（低位（低4位必须为全位必须为全0 ），存于相应的段寄存器中：），存于相应的段寄存器中：CS、SS、DS、ES逻辑地址逻辑地址：用用段基地址段基地址及及偏移地址偏移地址表示的内存单元地址为表示的内存单元地址为逻辑地址。逻辑地址的表示格式为：逻辑地址。逻辑地址的表示格式为：段段基基地址：偏移地址。地址：偏移地址。 物理地址物理地址：20位（位（16进制为进制为5位）的实际地址码，称为内位）的实际地址码，称为内存单元的物理地址。存单元的物理地址。 物理地址

16、物理地址=段首址段首址10H+段内偏移地址段内偏移地址在段首地址后加4个0有关的几个地址概念有关的几个地址概念：例：已知一个数存于例：已知一个数存于 C018H：FE7FH单元，求物理地址单元，求物理地址解：物理地址物理地址=段首地址段首地址10H+段内偏移地址段内偏移地址物理地址物理地址=C018H10H+FF7EH C 0 1 8 0 H+ F E 7 F H C F F F F H一个段的段首地址确定后，这个段的物理地址范围已定一个段的段首地址确定后，这个段的物理地址范围已定起始物理地址：段首址起始物理地址：段首址10H+ 0000H末物理地址：末物理地址： 段首址段首址10H+FFFF

17、H在存储器中存放的内容可分为在存储器中存放的内容可分为指令、数据及计算机系统的状指令、数据及计算机系统的状态态等信息。为了寻址及操作的方便，存储器的空间可按信息等信息。为了寻址及操作的方便，存储器的空间可按信息特征进行分段。特征进行分段。一般将存储器划分为：一般将存储器划分为：程序区、数据区、堆栈区程序区、数据区、堆栈区。在在程序区程序区存储程序的指令代码；存储程序的指令代码；在在数据区数据区存储原始数据、中间结果和最后结果；存储原始数据、中间结果和最后结果；在在堆栈区堆栈区压入需保护的寄存器内容或状态等信息。压入需保护的寄存器内容或状态等信息。三、按信息的分段存储及分段寻址三、按信息的分段存

18、储及分段寻址 1、对程序区的访问、对程序区的访问存放源程序代码的存储区又称存放源程序代码的存储区又称代码段代码段，段首地址：段首地址：CS段内偏移地址：段内偏移地址：IP。下一条要取出的指令字节物理地址：下一条要取出的指令字节物理地址：CS10H+IP不同任务的程序往往要求有对应的堆栈区，以便在执行程序时进行各自的堆栈操作。段首地址：段首地址：SS段内偏移地址：段内偏移地址：SP。堆栈栈顶物理地址堆栈栈顶物理地址=SS10+SP 2、 对堆栈区的访问对堆栈区的访问 不同任务的程序最好设置相应的数据区，在执行指令时对区内的数据进行存取操作，当前数据段的基地址一般要存入当前数据段的基地址一般要存入

19、DS。段首地址：段首地址：DS段内偏移地址：段内偏移地址：EA 数据区某存储单元地址偏移量除可由数据区某存储单元地址偏移量除可由几个间址寄存器提供外，还可由各种寻址方式给出，统称为几个间址寄存器提供外，还可由各种寻址方式给出，统称为有效地址有效地址EA。3、对数据区的访问、对数据区的访问物理地址物理地址=DS10H+EA例：已知例：已知 DS=3A60H，SS=292FH，ES=107DH，CS=AFC0H，按段寄存器隐含规则，数据段、代码段、，按段寄存器隐含规则，数据段、代码段、附加段、堆栈段的首末物理地址各为多少？附加段、堆栈段的首末物理地址各为多少？解：（解：（1）数据段首物理地址）数据

20、段首物理地址=3A60H10H+0000H=3A600H 数据段末物理地址数据段末物理地址 =3A60H10H+FFFFH=4A5FFH3 A 6 0 0 H+ F F F F H 4 A 5 F F H 1 1（2）代码段首物理地址）代码段首物理地址=AFC0H10H=0000H=AFC00H 代码段末物理地址代码段末物理地址 =AFC0H10H+FFFFH=BFBFFHA F C 0 0 H+ F F F F H B F B F F H1 1（3）附加段首物理地址）附加段首物理地址=107DH10H+0000H=107D0H 附加段末物理地址附加段末物理地址 =107DH10H+FFFFH=207CFH （4）堆栈段首物理地址）堆栈段首物理地址=292FH10H+0000H=292F0H 堆栈段末物理地址堆栈段末物理地址 =292FH10H+FFFFH=392EFH1 0 7 D 0 H+ F F F F H 2 0 7 C F H 1 1 12 9 2 F 0 H+ F F F F H 3 9 2 E F H 1 1 1例：已知例：已知 DS=35C9H，SS=1536H，ES=5ADEH，CS=2C1AH，IP=1025H，SP=2EF6H， 问：问：（1）堆栈栈顶的物理地址？（）堆栈栈顶的物理地址？（2）将取出的指令物理地址？）将取出的指令物理地址？解