计算机组成chap04_1

1、西安电子科技大学计算机学院计算机组成与体系结构第4章 存储系统2第第4章章 存储系统存储系统4.1 存储系统概述存储系统概述l存储器的存储器的层次结构层次结构、分类分类、性能指标性能指标。4.2 内部存储器（主存储器）内部存储器（主存储器）lRAM( (SRAM、DRAM) )、ROM( (EPROM、E2PROM) )l多端口存储器、多体交叉存储器、相联存储器多端口存储器、多体交叉存储器、相联存储器4.3 高速缓冲存储器高速缓冲存储器l工作原理、地址映射、替换工作原理、地址映射、替换算法算法l主存与主存与Cache内容一致性内容一致性问题问题lCache性能性能分析分析4.4 虚拟存储器虚拟

2、存储器l页式、段式、段页式、段式、段页式页式l多用户工作、调度方式、替换算法多用户工作、调度方式、替换算法4.5 外存储器外存储器l磁表面磁表面存储器：磁盘、磁盘阵列存储器：磁盘、磁盘阵列l光存储器光存储器西安电子科技大学计算机学院计算机组成与体系结构第4章 存储系统4.1 存储系统概述存储系统概述44.1 存储系统概述存储系统概述n对存储器性能的基本要求：对存储器性能的基本要求：l大容量大容量：放得下所有：放得下所有系统软件系统软件、多个、多个用户软件用户软件。l高速度高速度：尽量：尽量和和CPU匹配匹配。l低价格低价格：只占整个计算机系统硬件价格中一个：只占整个计算机系统硬件价格中一个较小

3、较小而而合理合理的比例。的比例。4.1.1 存储系统的存储系统的层次结构层次结构54.1 存储系统概述存储系统概述存储体系存储体系的的定义定义： 两个或两个以上两个或两个以上速度速度、容量容量和和价格价格各不相同的各不相同的存储器用存储器用硬件硬件、软件软件、或、或软件与硬件相结合软件与硬件相结合的方法的方法连接起来成为一个连接起来成为一个存储系统存储系统。这个存储系统对。这个存储系统对应用应用程序员程序员是是透明透明的，并且，从应用程序员看，它是的，并且，从应用程序员看，它是一一个存储器个存储器，这个存储器的，这个存储器的速度速度接近速度最快的那个接近速度最快的那个存储器，存储存储器，存储容

4、量容量与容量最大的那个存储器相等，与容量最大的那个存储器相等，单位容量的单位容量的价格价格接近最便宜的那个存储器。接近最便宜的那个存储器。4.1.1 存储系统的存储系统的层次结构层次结构64.1 存储系统概述存储系统概述4.1.1 存储系统的存储系统的层次结构层次结构一般计算机系统中主要有两种存储体系：一般计算机系统中主要有两种存储体系：Cache存储体系存储体系：由：由Cache和和主存储器主存储器构成；主要构成；主要目的是目的是提高提高存储器存储器速度速度。虚拟存储体系虚拟存储体系：由：由主存储器主存储器和和磁盘存储器磁盘存储器构成；构成；主要目的是主要目的是扩大扩大存储器存储器容量容量。

5、nCache存储系统：对存储系统：对系统程序员系统程序员以上均透明以上均透明n虚拟存储器系统：对虚拟存储器系统：对应用程序员应用程序员透明透明74.1 存储系统概述存储系统概述存储系统存储系统：将两种或两种以上的：将两种或两种以上的存储器存储器用用硬件硬件，软软件件，或硬件和软件，或硬件和软件相结合相结合的方式联接在一起，并对的方式联接在一起，并对它们进行它们进行管理管理。4.1.1 存储系统的存储系统的层次结构层次结构脱机光盘、磁带存储器脱机光盘、磁带存储器联机磁盘存储器联机磁盘存储器主存储器主存储器CacheCPU内部内部通用寄存器通用寄存器Cache存储系统存储系统虚拟虚拟存储系统存储系

6、统速度速度容量容量价格价格访问方式访问方式速度快速度快 容量小容量小 价格高价格高84.1 存储系统概述存储系统概述n存储信息的介质存储信息的介质n在计算机中的用途在计算机中的用途n存放信息的易失存放信息的易失( (挥发挥发) )性性n存取方式存取方式n读写功能读写功能4.1.2 存储器存储器分类分类：不同的分类标准：不同的分类标准94.1 存储系统概述存储系统概述n存储信息的介质存储信息的介质n在计算机中的用途在计算机中的用途n存放信息的易失存放信息的易失( (挥发挥发) )性性n存取方式存取方式n读写功能读写功能4.1.2 存储器存储器分类分类：不同的分类标准：不同的分类标准l半导体半导体

7、l磁盘、磁带磁盘、磁带l光盘光盘104.1 存储系统概述存储系统概述n存储信息的介质存储信息的介质n在计算机中的用途在计算机中的用途n存放信息的易失存放信息的易失( (挥发挥发) )性性n存取方式存取方式n读写功能读写功能4.1.2 存储器存储器分类分类：不同的分类标准：不同的分类标准l主存储器主存储器( (内存内存) )l高速缓冲存储器高速缓冲存储器( (Cache) )l控制存储器控制存储器l外存外存u磁盘磁盘u光盘光盘u闪盘闪盘uSD存储卡存储卡u磁带磁带114.1 存储系统概述存储系统概述n存储信息的介质存储信息的介质n在计算机中的用途在计算机中的用途n存放信息的易失存放信息的易失(

8、(挥发挥发) )性性n存取方式存取方式n读写功能读写功能4.1.2 存储器存储器分类分类：不同的分类标准：不同的分类标准l易失：易失：RAMl非易失：非易失：uROMu磁盘磁盘u124.1 存储系统概述存储系统概述n存储信息的介质存储信息的介质n在计算机中的用途在计算机中的用途n存放信息的易失存放信息的易失( (挥发挥发) )性性n存取方式存取方式n读写功能读写功能4.1.2 存储器存储器分类分类：不同的分类标准：不同的分类标准l随机读写随机读写：RAMl顺序顺序( (串行串行) )访问访问：u顺序存取存储器顺序存取存储器 SAMu直接存取存储器直接存取存储器 DAM存储器的存储器的存取时间存

9、取时间与存储单元的与存储单元的物理物理地址地址无关，随机读无关，随机读写其任一单元所用写其任一单元所用的时间一样。的时间一样。134.1 存储系统概述存储系统概述n存储信息的介质存储信息的介质n在计算机中的用途在计算机中的用途n存放信息的易失存放信息的易失( (挥发挥发) )性性n存取方式存取方式n读写功能读写功能4.1.2 存储器存储器分类分类：不同的分类标准：不同的分类标准l读写存储器读写存储器l只读存储器只读存储器144.1 存储系统概述存储系统概述n容量容量n速度速度l存取时间存取时间( (访问时间访问时间) )：对存储器中某一个单元的数据进：对存储器中某一个单元的数据进行一次存行一次

10、存( (取取) )所需要的时间。所需要的时间。l存取周期存取周期：连续对存储器进行存：连续对存储器进行存( (取取) )时，完成一次存时，完成一次存( (取取) )所需要的时间。所需要的时间。l存储器带宽存储器带宽：单位时间里存储器可以读出：单位时间里存储器可以读出( (或写入或写入) )的字的字节数。节数。n可靠性可靠性n功耗功耗n价格价格n体积、重量、封装方式、工作电压、环境条件体积、重量、封装方式、工作电压、环境条件4.1.2 存储器的存储器的性能指标性能指标mmtnB 存取周期存取周期每次读出每次读出/写入的字节数写入的字节数154.1 存储系统概述存储系统概述n容量容量n速度速度n可

11、靠性可靠性n功耗功耗n价格价格n体积、重量、封装方式、工作电压、环境条件体积、重量、封装方式、工作电压、环境条件4.1.2 存储器的存储器的性能指标性能指标启动存取启动存取存取完存取完下次存取下次存取t1t2t3存取时间存取时间恢复时间恢复时间存取周期存取周期164.1 存储系统概述存储系统概述n容量容量n速度速度n可靠性可靠性l可维修可维修部件的可靠性：部件的可靠性：平均故障间隔时间平均故障间隔时间（MTBF）l不可维修不可维修部件的可靠性：部件的可靠性：平均无故障时间平均无故障时间/平均故障前的时间平均故障前的时间（MTTF）n功耗功耗n价格价格n体积、重量、封装方式、工作电压、环境条件体

12、积、重量、封装方式、工作电压、环境条件4.1.2 存储器的存储器的性能指标性能指标西安电子科技大学计算机学院计算机组成与体系结构第4章 存储系统4.2 内存储器内存储器184.2 内存储器内存储器n随机存储器随机存储器 RAMl工作原理工作原理l静态读写存储器静态读写存储器 SRAMl动态读写存储器动态读写存储器 DRAMn只读存储器只读存储器 ROM：EPROM、E2PROMn主存储器主存储器校验校验n其它存储器其它存储器l多端口存储器多端口存储器l多体交叉存储器多体交叉存储器l相联存储器相联存储器西安电子科技大学计算机学院计算机组成与体系结构第4章 存储系统4.2 内存储器内存储器4.2.

13、1 随机读写存储器（RAM）204.2.1 随机读写存储器随机读写存储器n随机存储器内部结构随机存储器内部结构l内部译码结构内部译码结构p一维译码一维译码p二维译码二维译码l单元电路单元电路p静态读写存储器静态读写存储器SRAMp动态读写存储器动态读写存储器DRAMn主存储器的组成及接口主存储器的组成及接口l存储器与存储器与CPU速度上的协调速度上的协调l内存构成内存构成p单块存储器芯片的连接单块存储器芯片的连接p内存的字扩展内存的字扩展p内存的位扩展内存的位扩展p80 x86内存的连接内存的连接214.2.1 随机读写存储器随机读写存储器RAM 一一、内部内部结构结构适用于适用于容量很小容量

14、很小的芯片。的芯片。如容量在如容量在几百个存储单元几百个存储单元以内的芯片。以内的芯片。1. 内部译码结构：内部译码结构： ( (1) ) 一维译码一维译码224.2.1 随机读写存储器随机读写存储器RAM 一、一、内部结构内部结构1. 内部译码结构：内部译码结构： ( (2) ) 二维译码二维译码234.2.1 随机读写存储器随机读写存储器RAM 一、一、内部结构内部结构某芯片容量为某芯片容量为64KB，地址线，地址线A0A15。n一维译码，译码输出：一维译码，译码输出：65536条条n二维译码，译码输出：二维译码，译码输出：256行行256列列1. 内部译码结构：内部译码结构： ( (2)

15、 ) 二维译码二维译码244.2.1 随机读写存储器随机读写存储器RAM 一、一、内部结构内部结构nn个这样的电路可构成个这样的电路可构成n位存储单元。位存储单元。n只要不断电，信息一直只要不断电，信息一直保持。保持。n初始加电，状态随机。初始加电，状态随机。n电路中总有晶体管导通，电路中总有晶体管导通，功耗大，集成度不高。功耗大，集成度不高。2. 单元电路：单元电路： ( (1) ) 静态读写存储器静态读写存储器SRAM静态静态RAM单元电路单元电路254.2.1 随机读写存储器随机读写存储器RAM 一、一、内部结构内部结构n写入数据写入数据l数据数据I/O、I/OlX、Y有效有效n读出数据

16、读出数据l预充电信号有效预充电信号有效l预充电信号无效预充电信号无效lX、Y有效有效l读出读出/补充电荷补充电荷n刷新刷新lX有效有效( (每次刷新一行每次刷新一行) )l预充电信号有效预充电信号有效2. 单元电路：单元电路： ( (2) ) 动态读写存储器动态读写存储器DRAM动态动态RAM单元电路单元电路264.2.1 随机读写存储器随机读写存储器RAM 一、一、内部结构内部结构nn个这样的电路可构成个这样的电路可构成n位存储单元。位存储单元。n必须定时刷新。必须定时刷新。n初始加电时，状态随初始加电时，状态随机。机。n在不进行读写及刷新在不进行读写及刷新时，电路中无晶体管时，电路中无晶体

17、管导通：导通：l功耗低功耗低l集成度高集成度高2. 单元电路：单元电路： ( (2) ) 动态读写存储器动态读写存储器DRAM动态动态RAM单元电路单元电路274.2.1 随机存储器随机存储器 二、二、主存储器主存储器的的组成组成及及接口接口n在选芯片时应留有在选芯片时应留有30的余量。的余量。n快速的快速的CPU使用慢速的存储器时，需要采取措施。使用慢速的存储器时，需要采取措施。1. 存储器与存储器与CPU上的上的CPU写内存时序写内存时序内存写时序内存写时序284.2.1 随机存储器随机存储器 二、二、主存储器主存储器的的组成组成及及接口接口以以 静态读写存储器静态读写存储器SRAM连接到

18、连接到PC/XT 或或 ISA 总线为例。总线为例。2. 内存构成内存构成294.2.1 随机存储器随机存储器 二、二、主存储器主存储器的的组成组成及及接口接口n引线功能引线功能n工作过程工作过程l读读l写写n连接使用连接使用2. 内存构成内存构成 ( (1) )单片存储器芯片的连接单片存储器芯片的连接D0D7A0A12OEWECS304.2.1 随机存储器随机存储器 二、二、主存储器主存储器的的组成组成及及接口接口2. 内存构成内存构成( (1) )单片存储器单片存储器 芯片的连接芯片的连接芯片与总线连接示例芯片与总线连接示例8088系统系统总线总线1111000F0000HF1FFFH31

19、4.2.1 随机存储器随机存储器 二、二、主存储器主存储器的的组成组成及及接口接口n利用利用 8K8bit 的的 SRAM，构成构成 32KB 内存。内存。2. 内存构成内存构成 ( (2) )内存的内存的字字扩展扩展存储器存储器连接电路图连接电路图存储器存储器连接电路图连接电路图C0000C1FFFC2000C3FFFC4000C5FFFC6000C7FFFA19A18A17A16A15A14A13A12A01100000 xx1100001xx1100010 xx1100011xx344.2.1 随机存储器随机存储器 二、二、主存储器主存储器的的组成组成及及接口接口假设某计算机系统的内存假

20、设某计算机系统的内存按按编址编址，系统总线的数据总线为系统总线的数据总线为8位，位，利用利用 2K4bit 的的 SRAM，构成构成 2K8bit 内存内存。2. 内存构成内存构成 ( (3) )内存的内存的位位扩展扩展35内存内存连接连接40000H407FFHSRAM364.2.1 随机存储器随机存储器 二、二、主存储器主存储器的的组成组成及及接口接口 8086的内存接口的内存接口n8086 CPU是是16位处理器。位处理器。n系统总线的数据线系统总线的数据线16位，即位，即 D0D15。n内存奇偶分体。内存奇偶分体。lBHElA02. 内存构成内存构成 ( (4) )80 x86内存的连

21、接内存的连接BHE A0操作操作所用数据线所用数据线0 0从偶地址开始读从偶地址开始读/写一个字写一个字AD15AD00 1从奇地址读从奇地址读/写一个字节写一个字节AD15AD81 0从偶地址读从偶地址读/写一个字节写一个字节AD7AD01 1无效无效无无376264与与8086系统总线的连接系统总线的连接 存储器的存储器的位扩充位扩充：另一个例子另一个例子BHEA0译码输出译码输出A190A181A171A161A150A140A13xxA1xA070000H73FFFH384.2.1 随机存储器随机存储器 二、二、主存储器主存储器的的组成组成及及接口接口 80386、80486 的内存接

22、口的内存接口n32位处理器。位处理器。n地址信号：地址信号：A2A31n存储体选择信号：存储体选择信号：BE0BE3（对应（对应4个存储体）个存储体）n32位数据信号：位数据信号：D0D312. 内存构成内存构成 ( (4) )80 x86内存的连接内存的连接394.2.1 随机存储器随机存储器 二、二、主存储器主存储器的的组成组成及及接口接口 80386、80486 的内存接口的内存接口2. 内存构成内存构成 ( (4) )80 x86内存的连接内存的连接M/IOD/CW/R总线周期总线周期000中断响应中断响应001停机停机010I/O读读011I/O写写100取指令操作码取指令操作码10

23、1保留保留110存储器读存储器读111存储器写存储器写控制信号编码表示的总线周期控制信号编码表示的总线周期404.2.1 随机存储器随机存储器 二、二、主存储器主存储器的的组成组成及及接口接口 80386、80486 的内存接口的内存接口2. 内存构成内存构成 ( (4) )80 x86内存的连接内存的连接80386、80486系统中内存分体组织系统中内存分体组织在在80486系统中，利用系统中，利用4片容量为片容量为128 K8 bit的的SRAM芯片构成芯片构成512 KB的内存，连接图：的内存，连接图：000000080000000C000000090000000D0000000A000

24、0000E0000000B0000000F80486内内存存芯芯片片连连接接图图 80486内内存存芯芯片片连连接接图图 21421400000H2147FFFFHxxxxxxx0 xxxxxxx4xxxxxxx8xxxxxxxCxxxxxxx1xxxxxxx5xxxxxxx9xxxxxxxDxxxxxxx2xxxxxxx6xxxxxxxAxxxxxxxExxxxxxx3xxxxxxx7xxxxxxxBxxxxxxxF434.2.1 随机存储器随机存储器 二、二、主存储器主存储器的的组成组成及及接口接口 Pentium处理器的内存组织处理器的内存组织n32位处理器。位处理器。n地址信号：地址信

25、号：A3A31n存储体选择信号：存储体选择信号：BE0BE7（对应（对应8个存储体）个存储体）n64位数据信号：位数据信号：D0D63nM/IO、D/C、W/R2. 内存构成内存构成 ( (4) )80 x86内存的连接内存的连接西安电子科技大学计算机学院计算机组成与体系结构第4章 存储系统4.2 内存储器内存储器4.2.2 只读存储器454.2.2 只读存储器只读存储器n特点：存储信息的非易失性。特点：存储信息的非易失性。n分类：分类：l掩膜型掩膜型ROMl可编程可编程ROMPROM、OTP-ROMl可擦可编程可擦可编程ROMpEPROMpE2PROM：并行、串行：并行、串行p闪速闪速( (

26、Flash) )存储器存储器u或非型（或非型（NOR）阵列）阵列u与非型（与非型（NAND）阵列）阵列 读出：读出：ns写入：写入：s464.2.2 只读存储器只读存储器n特点：存储信息的非易失性。特点：存储信息的非易失性。n分类：分类：l可可擦可编程擦可编程ROMpEPROMUltra-Violet Erasable Programmable Read-Only Memory，UVE-PROMpE2PROMElectrically Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM西安电子科技大学计算机学院计算机组成与体系结构第4章 存储系统4.2 内

27、存储器内存储器4.2.3 动态存储器484.2.3 动态存储器动态存储器n优点：优点：l速度快速度快l集成度高集成度高l功耗小功耗小l价格低价格低n应用：应用：l通用计算机：通用计算机：PC机，机，l嵌入式计算机系统嵌入式计算机系统494.2.3 动态存储器动态存储器 一、一般的动态存储器一、一般的动态存储器DRAMn64K1bitn行地址、列地址行地址、列地址n工作过程工作过程l读读l写写l刷新刷新A0A7RASCASWEDINDOUTIntel 2164A504.2.3 动态存储器动态存储器 一、一般的动态存储器一、一般的动态存储器DRAMn工作过程工作过程l读操作读操作RASCASWE行

28、地址行地址列地址列地址DOUT读出数据读出数据A0A7514.2.3 动态存储器动态存储器 一、一般的动态存储器一、一般的动态存储器DRAMn工作过程工作过程l写操作写操作RASCASWEDIN行地址行地址列地址列地址有效写入数据有效写入数据A0A7 提前写提前写524.2.3 动态存储器动态存储器 一、一般的动态存储器一、一般的动态存储器DRAMn工作过程工作过程l刷新刷新RASCAS行行 地地 址址A0A7常用的刷新方式：常用的刷新方式：u集中式集中式u分散式分散式( (分布式分布式) )u异步式异步式534.2.3 动态存储器动态存储器 一、一般的动态存储器一、一般的动态存储器DRAM常

29、用的刷新方式：常用的刷新方式：u分散式分散式( (分布式分布式) )u异步式异步式p256行行256列列p存取周期存取周期0.5sp刷新周期刷新周期4ms“死时间死时间率率”为：为：256/8000100%3.2%“死区死区”为为：0.5 s256128 s 周期序号周期序号地址序号地址序号tc0127743 774401tctctctc7999V W01255读读/写写或维持或维持刷新刷新读读/写写或维持或维持7744个周期（个周期（3872 s）刷新刷新时间间隔（时间间隔（4ms）刷新序号刷新序号tcXtcYtcZ256个周期个周期( (128 s) )544.2.3 动态存储器动态存储器

30、 一、一般的动态存储器一、一般的动态存储器DRAM常用的刷新方式：常用的刷新方式：u集中式集中式u异步式异步式p256行行256列列p存取周期存取周期0.5sp刷新周期刷新周期4msW/RREF0W/RtRtMtCREF254REF255REFW/RW/RW/RW/R刷新间隔刷新间隔 256 个存取周期个存取周期tC = tM + tR读写读写刷新刷新无无“死区死区”存取存取周期为周期为 0.5 s + 0.5 s554.2.3 动态存储器动态存储器 一、一般的动态存储器一、一般的动态存储器DRAM常用的刷新方式：常用的刷新方式：u集中式集中式u分散式分散式( (分布式分布式) )p256行行

31、256列列p存取周期存取周期0.5sp刷新周期刷新周期4ms将刷新安排在指令译码阶段，不会出现将刷新安排在指令译码阶段，不会出现 “死区死区”“死区死区”为为 0.5 s每行每行每隔每隔 4ms 刷新一次刷新一次564.2.3 动态存储器动态存储器 二、二、同步同步动态存储器动态存储器SDRAMn概述概述l异步与同步异步与同步l内部组织结构内部组织结构p多个存储体多个存储体( (Bank) )：2个，个，4个，个，p存储体选择信号：存储体选择信号：BA0，BA1，l读写方式读写方式pPC中：北桥芯片中：北桥芯片p突发突发( (Burst) )读写功能读写功能u突发长度（突发长度（Burst L

32、engths，简称，简称BL）：连续传）：连续传输所涉及到存储单元（列）的数量。输所涉及到存储单元（列）的数量。u高速缓存高速缓存Cache 、多媒体等应用。、多媒体等应用。 nDDR SDRAM：Double Data Rate SDRAM西安电子科技大学计算机学院计算机组成与体系结构第4章 存储系统4.2 内存储器内存储器4.2.4 主存储器校验584.2.4 主存储器校验主存储器校验n奇偶校验奇偶校验n交叉校验交叉校验( (二维奇偶校验二维奇偶校验) )n汉明码校验及纠错汉明码校验及纠错594.2.4 主存储器校验主存储器校验 一、奇偶校验一、奇偶校验n内存的存取过程，发生一位错的概率最

33、大。内存的存取过程，发生一位错的概率最大。n电路简单、速度高、易于实现。电路简单、速度高、易于实现。604.2.4 主存储器校验主存储器校验 一、奇偶校验一、奇偶校验内存加奇偶校验原理框图内存加奇偶校验原理框图EV输出：输出：1：输入偶数个：输入偶数个1；0：输入奇数个：输入奇数个1。614.2.4 主存储器校验主存储器校验 一、奇偶校验一、奇偶校验内存加奇偶校验原理框图内存加奇偶校验原理框图624.2.4 主存储器校验主存储器校验 二、交叉校验二、交叉校验( (二维奇偶校验二维奇偶校验) )n四个字节的数据块，分别加上横向、纵向奇校验：四个字节的数据块，分别加上横向、纵向奇校验：n可发现并纠

34、正数据块中的可发现并纠正数据块中的1位错误。位错误。n可发现两位同时出错，但无法纠正错误。可发现两位同时出错，但无法纠正错误。A0A1A2A3A4A5A6A7横向奇校验位横向奇校验位第第1字节字节100110011第第2字节字节001101000第第3字节字节111001111第第4字节字节011111101纵向奇校验位纵向奇校验位110010110634.2.4 主存储器校验主存储器校验 三、内存的三、内存的汉明码汉明码校验及纠错校验及纠错纠错电路原理图纠错电路原理图( (纠错前纠错前) )( (纠错后纠错后) )八位数据汉明码纠错电路八位数据汉明码纠错电路654.2.4 主存储器校验主存储

35、器校验 三、内存的三、内存的汉明码汉明码校验及纠校验及纠错错假设假设8位数据位数据DD7D6D5D4D3D2D1D0，对应的校验位对应的校验位HH3H2H1H0，则海明码则海明码及其校验方程：及其校验方程：编码内容：编码内容： D7D6D5D4H3D3D2D1H2D0H1H0编码位置：编码位置：12 11 10987654321校验方程校验方程P： P0D6 D4 D3 D1 D0 H0 P1D6 D5 D3 D2 D0 H1 P2D7 D3 D2 D1 H2 P3D7 D6 D5 D4 H3西安电子科技大学计算机学院计算机组成与体系结构第4章 存储系统4.2 内存储器内存储器4.2.5 其他

36、存储器674.2.5 其他存储器其他存储器n多端口存储器多端口存储器n多体交叉存储器多体交叉存储器n相联存储器相联存储器684.2.5 其他存储器其他存储器 一、多端口存储器一、多端口存储器n应用：处理机之间的快速数据交换。应用：处理机之间的快速数据交换。n分类：分类：l双端口双端口l三端口三端口l四端口四端口ln双端口存储器双端口存储器存储器存储器CPUI/OI/OP694.2.5 其他存储器其他存储器 一、多端口存储器一、多端口存储器n读读/写操作写操作l地址信号地址信号AD0AD7lCS下降沿锁存地址于下降沿锁存地址于芯片内部。芯片内部。l在在CS和和OE同时为低电同时为低电平时，相应地

37、址单元中平时，相应地址单元中的内容被读出。的内容被读出。DS1609AD0AAD7AAD0BAD7BOEAWEACSAOEBWEBCSB地址地址数据数据AD0AD7CSOE704.2.5 其他存储器其他存储器 一、多端口存储器一、多端口存储器n读读/写操作写操作l允许：允许：p对对不同存储单元不同存储单元：u同时同时读读。u同时同时写写。p对对同一存储单元同一存储单元：u同时同时读读。u一个端口一个端口写写，另一端口，另一端口读读。l不允许：不允许：p两个端口两个端口同时同时对对同一存储单元同一存储单元写写数据。数据。n竞争的消除竞争的消除DS1609AD0AAD7AAD0BAD7BOEAWE

38、ACSAOEBWEBCSB714.2.5 其他存储器其他存储器 一、多端口存储器一、多端口存储器n竞争的消除竞争的消除l一边只写、一边只读一边只写、一边只读l信号灯信号灯DS1609AD0AAD7AAD0BAD7BOEAWEACSAOEBWEBCSBA状态状态B状态状态某一端口的写过程某一端口的写过程724.2.5 其他存储器其他存储器 一、多端口存储器一、多端口存储器双端口存储器常用的场合：双端口存储器常用的场合：nCPU DMA设备设备 CPU IOP( (IO处理机处理机) )n多机系统：多机系统：nCPU内部：多总线结构，通用寄存器为运算器的内部：多总线结构，通用寄存器为运算器的两个输

39、入端同时提供操作数。两个输入端同时提供操作数。n多级存储体系：多级存储体系：Cache采用双端口结构。采用双端口结构。并行访问内存并行访问内存双端口双端口存储器存储器CPUCPUCacheCPU主存主存734.2.5 其他存储器其他存储器 二、多体交叉存储器二、多体交叉存储器对存储器的要求：对存储器的要求：大容量、高速度、低价格大容量、高速度、低价格仅靠一种工艺的单一存储器无法同时满足。仅靠一种工艺的单一存储器无法同时满足。n多种不同工艺多种不同工艺 存储体系存储体系Cache，主存，辅存，主存，辅存（系统结构）（系统结构）速度、容量、价格速度、容量、价格n并行主存系统并行主存系统（组成）（组

40、成）提高速度提高速度并行主存系统：并行主存系统：把主存储器分为把主存储器分为多个存储体多个存储体交叉交叉或或并行并行工作，在一个工作，在一个主存周期主存周期内能读写内能读写多个字多个字。744.2.5 其他存储器其他存储器 二、多体交叉存储器二、多体交叉存储器n多体多体并行并行访问：访问：80 x86处理器的内存组织处理器的内存组织n多体多体交叉交叉访问：访问：四体交叉访问存储器简化框图四体交叉访问存储器简化框图754.2.5 其他存储器其他存储器 二、多体交叉存储器二、多体交叉存储器四体存储器交叉访问示意图四体存储器交叉访问示意图M0M1M2M3M0访访问问空空间间ttT4 t T由存储器控制部件产生由存储器控制部件产生连续读连续读m个数据，需要的时间：个数据，需要的时间：T ( (m1) ) t764.2.5 其他存储器其他存储器 二、多体交叉存储器二、多体交叉存储器并行存储器的并行存储器的加速比加速比B：每个存储周期平均能访问到的字数。每个存储周期平均能访问到的字数。mB)1 (1转移概率转移概率：