计算机硬件技术计算机内部存储器

第3章内部存储器存储器是计算机硬件系统地重要组成部分,是计算机系统中地记忆设备,用来存放程序与数据。有了存储器,计算机才能把程序及数据地代码保存起来,才能使计算机系统脱离人地干预,而自动完成信息处理地功能。计算机中地全部信息,包括输入地原始数据,计算机程序,中间运行结果与最终运行结果都保存在存储器中。它根据控制器指定地位置存入与取出信息。本章要点3.1存储系统地基本概念3.2典型地内部存储器3.3微型计算机地存储调度管理3.4高速缓冲存储器3.5常见地微机内存3.6内存性能测试程序习题本章逻辑结构3.1内部存储器概述3.1.1 存储系统地基本概念3.1.2 存储器地分类3.1.3存储系统地性能指标3.1.4 存储器地体系结构3.2典型地内存储器3.2.1 随机存储器RAM3.2.2 只读存储器ROM3.2.3 非易失读写存储器本章逻辑结构3.3微型计算机地存储调度管理3.3.1 扩展存储器及其管理3.3.2 DOS/Windows环境下地内存管理3.4高速缓冲存储器3.4.1 高速缓冲存储器地原理与结构3.4.2 Cache地分级体系结构本章逻辑结构3.5常见地微机内存3.5.1 内存条地主要标准3.5.2 内存条地选用3.5.3 常见内存及其型号3.6内存性能测试程序习题3.1内部存储器概述3.1.1存储系统概念计算机地存储器可以分为内部存储器与外部存储器。内部存储器简称内存,也可称为主存,它位于主机内部,它包括主存储器与高速缓冲存储器,通常存放正在使用或经常被使用地程序与数据。内存储器由半导体芯片组成,依赖于电来维持信息地保存状态,CPU可以直接对其中地单元进行读/写操作。外存储器即辅助存储器,简称外存,通常是磁性介质（软盘,硬盘,磁带）或光盘,能长期保存信息,并且不依赖于电来维持信息地保存状态。外存一般存放当前不处于活动状态地程序与数据。CPU对外存进行地存/取操作,需要通过内存才能进行。存储器与存储系统是两个概念,存储系统是指计算机中由存放程序与数据地各种存储设备,控制部件及管理信息调度地设备（硬件）与算法（软件）所组成地系统。存储器系统其实是一个由不同存储器组成地存储器整体。对于一个计算机系统来说,存储系统性能地优劣,关系到整个计算机系统地优劣。3.1内部存储器概述现代微型计算机通常具有两种存储系统,一种是Cache存储系统,由主存储器与高速缓冲存储器构成,主要作用是提高存储器地速度,Cache存储系统速度接近Cache,容量接近存储器,每单位地价格跟存储器相近,这个存储系统全部用硬件来调度,因此,它不仅对应用程序员是透明地,而且对系统程序员也是透明地。另一种是虚拟存储系统,由主存储器与磁盘存储器构成,主要作用是增加存储器地容量。虚拟存储系统采用硬件与软件相结合地方法来调度。由于虚拟存储系统需要通过操作系统地存储管理系统来调度,因此,对系统程序员来说它是不透明地,但对于在操作系统之上编程地应用程序员来说是透明地。虚拟存储系统地访问速度与主存储器很接近,存储容量是一个很大地虚拟地址空间,许多计算机地虚拟地址空间为4GB,这个空间地大小比主存储器地实际存储容量要大得多,整个存储系统地每位地价格仍然接近于磁盘存储器。3.1内部存储器概述3.1.2存储器地分类1．按存储介质分类（1）半导体存储器（2）磁表面存储器（3）光存储器2．按CPU地访问关系分类（1）高速缓冲存储器（Cache）（2）内部存储器（InternalMemory）（3）外部存储器（ExternalMemory）3．按存取方式分类（1）随机访问存储器（RandomAccessMemory,RAM）（2）只读存储器（ReadOnlyMemory,ROM）（3）顺序存储器（SerialAccessMemory,SAM）（4）直接访问存储器（DirectAccessMemory,DAM）3.1内部存储器概述3.1.3存储系统地性能指标一般来说,衡量存储系统中每一种存储器地性能有以下4种指标。1．存储容量存储容量是指存储器中可以容纳地存储单元总数。存储单元可分为字存储单元与字节存储单元。字存储单元是指一个机器字（bit,一个二进制位）地存储单元,相应地单元地址称为字地址;而字节存储单元,是指存放一个字节B（Byte）地单元,每字节为8位二进制数,相应地地址称为字节地址,如存储容量为16KB,则表示能存储16×1024×8个二进制代码。可编址地最小单位是字存储单元地计算机称为按字编址地计算机;可编址地最小单位是字节存储单元地计算机称为按字节编址地计算机。现在大多数计算机采用字节为单位。在按字节寻址地计算机中,存储容量地最大字节数可由地址码地位数来确定。3.1内部存储器概述2．存取时间存取时间又称存储器访问时间,是指启动一次存储器操作到完成该操作所需地时间。具体地说,存取时间从存储器收到有效地址开始,经过译码,驱动,直到将被访问地存储单元地内容读出或写入为止,用TA表示。存储器地存取时间与存储介质地物理特性与访问机构地类型有关系,它也决定了CPU进行一次读写操作所需要等待地时间,目前大多数计算机存储器地存储时间在纳秒（ns）级,1ns＝10-9s。其中主存储器地存取时间通常在微秒（μs）级,1μs＝10-6s,Cache地存取时间在纳秒级。3.1内部存储器概述3．存取周期存储周期（MemoryCycleTime）又称访内周期,是指连续启动两次独立地存储器操作所需间隔地最小时间,用TC表示。它是衡量主存储器工作性能地重要指标。存储周期时间越短,速度就越快,也就标志着内存地性能越高。存储周期地倒数,称为存储速度。它表示每秒从存储器进出信息地最大数量,其单位用字/秒或字节/秒。TC常被标记在内存芯片上,例如标记"−7","−15","−45",分别表示7ns,15ns,45ns等,这个数值越小,表明内存芯片地存取速度越快,同时价格也越高。4．存储器带宽内存储器每秒钟访问二进制位地数目称为存储器带宽,用Bm表示。它标明了一个存储器在单位时间内处理信息地能力。例如,总线宽度为32位,存储周期为250ns则存储器带宽=32b/250ns=32*109b/250ns=128Mbps=32MBps3.1内部存储器概述5．性能价格比性能与价格地比值是衡量存储器经济性能好坏地综合性指标。这项指标与存储器地结构与外围电路以及用途,要求,使用场所等诸多因素有关。性能是前述四项性能地综合,价格是存储器地总价格。因为各种机型地存储器类型与容量等差别很大,所以通常以每位成本,即折合到每一位地存储器造价来描述存储器地经济性。4．可靠性可靠性是指在规定地时间内,存储器无故障工作地时间。通常用平均无故障时间MTBF（MeanTimeBetweenFailures）来衡量。MTBF越长,说明存储器地可靠性越高。存储器地可靠性直接与构成它地芯片有关。目前所用地半导体存储器芯片地平均无故障间隔时间（MTBF）约为5×106～1×108小时。3.1内部存储器概述3.1.4 存储器地体系结构1．存储器地分级结构计算机系统中CPU地运算速度要比存储器快很多,由于速度地不匹配,CPU在运行过程中会等待存储器供给数据从而导致其高速地性能优势难以发挥,由此看出,存储器地运算速度对计算机系统整体速度提高形成了制约。于存储器与CPU速度地差异,为了能达到相对地平衡,发挥计算机系统地最大性能,实际地存储系统往往采用多级存储器体系结构,即将速度,容量与价格不同地存储器组合在一起,将经常使用地数据放在速度快地存储器中,形成一个速度上接近最快,容量上接近最大,价格上接近最低廉地存储器地存储系统,以解决CPU与存储器之间速度差异地问题。现代计算机地存储系统包括两种:高速缓存（Cache）存储系统与虚拟存储器（VirtualMemory）存储系统。3.1内部存储器概述2．存储器访问地局部性程序局部性包括程序地时间局部性（TemporalLocality）与程序地空间局部性（SpatialLocality）。程序地时间局部性是指程序即将用到地信息可能就是目前正在使用地信息。或者说最近被访问地内存内容（指令或数据）很快还会被访问;程序地空间局部性是指程序即将用到地信息可能与目前正在使用地信息在空间上相邻或者临近。也就是说靠近当前正在被访问内存地内存内容很快也会被访问。访问地局部性是保证存储系统层次结构技术可行性地基础。在此基础上,才可能把计算机频繁访问地信息放在速度高但容量小,单位成本高地存储器中,把不频繁访问地信息放在速度低但容量大,单位成本低地存储器中。由于访问地局部性原理,如果集中在访问速度高地存储器,那么整个存储系统地平均访问时间接近速度高地存储器地访问时间。3.1内部存储器概述2．多级存储系统地性能两级存储系统地第一级为M1,第二级为M2,T1,T2分别表示两级存储器地存取时间,S1,S2表示容量,B1,B2表示传输速率与带宽,C1,C2表示单位成本。与第二级存储器相比,第一级存储器M1最靠近CPU,速度最高,价格最高,容量也最小。当访问存储器时,CPU首先访问M1,如果成功,M1直接与CPU进行信息交换,那么这次访问是快速地。如果CPU要访问地信息不在M1,则向比它低一级地M2中寻找,找到以后将信息块调入M1。因为M2中地信息主要向M1中传递,而不直接被CPU访问,所以M2地存取速度较低,相应价格也低些,容量也就大些。因为程序地局部性原理,一旦一个信息块放入M1,将会对这个块单元存取很多次,这样会使整个系统地速度得到提高。3.1内部存储器概述2．多级存储系统地性能（1）访问效率在多级存储系统中,存储器地访问效率由所有层次存储器地有效存取时间（EffectiveAccessTime）决定。为了表示访问一个项地平均时间,不但需要要考虑两级存储器地速度,还要考虑某次访问能在M1中找到地概率,这一概率就是命中率（HitRatios）,用H表示,那么:其中N1是某次访问能在M1中找到地次数,N2是某次访问能在M2中找到地次数。那么系统地平均存取时间Ts可以表示为:3.1内部存储器概述M1地命中率越高越好,这样可以避免CPU对下一级存储器地访问,以节省时间。而提高M1地命中率有两个途径:其一是扩大M1地容量以尽可能多地装入有用信息。但M1地容量受性能价格比地限制,增大容量将导致存储系统每位平均价格上升,降低系统地性能价格比。这种方法一般不可取;其二是改善实现层次间信息自动调度功能地辅助软硬件地性能,预先判断出CPU准备访问地内容,并将其调入M1中,使CPU希望地信息尽可能已经在M1中准备好,以此提高M1地命中率。3.1内部存储器概述2．多级存储系统地性能（1）容量与价格整个两级存储系统地每位平均价格Cs可用以下公式算出:其中C1是第一级存储器M1地每位平均价格,C2是第二级存储器M2地每位平均价格,S1是M1地容量,S2是M2地容量。3.2典型地内部存储器3.2.1 随机存储器RAM随机存取存储器RAM(RandomAccessMemory)在微机系统地工作过程中,可以随机地对其中地各个存储单元进行读/写操作。根据存储信息原理地不同,随机存储器可分为静态随机存储器（StaticRAM,SRAM）与动态随机存储器（DynamicRAM,DRAM）。半导体存储器满足以上条件。1．静态随机存储器（SRAM）静态随机存储器地组成静态MOS存储器一般由存储体,地址译码电路,读写电路与控制电路等几部分组成。其结构框图如图3.4所示。3.2典型地内部存储器3.2.1 随机存储器RAM图3.4 静态存储器结构图3.2典型地内部存储器2．动态随机存储器地工作原理（1）动态随机存储器地特点动态随机存储器DRAM(DynamicRandomAccessMemory)是利用场效应管地栅极对其衬底间地分布电容来保存信息,以存储电荷地多少,即电容端电压地高低来表示"1"与"0",所以也叫电荷存储型记忆元件。DRAM每个存储单元所需地场效应管较少,常见地有4管,3管与单管型DRAM。因此它地集成度较高,功耗也较低,但缺点是保存在DRAM中地场效应管栅极分布电容里地信息随着电容器地漏电而会逐渐消失,一般信息保存时间为2ms左右。为了保存DRAM中地信息,需要每隔1～2ms给栅极进行充电,补足栅极信息,这就是所谓地"再生"或"刷新"。（2）动态随机存储器地种类①快速页面模式动态随机存储器（FastPageModeDRAM,FPMDRAM）②扩充数据输出动态随机存储器（ExtendedDataOutputDRAM,EDODRAM）③多段式动态随机存储器（Multi－BankDRAM,MDRAM）④同步动态随机存储器（SynchronousDRAM,SDRAM）⑤双数据速率同步动态随机存储器（DoubleDataRateSDRAM,DDRSDRAM）⑥第二代双倍数据率同步动态随机存取存储器（Double-Data-RateTwoSynchronousDynamicRandomAccessMemory,DDRIISDRAM）3.2典型地内部存储器2．动态随机存储器地工作原理（3）动态随机存储器记忆元件动态RAM基本单元主要有四MOS管动态存储元与单MOS管动态存储元。（4）动态随机存储器地芯片实例现以Intel2164为例,说明DRAM芯片地内部结构及引脚情况。DRAM2164地简化结构框图,如图3-7所示。图3-72164DRAM芯片地结构框图3.2典型地内部存储器2．动态随机存储器地工作原理（5）动态随机存储器地刷新方式所谓刷新,就是不断地每隔一定时间（一般每隔2ms）对DRAM地所有单元进行读出,经读出放大器放大后再重新写入原电路中,以维持电容上地电荷,进而使所存信息保持不变。动态随机存储器地刷新方式有很多种。按照动态刷新是否由CPU统一控制,协调地方式,可分为集中式,分散式与异步式3种刷新方式。①集中式刷新（BurstRefresh）所谓集中式刷新,是指在允许地最大刷新周期内,根据存储容量地大小与存取周期地长短,集中安排一段刷新时间,在刷新时间内停止读写操作。②分布式刷新（DistributedRefresh）分散式刷新是指把每行存储单元地刷新分散到每个读写周期内进行,即把一个存储系统周期tc分为两半,周期前半段时间tM用来读/写操作或维持信息,周期后半段时间tR作为刷新操作时间,经过128个系统周期时间,整个存储器便全部刷新一遍。③异步刷新（AsynchronousRefresh）异步刷新是上述两种方法地结合,这种方式将刷新操作平均分配到整个刷新间隔时间内进行,充分利用最大间隔时间并使"死区"缩短。对于128×128存储矩阵地芯片来说,每行地刷新间隔时间是2ms/128,即每隔15.6μs刷新一行。在2ms内分散地对128行轮流刷新一遍,刷新一行是只停止一次读写操作时间。这样,对每一行来说,刷新时间仍为2ms,而"死区"地长度则缩短为0.5μs。这对CPU地影响不大,而且不降低存储器地访问速度,控制上也并不复杂,是一种比较实用地方式。3.2典型地内部存储器3.2.2 只读存储器ROM通常把使用时只读出不写入地存储器称为只读存储器（ROM）。ROM中地信息一旦写入就不能进行修改,其信息断电之后仍然保留。因制造工艺与功能不同,可分为掩膜ROM（MROM）,可编程ROM（PROM）,可擦写可编程ROM（EPROM）与电可擦可编程ROM（E2PROM）。1．掩模只读存储器（MaskReadOnlyMemory,MROM）掩膜只读存储器是指生产厂家根据用户需要在ROM地制作阶段,通过"掩膜"工序将信息做到芯片里,适合于批量生产与使用。2．一次性可编程只读存储器（ProgrammableROM,PROM）可编程只读存储器买回时为全0或全1状态,用户可根据自己地需要进行一次性写入编程。在PROM中,常采用二极管或双极型三极管作为存储单元。PROM是将熔断丝或熔合丝串联在ROM单元电路中。用户在使用时,按照自己地需要,编程写入1或者0使其通过一个大地电流,让熔丝烧断开路或者熔合丝熔合短路。3.2典型地内部存储器3．可重写只读存储器（ErasablePROM,EPROM）其特点是可以根据用户地要求用工具擦去ROM中存储地原有内容,重新写入新地编码。擦除与写入可以多次进行,同其它ROM一样,其中保存地信息不会因断电而丢失。按照擦除方法地不同,EPROM可以分为电可擦除只读存储器（ElectricallyErasablePROM,EEPROM）与紫外线可擦除只读存储器（UltravioletEPROM,UVEPROM）两种。（1）紫外线可擦除只读存储器将EPROM放在12mV/2紫外线光源下相距3照射30分钟（一般为15分钟,视具体型号而异）后,会促使电容失去电荷,EPROM中地内容就会抹除,于是,就可以重新对它编程。（2）电可擦除只读存储器原理上,EEPROM单元就是一个可以充电或放电地小电容。充电地状态可以由读出逻辑来询问。充了电地电容代表逻辑"1",而放了电地电容表示逻辑"0"。为了存储一个数据字节,就需要8个这样地小电容,再加上一些适当地读出电路。3.2典型地内部存储器3.2.3 非易失读写存储器非易失性存储器NVM（Non-VolatileMemory）地特点是在断电时不会丢失内容。包括铁电介质存储器（FRAM或FeRAM）,磁介质存储器（MRAM）,奥弗辛斯基效应一致性存储器（OUM）以及聚合物存储器（PFRAM）等。闪速存储器（FlashMemory）就是一类非易失性存储器,即使在供电电源关闭后仍能保持片内信息。（1）闪速存储器地特点①固有地非易失性②经济地高密度③可直接执行④固态性能3.2典型地内部存储器（2）闪速存储器地典型逻辑结构闪速存储器地内部结构主要由存储体,地址缓冲器,译码器,命令用户接口CUI,状态标示寄存器,写状态机WSM,复接器与数据输入/输出电路等逻辑电路构成,如图3.12所示。图3.12 闪速存储器内部结构图3.2典型地内部存储器（2）闪速存储器地工作模式①读操作模式②写操作模式③在线等待模式④输出禁止操作模式⑤关闭电源模式3.3微型计算机地存储调度管理3.3.1 扩展存储器及其管理1．存储器地扩展单块芯片地容量有限,远远不能满足用户同样快速增长地对存储容量地需求。因此,在计算机中,要组成一定容量与一定字长地存储器,需要把若干个片不同地半导体存储器芯片连组成,以扩展存储容量。（1）位扩展法位扩展是指用多个存储器器件对字长进行扩充。位数地扩展是利用芯片地并联方式来实现地,各存储芯片地址线,片选端与读写控制线并联,数据端单独引出。（2）字扩展法字扩展法是指增加存储器中地字数量,而位地数量保持不变。方法是将各芯片地地址线,数据线,读写控制线并联,与系统总线相应地地址线,数据线,读写控制线连接,而片选信号用来区分各芯片地地址范围。（3）字,位同时扩展在存储器扩展时,通常在字向与位向都要扩展。这种扩展方式是前两种扩展方式地混合方式。3.3微型计算机地存储调度管理3.3.1 扩展存储器及其管理2．存储芯片地地址分配与片选存储器与CPU连接是指CPU通过地址总线,数据总线及控制总线实现与存储器地连接。这时有一个重要地问题那就是主存地地址分配。而确定地址分配后,又有一个选择存储芯片地片选信号地产生问题。（1）线选法线选法就是用除片内寻址外地高位地址线不经过译码,直接分别接至各个存储芯片地片选端来区别各芯片地地址,当某地址线信息为0时,就选中与之对应地存储芯片。（2）全译码法这种方法除了将低位地址总线直接连至各芯片地地址线外,余下地高位地址总线全部参加译码,译码输出作为各芯片地片选信号。（3）部分译码法该方法只对高位地址线中某几位（而不是全部高位）地址经译码器译码,以产生片选信号,剩余高位线或空着,或直接用作其它存储芯片地片选控制信号。对被选中地芯片而言,未参与译码地高位地址线可以为"0",也可以为"1",即每个存储单元将对应多个地址。所以,它是介于全译码法与线选法之间地一种选址方法。3.3微型计算机地存储调度管理3.3.1 扩展存储器及其管理3．存储管理存储管理即是对主存地管理,它是操作系统地重要功能之一。主存储器是计算机系统中地一种宝贵资源,对主存地管理与有效使用是操作系统中十分重要地内容。为了便于对主存进行有效地管理,应该将主存分成若干个区域,以便同时存放多个用户程序与系统软件。因此,存储管理应具有如下功能:（1）存储分配与回收:计算机系统中一般情况下有多个程序要共享内存,需要采用合理地策略给申请者从空闲地内存空间中分配合适地存储区域,程序使用完毕还需要采用策略及时收回释放地内存。（2）地址变换:用软件进行存储空间管理以及程序编译时所使用地逻辑地址系统,与物理地址系统有可能不一致,虚拟地址与物理地址之间有相互映射。（3）内存扩充:通过内存管理使得用户使用地内存比实际地内存空间要大。（4）内存保护:各程序之间互不干扰与破坏,更不会干扰与破坏整个系统地正常工作。3.3微型计算机地存储调度管理3.3.2 DOS/Windows环境下地内存管理1．DOS环境下地内存管理（1）存储空间地分配在DOS下,系统中存在以下四种内存:常规内存(ConventionalMemory)高端内存(UpperMemory)扩充内存(ExpandedMemory)扩展内存(ExtendedMemory)2．Windows环境下地内存管理——虚拟存储器虚拟存储器（VirtualMemory）又称为虚拟存储系统,是以存储器访问地局部性为基础,建立在主存一辅存物理体系结构上地存储管理技术。它是为了扩大存储容量,把辅存当作主存使用,在辅助软,硬件地控制下,将主存与辅存地地址空间统一编址,形成个庞大地存储空间。3.3微型计算机地存储调度管理2．Windows环境下地内存管理——虚拟存储器（1）虚拟存储器原理虚拟存储器地工作原理是:在执行程序时,允许将程序地一部分调入主存,其它部分保留在辅存。即由操作系统地存储管理软件先将当前要执行地程序段（如主程序）从辅存调入主存,暂时不执行地程序段（如子程序）仍保留在辅存,当需要执行存放在辅存地某个程序段时,由CPU执行某种程序调度算法将它们调入主存。（2）虚拟存储器地管理方式①段式虚拟存储器在段式存储管理中,将程序地地址空间划分为若干个段（segment）,各个段地长度因程序而异。这样每个进程有一个二维地地址空间。②页式虚拟存储器页式存储管理地主要思路是把虚拟（逻辑）地址空间与主存实际（物理）地址空间,都分成大小相等地页,并规定页地大小为2地整数次方个字。③段页式虚拟存储器段页式虚拟存储器是段式虚拟存储器与页式虚拟存储器地结合结合起来地一种折中方案。它首先将程序按其逻辑结构划分为若干个大小不等地逻辑段,然后再将每个逻辑段划分为若干个大小相等地逻辑页。主存空间也划分为若干个同样大小地物理页。程序对主存地调入调出是按页面进行地,但它又可以按段实现共享与保护。3.3微型计算机地存储调度管理2．Windows环境下地内存管理——虚拟存储器（3）替换算法与保护①替换算法虚拟存储器发生缺页中断时,需要调新地页进入主存,如果内存已无空闲块,就需要将最不经常用地页替换出去。所谓页面替换算法,就是采取什么办法淘汰掉内存中地某些页为需要进入内存地页面腾出空间地策略。在虚拟存储器中常用地替换算法有随机算法（RAND）,先进先出算法（FIFO）,最近最少使用法（LRU）与最久没有使用算法（LFU）等。由于虚拟存储器技术地理论依据与高速缓冲存储器相同,都是程序局部性原理,所以替换策略基本上是相同地。以上各种算法及其实现将在高速缓冲存储器一节中详细叙述。②虚拟存储器地性能分析主存容量页面调度方式③存储保护界限寄存器保护方式键保护方式环保护方式3.4高速缓冲存储器3.4.1 高速缓冲存储器地原理与结构微机系统中地内部存储器通常采用动态RAM构成,具有价格低,容量大地特点,但由于动态RAM采用MOS管电容地充放电原理来表示与存储信息,其存取速度相对于CPU地信息处理速度来说较低。这就导致了两者速度地不匹配,从而限制了高速CPU地性能,影响了微机系统地运行速度,并限制了计算机性能地进一步发挥与提高。高速缓冲存储器就是在这种情况下产生地。为了解决存储器系统地容量,存取速度及单位成本之间地矛盾,可以采用Cache-主存存储结构,即在主存与CPU之间设置高速缓冲存储器Cache,把正在执行地指令代码单元附近地一部分指令代码或数据从主存装入Cache中,供CPU在一段时间内使用,由于存储器访问地局部性,在一定容量Cache地条件下,我们可以做到使CPU大部分取指令代码及进行数据读写地操作都只要通过访问Cache,而不是访问主存而实现,从而使程序地执行速度大大提高。3.4高速缓冲存储器3.4.1 高速缓冲存储器地原理与结构1．Cache地基本结构图3.22 CPU,Cache与主存地关系3.4高速缓冲存储器3.4.1 高速缓冲存储器地原理与结构2．地址映象与转换地址映像地功能是应用某种函数把CPU发送来地主存地址转换成Cache地地址。地址映象方式通常采用直接映象,全相联映象,组相联映象三种方式。（1）全相联方式（2）直接相联方式（3）组相联映象方式3.4高速缓冲存储器3.4.2 Cache地分级体系结构1．Cache地分体采用多体并行存储器技术可以拓宽存储体地频带宽度,在Cache地实用中也采用了多体存储器地结构。Cache分体技术是将Cache分为数据体Cache与指令体Cache。2．Cache地分级当前CPU地速度越来越快,与主存地速度差距也越大,如果采用一级Cache地结构,其命中率往往不能满足要求,这样就形成了二级或三级Cache地结构。3.5常见地微机内存3.5.1 内存条地主要标准完整地内存条是将内存芯片焊接在一定规格地印刷电路板（PCB）上所组成地完整地模块,通常形状为条形,故称内存条。主机板上有安装内存地插槽,常见地内存模块有以下几种封装形式。1．DIP双列直插式芯片2．SIP单排直插内存条3．SIMM内存条4．DIMM内存条5．RIMM内存条3.5常见地微机内存3.5.2 内存条地选用1．内存地选择选择内存时一般主要考虑以下几个方面:（1）平台是否支持（2）选择合适地内存容量与频率（3）产品做工要精良（4）注意SPD隐藏信息（5）小心假冒或返修产品2．内存地性能指标内存性能对整机地影响很大,主要有以下几个指标:（1）速度（2）容量。（3）数据宽度与带宽。（4）CL3.5常见地微机内存3.5.3 常见内存及其型号1．SDRAM内存SDRAM（SynchronousDynamicRAM）内存,即同步动态随机存储器。2．DDR内存DDR全称是DDRSDRAM（DoubleDateRateSDRAM,双倍速率SDRAM）。3．RDRAM内存RDRAM是RambusDynamicRandomAccessMemory（存储器总线式动态随机存储器）地简称,是Rambus公司开发地具有系统带宽,芯片到芯片接口设计地内存,它能在很高地频率范围下通过一个简单地总线传输数据,同时使用低电压信号,在高速同步时钟脉冲地两边沿传输数据。3.6内存性能测试程序很多计算机性能综合测试软件中都带有内存模块部分,可以对内存进行测试。如图3.34与图3.35所示分别为使用SiSoftwareSandra2010进行内存对比测试地结果以及使用CPU-Z显示当前内存地信息。图3.34 使用SiSoftwareSandra2010进行内存对比测试 图3.35 内存信息习题1．名词解释随机存储器

只读存储器 位扩展全译码法 相联存储器地址映象Cache 虚拟存储器 存储器带宽 存取时间逻辑地址 物理地址2．填空题（1）随机存储器RAM主要包括________与________两大类。（2）构成64K×地存储系统,需8K×1地芯片________片。（3）某存储模块地容量为64K,它地起始地址若为20000H,则末地址应为________。（4）半导体动态存储器地刷新方式一般有________种。（5）用2K×8地SRAM芯片组成32K×16地存储器,共需SRAM芯片________片,产生片选信号地地址至少需要________位。习题（6）内存地主要性能指标有:_______,_______,_______,_______,与_______。（7）内存地数据带宽地计算公式是:数据带宽=_______×_______。（8）内存地工作频率表示地是内存地传输数据地频率,一般使_______为计量单位。（9）常用地页面调度算法有_______调度算法,_______调度算法与_______调度算法。（10）一般微型计算机存储器系统主要由________高速缓冲存储器,辅助存储器以及管理这些存储器地硬件与软件组成。（11）高速缓冲存储器是介于________与主存储器之间地一个容量小,但速度接近于________地存储器,一般装在CPU内部。习题（12）RAM是一种既能写入又能读出地存储器。RAM只能在电源电压正常时工作,一旦断电,________。（13）ROM是一种________地存储器,通常用来存放那些固定不变,不需要修改地程序。（14）虚拟存储器具有辅存地容量,而又具有接近________地存取速度。（15）只读存储器（ReadOnlyMemory）地重要特点是只能________,不能________。其刷新原理与SRAM类似,但消耗能量________,所以通常关闭计算机电源之后,其中数据还被保留。3．选择题（1）下列存储器中,断电后信息不会丢失地是（）。A）DRAMB）SRAMC）CACHED）ROM（2）计算机系统中地存储器主要用来（）。A）存放数据与程序B）存放微程序C）存放数据D）存放程序习题（3）内存储器地特点是（）。A）速度快,成本低,容量小 B）速度慢,成本高,容量大C）速度快,成本高,容量小 D）速度快,成本低,容量大（4）半导体只读存储器(ROM)与半导体随机存取存储器(RAM)地主要区别在于（）。A）在掉电后,ROM中存储地信息不会丢失,RAM信息会丢失B）掉电后,ROM信息会丢失,RAM则不会C）ROM是内存储器,RAM是外存储器D）RAM是内存储器,ROM是外存储器（5）下列（）存储方式不能实现虚拟存储器。A）分区 B）页式 C）段式 D）段页式（6）微型计算机配置高速缓冲存储器是为了解决（）。A）主机与外设之间速度不匹配问题B）CPU与辅助存储器之间速度不匹配问题C）内存储器与辅助存储器之间速度不匹配问题D）CPU与内存储器之间速度不匹配问题习题（7）SRAM指地是（）。A）静态随机存储器B）静态只读存储器C）动态随机存储器D）动态只读存储器（8）下面有关存储器存取速度快慢地表述中正确地是。（）A）RAM>Cache>硬盘>软盘B）Cache>RAM>硬盘>软盘C）Cache>硬盘>RAM>软盘D）硬盘>RAM>软盘>Cache（9）下列叙述中,错误地是（）A）内存储器