主存储器与存储系统.ppt

1、第6章 主存储器与存储系统,本章主要内容：,本章讲述存储器的分类、主存储器的构成和并行主存储器的思想及设计方法；存储系统的概念及存储系统的构成。重点掌握并行主存储器的构成，Cache的组成原理与地址映射方式、替换算法；掌握段式、页式和段页式虚拟存储器的构成原理、地址映射方式等。,6.1 存储器分类6.2 主存储器的主要技术指标 6.3 读写存储器 6.4 非易失性半导体存储器6.5 主存储器组成 6.6 相联存储器 6.7 存储系统与并行存储器 6.8 高速缓冲器Cache6.9 虚拟存储器原理,6.1 存储器分类,（1）随机存储器（Random Access Memory，RAM）。 （2）

2、只读存储器（Read Only Memory，ROM）。 （3）可编程只读存储器（Programmable ROM，PROM）。 （4）可擦除可编程只读存储器（Erasable PROM，EPROM）。 （5）电可擦除可编程只读存储器（Electrically EPROM，E2PROM）。,6.2 主存储器的主要技术指标,主存储器的主要性能指标为主存容量、存储器存取时间和存储器存储周期。 存储器存取时间（Memory Access Time） 存储周期（Memory Cycle Time） 主存储器的速度和容量两项技术指标,6.3 读写存储器,6.3.1 静态RAM 1静态RAM的基本电路,图

3、6-1 静态MOS 6管基本存储电路,2静态RAM的结构 3静态RAM芯片实例Intel 2114 4由2114 SRAM构成规定容量的存储器,图6-5 地址译码电路,6.3.2 动态RAM,1动态RAM基本存储电路,图6-6 单管动态RAM的基本存储电路,2动态RAM的特点及举例 3动态RAM的刷新,6.4 非易失性半导体存储器,6.4.1 只读存储器（ROM）,图6-8 44 MOS ROM,6.4.2 可编程只读存储器（PROM）,图6-9 熔丝式PROM基本存储电路,6.4.3 可擦除可编程只读存储器EPROM）,1EPROM的存储电路,图6-10 P沟道FAMOS管基本存储电路及P沟

4、道FAMOS管结构,2典型EPROM芯片的介绍 按上述原理及工艺制造的EPROM芯片常用的有27系列，如2708（1K8）、2716（2K8）、2764（8K8）、27128（16K8）和27512（64K8）等,6.4.4 电可擦除可编程只读存储器（E2PROM）,1E2PROM的特点 E2PROM（Electric Erasable PROM）突出的优点是可以在线擦除和改写.,2E2PROM芯片介绍,图6-11 E2PROM管脚图,6.4.5 快速擦写存储器（Flash Memory）,1Flash的主要性能特点 2Flash的工作原理,6.4.6 几种新型存储器,1高速缓存动态随机存储器

5、（Cached DRAM，CDRAM） 2Direct Rambus接口动态随机存储器（Direct Rambus DRAM，DRDRAM） 3双数据传输率同步动态随机存储器（Double Data Rate SDRAM，DDR SDRAM） 4同步链动态随机存储器（Synchnonous Link DRAM，SLDRAM）,5虚拟通道存储器（Virtual Channel Memory，VCM） 6快速循环动态存储器（Fast Cycle RAM，FCRAM） 7扩展数据输出动态存储器（Extended Data Out DRAM，EDO DRAM）,6.5 主存储器组成,6.5.1 位扩展

6、,图6-12 位扩展实例,6.5.2 字扩展,图6-13 字扩展实例,6.5.3 字位扩展,字位扩展共需要mn的芯片数量为： C=,6.6 相联存储器,6.7 存储系统与并行存储器,6.7.1 存储系统的概念 1存储容量S 2位价格C 整个存储系统的平均位价格可以这样来计算：,3访问周期T,T=H T1+(1H) T2,6.7.2 增加存储器的数据宽度,图6-18 宽字存储器,6.7.3 多体交叉存储技术,图6-19 低位交叉访问存储器的结构,6.7.4 一种无冲突访问的存储器,产生访问冲突的根本原因主要有两个，一个是程序中的转移指令，二是数据的随机性。,图6-22 一维数组的存储方案,6.8

7、 高速缓冲器Cache,6.8.1 Cache的工作原理 1程序的局部性 2Cache的基本结构,图6-27 Cache的基本结构,3Cache的读写过程 （1）写直达法（write-through）。 （2）回写法（write-back）。,6.8.2 Cache的地址映像与地址变换,1直接映像及地址变换,图6-28 直接映像方式,图6-29 直接映像地址变换,2全相联映像及地址变换,图6-31 全相联映像方式,图6-32 全相联映像方式的地址变换,3组相联映像及地址变换,图6-34 组相联映像方式的地址变换,6.8.3 替换算法,（1）随机（Random，RAND）算法 （2）先进先出（F

8、irst-In First-Out，FIFO）算法 （3）近期使用最少（Least Recently Used，LRU）算法 （4）最优化（OPTimization, OPT）算法,6.8.4 Cache的加速比,6.9 虚拟存储器原理,6.9.1 虚拟存储器的工作原理 虚拟存储器主要由软件管理。 根据采用的存储映像算法，可以将虚拟存储器的管理方式分成段式、页式和段页式三种.,6.9.2 地址映像与变换,在虚拟存储器中，有三种地址空间，第一种是虚拟地址空间，也称为虚空间或虚拟存储器空间，它是应用程序员用来编写程序的地址空间；第二种空间是主存储器的地址空间，也称主存地址空间、主存物理空间或实存地址空间；第三种是辅存地址空间。,目前主要有页式虚拟存储器、段式虚拟存储器和段页式虚拟存储器3种。 1页式虚拟存储器,图6-36 页式虚拟存储器的地址映像方式,图6-37 页式虚拟存储器页面映像的一个实例,2段式虚拟存储器,图6-38 段式虚拟存储器的地址映像方式,3段页式虚拟存储器,虚拟地址格式为：,6.9.3 页面替换算法及其实现,（1）缺页至少要涉及前一次磁盘存取，读取所缺的页。缺页使系统蒙受的损失要比Cache未命中大得多。 （2）页面替换是由操作系统软件实现的。 （3）页面替换的选择余地很大，属于一个进程的页面都可替换。 虚拟存储器中的替换策略一般采用LRU算法、LFU