计组第三章-存储系统

目录

本章总览

一、存储器的简单模型及寻址概念。

（1）存储器芯片的基本结构。

（2）寻址概念、本节总结。

二、半导体存储器。

（1）半导体存储芯片的基本结构。

 （2）SRAM（常用作Cache）、DRAM（常用作主存）的工作原理。

（3）ROM的特点和基本类型。

 （4）存储器的分类

 （5）存储器性能指标和层次化结构。

 （6）本节回顾。

 三、主存与CPU的连接。

（1）主存容量扩展-位扩展。

 （2）主存容量扩展-字扩展。

 （3）主存容量扩展-译码器。

（4）主存容量扩展-字扩展。（译码器使用）

 （5）主存容量扩展-字位同时扩展。

 （6）本节回顾。

四、主存与CPU的连接的例题。

五、双端口RAM和多模块存储器。

（1）双端口RAM

 （2）多模块存储器。

 （3）本节回顾。

六、高速缓冲存储器。

（1）空间局部性、时间局部性。

 （2）地址映射方式。

 （3）替换算法。

 （4）写策略。

（5）cache例题。

（6）cache原理。

 七、虚拟存储器。

---

本章总览

一、存储器的简单模型及寻址概念。

（1）存储器芯片的基本结构。

（2）寻址概念、本节总结。

二、半导体存储器。

（1）半导体存储芯片的基本结构。

 （2）SRAM（常用作Cache）、DRAM（常用作主存）的工作原理。

SRAM（静态随机存取存储器）、DRAM（动态随机存取存储器）的对比

同步动态随机存取存储器（synchronous dynamic random-access memory，简称SDRAM）是有一个同步接口的动态随机存取内存（DRAM）。

DRAM的刷新

选通线：行列地址可以减少选通线数量（相比->采用一根线选通一个存储单元）。

 SRAM的读写周期

CS表示片选线，上面有“—”的表示低电平有效。

最上面的地址对应的三个二进制数字（有未访问，访问中，已访问的地址），是表示访问的地址。

最下面的数据Dout表示的是数据，那个二进制数据就是访问地址中的数据。

过程分析：地址传过来，地址信号开始有效，过了一会，CS打开开关，开始通过地址来读取数据，有了数据，数据信号开始有效，一会数据稳定后，CS开关关闭，读取数据结束，再过一会，地址信号失效。开始下一次操作。

 存取时间：存储器从接收到读写命令到信息被读出或写出所需要的时间。

存取周期：存储器连续读写过程中一次完整的存取操作所需的时间，即CPU连续两次访问存储器的最小时间间隔。

存取周期 = 存取时间 + 恢复时间

恢复时间：CPU每次访问完存储器，有一段时间内CPU不能再次访问存储器，存储器要过一段时间才能再次被访问，这段时间即称为恢复时间，保证存储器数据的准确性）

 RAM-易失性存储器

（3）ROM的特点和基本类型。

 （4）存储器的分类

 （5）存储器性能指标和层次化结构。

 （6）本节回顾。

 三、主存与CPU的连接。

（1）主存容量扩展-位扩展。

 （2）主存容量扩展-字扩展。

 

 （3）主存容量扩展-译码器。

 

（4）主存容量扩展-字扩展。（译码器使用）

 （5）主存容量扩展-字位同时扩展。

 （6）本节回顾。

四、主存与CPU的连接的例题。

系统程序工作区和用户程序区都是RAM,系统程序区是ROM

系统程序工作区需要读出和写入程序，选用ram,不能使用rom(只读存储器)

五、双端口RAM和多模块存储器。

（1）双端口RAM

定义：双端口存储器是指同一个存储器具有两组相互独立的读写控制线路,由于进行并行的独立操作，是一种高速工作的存储器，每一个端口都有自己的片选控制和输出驱动控制。

工作原理：当两个端口的地址不相同时，在两个端口上进行读写操作，一定不会发生冲突。

                读写控制当两个端口同时存取存储器同一存储单元时，便发生读写冲突。

为解决此问题，特设置了BUSY标志。（由片上的判断逻辑决定对哪个端口优先进行读写操作，而暂时关闭另一个被延迟的端口。）

 （2）多模块存储器。

单体多字存储器：

在一个存取周期内，从同一地址取出n条指令，然后逐条将指令送至CPU执行，即每隔1/n存取周期，主存向CPU送一条指令，增大了存储器的带宽，提高了存储器的工作速度。

例如：从同一地址取出4条指令，为单体四字结构，每字W位。按地址在一个存取周期内可读出4*W位的指令或数据，使主存带宽提高到4倍。

缺点：指令和数据在主存内必须是连续存放的，一旦遇到转移指令，或者操作数不能连续存放，这种方法的效果就不明显。

多行并行存储器：

①低位交叉编址：程序连续存放在相邻体中（交叉存储）。低位地址表示体号，高位地址表示体内地址。

优点：相邻地址单元的数据放在不同组，各组可以并行工作，能较好提高存储器的带宽。

缺点：某一组出现故障，会影响整个存储器的正常工作。

②高位交叉编址：按体内地址顺序存放（顺序存储）。高位地址表示体号，低位地址表示体内地址。

优点： 某一组的故障不影响其他组，且容易通过添加模块来扩充容量。

缺点：相邻地址单元的数据放在同一组存储单元，各组间串行工作，不利于提升存储器的带宽。

 （3）本节回顾。

六、高速缓冲存储器。

（1）空间局部性、时间局部性。

 

 （2）地址映射方式。

全相联映射、直接映射、组相联映射

 （3）替换算法。

 （4）写策略。

 

 

（5）cache例题。

（6）cache原理。

 七、虚拟存储器。

页式、段式、段页式。慢表、块表。

原理：当进程开始运行时,先将一部分程序装入内存,另一部分暂时留在外存;当要执行的指令不在内存时,由系统自动完成将它们从外存调入内存的工作;当没有足够的内存空间时,系统自动选择部分内存空间,将其中原有的内容交换到磁盘上,并释放这些内存空间供其他进程使用。

页式虚拟存储器：以页为单位的虚拟存储器称为页式虚拟存储器。虚拟空间和主存空间都被划分为同样大小的页，主存的页称为实页，虚存的页称为虚页。

把虚拟地址分为两个字段：虚页号和页内地址。

页表是一张存放在主存中的虚页号和实页号的对照表，记录着程序的虚页调入主存时被安排在主存中的位置。

页表基址寄存器存放当前运行程序的页表的起始地址。