1、第6章 主存儲器與存儲系統(tǒng),本章主要內容：,本章講述存儲器的分類、主存儲器的構成和并行主存儲器的思想及設計方法；存儲系統(tǒng)的概念及存儲系統(tǒng)的構成。重點掌握并行主存儲器的構成，Cache的組成原理與地址映射方式、替換算法；掌握段式、頁式和段頁式虛擬存儲器的構成原理、地址映射方式等。,6.1 存儲器分類6.2 主存儲器的主要技術指標 6.3 讀寫存儲器 6.4 非易失性半導體存儲器6.5 主存儲器組成 6.6 相聯(lián)存儲器 6.7 存儲系統(tǒng)與并行存儲器 6.8 高速緩沖器Cache6.9 虛擬存儲器原理,6.1 存儲器分類,（1）隨機存儲器（Random Access Memory，RAM）。 （2）

2、只讀存儲器（Read Only Memory，ROM）。 （3）可編程只讀存儲器（Programmable ROM，PROM）。 （4）可擦除可編程只讀存儲器（Erasable PROM，EPROM）。 （5）電可擦除可編程只讀存儲器（Electrically EPROM，E2PROM）。,6.2 主存儲器的主要技術指標,主存儲器的主要性能指標為主存容量、存儲器存取時間和存儲器存儲周期。 存儲器存取時間（Memory Access Time） 存儲周期（Memory Cycle Time） 主存儲器的速度和容量兩項技術指標,6.3 讀寫存儲器,6.3.1 靜態(tài)RAM 1靜態(tài)RAM的基本電路,圖

3、6-1 靜態(tài)MOS 6管基本存儲電路,2靜態(tài)RAM的結構 3靜態(tài)RAM芯片實例Intel 2114 4由2114 SRAM構成規(guī)定容量的存儲器,圖6-5 地址譯碼電路,6.3.2 動態(tài)RAM,1動態(tài)RAM基本存儲電路,圖6-6 單管動態(tài)RAM的基本存儲電路,2動態(tài)RAM的特點及舉例 3動態(tài)RAM的刷新,6.4 非易失性半導體存儲器,6.4.1 只讀存儲器（ROM）,圖6-8 44 MOS ROM,6.4.2 可編程只讀存儲器（PROM）,圖6-9 熔絲式PROM基本存儲電路,6.4.3 可擦除可編程只讀存儲器EPROM）,1EPROM的存儲電路,圖6-10 P溝道FAMOS管基本存儲電路及P溝

4、道FAMOS管結構,2典型EPROM芯片的介紹 按上述原理及工藝制造的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 電可擦除可編程只讀存儲器（E2PROM）,1E2PROM的特點 E2PROM（Electric Erasable PROM）突出的優(yōu)點是可以在線擦除和改寫.,2E2PROM芯片介紹,圖6-11 E2PROM管腳圖,6.4.5 快速擦寫存儲器（Flash Memory）,1Flash的主要性能特點 2Flash的工作原理,6.4.6 幾種新型存儲器,1高速緩存動態(tài)隨機存儲器

5、（Cached DRAM，CDRAM） 2Direct Rambus接口動態(tài)隨機存儲器（Direct Rambus DRAM，DRDRAM） 3雙數(shù)據(jù)傳輸率同步動態(tài)隨機存儲器（Double Data Rate SDRAM，DDR SDRAM） 4同步鏈動態(tài)隨機存儲器（Synchnonous Link DRAM，SLDRAM）,5虛擬通道存儲器（Virtual Channel Memory，VCM） 6快速循環(huán)動態(tài)存儲器（Fast Cycle RAM，F(xiàn)CRAM） 7擴展數(shù)據(jù)輸出動態(tài)存儲器（Extended Data Out DRAM，EDO DRAM）,6.5 主存儲器組成,6.5.1 位擴展

6、,圖6-12 位擴展實例,6.5.2 字擴展,圖6-13 字擴展實例,6.5.3 字位擴展,字位擴展共需要mn的芯片數(shù)量為： C=,6.6 相聯(lián)存儲器,6.7 存儲系統(tǒng)與并行存儲器,6.7.1 存儲系統(tǒng)的概念 1存儲容量S 2位價格C 整個存儲系統(tǒng)的平均位價格可以這樣來計算：,3訪問周期T,T=H T1+(1H) T2,6.7.2 增加存儲器的數(shù)據(jù)寬度,圖6-18 寬字存儲器,6.7.3 多體交叉存儲技術,圖6-19 低位交叉訪問存儲器的結構,6.7.4 一種無沖突訪問的存儲器,產(chǎn)生訪問沖突的根本原因主要有兩個，一個是程序中的轉移指令，二是數(shù)據(jù)的隨機性。,圖6-22 一維數(shù)組的存儲方案,6.8

7、 高速緩沖器Cache,6.8.1 Cache的工作原理 1程序的局部性 2Cache的基本結構,圖6-27 Cache的基本結構,3Cache的讀寫過程 （1）寫直達法（write-through）。 （2）回寫法（write-back）。,6.8.2 Cache的地址映像與地址變換,1直接映像及地址變換,圖6-28 直接映像方式,圖6-29 直接映像地址變換,2全相聯(lián)映像及地址變換,圖6-31 全相聯(lián)映像方式,圖6-32 全相聯(lián)映像方式的地址變換,3組相聯(lián)映像及地址變換,圖6-34 組相聯(lián)映像方式的地址變換,6.8.3 替換算法,（1）隨機（Random，RAND）算法 （2）先進先出（F

8、irst-In First-Out，F(xiàn)IFO）算法 （3）近期使用最少（Least Recently Used，LRU）算法 （4）最優(yōu)化（OPTimization, OPT）算法,6.8.4 Cache的加速比,6.9 虛擬存儲器原理,6.9.1 虛擬存儲器的工作原理 虛擬存儲器主要由軟件管理。 根據(jù)采用的存儲映像算法，可以將虛擬存儲器的管理方式分成段式、頁式和段頁式三種.,6.9.2 地址映像與變換,在虛擬存儲器中，有三種地址空間，第一種是虛擬地址空間，也稱為虛空間或虛擬存儲器空間，它是應用程序員用來編寫程序的地址空間；第二種空間是主存儲器的地址空間，也稱主存地址空間、主存物理空間或實存地址空間；第三種是輔存地址空間。,目前主要有頁式虛擬存儲器、段式虛擬存儲器和段頁式虛擬存儲器3種。 1頁式虛擬存儲器,圖6-36 頁式虛擬存儲器的地址映像方式,圖6-37 頁式虛擬存儲器頁面映像的一個實例,2段式虛擬存儲器,圖6-38 段式虛擬存儲器的地址映像方式,3段頁式虛擬存儲器,虛擬地址格式為：,6.9.3 頁面替換算法及其實現(xiàn),（1）缺頁至少要涉及前一次磁盤存取，讀取所缺的頁。缺頁使系統(tǒng)蒙受的損失要比Cache未命中大得多。 （2）頁面替換是由操作系統(tǒng)軟件實現(xiàn)的。 （3）頁面替換的選擇余地很大，屬于一個進程的頁面都可替換。 虛擬存儲器中的替換策略一般采用LRU算法、LFU