ch12-1存储器及其接口2.ppt

主讲人：黄永平,存储器及接口,目录,掌握半导体存储器的分类、组成及组成部件的作用及工作原理、读/写操作的基本过程。掌握SRAM、DRAM芯片的组成特点、工作过程、典型芯片的引脚信号、了解DRAM刷新的基本概念。掌握半导体存储器的主要技术指标、芯片的扩充、CPU与半导体存储器间的连接。了解Cache的基本概念、特点、在系统中的位置。,本章学习目标,一、存储器的分类,存储器就是用来存储程序和数据的，程序和数据都是信息的表现形式。按照存取速度和用途可把存储器分为两大类：内存储器（简称内存，又称主存储器）和外存储器。存储器的容量越大，记忆的信息也就越多，计算机的功能也就越强。,1、存储器的分类,2、半导体存储器性能,存储容量：存储容量=存储单元个数x存储字长(每单元位数)存储速度：用存取时间和存取周期表示。存取时间(访问时间)-包括读出时间，和写入时间。存取周期-连续两次读操作或写操作的时间。,2、半导体存储器结构,2、半导体存储器结构,3、静态RAM-一位存储单元,3、静态RAM-2114结构,3、静态RAM-2114结构,3、静态RAM-2114读时序,3、静态RAM-2114写时序,3、静态RAM-其它芯片,SRAM6116,SRAM6264,4、动态RAM-一位存储单元,4、动态RAM-2164,64K1的存储体由4个128128的存储阵列构成,4、动态RAM-2164,64K1的存储体由4个128128的存储阵列构成,4、动态RAM-时序,5、CPUM连接,CPU与存储器的连接时应注意的问题：总线驱动能力时序配合CPU的时序与存储器的存取速度之间的配合.数据线的连接地址线的连接全译码法部分译码法线选法读写控制线的连接CPUMROM与RAM地址分配,5、CPUM连接-地址译码器,74LS138译码器,5、CPUM连接-地址译码器,74LS138的真值表,5、CPUM连接-数据宽度扩展,(1)数据宽度扩展(无译码器)用10241位的芯片组成1024x8,5、CPUM连接-单元数扩展,(2)单元数扩展(用地址线高位进行译码,用于选择芯片)用8K8位的芯片组成64Kx8,5、CPUM连接-宽度单元扩展,(3)数据位宽度扩展,单元数扩展用2564位的芯片组成1024x8,5、CPUM连接-线选法,(4)1Kx4RAM芯片组成4Kx8存储器(线选法),5、CPUM连接-部分译码法,(5)1Kx4RAM芯片组成4Kx8存储器(部分译码法),5、CPUM连接-全译码法,(6)1Kx4RAM芯片组成4Kx8存储器(全译码法),5、CPUM连接-其它译码法,PROM地址译码器PLD可编程译码器,5、CPUM连接-其它,16位微机系统中的内存储器接口/BHE,A0组合来选择2个存储体：偶存储体、奇存储体。32位微机系统中的内存储器接口/BE0，/BE1，/BE2，/BE3，/MWTC组合选择4个存储体以决定进行8位，16位，32位操作。64位微机系统中的内存储器接口/BE0，/BE1，/BE2，。/BE7，/MWTC组合选择8个存储体。,6、存储器层次,存储器系统可以是容量大而慢，或者容量小而快。是否存在突破这种困境的体系结构？,存储器层次结构,我们想要的是：一个又大又快的存储器！我们想要这样一个存储器系统：性能类似于1GB的静态随机存储器；但是，成本类似于1GB的慢速存储器。！惊奇：我们几乎能够实现我们的愿望！关键：利用存储器的层次结构,6、存储器层次,将最常用的数据保存在既小又快的静态随机存储器中。对于剩下的数据来说，几乎很少访问主存储器。这种策略之所以行得通是因为：程序与数据的局部性。,关键思想,6、存储器层次,Cache-Mem结构,7、Cache,7、Cache工作过程,7.1、Cache基本算法,主存有n=m+r条地址线,主存容量为2n;把主存划分为大小相等的2m块；每块有2r个单元。,Cache及主存地址组成,Cache有p=c+r条地址线,Cache容量为2p;把Cache划分为大小相等的2c项；每项有2r个单元;,7.2、全相联映射-地址,Mem中任何数据块可以放到Cache中任何项中。,7.2、全相联映射-映射,Mem块号可以记录到Cache中的标记中。,7.2、全相联映射-访问,读命中：Cache中的标记中的某一个与CPU地址相符将把与该标记相关的数据返回给CPU。没命中：没有任何Cache中的标记与之相符，所以开始访问主存储器，并暂停CPU，直到完成为止。使用LRU数据来更新高速缓存项。,7.3、直接映射-地址,7.3、直接映射-映射,Mem中数据块只能放到Cache中指定项中。Mem中任何组的x块只能放到Cache中相应的x项中，并在Cache标记中记录组号。,7.3、直接映射-访问,7.4、N路组相联映射-地址,7.4、N路组相联映射-映射,7.4、N路组相联映射-访问,8、替换策略,直接映射,N路组相联,全相联,问题：替换策略,只用一个标记来比较地址存储单元A可以精确地存储在某个高速缓存行中,同时用N个标记来比较地址存储单元A可以精确地存储在某个组中，但N个高速缓存行中的任何一个都属于该组,同时用每个标记来比较地址存储单元A可以存储在任何高速缓存行中,8、替换策略,LRU最近最少使用算法：将最经常使用的存储单元保存在高速缓存中;Cache每块一个计数器，命中计数器清0,其它计数器增1，最大值换出。LFU最不经常使用算法：廉价的选择方案：替换最旧的条目（按访问时间来确定日期）；在每个组中：保持某个计数器来指向被替换的行。Cache每块一个计数器，新块建立后，计数器为0,每访问一个，计数器增1，最小的换出。随机算法（使用随机的统一分配法来选择替换行）：从特定的块位置随机选取一个块换出。,9、写操作的处理,大多数（90%以上）存储器访问都是读操作。我们应该怎样处理写操作呢？,1.写回法：写Cache时，只修改Cache中内容，而不立即写入主存，在块替换时写回主存。需要一个标志记录曾经写过。2.写直达：利用