《微机原理与接口技术》教学课件-第6章

微机原理与接口技术微机原理与接口技术第6章微型计算机中的存储器第6章目录存储器入门随机存取存储器只读存储器CONTENTS3高速缓冲存储器外部存储器目录存储器入门随机存取存储器只读存储器CONTENTS3高速引子计算机之所以能自动、连续地工作，是因为采用了存储程序的原理。计算机中的所有程序和数据都存放在存储器中，存储器是计算机必不可少的组成部件之一。存储器的性能对整个计算机系统的性能起着至关重要的作用。本章主要介绍存储器的分类、结构和主要性能指标，并通过典型的存储器芯片来介绍存储器的工作原理及与CPU的连接方法。内容提要了解存储器的分类和性能指标。掌握两种典型随机存取存储器的结构和原理。掌握两种典型只读存储器的结构和原理。掌握高速缓冲存储器的原理。了解常用外部存储器的结构和主要性能指标。4引子计算机之所以能自动、连续地工作，是因为采用了存储程序的原6.1存储器入门6.1.1存储器的分类按照存储器在微机系统中作用的不同外存储器用来存放暂时不用的程序和数据，CPU不能直接对它进行访问。外存储器内存储器是微机基本系统的组成部分之一，用来存放计算机运行所需要的程序和数据，CPU可以对它进行直接访问。存储器内存储器相对于外存储器来说，内存储器存取速度快，但价格较高，容量较小。6.1存储器入门6.1.1存储器的分类按照存储器在微6.1存储器入门按照存储介质的不同内存储器一般都采用半导体存储器，它由半导体材料制成，特点是：体积小、存取速度快、存储密度高、与逻辑电路接口容易。外存储器主要采用磁介质存储器和光存储器，如磁盘、磁带、光盘等。存储器半导体存储器磁介质存储器光存储器6.1存储器入门按照存储介质的不同内存储器一般都采用半导6.1存储器入门按照存取方式的不同随机存取存储器是一种易失性存储器，其特点是存储的信息可以读出，可以改写，但断电后信息全部丢失。随机存取存储器（RAM）只读存储器是一种非易失性存储器，其特点是存储的信息只能读出，不能改写，且断电后不会丢失。存储器只读存储器（ROM）6.1存储器入门按照存取方式的不同随机存取存储器是一种易6.1存储器入门6.1.2存储器的性能指标01存储器容量：存储器中所包含存储单元的总数，单位是字节（B）。存储器容量越大，存储的信息越多，计算机的性能也就越强。02存取时间：存储器完成一次读写操作所需的时间，单位为ns（纳秒，1ns＝10-9s）。03平均故障间隔时间（MTBF）：MTBF越长，可靠性越高。6.1存储器入门6.1.2存储器的性能指标01存储器提示连续两次读写操作之间所需的最短时间间隔称为存储周期。存储器每秒钟可读写的数据量称为存储器带宽或数据传输速率，单位为bps（或bit/s）。存取周期和存储器带宽也常作为存储器的性能指标。6.1存储器入门提示连续两次读写操作之间所需的最短时间间隔称为存储周期。存储6.2随机存取存储器随机存取存储器（RandomAccessMemory，RAM）也称随机读/写存储器或随机存储器，它既可以直接从任何一个指定的存储单元中读出数据，也可以将数据写入任何一个指定的存储单元中。随机存取存储器静态随机存取存储器（SRAM）动态随机存取存储器（DRAM）一个RAM芯片由许多基本存储电路组成，每个基本存储电路存储一位二进制信息（“0”或“1”），若干个基本存储电路构成一个存储单元。一个存储器芯片上包含着成千上万个字节的存储单元，每个存储单元都有一个地址，通过地址可实现对存储单元的选取。多个基本存储单元排列成矩阵的形式称为存储体，一个存储体往往由多个芯片组成。因此，当系统每次访问存储器时，首先要选片，CPU对被选中的芯片上的存储单元可以进行读/写操作。6.2随机存取存储器随机存取存储器（RandomAcc6.2.1静态随机存取存储器6264静态RAM的基本存储电路是由6个MOS管构成的触发器，每个触发器存储一位二进制信息。静态RAM的集成度低，与动态RAM相比，它不需要设置刷新电路，故扩展电路比较简单。但由于静态RAM是通过有源电路来保持存储器中的数据，因此它的功耗大。6.2随机存取存储器静态RAM的单片容量有不同的规格，目前最常用的有6116（2K×8）和6264（8K×8）。16264的引脚及其功能6264是一个8K×8位静态随机存取存储器芯片，其引脚包含13条地址线A0～A12，8条双向数据线D0～D7，2个片选控制端

和CS2，1个输出允许端

和1个写允许端。6.2.1静态随机存取存储器6264静态RAM的基本存储6.2随机存取存储器6264的引脚图（1）A0～A12：13条地址线，存储芯片上地址线的多少决定了该芯片有多少个存储单元，13条地址线说明6264芯片上有8K（213＝8192）个存储单元。（2）D0～D7：8条数据线，数据线的数目决定了芯片上每个存储单元的二进制位数，8条数据线说明6264芯片的字长为8位。这8条数据线都可以进行双向传送。（3）和CS2：片选控制端，当为低电平、CS2为高电平时，该芯片被选中，CPU才可以对它进行读/写操作。（4）：输出允许端，为低电平时，CPU才能从芯片中读出数据。（5）：写允许端，为低电平时，允许数据写入芯片。6.2随机存取存储器6264的引脚图（1）A0～A12：6.2随机存取存储器2静态RAM6264的工作过程静态RAM6264读操作时序6264的操作方式6.2随机存取存储器2静态RAM6264的工作过程静态6.2随机存取存储器①将要读出单元的地址送到地址线A0～A12上。②使

和CS2同时有效，即

为低电平，CS2为高电平。③使

为低电平。④使

为高电平。⑤将选中的存储单元的数据从D0～D7输出。6.2随机存取存储器①将要读出单元的地址送到地址线A06.2随机存取存储器静态RAM6264写操作时序①将要写入单元的地址送到地址线A0～A12上。②将要写入的数据送到数据线D0～D7上。③使

和CS2同时有效，即

为低电平，CS2为高电平。④使

为低电平，

可以任意。⑤将数据可以写入选中的存储单元中。6.2随机存取存储器静态RAM6264写操作时序①将6.2随机存取存储器3与系统的连接6264的全地址译码连接芯片上的数据线直接连接到系统总线的数据总线上；由于CPU总线的低位地址决定了每个存储单元的片内地址，故将芯片的地址线直接连接到系统总线的低位地址线上；和分别同和相接，使系统总线的读/写信号控制芯片的读/写操作；CS2接高电平5V。由于CPU总线的高位地址决定了芯片的地址范围，故将高位地址线通过一个译码器产生片选信号。其中，将所有高位地址线作为译码器输入，从而得到存储器芯片地址范围的译码连接方式称为全地址译码连接。6.2随机存取存储器3与系统的连接6264的全地址译码连提示计算地址范围的方法是：译码器的输入信号（A19～A13）为0011111（高7位地址），低13位地址（A12～A0）可以是全0到全1之间。6.2随机存取存储器提示计算地址范围的方法是：译码器的输入信号（A19～A13）6.2随机存取存储器6264的部分地址译码连接A16和A18两条高位地址线未参加译码，故该芯片在内存中的地址范围为AE000H～AFFFFH，BE000H～BFFFFH，EE000H～EFFFFH和FE000H～FFFFFH。这意味着系统可用的存储空间减少了。6.2随机存取存储器6264的部分地址译码连接A16和A提示计算地址范围的方法是：译码器的输入信号（A19～A13）可以为1010111，1011111，1110111，1111111（高7位地址），低13位地址可以是全0到全1之间。6.2随机存取存储器提示计算地址范围的方法是：译码器的输入信号（A19～A13）6.2.2动态随机存取存储器2164动态RAM的基本存储电路是MOS电路中的栅极电容，它是以电容上电荷的存储和转移来存储信息的，电容上有无电荷被视为逻辑1和0。由于电容上的电荷会泄漏，需要定时充电来保证存储内容不丢失，因此，动态RAM需要设置刷新电路，扩展电路比较复杂。但与静态RAM相比，动态RAM集成度高、功耗低，故成本也低，适于作大容量存储器。6.2随机存取存储器12164的引脚及内部结构2164是一个64K×1位的动态RAM芯片，其引脚包含8条地址线A0～A7，数据输入端DIN，数据输出端DOUT，行地址选通，列地址选通和写允许端（高电平时为数据读出，低电平时为数据写入）。2164的引脚图6.2.2动态随机存取存储器2164动态RAM的基本存储6.2随机存取存储器2164的容量为64K，故应需要16条地址线来对它进行寻址。但实际上2164只有8条地址线，为此，采用行地址和列地址分时传送的方法来确定芯片内存储单元的地址，行地址和列地址共用8条地址线。64KB的存储体由4个128×128的存储矩阵构成，每个存储矩阵由7条行地址线和7条列地址线选择相应的存储单元。7条行地址线经过译码器产生128条行选择线，可选择128行；7条列地址线经过译码器产生128条列选择线，可选择128列。2164的内部结构6.2随机存取存储器2164的容量为64K，故应需要166.2随机存取存储器首先，行地址选通信号有效时，将地址线上的8位地址送入行地址锁存器；随后，列地址选通信号变为有效，再将地址线上的8位地址送入列地址锁存器。锁存在行地址锁存器中的7位行地址RA6～RA0同时加到4个存储矩阵上，在每个存储矩阵中都选中一行；锁存在列地址锁存器中的7位列地址CA6～CA0，在每个存储矩阵中都选中一列，从而4行4列交点处的4个存储单元被选中。最后经过由RA7和CA7控制的I/O门电路选中其中的一个存储单元进行读/写操作。6.2随机存取存储器首先，行地址选通信号6.2随机存取存储器2动态RAM2164的工作过程动态RAM2164读操作时序①将要读出单元的行地址送到地址线A0～A7上，

信号有效时，在下降沿将地址锁存在行地址锁存器中。②将要读出单元的列地址送到地址线A0～A7上，

信号有效时，在下降沿将地址锁存在列地址锁存器中。③使

为高电平。④将选中的存储单元的数据从DOUT输出。6.2随机存取存储器2动态RAM2164的工作过程动态6.2随机存取存储器①将要写入单元的行地址送到地址线A0～A7上，在

信号的下降沿将地址锁存在行地址锁存器中。②将要写入单元的列地址送到地址线A0～A7上，在

信号的下降沿将地址锁存在列地址锁存器中。③使

为低电平。④将要写入的数据送到DIN。⑤将数据从DIN写入选中的存储单元。动态RAM2164写操作时序6.2随机存取存储器①将要写入单元的行地址送到地址线A6.2随机存取存储器3动态RAM2164的刷新动态RAM与静态RAM最大的不同就是不能长时间保存数据。由于电容不能长期保持其内部存储的电荷，因此它需要在电荷消失之前进行刷新操作，以保持电荷稳定。这种通过对动态RAM的存储单元执行重读操作，以保持电荷稳定的过程称为动态存储器的刷新。刷新是按行进行的，故只需由行选通信号激活每一行的存储单元，而不需要列选通信号，即可完成对指定行的刷新。例如，在PC/XT微型机中，动态RAM刷新是利用DMA控制器实现的，当DMA控制器接收到DMA请求时，便送出到刷新的行地址，从而完成指定行的刷新。6.2随机存取存储器3动态RAM2164的刷新动态RA6.2.3存储器的扩展6.2随机存取存储器1位扩展位扩展是指增加存储器的字长，即对每个存储单元的位数进行扩展。例如，用8K×1的RAM芯片构成8K×8的存储器系统。由于存储器的字数与存储器芯片的字数相同，8K＝213，故需要13条地址线（A12～A0）对芯片内的存储单元寻址；由于每个芯片只有1条数据线，故需要8片这样的芯片。扩展方法是：将各芯片的数据线分别与数据总线的各位相连，各芯片的地址线、读/写信号线和片选信号线对应并联在一起，用8K×1位芯片构成8K×8位存储器6.2.3存储器的扩展6.2随机存取存储器1位扩展位6.2随机存取存储器2字扩展字扩展是指增加存储器字的数量，即对存储单元的个数进行扩展。例如，用4个16K×8芯片构成一个64K×8的存储器系统。由于16K＝214，故每个芯片有14位地址线，8条数据线。扩展方法是：将4个芯片的数据线分别与数据总线D7～D0相连，地址总线低位地址A13～A0与各芯片的14位地址线连接，用于片内寻址；两条高位地址线A14和A15经过2－4译码器的输出，作为4个芯片的片选信号。用16K×8位芯片构成64K×8位存储器6.2随机存取存储器2字扩展字扩展是指增加存储器字的数量6.2随机存取存储器3字位扩展字位扩展是指字扩展和位扩展的组合。若使用L×K位存储器芯片构成一个容量为M×N位（M>L，N>K）的存储器，那么这个存储器共需要（M/L）×（N/K）个存储器芯片。连接时可将这些芯片分成（M/L）个组，每组有（N/K）个芯片，组内采用位扩展法，组间采用字扩展法。各芯片的地址范围6.2随机存取存储器3字位扩展字位扩展是指字扩展和位扩展6.3只读存储器只读存储器（Read-OnlyMemory，ROM）是一种非易失性的半导体存储器。它的特点是：数据只能读出不能写入，并且存储的数据稳定，不会因断电而消失，常用于存储不需要更改的程序和数据。（1）掩膜只读存储器（ROM）存储的信息在制造过程中就固化好了，用户只能读出其信息而不能加以修改。（2）可编程只读存储器（ProgrammableROM，PROM）只允许写入一次数据，写入后不允许修改。用特殊的方法将信息写入的过程称为编程。（3）紫外线可擦除可编程只读存储器（ErasablePROM，EPROM）具有擦除功能，擦除后可重新写入，可重复使用。利用紫外线照射把存储的内容擦除，再利用高电压重新编程写入。（4）电可擦除可编程只读存储器（ElectricallyEPROM，EEPROM）与EPROM类似，只是使用电信号进行擦除，比EPROM更为方便。（5）闪速存储器（FlashMemory）新型的半导体存储器，具有非易失性、电擦除性和高可靠性。6.3只读存储器只读存储器（Read-OnlyMemo6.3.1可擦除重写只读存储器EPROM27641EPROM2764的引脚及其功能6.3只读存储器EPROM2764引脚图2764是一个8K×8位的紫外线可擦除可编程只读存储器芯片。（1）A0～A12：13条地址线，该芯片上有8K（213＝8192）个存储单元。（2）D0～D7：8条数据线，每个存储单元存储一个字节的信息。（3）：选片控制端，为低电平时，表示该芯片被选中。（4）：输出允许端，为低电平时，表示从数据线输出数据。（5）：编程脉冲输入端。对EPROM编程时，输入编程脉冲；读操作时，输入高电平。6.3.1可擦除重写只读存储器EPROM27641EP2EPROM2764的读出操作6.3只读存储器2764的读出操作过程与RAM芯片相似。EPROM2764读操作时序①将要读出单元的地址送到地址线A0～A12上。②使

和

为低电平。③将要读出的数据从D0～D7输出。2EPROM2764的读出操作6.3只读存储器27643EPROM2764的编程写入6.3只读存储器对EPROM的编程方式有两种：标准编程方式和快速编程方式。标准编程方式是指每出现一个编程负脉冲就写入一个字节的数据。①VCC接＋5V，VPP加上芯片要求的高电压。②将要编程存储单元的地址送到A0～A12。③使

为低电平，

为高电平。④将要写入的数据送到D0～D7。⑤上述信号稳定后，在

端加上50±5ms的负脉冲。⑥将一个字节的数据写入相应的存储单元中。重复这个过程，即可完成整个芯片的写入。3EPROM2764的编程写入6.3只读存储器对EPR6.3只读存储器如果其他操作不变，只是在每写入一个单元的数据后将变为低电平，则可以对每次写入的数据进行校验，或者全部写完后再进行校验。如果发现错误，则要全部擦除，进行重写。标准编程方式的缺点是：编程脉冲太宽，使得编程时间过长，芯片功耗过大而损坏EPROM。快速编程方式使用的是宽度很窄的编程脉冲，编程过程与标准编程方式相同，可对出现错误的单元进行多次重写。4EPROM2764的擦除操作EPROM允许擦除上万次，一片新的或擦除干净的EPROM芯片，其每个存储单元的内容都是0FFH。擦除时，用紫外线照射EPROM窗口15～20分钟即可擦除干净。只有擦除干净的EPROM才能对其进行编程。6.3只读存储器如果其他操作不变，只是在每写入一个单元的6.3.2电可擦除只读存储器EEPROM98C641EEPROM98C64的引脚及其功能6.3只读存储器98C64是一个8K×8位电可擦除可编程只读存储器芯片。EEPROM98C64引脚图（1）A0～A12：13条地址线，该芯片上有8K（213＝8192）个存储单元。（2）D0～D7：8条数据线，每个存储单元存储一个字节的信息。（3）

：选片控制端，为低电平时，表示该芯片被选中。（4）

：输出允许端，当

和

为低电平、

为高电平时，可以将选中内存单元中的数据读出。（5）

：写允许端，当

为低电平、

为高电平、

为低电平时，可以将数据写入选定的存储单元。（6）

：状态输出端，写入数据时，输出低电平；写操作结束后，输出高电平。6.3.2电可擦除只读存储器EEPROM98C641E2EEPROM98C64的读出操作6.3只读存储器3EEPROM98C64的编程写入字节写入方式自动页写入方式98C64的读出操作的过程与EPROM和RAM芯片相似，只要当和为低电平、为高电平时，就可以将选中内存单元中的数据读出。2EEPROM98C64的读出操作6.3只读存储器3E6.3只读存储器EEPROM98C64的编程写入时序字节写入方式是指每次写入一个字节的数据。当为低电平、为高电平时，在端加上100ns的负脉冲，便可将数据写入选定的存储单元中。只有当一个字节写入完成后，即端的状态由低电平变为高电平时，才能开始下一个字节的写入。这个过程需要的时间一般为5ms，最大是10ms。6.3只读存储器EEPROM98C64的编程写入时序字4EEPROM98C64的擦除操作6.3只读存储器自动页写入方式是指每次写完一页的数据。一页数据包含32个字节，低位地址A4～A0用于在页内寻址；高位地址A12～A5为页地址，用于决定访问哪一页数据。只有当一页数据写入完成后，即端的状态由低电平变为高电平时，才能开始下一页数据的写入。98C64的擦除操作的过程与编程写入是一样的，只是擦除时向存储单元中写入的都是0FFH。擦除的方式可以是字节擦除和整片擦除。字节擦除操作的过程同字节写入的过程相同。整片擦除的方法是：将0FFH送到D0～D7上，使为低电平，为低电平，并在端加上＋15V电压，保持10ms，即可将整个芯片擦除干净。4EEPROM98C64的擦除操作6.3只读存储器自动6.4高速缓冲存储器在存储系统的层次结构中，高速缓冲存储器（Cache）是介于中央处理器和主存储器之间的一级存储器。Cache采用的是速度更快、价格更高的半导体静态存储器，用来存放当前使用最频繁的程序和数据，目的是提高CPU对存储器的访问速度。存储器的层次结构6.4高速缓冲存储器在存储系统的层次结构中，高速缓冲存储6.4.1Cache的工作原理6.4高速缓冲存储器Cache的实现原理是：将CPU最近最可能用到的指令或数据从主存复制到Cache中，当CPU下次再用到这些信息时，就不必访问慢速的主存，而直接从快速的Cache中得到，从而提高访问速度。Cache的工作原理当CPU发出读命令时，Cache控制部件先要检查CPU送出的地址，判断CPU要访问的地址单元是否在Cache中。若在，称为Cache命中，CPU就可直接从Cache中访问；若不在，则称为Cache未命中（或失效），这时就需要从内存中访问，并把与本次访问相邻近的存储区内容复制到Cache中，以备下次使用。6.4.1Cache的工作原理6.4高速缓冲存储器CCache的命中率是指CPU所要访问的信息在Cache中的比率，它是影响Cache性能的重要因素。未命中时对内存访问，可能比访问无Cache的内存要插入更多的等待周期，反而会降低系统的效率。因此，命中率高可以大大提高CPU的运行效率，减少等待。6.4高速缓冲存储器通常，Cache的存储容量比主存的容量要小得多，但太小会使命中率太低。在一定的范围内，Cache越大，命中率就越高，但相应成本也相应提高。因此，提高命中率是Cache设计的主要目标。Cache的命中率是指CPU所要访问的信息在Cache中的比6.4.2Cache的地址映射6.4高速缓冲存储器被复制到Cache中的数据在内存中的地址与在Cache中的地址之间的对应关系称为Cache的地址映射。为了方便管理，将主存和Cache都分成大小相等的若干页。设主存容量为2n，Cache容量为2m，页的大小为2p（即页内地址有p位），则主存的页号（即页地址）共有n－p位，Cache页号共有m－p位。这样，在进行地址映射时，就是把主存页映射到Cache页上（即页号的映射）。6.4.2Cache的地址映射6.4高速缓冲存储器被6.4高速缓冲存储器Cache通常使用的映射方法有3种：全相联映射允许主存的任意一页映射到Cache的任意一页。这种方法的冲突概率小，但实现的硬件价格昂贵。直接映射主存的页号B与Cache的页号b需满足：b＝Bmod2m-p。这种方法实现简单、速度快，但冲突概率高。组相联映射将主存和Cache分组，再将主存进一步分区，采用组间直接映射和组内全相联映射的方法。6.4高速缓冲存储器Cache通常使用的映射方法有3种：6.4.3Cache的替换策略6.4高速缓冲存储器当CPU访问的数据不在Cache中（即Cache未命中）时，就要访问主存，并把数据所在的页调入Cache，以替换Cache中的页。随机替换算法从Cache中随机地选一页替换。先进先出（FIFO）算法选择最先调入的页替换最近最少使用（LRU）算法选择最近最少使用的页替换。最久没有使用（LFU）算法选择最长时间不使用的页替换。6.4.3Cache的替换策略6.4高速缓冲存储器当6.4.4Cache与主存的一致性6.4高速缓冲存储器Cache中保存的数据实际上是主存中相应数据的副本。当CPU要访问的数据在Cache中时，CPU将直接访问Cache而不是访问主存。如果CPU改变了Cache中的内容，而主存的内容没有变，这时，就要考虑Cache与主存的一致性问题。写贯穿法（WT）：在对Cache进行写操作的同时，也写入主存。回写法（WB）：在对Cache进行写操作时，不写入主存，只是在Cache中加以标记。只有当Cache中的数据被再次更改时，才将原更新的数据写入主存。6.4.4Cache与主存的一致性6.4高速缓冲存储6.5.1硬盘的结构与主要性能指标6.5外部存储器硬盘由具有磁性物质的多个盘片制成，并且这些盘片重叠起来被密封于金属壳体内。磁盘片是硬盘存储数据的载体，磁盘片的表面为记录面，被划分成若干个不同半径的同心圆，称为磁道。硬盘驱动器6.5.1硬盘的结构与主要性能指标6.5外部存储器硬6.5外部存储器硬盘是通过磁道上磁性物质的状态来存储信息的。磁盘的每个记录面都有一个磁头，磁头固定在磁头架上，用来读取或者修改盘片上磁性物质的状态。磁盘片在主轴电机的带动下以很高的速度旋转，磁头通过磁头架的径向移动实现磁道的选择。硬盘的原理磁盘上的信息是按区域存放的，称为记录区。将磁盘上的每个磁道划分为若干个扇形区域，每个区域叫做一个扇区。为了定位每个记录区，首先应为磁头、磁道和扇区进行编号。其中，对磁道的编号按照由外向内的顺序，依次是0磁道到n磁道。因此，信息的存放位置可以表示为：××磁头，××磁道，××扇区。6.5外部存储器硬盘是通过磁道上磁性物质的状态来存储信息6.5外部存储器决定硬盘性能的几个重要指标有容量、转速、高速缓存和平均寻道时间等，其意义如下：容量目前常见的硬盘存储容量有500GB，1TB，2TB，3TB，4TB等。转速转速是决定硬盘内部数据传输率的决定因素之一，也是区别硬盘档次的重要标志。现在主流的硬盘转速一般为7200rpm（转/分钟）或更高。高速缓存高速缓存是为了解决硬盘与CPU之间的速度不匹配问题而设置的，缓存越大，越有利于提高硬盘的读写速度。目前主流硬盘的缓存主要有16MB，32MB，64MB，128MB等。平均寻道时间平均寻道时间是指磁头移动到数据所在磁道需要的时间。目前主流硬盘的平均寻道时间一般在9ms以下。6.5外部存储器决定硬盘性能的几个重要指标有容量、转速、提示笔记本硬盘最大的特点是体积小巧，其对角线长度一般是英寸（台式机为英寸），厚度一般为～12.5mm，重量通常在一百克左右。笔记本硬盘由于受各种因素制约，其转速通常只有5400rpm，高速缓存也略少于台式机硬盘，但抗震性能要求更高。6.5外部存储器提示笔记本硬盘最大的特点是体积小巧，其对角线长度一般是英寸（6.5.2光盘的构造与光驱的主要性能指标6.5外部存储器光盘是利用光信号进行读/写信息的存储介质，具有存取速度快、存储容量大、可靠性高等优点。常见光盘有CD和DVD两种类型。如果从使用的角度划分，CD光盘和DVD光盘又可分为CD-ROM与DVD-ROM（只读型光盘）生产厂家在出厂时已预先写入数据信息，用户只能读取，不能写入或修改。CD-R与DVD-R（一次写入型光盘）用户可以写入信息，但只能写入一次，信息一旦写入后，将永久地保存在光盘上，只能读取，不能重写或修改。CD-RW与DVD-RW（可擦写光盘）用户可重复读写。6.5.2光盘的构造与光驱的主要性能指标6.5外部存6.5外部存储器CD-ROM光盘共有3层，以聚碳酸酯材料做基片，然后覆上一层薄铝反射层，最后再覆上一层涂漆保护层。目前最常用的光盘外径为120mm，内孔直径为15mm，厚度为1.2mm。信息以凹坑和非凹坑的形式存储在铝反射层上，凹坑的前后沿表示二进制数“1”，两个边缘之间代表“0”，凹坑和非凹坑的持续长度表示“0”的个数。表示二进制信息的凹坑构成螺旋形轨道，称为光道。读信息时，激光束就是沿着光道进行的。根据聚焦的激光束照射到光盘上产生反射光的强弱变化，由此判别对应的二进制信息是“0”或“1”，便可读出光盘上存储的信息。CD-ROM的信息记录6.5外部存储器CD-ROM光盘共有3层，以聚碳酸酯材料6.5外部存储器普通光盘凹坑宽约0.5µm，凹坑最小长度约0.83µm，光道间距约1.6µm。每张光盘大约包含8亿个凹坑，可容纳高达680MB的数据量，因此光盘的容量很大。要读写光盘，计算机中必须装CD或DVD光盘驱动器。与不同类型的光盘相对应，CD与DVD光盘驱动器也分为两类，一类是只能读取光盘内容的CD-ROM和DVD-ROM驱动器，另一类是可以读取光盘内容并能向光盘中写入数据的CD-RW和DVD-RW驱动器。6.5外部存储器普通光盘凹坑宽约0.5µm，凹坑最小长6.5外部存储器光盘驱动器的主要性能指标有：数据传输速率指光驱在1s内所能读取的最大数据量，150KB/s的数据传输速率为单倍速光驱，目前CD-ROM所能达到的最大CD读取速度是56倍速。平均访问时间又称平均寻道时间，指光驱从接到读取命令后到实际读出第一个数据位之间的时间延迟，单位为ms（毫秒）。高速缓存提供一个数据缓冲，用于临时存放从光盘中读取的数据，能在一定程度上提高数据传输效率。目前市面上流行的光驱缓存大概都是512KB。CPU占用时间指光驱在维持一定的转速和数据传输速率时所占用CPU的时间。6.5外部存储器光盘驱动器的主要性能指标有：数据传输速率6.5.3U盘的结构与主要性能指标6.5外部存储器U盘是基于USB接口、以闪存芯片为存储介质的无需驱动器的新一代存储设备。U盘的结构基本组成：USB端口负责连接主机，是数据输入和输出的通道。主控芯片负责各部件的协调管理和各项动作指令的发布。FLASH（闪存）芯片是保存数据的主体，可长期保存，断电后数据不会丢失。PCB底板将各部件连接在一起，提供数据处理的平台。U盘的性能指标主要包括存储容量、数据读取速率、数据写入速率、支持接口类型、支持的操作系统、是否支持分区、加密功能、数据保存时间等。高端的还有智能纠错技术（指在数据写入时，由其内部的数据纠错软件对写入数据及时巡检并同原始数据进行核对）。6.5.3U盘的结构与主要性能指标6.5外部存储器U微机原理与接口技术微机原理与接口技术第6章微型计算机中的存储器第6章目录存储器入门随机存取存储器只读存储器CONTENTS56高速缓冲存储器外部存储器目录存储器入门随机存取存储器只读存储器CONTENTS3高速引子计算机之所以能自动、连续地工作，是因为采用了存储程序的原理。计算机中的所有程序和数据都存放在存储器中，存储器是计算机必不可少的组成部件之一。存储器的性能对整个计算机系统的性能起着至关重要的作用。本章主要介绍存储器的分类、结构和主要性能指标，并通过典型的存储器芯片来介绍存储器的工作原理及与CPU的连接方法。内容提要了解存储器的分类和性能指标。掌握两种典型随机存取存储器的结构和原理。掌握两种典型只读存储器的结构和原理。掌握高速缓冲存储器的原理。了解常用外部存储器的结构和主要性能指标。57引子计算机之所以能自动、连续地工作，是因为采用了存储程序的原6.1存储器入门6.1.1存储器的分类按照存储器在微机系统中作用的不同外存储器用来存放暂时不用的程序和数据，CPU不能直接对它进行访问。外存储器内存储器是微机基本系统的组成部分之一，用来存放计算机运行所需要的程序和数据，CPU可以对它进行直接访问。存储器内存储器相对于外存储器来说，内存储器存取速度快，但价格较高，容量较小。6.1存储器入门6.1.1存储器的分类按照存储器在微6.1存储器入门按照存储介质的不同内存储器一般都采用半导体存储器，它由半导体材料制成，特点是：体积小、存取速度快、存储密度高、与逻辑电路接口容易。外存储器主要采用磁介质存储器和光存储器，如磁盘、磁带、光盘等。存储器半导体存储器磁介质存储器光存储器6.1存储器入门按照存储介质的不同内存储器一般都采用半导6.1存储器入门按照存取方式的不同随机存取存储器是一种易失性存储器，其特点是存储的信息可以读出，可以改写，但断电后信息全部丢失。随机存取存储器（RAM）只读存储器是一种非易失性存储器，其特点是存储的信息只能读出，不能改写，且断电后不会丢失。存储器只读存储器（ROM）6.1存储器入门按照存取方式的不同随机存取存储器是一种易6.1存储器入门6.1.2存储器的性能指标01存储器容量：存储器中所包含存储单元的总数，单位是字节（B）。存储器容量越大，存储的信息越多，计算机的性能也就越强。02存取时间：存储器完成一次读写操作所需的时间，单位为ns（纳秒，1ns＝10-9s）。03平均故障间隔时间（MTBF）：MTBF越长，可靠性越高。6.1存储器入门6.1.2存储器的性能指标01存储器提示连续两次读写操作之间所需的最短时间间隔称为存储周期。存储器每秒钟可读写的数据量称为存储器带宽或数据传输速率，单位为bps（或bit/s）。存取周期和存储器带宽也常作为存储器的性能指标。6.1存储器入门提示连续两次读写操作之间所需的最短时间间隔称为存储周期。存储6.2随机存取存储器随机存取存储器（RandomAccessMemory，RAM）也称随机读/写存储器或随机存储器，它既可以直接从任何一个指定的存储单元中读出数据，也可以将数据写入任何一个指定的存储单元中。随机存取存储器静态随机存取存储器（SRAM）动态随机存取存储器（DRAM）一个RAM芯片由许多基本存储电路组成，每个基本存储电路存储一位二进制信息（“0”或“1”），若干个基本存储电路构成一个存储单元。一个存储器芯片上包含着成千上万个字节的存储单元，每个存储单元都有一个地址，通过地址可实现对存储单元的选取。多个基本存储单元排列成矩阵的形式称为存储体，一个存储体往往由多个芯片组成。因此，当系统每次访问存储器时，首先要选片，CPU对被选中的芯片上的存储单元可以进行读/写操作。6.2随机存取存储器随机存取存储器（RandomAcc6.2.1静态随机存取存储器6264静态RAM的基本存储电路是由6个MOS管构成的触发器，每个触发器存储一位二进制信息。静态RAM的集成度低，与动态RAM相比，它不需要设置刷新电路，故扩展电路比较简单。但由于静态RAM是通过有源电路来保持存储器中的数据，因此它的功耗大。6.2随机存取存储器静态RAM的单片容量有不同的规格，目前最常用的有6116（2K×8）和6264（8K×8）。16264的引脚及其功能6264是一个8K×8位静态随机存取存储器芯片，其引脚包含13条地址线A0～A12，8条双向数据线D0～D7，2个片选控制端

和CS2，1个输出允许端

和1个写允许端。6.2.1静态随机存取存储器6264静态RAM的基本存储6.2随机存取存储器6264的引脚图（1）A0～A12：13条地址线，存储芯片上地址线的多少决定了该芯片有多少个存储单元，13条地址线说明6264芯片上有8K（213＝8192）个存储单元。（2）D0～D7：8条数据线，数据线的数目决定了芯片上每个存储单元的二进制位数，8条数据线说明6264芯片的字长为8位。这8条数据线都可以进行双向传送。（3）和CS2：片选控制端，当为低电平、CS2为高电平时，该芯片被选中，CPU才可以对它进行读/写操作。（4）：输出允许端，为低电平时，CPU才能从芯片中读出数据。（5）：写允许端，为低电平时，允许数据写入芯片。6.2随机存取存储器6264的引脚图（1）A0～A12：6.2随机存取存储器2静态RAM6264的工作过程静态RAM6264读操作时序6264的操作方式6.2随机存取存储器2静态RAM6264的工作过程静态6.2随机存取存储器①将要读出单元的地址送到地址线A0～A12上。②使

和CS2同时有效，即

为低电平，CS2为高电平。③使

为低电平。④使

为高电平。⑤将选中的存储单元的数据从D0～D7输出。6.2随机存取存储器①将要读出单元的地址送到地址线A06.2随机存取存储器静态RAM6264写操作时序①将要写入单元的地址送到地址线A0～A12上。②将要写入的数据送到数据线D0～D7上。③使

和CS2同时有效，即

为低电平，CS2为高电平。④使

为低电平，

可以任意。⑤将数据可以写入选中的存储单元中。6.2随机存取存储器静态RAM6264写操作时序①将6.2随机存取存储器3与系统的连接6264的全地址译码连接芯片上的数据线直接连接到系统总线的数据总线上；由于CPU总线的低位地址决定了每个存储单元的片内地址，故将芯片的地址线直接连接到系统总线的低位地址线上；和分别同和相接，使系统总线的读/写信号控制芯片的读/写操作；CS2接高电平5V。由于CPU总线的高位地址决定了芯片的地址范围，故将高位地址线通过一个译码器产生片选信号。其中，将所有高位地址线作为译码器输入，从而得到存储器芯片地址范围的译码连接方式称为全地址译码连接。6.2随机存取存储器3与系统的连接6264的全地址译码连提示计算地址范围的方法是：译码器的输入信号（A19～A13）为0011111（高7位地址），低13位地址（A12～A0）可以是全0到全1之间。6.2随机存取存储器提示计算地址范围的方法是：译码器的输入信号（A19～A13）6.2随机存取存储器6264的部分地址译码连接A16和A18两条高位地址线未参加译码，故该芯片在内存中的地址范围为AE000H～AFFFFH，BE000H～BFFFFH，EE000H～EFFFFH和FE000H～FFFFFH。这意味着系统可用的存储空间减少了。6.2随机存取存储器6264的部分地址译码连接A16和A提示计算地址范围的方法是：译码器的输入信号（A19～A13）可以为1010111，1011111，1110111，1111111（高7位地址），低13位地址可以是全0到全1之间。6.2随机存取存储器提示计算地址范围的方法是：译码器的输入信号（A19～A13）6.2.2动态随机存取存储器2164动态RAM的基本存储电路是MOS电路中的栅极电容，它是以电容上电荷的存储和转移来存储信息的，电容上有无电荷被视为逻辑1和0。由于电容上的电荷会泄漏，需要定时充电来保证存储内容不丢失，因此，动态RAM需要设置刷新电路，扩展电路比较复杂。但与静态RAM相比，动态RAM集成度高、功耗低，故成本也低，适于作大容量存储器。6.2随机存取存储器12164的引脚及内部结构2164是一个64K×1位的动态RAM芯片，其引脚包含8条地址线A0～A7，数据输入端DIN，数据输出端DOUT，行地址选通，列地址选通和写允许端（高电平时为数据读出，低电平时为数据写入）。2164的引脚图6.2.2动态随机存取存储器2164动态RAM的基本存储6.2随机存取存储器2164的容量为64K，故应需要16条地址线来对它进行寻址。但实际上2164只有8条地址线，为此，采用行地址和列地址分时传送的方法来确定芯片内存储单元的地址，行地址和列地址共用8条地址线。64KB的存储体由4个128×128的存储矩阵构成，每个存储矩阵由7条行地址线和7条列地址线选择相应的存储单元。7条行地址线经过译码器产生128条行选择线，可选择128行；7条列地址线经过译码器产生128条列选择线，可选择128列。2164的内部结构6.2随机存取存储器2164的容量为64K，故应需要166.2随机存取存储器首先，行地址选通信号有效时，将地址线上的8位地址送入行地址锁存器；随后，列地址选通信号变为有效，再将地址线上的8位地址送入列地址锁存器。锁存在行地址锁存器中的7位行地址RA6～RA0同时加到4个存储矩阵上，在每个存储矩阵中都选中一行；锁存在列地址锁存器中的7位列地址CA6～CA0，在每个存储矩阵中都选中一列，从而4行4列交点处的4个存储单元被选中。最后经过由RA7和CA7控制的I/O门电路选中其中的一个存储单元进行读/写操作。6.2随机存取存储器首先，行地址选通信号6.2随机存取存储器2动态RAM2164的工作过程动态RAM2164读操作时序①将要读出单元的行地址送到地址线A0～A7上，

信号有效时，在下降沿将地址锁存在行地址锁存器中。②将要读出单元的列地址送到地址线A0～A7上，

信号有效时，在下降沿将地址锁存在列地址锁存器中。③使

为高电平。④将选中的存储单元的数据从DOUT输出。6.2随机存取存储器2动态RAM2164的工作过程动态6.2随机存取存储器①将要写入单元的行地址送到地址线A0～A7上，在

信号的下降沿将地址锁存在行地址锁存器中。②将要写入单元的列地址送到地址线A0～A7上，在

信号的下降沿将地址锁存在列地址锁存器中。③使

为低电平。④将要写入的数据送到DIN。⑤将数据从DIN写入选中的存储单元。动态RAM2164写操作时序6.2随机存取存储器①将要写入单元的行地址送到地址线A6.2随机存取存储器3动态RAM2164的刷新动态RAM与静态RAM最大的不同就是不能长时间保存数据。由于电容不能长期保持其内部存储的电荷，因此它需要在电荷消失之前进行刷新操作，以保持电荷稳定。这种通过对动态RAM的存储单元执行重读操作，以保持电荷稳定的过程称为动态存储器的刷新。刷新是按行进行的，故只需由行选通信号激活每一行的存储单元，而不需要列选通信号，即可完成对指定行的刷新。例如，在PC/XT微型机中，动态RAM刷新是利用DMA控制器实现的，当DMA控制器接收到DMA请求时，便送出到刷新的行地址，从而完成指定行的刷新。6.2随机存取存储器3动态RAM2164的刷新动态RA6.2.3存储器的扩展6.2随机存取存储器1位扩展位扩展是指增加存储器的字长，即对每个存储单元的位数进行扩展。例如，用8K×1的RAM芯片构成8K×8的存储器系统。由于存储器的字数与存储器芯片的字数相同，8K＝213，故需要13条地址线（A12～A0）对芯片内的存储单元寻址；由于每个芯片只有1条数据线，故需要8片这样的芯片。扩展方法是：将各芯片的数据线分别与数据总线的各位相连，各芯片的地址线、读/写信号线和片选信号线对应并联在一起，用8K×1位芯片构成8K×8位存储器6.2.3存储器的扩展6.2随机存取存储器1位扩展位6.2随机存取存储器2字扩展字扩展是指增加存储器字的数量，即对存储单元的个数进行扩展。例如，用4个16K×8芯片构成一个64K×8的存储器系统。由于16K＝214，故每个芯片有14位地址线，8条数据线。扩展方法是：将4个芯片的数据线分别与数据总线D7～D0相连，地址总线低位地址A13～A0与各芯片的14位地址线连接，用于片内寻址；两条高位地址线A14和A15经过2－4译码器的输出，作为4个芯片的片选信号。用16K×8位芯片构成64K×8位存储器6.2随机存取存储器2字扩展字扩展是指增加存储器字的数量6.2随机存取存储器3字位扩展字位扩展是指字扩展和位扩展的组合。若使用L×K位存储器芯片构成一个容量为M×N位（M>L，N>K）的存储器，那么这个存储器共需要（M/L）×（N/K）个存储器芯片。连接时可将这些芯片分成（M/L）个组，每组有（N/K）个芯片，组内采用位扩展法，组间采用字扩展法。各芯片的地址范围6.2随机存取存储器3字位扩展字位扩展是指字扩展和位扩展6.3只读存储器只读存储器（Read-OnlyMemory，ROM）是一种非易失性的半导体存储器。它的特点是：数据只能读出不能写入，并且存储的数据稳定，不会因断电而消失，常用于存储不需要更改的程序和数据。（1）掩膜只读存储器（ROM）存储的信息在制造过程中就固化好了，用户只能读出其信息而不能加以修改。（2）可编程只读存储器（ProgrammableROM，PROM）只允许写入一次数据，写入后不允许修改。用特殊的方法将信息写入的过程称为编程。（3）紫外线可擦除可编程只读存储器（ErasablePROM，EPROM）具有擦除功能，擦除后可重新写入，可重复使用。利用紫外线照射把存储的内容擦除，再利用高电压重新编程写入。（4）电可擦除可编程只读存储器（ElectricallyEPROM，EEPROM）与EPROM类似，只是使用电信号进行擦除，比EPROM更为方便。（5）闪速存储器（FlashMemory）新型的半导体存储器，具有非易失性、电擦除性和高可靠性。6.3只读存储器只读存储器（Read-OnlyMemo6.3.1可擦除重写只读存储器EPROM27641EPROM2764的引脚及其功能6.3只读存储器EPROM2764引脚图2764是一个8K×8位的紫外线可擦除可编程只读存储器芯片。（1）A0～A12：13条地址线，该芯片上有8K（213＝8192）个存储单元。（2）D0～D7：8条数据线，每个存储单元存储一个字节的信息。（3）：选片控制端，为低电平时，表示该芯片被选中。（4）：输出允许端，为低电平时，表示从数据线输出数据。（5）：编程脉冲输入端。对EPROM编程时，输入编程脉冲；读操作时，输入高电平。6.3.1可擦除重写只读存储器EPROM27641EP2EPROM2764的读出操作6.3只读存储器2764的读出操作过程与RAM芯片相似。EPROM2764读操作时序①将要读出单元的地址送到地址线A0～A12上。②使

和

为低电平。③将要读出的数据从D0～D7输出。2EPROM2764的读出操作6.3只读存储器27643EPROM2764的编程写入6.3只读存储器对EPROM的编程方式有两种：标准编程方式和快速编程方式。标准编程方式是指每出现一个编程负脉冲就写入一个字节的数据。①VCC接＋5V，VPP加上芯片要求的高电压。②将要编程存储单元的地址送到A0～A12。③使

为低电平，

为高电平。④将要写入的数据送到D0～D7。⑤上述信号稳定后，在

端加上50±5ms的负脉冲。⑥将一个字节的数据写入相应的存储单元中。重复这个过程，即可完成整个芯片的写入。3EPROM2764的编程写入6.3只读存储器对EPR6.3只读存储器如果其他操作不变，只是在每写入一个单元的数据后将变为低电平，则可以对每次写入的数据进行校验，或者全部写完后再进行校验。如果发现错误，则要全部擦除，进行重写。标准编程方式的缺点是：编程脉冲太宽，使得编程时间过长，芯片功耗过大而损坏EPROM。快速编程方式使用的是宽度很窄的编程脉冲，编程过程与标准编程方式相同，可对出现错误的单元进行多次重写。4EPROM2764的擦除操作EPROM允许擦除上万次，一片新的或擦除干净的EPROM芯片，其每个存储单元的内容都是0FFH。擦除时，用紫外线照射EPROM窗口15～20分钟即可擦除干净。只有擦除干净的EPROM才能对其进行编程。6.3只读存储器如果其他操作不变，只是在每写入一个单元的6.3.2电可擦除只读存储器EEPROM98C641EEPROM98C64的引脚及其功能6.3只读存储器98C64是一个8K×8位电可擦除可编程只读存储器芯片。EEPROM98C64引脚图（1）A0～A12：13条地址线，该芯片上有8K（213＝8192）个存储单元。（2）D0～D7：8条数据线，每个存储单元存储一个字节的信息。（3）

：选片控制端，为低电平时，表示该芯片被选中。（4）

：输出允许端，当

和

为低电平、

为高电平时，可以将选中内存单元中的数据读出。（5）

：写允许端，当

为低电平、

为高电平、

为低电平时，可以将数据写入选定的存储单元。（6）

：状态输出端，写入数据时，输出低电平；写操作结束后，输出高电平。6.3.2电可擦除只读存储器EEPROM98C641E2EEPROM98C64的读出操作6.3只读存储器3EEPROM98C64的编程写入字节写入方式自动页写入方式98C64的读出操作的过程与EPROM和RAM芯片相似，只要当和为低电平、为高电平时，就可以将选中内存单元中的数据读出。2EEPROM98C64的读出操作6.3只读存储器3E6.3只读存储器EEPROM98C64的编程写入时序字节写入方式是指每次写入一个字节的数据。当为低电平、为高电平时，在端加上100ns的负脉冲，便可将数据写入选定的存储单元中。只有当一个字节写入完成后，即端的状态由低电平变为高电平时，才能开始下一个字节的写入。这个过程需要的时间一般为5ms，最大是10ms。6.3只读存储器EEPROM98C64的编程写入时序字4EEPROM98C64的擦除操作6.3只读存储器自动页写入方式是指每次写完一页的数据。一页数据包含32个字节，低位地址A4～A0用于在页内寻址；高位地址A12～A5为页地址，用于决定访问哪一页数据。只有当一页数据写入完成后，即端的状态由低电平变为高电平时，才能开始下一页数据的写入。98C64的擦除操作的过程与编程写入是一样的，只是擦除时向存储单元中写入的都是0FFH。擦除的方式可以是字节擦除和整片擦除。字节擦除操作的过程同字节写入的过程相同。整片擦除的方法是：将0FFH送到D0～D7上，使为低电平，为低电平，并在端加上＋15V电压，保持10ms，即可将整个芯片擦除干净。4EEPROM98C64的擦除操作6.3只读存储器自动6.4高速缓冲存储器在存储系统的层次结构中，高速缓冲存储器（Cache）是介于中央处理器和主存储器之间的一级存储器。Cache采用的是速度更快、价格更高的半导体静态存储器，用来存放当前使用最频繁的程序和数据，目的是提高CPU对存储器的访问速度。存储器的层次结构6.4高速缓冲存储器在存储系统的层次结构中，高速缓冲存储6.4.1Cache的工作原理6.4高速缓冲存储器Cache的实现原理是：将CPU最近最可能用到的指令或数据从主存复制到Cache中，当CPU下次再用到这些信息时，就不必访问慢速的主存，而直接从快速的Cache中得到，从而提高访问速度。Cache的工作原理当CPU发出读命令时，Cache控制部件先要检查CPU送出的地址，判断CPU要访问的地址单元是否在Cache中。若在，称为Cache命中，CPU就可直接从Cache中访问；若不在，则称为Cache未命中（或失效），这时就需要从内存中访问，并把与本次访问相邻近的存储区内容复制到Cache中，以备下次使用。6.4.1Cache的工作原理6.4高速缓冲存储器CCache的命中率是指CPU所要访问的信息在Cache中的比率，它是影响Cache性能的重要因素。未命中时对内存访问，可能比访问无Cache的内存要插入更多的等待周期，反而会降低系统的效率。因此，命中率高可以大大提高CPU的运行效率，减少等待。6.4高速缓冲存储器通常，Cache的存储容量比主存的容量要小得多，但太小会使命中率太低。在一定的范围内，Cache越大，命中率就越高，但相应成本也相应提高。因此，提高命中率是Cache设计的主要目标。Cache的命中率是指CPU所要访问的信息在Cache中的比6.4.2Cache的地址映射6.4高速缓冲存储器被复制到Cache中的数据在内存中的地址与在Cache中的地址之间的对应关系称为Cache的地址映射。为了方便管理，将主存和Cache都分成大小相等的若干页。设主存容量为2n，Cache容量为2m，页的大小为2p（即页内地址有p位），则主存的页号（即页地址）共有n－p位，Cache页号共有m－p位。这样，在进行地址映射时，就是把主存页映射到Cache页上（即页号的映射）。6.4.2Cache的地址映射6.4高速缓冲存储器被6.4高速缓冲存储器Cache通常使用的映射方法有3种：全相联映射允许主存的任意一页映射到Cache的任意一页。这种方法的冲突概率小，但实现的硬件价格昂贵。直接映射主存的页号B与Cache的页号b需满足：b＝Bmod2m-p。这种方法实现简单、速度快，但冲突概率高。组相联映射将主存和Cache分组，再将主存进一步分区，采用组间直接映射和组内全相联映射的方法。6.4高速缓冲存储器Cache通常使用的映射方法有3种：6.4.3Cache的替换策略6.4高速缓冲存储器当CPU访问的数据不在Cache中（即Cache未命中）时，就要访问主存，并把数据所在的页调入Cache，以替换Cache中的页。随机替换算法从Cache中随机地选一页替换。先进先出（FIFO）算法选择最先调入的页替换最近最少使用（LRU）算法选择最近最少使用的页替换。最久没有使用（LFU）算法选择最长时间不使用的页替换。6.4.3Cache的替换策略6.4高速缓冲存储器当6.4.4Cache与主存的一致性6.4高速缓冲存储器Cache中保存的数据实际上是主存中相应数据的副本。当CPU要访问的数据在Cache中时，CPU将直