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1、本章重点:存储器在微型机系统中的连接、宽度扩充和字节扩充 微型机中存储器的层次化结构32位微型机系统中的内存组织Cache的全相联、直接映象和组相联三种组织方式Cache的数据更新方法Cache控制器的功能第1页/共50页教学建议：以存储器和Cache在系统中的应用为重点，本章用6学时。其中 存储器和存储器件 2学时 存储器的连接和扩充、层次化结构、存储体结构 1学时 Cache的组织方式、数据更新、Cache控制器 2学时 第2页/共50页4.1 存储器和存储器件 4.1.1 存储器的分类 存储器根据用途和特点可以分为两大类：1.内部存储器，简称为内存或主存 快速存取 容量受限制 2.外部存
2、储器，简称为外存容量大速度慢 第3页/共50页4.1.2 微型计算机内存的行列结构 字节机制存储的基本单位为什么采用行列结构第4页/共50页32行32列组成的矩阵和外部的连接:第5页/共50页4.1.3 选择存储器件的考虑因素 易失性 只读性 存储容量 速度 功耗 第6页/共50页4.1.4 随机存取存储器RAM 主要特点:既可读又可写 分类：RAM按其结构和工作原理分为：静态RAM即SRAM动态RAM即DRAM第7页/共50页 1.SRAM速度快不需要刷新片容量低功耗大 2.DRAM 片容量高需要刷新 第8页/共50页(1)DRAM器件原理(2)DRAM的刷新和DRAM控制器 刷新的方法DR
3、AM控制器功能：时序功能 地址处理功能 仲裁功能第9页/共50页DRAM控制器的原理图 第10页/共50页4.1.5 只读存储器ROM ROM的特点：只许读出不许写入 ROM器件的优点：结构简单，所以位密度高。具有非易失性，所以可靠性高 第11页/共50页ROM的分类根据信息的设置方法，ROM分为5种：掩膜型ROMMOS型双极型 可编程只读存储器PROM可擦除可编程只读存储器EPROM可用电擦除的可编程只读存储器E2PROM闪烁存储器（flash memory）第12页/共50页闪烁存储器的特点：非易失性可靠性高速度大容量擦写灵活性 第13页/共50页闪烁存储器的分类：按擦除和使用的方式，闪烁
4、存储器有三种类型：整体型块结构型带自举块型 第14页/共50页闪烁存储器的命令：读命令 读标识码命令 准备擦除和擦除命令 验证擦除的命令 准备编程、编程以及编程验证命令 复位命令第15页/共50页4.1.6 存储器在系统中的连接考虑和使用举例 1.存储器和CPU的连接考虑 高速CPU和较低速度存储器之间的速度匹配问题。CPU总线的负载能力问题。片选信号和行地址、列地址的产生机制。第16页/共50页存储器芯片片选信号的构成方法：全译码法 适用于组合容量较大的存储器 结构复杂 部分译码法 线译码法 适用于容量较小的存储器 结构简单第17页/共50页 2.SRAM的使用举例 图 16Kb8静态RAM
5、模块 第18页/共50页 上图中4个4Kb8的芯片构成16KB的SRAM子系统，这个子系统分为两部分：4Kb8的存储模块 总线驱动器和外围电路 两点说明：关于片选信号CE#和数据线 关于写信号WE#第19页/共50页3.DRAM和DRAM控制器的使用举例 动态RAM控制器8203和2164的连接关系第20页/共50页4.1.7 存储器的数据宽度扩充和字节数扩充（1）存储器容量的扩充体现在两方面：数据宽度的扩充 字节数的扩充（2）数据宽度扩充和字节数扩充的方法 第21页/共50页 扩充存储器的数据宽度 第22页/共50页扩充存储器的字节容量 第23页/共50页4.2 微型机系统中存储器的体系结构
6、 4.2.1 层次化的存储器体系结构 1.层次化总体结构 层次化的概念层次化的优点层次化的实现第24页/共50页存储器的层次化总体结构 第25页/共50页2.内存的分区结构 内存分为：基本内存区(conventional memory)高端内存区(upper memory)扩充内存区(expanded memory)扩展内存区(extended memory)第26页/共50页PC机的内存组织 第27页/共50页基本内存区的组织 第28页/共50页高端内存区的组织 第29页/共50页用高端内存区64KB映射扩充内存的1个页组 第30页/共50页4.2.2 16位和32位微机系统的内存组织1.1
7、6位微机系统的内存组织 8086用20位地址总线寻址1MB存储空间，由两个存储体组成：奇地址存储体偶地址存储体16位CPU对存储器的访问分为：按字节访问按字访问第31页/共50页16位微机系统的内存组织 第32页/共50页2.32位微机系统的内存组织 第33页/共50页 第34页/共50页4.3 高档微机系统中的高速缓存技术 4.3.1 Cache概述 Cache系统包含三个部分：Cache模块主存Cache控制器第35页/共50页Cache系统的框图 第36页/共50页区域性定律 时间区域性空间区域性第37页/共50页4.3.2 Cache的组织方式（1）按照主存和Cache之间的映像关系，
8、Cache有三种组织方式。即：全相联方式直接映像方式组相联方式（2）三种组织方式的优缺点第38页/共50页Cache的三种组织方式 第39页/共50页全相联Cache的例子 第40页/共50页直接映像Cache的例子 第41页/共50页组相联Cache的例子 第42页/共50页4.3.3 Cache的数据更新方法 两类一致性问题：1.数据丢失问题 解决方法：通写式(write through)缓冲通写式(buffered write through)回写式(write back)第43页/共50页 2.数据过时问题解决方法：总线监视法 硬件监视法 划出不可高速缓存存储区法 Cache清除法 第
9、44页/共50页4.3.4 Cache控制器82385 Cache控制器82385的管理体现于以下几方面：Cache和主存的映像关系处理未命中Cache时的处理Cache的数据更新 第45页/共50页1.82385控制的直接映像方式Cache系统 82385工作于直接映像方式时Cache目录、Cache及主存之间的关系:第46页/共50页直接映像方式下82385从Cache中选1个区块 第47页/共50页2.82385控制的双路组相联方式Cache子系统 82385工作于双路组相联方式时Cache目录、Cache及主存之间的关系图:第48页/共50页双路组相联方式下，82385从Cache中选个区块 第49页/共50页谢谢您的观看！第50页/共50页