主存储器与存储系统

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1、第6章主存储器与存储系统本章主要内容：本章讲述存储器的分类、主存储器的构成和并行主存储器的思想及设计方法；存储系统的概念及存储系统的构成。重点掌握并行主存储器的构成，Cache的组成原理与地址映射方式、替换算法；掌握段式、页式和段页式虚拟存储器的构成原理、地址映射方式等。6.1存储器分类6.2主存储器的主要技术指标6.3读写存储器6.4非易失性半导体存储器6.5主存储器组成6.6相联存储器6.7存储系统与并行存储器6.8高速缓冲器Cache6.9虚拟存储器原理6.1存储器分类（1）随机存储器（Random

2、AccessMemory，RAM）。（2）只读存储器（ReadOnlyMemory，ROM）。（3）可编程只读存储器（ProgrammableROM，PROM）。（4）可擦除可编程只读存储器（ErasablePROM，EPROM）。（5）电可擦除可编程只读存储器（ElectricallyEPROM，E2PROM）。6.2主存储器的主要技术指标主存储器的主要性能指标为主存容量、存储器存取时间和存储器存储周期。存储器存取时间（MemoryAccessTime）存储周期（MemoryCycleTime）主存储器的

3、速度和容量两项技术指标6.3读写存储器6.3.1静态RAM1．静态RAM的基本电路图6-1静态MOS6管基本存储电路2．静态RAM的结构3．静态RAM芯片实例——Intel21144．由2114SRAM构成规定容量的存储器图6-5地址译码电路6.3.2动态RAM1．动态RAM基本存储电路图6-6单管动态RAM的基本存储电路2．动态RAM的特点及举例3．动态RAM的刷新6.4非易失性半导体存储器6.4.1只读存储器（ROM）图6-844MOSROM6.4.2可编程只读存储器（PROM）图6-9熔丝式PROM基

4、本存储电路6.4.3可擦除可编程只读存储器EPROM）1．EPROM的存储电路图6-10P沟道FAMOS管基本存储电路及P沟道FAMOS管结构2．典型EPROM芯片的介绍按上述原理及工艺制造的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电可擦除可编程只读存储器（E2PROM）1．E2PROM的特点E2PROM（ElectricErasablePROM）突出的优点是可以在线擦除和改写.2．E2PROM芯

5、片介绍图6-11E2PROM管脚图6.4.5快速擦写存储器（FlashMemory）1．Flash的主要性能特点2．Flash的工作原理6.4.6几种新型存储器1．高速缓存动态随机存储器（CachedDRAM，CDRAM）2．DirectRambus接口动态随机存储器（DirectRambusDRAM，DRDRAM）3．双数据传输率同步动态随机存储器（DoubleDataRateSDRAM，DDRSDRAM）4．同步链动态随机存储器（SynchnonousLinkDRAM，SLDRAM）5．虚拟通道存储器（

6、VirtualChannelMemory，VCM）6．快速循环动态存储器（FastCycleRAM，FCRAM）7．扩展数据输出动态存储器（ExtendedDataOutDRAM，EDODRAM）6.5主存储器组成6.5.1位扩展图6-12位扩展实例6.5.2字扩展图6-13字扩展实例6.5.3字位扩展字位扩展共需要mn的芯片数量为：C=6.6相联存储器6.7存储系统与并行存储器6.7.1存储系统的概念1．存储容量S2．位价格C整个存储系统的平均位价格可以这样来计算：3．访问周期TT=HT1+(1−H)T2

7、6.7.2增加存储器的数据宽度图6-18宽字存储器6.7.3多体交叉存储技术图6-19低位交叉访问存储器的结构6.7.4一种无冲突访问的存储器产生访问冲突的根本原因主要有两个，一个是程序中的转移指令，二是数据的随机性。0号存储体1号存储体2号存储体3号存储体体内地址0a0a1a2a31a4a5a6a72a8a9a10a113…………图6-22一维数组的存储方案6.8高速缓冲器Cache6.8.1Cache的工作原理1．程序的局部性2．Cache的基本结构图6-27Cache的基本结构3．Cache的读写过程

8、（1）写直达法（write-through）。（2）回写法（write-back）。6.8.2Cache的地址映像与地址变换1．直接映像及地址变换图6-28直接映像方式图6-29直接映像地址变换2．全相联映像及地址变换图6-31全相联映像方式图6-32全相联映像方式的地址变换3．组相联映像及地址变换图6-34组相联映像方式的地址变换6.8.3替换算法（1）随机（Random，RAND）算法（2）先进先出（Firs