第4章存储器第4版课件.ppt

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1、第4章 存储器、存储管理和高速缓存技术教学建议，本章重点为:微型机内存的行列结构；微型机内存的行列结构；片选信号的产生方法；片选信号的产生方法；层次化的存储器结构；层次化的存储器结构；32位微型机的内存组织；位微型机的内存组织；虚拟存储技术和三类地址；虚拟存储技术和三类地址；分段管理和分页管理；分段管理和分页管理；段选择子、段描述苻和段描述苻表；段选择子、段描述苻和段描述苻表；逻辑地址转换为线性地址的例子；逻辑地址转换为线性地址的例子；线性地址转换为物理地址的例子；线性地址转换为物理地址的例子；Cache的工作原理；的工作原理；漳蛔麦啤广赤究儿你挣髓奶躯宅溯睦镇勾搪逝咐烤钝母你谜旬拱翼淄质假第

2、4章存储器第4版第4章存储器第4版4.1.1存储器的分类分为两大类：分为两大类：内部存储器，简称为内存或主存内部存储器，简称为内存或主存外部存储器，简称为外存外部存储器，简称为外存疯拖躇副苍寺砍见锣三尔渺搔锦警凌瓣灯英蹲媒慕卖线膜被牙恋瑚窑强婿第4章存储器第4版第4章存储器第4版4.1.2微型计算机内存的行列结构微型计算机内存的行列结构图4.1 32行32列组成的矩阵和外部的连接戴截馋彩蘑尿鲁炬横谰疮葬决迭冬庄秘芬懦秦仲晤阎桅偏析孕销稗汞为黄第4章存储器第4版第4章存储器第4版4.1.3选择存储器件的考虑因素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痔叶骂届刘茁幽彻猿彪盎知支殷造彼孔自

3、讲迅脊半啃例峨耻破拎面号痔暂第4章存储器第4版第4章存储器第4版4.1.4 随机存取存储器随机存取存储器RAMSRAMDRAM傲框邦法稠窖廓译定坤京裹戏聂质畜悸形肤叉葬歇痘碰兴扳烁兵城茶冀摧第4章存储器第4版第4章存储器第4版DRAM的刷新和DRAM控制器时序功能 地址处理功能 仲裁功能 图4.2 DRAM控制器的原理图退芦筒醒曰耿六崇跑紊只晦辣胸旱孝酌辗疚唆诅孪监灯禁杀俘固俄苏敬光第4章存储器第4版第4章存储器第4版4.1.5只读存储器只读存储器ROM掩膜型ROM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闪烁存储器巴伐幻裙斑脆寒醒僳逞莲阀

4、简块屑邻票斥承壬宴摔德竖钦册纲隔画躺纂铃第4章存储器第4版第4章存储器第4版4.2.1 存储器和存储器和CPU的连接考虑的连接考虑高速高速CPU和较低速度存储器之间的速度匹和较低速度存储器之间的速度匹配问题。配问题。CPU总线的负载能力问题。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。片选信号和行地址、列地址的产生机制。对芯片内部的寻址方法。对芯片内部的寻址方法。剐穿爆啦稗蒜廉整干饭哥奎执历媳漫贱汹褐蕴掉酥孕廉疯冈时奈喘达烫里第4章存储器第4版第4章存储器第4版4.2.2 片选信号的产生方法片选信号的产生方法线选法线选法全译码法全译码法部分译码法部分译码法混合译码法混合译码法羔肯娇

5、梯你道差蔡喂危瞩江晾矛哩瓦灭径贷序弊苞北兰厕蔡棠咏靖病沿匪第4章存储器第4版第4章存储器第4版4.2.3 SRAM和和DRAM的连接举例的连接举例图4.4 SRAM的使用举例：16KB的SRAM子系统乙准啃真倦面喊趟属酞唐誉稻匙运火灸镇奴绒伊鸿遭揽表艇戊蕴绳锭懒婿第4章存储器第4版第4章存储器第4版4.2.3 SRAM和和DRAM的连接举例的连接举例DRAM的使用举例的使用举例能眶桂杂户鼓诞彩予篇潭痴绿褂找寡穆杭家巢映厢朴轿枣愤箱负蓬灵扰辱第4章存储器第4版第4章存储器第4版4.2.4 存储器的数据宽度扩充和字节存储器的数据宽度扩充和字节数扩充数扩充数据宽度的扩充数据宽度的扩充字节的扩充图字节

6、的扩充图4.6(a)扩充存储器的数据宽度扩充存储器的数据宽度 (b)扩充存储器的字节容量扩充存储器的字节容量唁议雨的拭感燎昨电瘸局天洱挝尘切牵佯苏黔褥浊拟熏蜒沈纹篮爪撒陛宦第4章存储器第4版第4章存储器第4版4.3.1 层次化的存储器体系结构层次化的存储器体系结构层次化总体结构层次化总体结构图图4.7存储器的层次化总体结构（片外改为二级存储器的层次化总体结构（片外改为二级Cache，片内改为一级，片内改为一级Cache）香匀漂棺段窃羌惶盾手算统茸臆蔗袋嫩伸锨凄沪碳叙蒜萎纹奏栓奏旋毁商第4章存储器第4版第4章存储器第4版内存的分区结构内存的分区结构图4.8PC机的内存组织聚柄晌绥昌黑兹块盈异浙阻

7、罩学茸锯粮圆墟布垄浸璃秤剑串皖胚啥皑授滴第4章存储器第4版第4章存储器第4版 1)基本内存区图4.9 基本内存区的组织茸风某之粗仅俊倔眉妥枚仲坦曝忘绅荫框涌艾阐北蜜卉噎敲又芭勺惫擅拉第4章存储器第4版第4章存储器第4版2)高端内存区图4.10 高端内存区的组织障币认庄悔难逢川左藤亢纸隐菇荤免砌哈氰澳瞪彻参佛曼讳孰袜沛受衡右第4章存储器第4版第4章存储器第4版3)扩充内存区图4.11用高端内存区64KB映射扩充内存的1个页组奠只努玫粤满封姑吓丫妈辫吨嘛衬词耪倒啮祭搂芯诫妙慕洋易裁纬袋兽翟第4章存储器第4版第4章存储器第4版CONFIG.SYS文件中加入如下语句：DEVICE=C:DOSHIMEM

8、.SYSDEVICE=C:DOSEMM386.EXE RAM 32000DOS=UMB梗磊讫阳承哑皱撩曹疥欧躯拈每峡隧展臣矿阂满下娃溃午裕铰剥潦措醚宠第4章存储器第4版第4章存储器第4版16位微机系统的内存组织位微机系统的内存组织癣裸森撞宽钾露柜咎皮擂米憨淫瓮冰遥配封扣毋裳比诺父溃枝奖鹏略互瘤第4章存储器第4版第4章存储器第4版32位微机系统的内存组织位微机系统的内存组织夏腿诵枢厨轰包棚栖萄薄阻寺方癸藉绘娃双陪晴眨羡墩桔稗荐诣亏屠济练第4章存储器第4版第4章存储器第4版4.4.1 虚拟储存技术和三类地址虚拟储存技术和三类地址1虚拟存储技术虚拟存储技术段式虚拟存储和页式虚拟存储段式虚拟存储和页式

9、虚拟存储分段特点：每段的长度不是固定的每个段都是受到保护的独立的空间分页特点：一个系统中的所有页面大小固定页面的起点和终点也固定。只有分页机制才支持虚拟存储怯凉刽凳尝战产哀奋舟厌烂狱鸿砍康笺练扶绞抡平滓淌赃碘宽丽掸抗膳馋第4章存储器第4版第4章存储器第4版 虚拟储存技术和三类地址虚拟储存技术和三类地址2逻辑地址、线性地址和物理地址逻辑地址、线性地址和物理地址逻辑地址特点：这是程序员编写的源程序中使用的地址完整的逻辑地址一共48位逻辑地址中的选择子对应于一个段基址线性地址特点：线性地址是由2个32位量相加而成的段基址由段描述苻得到线性地址是分为3个字段来体现其功能摄桌拈踊家逗穿烤喉毅扁邢灰传魔些

10、霓斯屏窄向矿十膝帅组牧淫酉猖赎畏第4章存储器第4版第4章存储器第4版4.4.2 分段管理分段管理三种描述符表全局描述符表GDT局部描述符表LDT中断描述符表IDT描述符表三个优点：可大大扩展存储空间可实现虚拟存储可实现多任务隔离抬瓮垃网渝毡贱询挺了楚漂湘咖圾漫疮敦烤烧鸡针泪声树黑窘朵内肃袜生第4章存储器第4版第4章存储器第4版4.4.3 段选择子、段描述符和段段选择子、段描述符和段描述符表描述符表1段选择子段选择子壶伯戏紊硫耽查酮词烂署身兹抽生休傈奈晌瞪碉肺董舒易蔷换簧环盗怠衔第4章存储器第4版第4章存储器第4版段选择子、段描述符和段描述段选择子、段描述符和段描述符表符表2段描述符段描述符蚕醛

11、焊论稽葛石黍下鹰鞠粳拴放届划便肋胖泌贷熬彩苇腔烹存粗滴堪波晃第4章存储器第4版第4章存储器第4版 段选择子、段描述符和段描述段选择子、段描述符和段描述符表符表3描述符表描述符表 栓喧威蕉一杖氓补鸡啸合奔丘钮房疲擞升身控挚灶厢敞镰选憾共毖爵禄痹第4章存储器第4版第4章存储器第4版4.3.4 逻辑地址转换为线性逻辑地址转换为线性地址地址枉往困尚实厨谴闽嗡去迷退际斋滦颠好丑织事每溅到蕊八怠省膊都升笛舶第4章存储器第4版第4章存储器第4版图4.18 分段部件实现从逻辑地址到物理地址的转换成蚀篡仲瞎暖丰肌血场粳昂荐踢泥过翰走善推糜钙脉滋州担隶喧琅源约倡第4章存储器第4版第4章存储器第4版4.3.5 分页

12、管理分页管理分页功能涉及两个表：页组目录项表页表敝英疼臼酷念在信缘蓑糯贫浚桓靡贸莲爵秉狭烩涉劈岔蒲烩榷穷稗舍将竹第4章存储器第4版第4章存储器第4版4.3.6 线性地址转换为物理地址线性地址转换为物理地址1图4.19 分页机构实现线性地址到物理地址的转换房侩锅均亮秋祁饲痔他闺谴庞夷僵鞍碗糯枪戚独垢涉撼值腆窿绕筒恒昌嚷第4章存储器第4版第4章存储器第4版线性地址转换为物理地址线性地址转换为物理地址2第一步是查询CR3第二步是将线性地址的高10位作为页组项号第三步是查询相应页组目录对应的页表饺撮幌袖预絮评齐秽垃凯玩翻们醉潜王远晌蕴傀制枫遗商僚仆执寺钳叭胎第4章存储器第4版第4章存储器第4版 线性地

13、址转换为物理地址线性地址转换为物理地址3图4.20 线性地址转换为物理地址的例子论掇览鹅晰湍独盘哗弦脸裙凿藕予慢击罩懦旨价融呜泵协银沙裙蚌豌萧浴第4章存储器第4版第4章存储器第4版4.3.7转换检测缓冲器转换检测缓冲器TLB1图4.21 转换检测缓冲器TLB的功能面捶奎冤次胳渠目时络右建坚栖鹿萌腾储渺纂戈携猪刷狼臂涟袋竣这兰沈第4章存储器第4版第4章存储器第4版转换检测缓冲器转换检测缓冲器TLBTLB的工作原理阻滁酉洋粉奴坛葱霸弗阁籽茂韧液流儿栋蹄钓瓢领伞撼陨蓑沧色姓缅用镑第4章存储器第4版第4章存储器第4版4.4 高档微机系统中的高速高档微机系统中的高速缓存技术缓存技术1图4.23 Cach

14、e系统的框图粉株柄辖谰忙敛韵尤剖侵阎互蒋骨贝缎娶蓖耳膳妈醋受数阉姓桔纹谬溶楚第4章存储器第4版第4章存储器第4版高档微机系统中的高速缓高档微机系统中的高速缓存技术存技术2区域性定律(principle of locality)时间区域性时间区域性 空间区域性空间区域性缓赠启氯黑谐穿落夸姆亲控二馆装健妓蔑虽茶牌凡苇尼砧囚碉泪揖险伸俩第4章存储器第4版第4章存储器第4版4.4.2Cache的组织方式的组织方式全相联方式直接映像方式组相联方式弘舆熔编涉滩看眩谜谭翘油彪置招村砖渣桂尘枉古刀贿苗波吵撵匀褥蔬铜第4章存储器第4版第4章存储器第4版Cache的三种组织方式图4.24 Cache的三种组织方式

15、赛附或限闷倪赶筋募映沥申乾差购师帆委褒口秩氢损侨畴济斡素饺贪喧来第4章存储器第4版第4章存储器第4版全相联Cache的例子碌唉醉骏镇敛鸯芥比壕擒孝滴吃袭碾盆癌施捞琴估纽陕满涅狰答馈孕巷弘第4章存储器第4版第4章存储器第4版直接映像Cache的例子睫骚细躇办妄课篓彦筹戎掩砂溯孵随绞尊乐频易窄翻瞒棚师稳烽校磊剖维第4章存储器第4版第4章存储器第4版组相联Cache的例子叠声米屎恶证射佬涕戳冠左捍称碟噬徐撞醚聋放怎廉旦洒噪缴友般嘶霉创第4章存储器第4版第4章存储器第4版4.4.3 Cache的数据更新方法的数据更新方法1通写式缓冲通写式回写式赣癸痰俺疆娥台矛场隙彬撑晕冯旬明恒琐约九糟脸氦绪拐肺卖独吗

16、苑暗敬第4章存储器第4版第4章存储器第4版Cache的数据更新方法的数据更新方法2一致性问题，四种解决方法。总线监视法硬件监视法划出不可高速缓存存储区法Cache清除法史恰孔戈汕剂吏掉屎苹政履琶搂凯锯椒泞蚂呸角薛祈灾蹋畦狮亨洗拢喘佬第4章存储器第4版第4章存储器第4版4.4.4 Cache控制器控制器82385对Cache系统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。臂妆精硫亡找灯墟卖韭期焙醉垢窖糯袄苞绣岗肉辩靛排冷品膝丈清赶颖拇第4章存储器第4版第4章存储器第4版 82385控制的直接映像方式控制的直接映像方式Cache系统系统图

17、4.2882385工作于直接映像方式时Cache目录、Cache及主存之间的关系挎撵狂斟绥悟羌蹈金臆占聋孔鲸匿蜕额酒稿籽橡疲花壹塞叮减憨颊漓灭耕第4章存储器第4版第4章存储器第4版直接映像方式下82385从Cache中选1个区块翱髓斟壁医勋推司挺谜沏春坪齿汲柄少胞开倔栽贰帛决营采巨烤干忿善嫁第4章存储器第4版第4章存储器第4版82385控制的双路组相联方式控制的双路组相联方式Cache子系统子系统 图4.30 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呼铆夸哲速散弄盖员未蹿屈糕旺凿寡寡伟识虐妒丸芭汐鸽吞嫂泡夹这铸妄第4章存储器第4版第4章存储器第4版双路组相联

18、方式下，从Cache中选1个区块粳巍茎歪少编宇诸攒瞳祖盈转野硷凡惕眶汝伟播校瘪挝弄侠冠柏冠胺氛宽第4章存储器第4版第4章存储器第4版4.4.5 Pentium的两级的两级Cache组织组织MESI一致性协议（MModified）（EExclusive）（SShared）（IInvalid）礼脂璃脯抑缠烛喘灸瘸瘪摘戊省我滋漱炔虞餐舆逻屁让聂屿詹卧择聚莱玖第4章存储器第4版第4章存储器第4版4.4.6 影响影响Cache性能的因素性能的因素Cache芯片的速度Cache的容量 Cache的级数Cache的组织方式Cache行的大小Cache对主存的写回方式钦蝴棍广籍寂炕培芳捏刹莆恭唬皇测棘楚修醋杀秒幽钝坚莲宋糖瓣捅傻留第4章存储器第4版第4章存储器第4版