第3章 存儲系統(tǒng)

1、本章主要講述存儲器結(jié)構(gòu)、工作原理及擴(kuò)充存儲存儲器容量的本章主要講述存儲器結(jié)構(gòu)、工作原理及擴(kuò)充存儲存儲器容量的方法等。方法等。本章包括以下本章包括以下 7 小結(jié)內(nèi)容：小結(jié)內(nèi)容： 3.1 存儲器概述存儲器概述 3.2 SRAM存儲器存儲器 3.3 DRAM存儲器存儲器 3.4 只讀存儲器和閃速存儲器只讀存儲器和閃速存儲器 3.5 高速存儲器高速存儲器 3.6 并行存儲器并行存儲器 3.7 cache存儲器存儲器 功能功能：存儲器是記憶設(shè)備，用來存放程序和數(shù)據(jù)。：存儲器是記憶設(shè)備，用來存放程序和數(shù)據(jù)。介質(zhì)介質(zhì)：目前主要是半導(dǎo)體器件和磁性材料。：目前主要是半導(dǎo)體器件和磁性材料。單位單位：存儲器中最小的

2、存儲單位就是：存儲器中最小的存儲單位就是存儲元存儲元，一個存儲元可存，一個存儲元可存儲一個二進(jìn)制代碼。由若干個存儲元組成一個儲一個二進(jìn)制代碼。由若干個存儲元組成一個存儲單元存儲單元，然后，然后再由許多存儲單元組成一個再由許多存儲單元組成一個存儲器存儲器。分類分類按存儲介質(zhì)劃分按存儲介質(zhì)劃分 l半導(dǎo)體存儲器半導(dǎo)體存儲器：用半導(dǎo)體器件組成的存儲器。：用半導(dǎo)體器件組成的存儲器。l磁表面存儲器磁表面存儲器：用磁性材料做成的存儲器。：用磁性材料做成的存儲器。按存儲方式劃分按存儲方式劃分l隨機(jī)存儲器隨機(jī)存儲器：任何存儲單元的內(nèi)容都能被隨機(jī)存取，且：任何存儲單元的內(nèi)容都能被隨機(jī)存取，且存取時間和存儲單元的物

3、理位置無關(guān)。存取時間和存儲單元的物理位置無關(guān)。l順序存儲器順序存儲器：只能按某種順序來存取，存取時間和存儲：只能按某種順序來存取，存取時間和存儲單元的物理位置有關(guān)。單元的物理位置有關(guān)。分類分類按存儲介質(zhì)劃分按存儲介質(zhì)劃分 按存儲方式劃分按存儲方式劃分按存儲器的讀寫功能分按存儲器的讀寫功能分l只讀存儲器只讀存儲器(ROM)：存儲的內(nèi)容是固定不變的，只能讀：存儲的內(nèi)容是固定不變的，只能讀出而不能寫入的半導(dǎo)體存儲器。出而不能寫入的半導(dǎo)體存儲器。l隨機(jī)讀寫存儲器隨機(jī)讀寫存儲器(RAM)：既能讀出又能寫入的半導(dǎo)體存：既能讀出又能寫入的半導(dǎo)體存儲器。儲器。 按信息的可保存性分按信息的可保存性分l非永久記憶

4、的存儲器：斷電后信息即消失的存儲器。非永久記憶的存儲器：斷電后信息即消失的存儲器。l永久記憶性存儲器：斷電后仍能保存信息的存儲器。永久記憶性存儲器：斷電后仍能保存信息的存儲器。按在計算機(jī)系統(tǒng)中的作用分按在計算機(jī)系統(tǒng)中的作用分l主存儲器、輔助存儲器、高速緩沖存儲器、控制存儲器主存儲器、輔助存儲器、高速緩沖存儲器、控制存儲器等。等。為了解決對存儲器要求容量大，速度快，成本低三者之間的矛為了解決對存儲器要求容量大，速度快，成本低三者之間的矛盾，目前通常采用多級存儲器體系結(jié)構(gòu)，即使用盾，目前通常采用多級存儲器體系結(jié)構(gòu)，即使用高速緩沖存儲高速緩沖存儲器器、主存儲器主存儲器和和外存儲器外存儲器。名名 稱稱

5、簡簡 稱稱用用 途途特特 點(diǎn)點(diǎn)高速緩存高速緩存CacheCache高速存取指令和數(shù)據(jù)高速存取指令和數(shù)據(jù)存取速度快，存取速度快，但存儲容量小但存儲容量小主存儲器主存儲器主存主存存放計算機(jī)運(yùn)行期間的大存放計算機(jī)運(yùn)行期間的大量程序和數(shù)據(jù)量程序和數(shù)據(jù)存取速度較快，存取速度較快，存儲容量不大存儲容量不大外存儲器外存儲器外存外存存放系統(tǒng)程序和大型存放系統(tǒng)程序和大型數(shù)據(jù)文件及數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)文件及數(shù)據(jù)庫存儲容量大，存儲容量大，位成本低位成本低1主存儲器的性能指標(biāo)主要是主存儲器的性能指標(biāo)主要是存儲容量存儲容量、存取時間存取時間、存儲周期存儲周期和和存儲器帶寬存儲器帶寬。 指標(biāo)指標(biāo)含義含義表現(xiàn)表現(xiàn)單位單位存儲容量存儲

6、容量在一個存儲器中可以容納的在一個存儲器中可以容納的存儲單元總數(shù)存儲單元總數(shù)存儲空間的存儲空間的大小大小字?jǐn)?shù)，字?jǐn)?shù)，字節(jié)數(shù)字節(jié)數(shù)存取時間存取時間啟動到完成一次存儲器操作啟動到完成一次存儲器操作所經(jīng)歷的時間所經(jīng)歷的時間主存的速度主存的速度存儲周期存儲周期連續(xù)啟動兩次操作所需間隔連續(xù)啟動兩次操作所需間隔的最小時間的最小時間主存的速度主存的速度存儲器帶寬存儲器帶寬單位時間里存儲器所存取的單位時間里存儲器所存取的信息量信息量,數(shù)據(jù)傳輸速率數(shù)據(jù)傳輸速率技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo) 位位/秒，秒，字節(jié)字節(jié)/秒秒目前廣泛采用的半導(dǎo)體存儲器是目前廣泛采用的半導(dǎo)體存儲器是MOS存儲器。存儲器。根據(jù)存儲信息的原理不同，分為根

7、據(jù)存儲信息的原理不同，分為靜態(tài)靜態(tài)MOS存儲器存儲器（SRAM）和）和動態(tài)動態(tài)MOS存儲器存儲器（DRAM）。）。半導(dǎo)體存儲器的優(yōu)點(diǎn)：是存取速度快，存儲器體積小，可靠性半導(dǎo)體存儲器的優(yōu)點(diǎn)：是存取速度快，存儲器體積小，可靠性高，價格低廉；高，價格低廉；半導(dǎo)體存儲器的缺點(diǎn)：斷電后存儲器不能保存信息。半導(dǎo)體存儲器的缺點(diǎn)：斷電后存儲器不能保存信息?；敬鎯υ墙M成存儲器的基礎(chǔ)和核心基本存儲元是組成存儲器的基礎(chǔ)和核心,它用來存儲一位二進(jìn)它用來存儲一位二進(jìn)制信息制信息 0 或或 1 。六管六管SRAM存儲元的電路圖存儲元的電路圖 T1,T2:T1,T2:工作管工作管T3,T4:T3,T4:負(fù)載管負(fù)載管T5

8、-T8:T5-T8:開門開門/ /控制管控制管T1T1和和T2T2交叉耦合成交叉耦合成為觸發(fā)器為觸發(fā)器, , 存儲元存儲元一位二進(jìn)制代碼。一位二進(jìn)制代碼。圖示的電路有兩個圖示的電路有兩個穩(wěn)定的狀態(tài)，并且穩(wěn)定的狀態(tài)，并且 A A，B B兩點(diǎn)的電位總兩點(diǎn)的電位總是互為相反的，因是互為相反的，因此它能表示一位二此它能表示一位二進(jìn)制的進(jìn)制的1 1和和0 0。2六管六管SRAM存儲元讀操作、寫操作存儲元讀操作、寫操作寫操作寫操作寫寫“1”：在：在I/O線上輸入高電位，在線上輸入高電位，在I/O線上輸入低電位，線上輸入低電位，開啟開啟T5,T6,T7,T8四個晶體管，把高、低電位分別加在四個晶體管，把高、

9、低電位分別加在A，B點(diǎn)，點(diǎn)，使使T1管截止，管截止，T2管導(dǎo)通管導(dǎo)通，將，將“1”寫入了存儲元。寫入了存儲元。寫寫“0”：在：在I/O線上輸入低電位，在線上輸入低電位，在I/O線上輸入高電位，線上輸入高電位，打開打開T5,T6,T7,T8四個開門管，把低、高電位分別加在四個開門管，把低、高電位分別加在A，B點(diǎn)，點(diǎn)，使使T1管導(dǎo)通，管導(dǎo)通，T2管截止，管截止，將將“0” 寫入了存儲元。寫入了存儲元。讀操作讀操作若某個存儲元被選中，則該存儲元的若某個存儲元被選中，則該存儲元的T5，T6，T7，T8管均管均導(dǎo)通，導(dǎo)通，A，B兩點(diǎn)與位線兩點(diǎn)與位線 D 與與 D 相連，存儲元的信息被送相連，存儲元的信息

10、被送到到I/O與與I/O線上。線上。I/O 與與 I/O 線接著一個差動讀出放大器線接著一個差動讀出放大器 ，從其電流方向可，從其電流方向可以判知所存信息是以判知所存信息是“1”還是還是“0”。鎖存器（觸發(fā)器）存儲元鎖存器（觸發(fā)器）存儲元只要保持直流供電，便永久的記憶只要保持直流供電，便永久的記憶“1”或或“0”打開行選線，存儲元便記憶當(dāng)外部輸入打開行選線，存儲元便記憶當(dāng)外部輸入 （ 0 或或 1）單譯碼器存儲元陣列單譯碼器存儲元陣列3雙譯碼雙譯碼SRAM器存儲陣列器存儲陣列432K8位邏輯結(jié)構(gòu)位邏輯結(jié)構(gòu)5_1讀寫互鎖邏輯讀寫互鎖邏輯讀周期讀周期: 讀周期讀周期與與讀出時間讀出時間是兩個不同的

11、概念。讀出時間是從是兩個不同的概念。讀出時間是從給出有效地址到外部數(shù)據(jù)總線上穩(wěn)定地出現(xiàn)所讀出的數(shù)據(jù)信息給出有效地址到外部數(shù)據(jù)總線上穩(wěn)定地出現(xiàn)所讀出的數(shù)據(jù)信息所經(jīng)歷的時間。讀周期時間則是存儲片進(jìn)行兩次連續(xù)讀操作時所經(jīng)歷的時間。讀周期時間則是存儲片進(jìn)行兩次連續(xù)讀操作時所必須間隔的時間，它總是大于或等于讀出時間。所必須間隔的時間，它總是大于或等于讀出時間。寫周期寫周期: 要求片選要求片選CS和寫命令和寫命令WE信號都為低（信號都為低（P78） 。5_2地址、數(shù)據(jù)、控制信號的基本同步要求地址、數(shù)據(jù)、控制信號的基本同步要求當(dāng)控制信號有效時，地址線和數(shù)據(jù)線的電平應(yīng)該是穩(wěn)定的。當(dāng)控制信號有效時，地址線和數(shù)據(jù)

12、線的電平應(yīng)該是穩(wěn)定的。 【例例1】 下圖是下圖是SRAM的寫入時序圖。其中的寫入時序圖。其中R/W是讀是讀/寫命令控寫命令控制線，當(dāng)制線，當(dāng)R/W線為低電平時線為低電平時,存儲器按給定地址把數(shù)據(jù)線上的存儲器按給定地址把數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)寫入存儲器。請指出下圖寫入時序中的錯誤，并畫出正確數(shù)據(jù)寫入存儲器。請指出下圖寫入時序中的錯誤，并畫出正確的寫入時序圖。的寫入時序圖。6【解解】寫入存儲器的時序信號必須同步。通常，當(dāng)寫入存儲器的時序信號必須同步。通常，當(dāng)R/W線加負(fù)脈線加負(fù)脈沖時，地址線和數(shù)據(jù)線的電平必須是穩(wěn)定的。沖時，地址線和數(shù)據(jù)線的電平必須是穩(wěn)定的。當(dāng)當(dāng)R/W線處于低電平時，如果數(shù)據(jù)線改變了數(shù)值，

13、那么存線處于低電平時，如果數(shù)據(jù)線改變了數(shù)值，那么存儲器將存儲新的數(shù)據(jù)。儲器將存儲新的數(shù)據(jù)。當(dāng)當(dāng)R/W線處于低電平時地址線如果發(fā)生了變化那么同樣數(shù)線處于低電平時地址線如果發(fā)生了變化那么同樣數(shù)據(jù)將存儲到新的地址。據(jù)將存儲到新的地址。正確的寫入時序圖見下圖。正確的寫入時序圖見下圖。6四管及單管存儲元四管及單管存儲元四管的動態(tài)存儲電路是將六管靜態(tài)存儲元電路中的負(fù)載管四管的動態(tài)存儲電路是將六管靜態(tài)存儲元電路中的負(fù)載管T3，T4去掉而成。單管動態(tài)存儲元由去掉而成。單管動態(tài)存儲元由T1管和電容管和電容C構(gòu)成。構(gòu)成。 四管及單管四管及單管DRAM存儲元的電路圖存儲元的電路圖7四管四管DRAM存儲元讀、寫及涮新

14、操作存儲元讀、寫及涮新操作寫操作寫操作:I/O與與I/O加相反的電平，當(dāng)加相反的電平，當(dāng)T5,T6截止時，靠截止時，靠T1，T2管柵極電容的存儲作用，在管柵極電容的存儲作用，在一定時間內(nèi)一定時間內(nèi)(如如2ms)可保留所可保留所寫入的信息。寫入的信息。讀操作讀操作:先給出預(yù)充信號，使先給出預(yù)充信號，使T9，T10管導(dǎo)通，位線管導(dǎo)通，位線D和和D上上的電容都達(dá)到電源電壓。字選擇線使的電容都達(dá)到電源電壓。字選擇線使T5，T6管導(dǎo)通時，存管導(dǎo)通時，存儲的信息通過儲的信息通過A，B端向位線輸出。端向位線輸出。 刷新操作刷新操作:為防止存儲的信息電荷泄漏而丟失信息，由外界為防止存儲的信息電荷泄漏而丟失信息

15、，由外界按一定規(guī)律不斷給柵極進(jìn)行充電，補(bǔ)足柵極的信息電荷按一定規(guī)律不斷給柵極進(jìn)行充電，補(bǔ)足柵極的信息電荷。 單管單管DRAM存儲元讀、寫操作存儲元讀、寫操作寫入寫入：字選擇線為：字選擇線為“1”，T1管導(dǎo)通，寫入信息由位線管導(dǎo)通，寫入信息由位線(數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)線線)存入電容存入電容C中；中；讀出讀出：字選擇線為：字選擇線為“1”，存儲在電容，存儲在電容C上的電荷，通過上的電荷，通過T1輸出到數(shù)據(jù)線上，通過讀出放大器即可得到存儲信息。輸出到數(shù)據(jù)線上，通過讀出放大器即可得到存儲信息。第四版單管第四版單管DRAM存儲元的讀、寫及刷新操作存儲元的讀、寫及刷新操作（a）8第四版單管第四版單管DRAM存儲元的讀

16、、寫及刷新操作存儲元的讀、寫及刷新操作（b）8第四版單管第四版單管DRAM存儲元的讀、寫及刷新操作存儲元的讀、寫及刷新操作（c）8第四版單管第四版單管DRAM存儲元的讀、寫及刷新操作存儲元的讀、寫及刷新操作（d）8DRAM存儲器芯片的結(jié)構(gòu)大體與存儲器芯片的結(jié)構(gòu)大體與SRAM存儲器芯片相似，由存存儲器芯片相似，由存儲體與外圍電路構(gòu)成。但它集成度要高，外圍電路更復(fù)雜。儲體與外圍電路構(gòu)成。但它集成度要高，外圍電路更復(fù)雜。9動態(tài)動態(tài)MOS存儲器存儲器采用采用“讀出讀出”方式進(jìn)行刷新方式進(jìn)行刷新。從上一次對整個存儲器刷新結(jié)束到下一次對整個存儲器全部刷從上一次對整個存儲器刷新結(jié)束到下一次對整個存儲器全部刷

17、新一遍為止，這一段時間間隔叫新一遍為止，這一段時間間隔叫刷新周期刷新周期。A常用的刷新方式有二種，常用的刷新方式有二種，集中式集中式、分散式分散式。集中式刷新：集中式刷新：整個刷新間隔內(nèi)，前一段時間重復(fù)進(jìn)行讀整個刷新間隔內(nèi)，前一段時間重復(fù)進(jìn)行讀/寫寫周期或維持周期，等到需要進(jìn)行刷新操作時，便暫停讀周期或維持周期，等到需要進(jìn)行刷新操作時，便暫停讀/寫寫或維持周期，逐行刷新整個存儲器，適用于高速存儲器?；蚓S持周期，逐行刷新整個存儲器，適用于高速存儲器。分散式刷新分散式刷新：保證在刷新周期內(nèi)將所有行刷新一遍。：保證在刷新周期內(nèi)將所有行刷新一遍。例：例：對于對于 T刷刷 =8ms, N行行 = 102

18、4，則每一行刷新間隔為：，則每一行刷新間隔為： T刷刷N行行 = 7.8us 【例例】 說明說明1M1位位DRAM片子的刷新方法，刷新周期為片子的刷新方法，刷新周期為8ms ?！窘饨狻緿RAM常采用按行刷新。常采用按行刷新。設(shè)刷新行地址為設(shè)刷新行地址為A0-A8，即存儲體矩陣為，即存儲體矩陣為51220481位。位。同一行上的同一行上的2048個存儲元同時進(jìn)行刷新，共有個存儲元同時進(jìn)行刷新，共有512行，須在行，須在8ms內(nèi)進(jìn)行內(nèi)進(jìn)行512個周期的刷新，即對個周期的刷新，即對1M位的存儲元全部進(jìn)行位的存儲元全部進(jìn)行刷新。刷新。刷新方式刷新方式l在在8ms中連續(xù)進(jìn)行中連續(xù)進(jìn)行512次刷新操作的集

19、中刷新方式，次刷新操作的集中刷新方式，l按按8ms 51215.5s間隔刷新一次（一行）的分散刷新方間隔刷新一次（一行）的分散刷新方式。式。CPU對存儲器進(jìn)行讀對存儲器進(jìn)行讀/寫操作，須完成寫操作，須完成地址線地址線的連接、的連接、數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線的連接和的連接和控制線控制線的連接。的連接。存儲器芯片的容量是有限的存儲器芯片的容量是有限的, 實(shí)際應(yīng)用中，需要對存儲器進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用中，需要對存儲器進(jìn)行擴(kuò)展。主要三種方法有：擴(kuò)展。主要三種方法有： 位擴(kuò)展位擴(kuò)展、字?jǐn)U展字?jǐn)U展、字位同時擴(kuò)展字位同時擴(kuò)展。位擴(kuò)展法（位擴(kuò)展法（8片片 8K1位位 擴(kuò)展組成擴(kuò)展組成 8K8位位 RAM） B位擴(kuò)展法（位擴(kuò)展法（2

20、片片 1M4位位 擴(kuò)展組成擴(kuò)展組成 1M8位位 RAM）A0A190220 - 1I/OSRAM1低4位A0A190220 - 1I/OSRAM2高4位ER/WA0 A19字?jǐn)U展法（字?jǐn)U展法（4片片16K8位位 擴(kuò)展組成擴(kuò)展組成 64K8位位 RAM） 字位同時擴(kuò)展字位同時擴(kuò)展一個存儲器的容量假定為一個存儲器的容量假定為MN位，若使用位，若使用 lk 位的芯片位的芯片( lM, kN )，需要在字向和位向同時進(jìn)行擴(kuò)展。此時共，需要在字向和位向同時進(jìn)行擴(kuò)展。此時共需要需要(M/l)(N/k)個存儲器芯個存儲器芯 片。片。C字?jǐn)U展法（字?jǐn)U展法（2片片1M8位位 擴(kuò)展組成擴(kuò)展組成2M8位位 RAM）

21、A0A190I/OSRAM1220 - 1A0A19220I/OSRAM2221 - 1A0 A19A20CSR/WR/WCSR/W 【例例】CPU的地址總線的地址總線 16 根根 (A15A0，A0為低位為低位)，雙向數(shù)據(jù)總線雙向數(shù)據(jù)總線 8 根根 ( D7D0 )，與主存有關(guān)的控制信號有與主存有關(guān)的控制信號有: MREQ，R/W主存地址空間分配如下：主存地址空間分配如下：08191為系統(tǒng)程序區(qū)，由只讀存儲為系統(tǒng)程序區(qū)，由只讀存儲芯片組成；芯片組成；819232767為用戶程序區(qū)；最后為用戶程序區(qū)；最后(最大地最大地)2K地址地址空間為系統(tǒng)程序工作區(qū)。上述地址為十進(jìn)制，按字節(jié)編?？臻g為系統(tǒng)程

22、序工作區(qū)。上述地址為十進(jìn)制，按字節(jié)編。現(xiàn)有如下存儲器芯片：現(xiàn)有如下存儲器芯片：EPROM：8K8位位 ( 控制端僅有控制端僅有CS) ; SRAM：16K1位，位，2K8位，位，4K8位，位，8K8位位.請從上述芯片中選擇適當(dāng)芯片設(shè)計該計算機(jī)主存儲器，畫出主請從上述芯片中選擇適當(dāng)芯片設(shè)計該計算機(jī)主存儲器，畫出主存儲器邏輯框圖，注意畫出選片邏輯存儲器邏輯框圖，注意畫出選片邏輯(可選用門電路及可選用門電路及3 8譯譯碼器碼器74LS138)與與CPU 的連接，說明選哪些存儲器芯片，選多的連接，說明選哪些存儲器芯片，選多少片。少片?！窘饨狻恐鞔娴刂房臻g分布如圖所示。主存地址空間分布如圖所示。根據(jù)給定

23、條件，選用根據(jù)給定條件，選用EPROM：8K8位芯片位芯片1片。片。SRAM：8K8位芯片位芯片3片，片，2K8位芯片位芯片1片。片。【解解】（續(xù)）（續(xù)）主存儲器的組成與主存儲器的組成與CPU連接邏輯圖連接邏輯圖MREQ1. 快速頁模式動態(tài)存儲器（快速頁模式動態(tài)存儲器（FPM-DRAM）若干個存儲單元組成若干個存儲單元組成一頁一頁，在一個，在一個快速頁周期快速頁周期內(nèi)讀出該頁內(nèi)讀出該頁內(nèi)的所有存儲單元。內(nèi)的所有存儲單元。一頁內(nèi)的所有存儲單元在存儲陣列中均在同一行中（所以，一頁內(nèi)的所有存儲單元在存儲陣列中均在同一行中（所以，常由一整行構(gòu)成一頁）常由一整行構(gòu)成一頁）在一個在一個快速頁周期快速頁周期

24、內(nèi)，內(nèi)，RAS信號保持低平，而信號保持低平，而CAS行連續(xù)行連續(xù)切換，以選擇該行中的不同列地址。切換，以選擇該行中的不同列地址。D2. 帶高速緩沖的動態(tài)存儲器（帶高速緩沖的動態(tài)存儲器（CDRAM）支持猝發(fā)式讀取支持猝發(fā)式讀取讀出期間可以進(jìn)行刷新讀出期間可以進(jìn)行刷新E3. 同步型的動態(tài)存儲器（同步型的動態(tài)存儲器（SDRAM）F3. 同步型的動態(tài)存儲器（續(xù)）同步型的動態(tài)存儲器（續(xù)）支持猝發(fā)式讀?。Ｊ郊拇嫫髟O(shè)定猝發(fā)長度）支持猝發(fā)式讀?。Ｊ郊拇嫫髟O(shè)定猝發(fā)長度）與與CPU的數(shù)據(jù)交換同步于系統(tǒng)時鐘，達(dá)到的數(shù)據(jù)交換同步于系統(tǒng)時鐘，達(dá)到CUP存儲總線存儲總線的最高速。的最高速。F 4 . CDRAM內(nèi)存條

25、實(shí)例內(nèi)存條實(shí)例1M4位位片片 （2片）片） 1M8位位/片組片組（1MB、_擴(kuò)展方式）擴(kuò)展方式）1M8位位/片組片組（4組）組）1M32位位/模塊模塊（4MB、_擴(kuò)展方式）擴(kuò)展方式）1M32位位/模塊模塊 （4模塊）模塊） 16MB內(nèi)內(nèi)存條存條（_擴(kuò)展方式）擴(kuò)展方式）G為保證主存儲器的讀寫可靠性，增加附加位及相應(yīng)的硬件電路，為保證主存儲器的讀寫可靠性，增加附加位及相應(yīng)的硬件電路，以校驗(yàn)輸入與輸出的一致性。以校驗(yàn)輸入與輸出的一致性。分檢錯和糾錯二個層次。分檢錯和糾錯二個層次。H1. 掩模掩模ROM- 陣列結(jié)構(gòu)和存儲元陣列結(jié)構(gòu)和存儲元I1. 掩模掩模ROM- 邏輯符號和內(nèi)部邏輯圖邏輯符號和內(nèi)部邏輯

26、圖J2. 可編程可編程ROM - EPROM存儲元（光擦除可編程存儲元（光擦除可編程ROM）2. 可編程可編程ROM - E2PROM存儲元存儲元1. FLASH存儲元存儲元K2. FLASH存儲器的基本操作存儲器的基本操作L3. FLASH存儲器的陣列結(jié)構(gòu)存儲器的陣列結(jié)構(gòu)M由于由于CPU和主存儲器在速度上不匹配，而且在一個和主存儲器在速度上不匹配，而且在一個CPU周期中周期中可能需要用幾個存儲器字，這便限制了高速計算可能需要用幾個存儲器字，這便限制了高速計算,為了使為了使CPU不至因?yàn)榈却鎯ζ髯x寫操作的完成而無事可做，可以采取一不至因?yàn)榈却鎯ζ髯x寫操作的完成而無事可做，可以采取一些加速些

27、加速CPU和存儲器之間有效傳輸?shù)奶厥獯胧?。和存儲器之間有效傳輸?shù)奶厥獯胧?。雙端口存儲器是指同一個存儲器具有兩組相互獨(dú)立的讀寫控制雙端口存儲器是指同一個存儲器具有兩組相互獨(dú)立的讀寫控制線路線路,是一種高速工作的存儲器。是一種高速工作的存儲器。N1. 存儲器的模塊化組織存儲器的模塊化組織一個由若干個模塊組成的主存儲器是線性編址的。這些地址在一個由若干個模塊組成的主存儲器是線性編址的。這些地址在各模塊有兩種安排方式：一種是順序方式，一種是交叉方式。各模塊有兩種安排方式：一種是順序方式，一種是交叉方式。 順序方式順序方式:O1. 存儲器的模塊化組織（續(xù)）存儲器的模塊化組織（續(xù)）交叉方式交叉方式O2.

28、多模塊交叉存儲器的基本結(jié)構(gòu)多模塊交叉存儲器的基本結(jié)構(gòu) 四模塊交叉存儲器結(jié)構(gòu)框圖四模塊交叉存儲器結(jié)構(gòu)框圖 Pm=4的流水線方式存取示意圖（時空圖）的流水線方式存取示意圖（時空圖） Q多模塊交叉存儲器效率分析多模塊交叉存儲器效率分析假定模塊字長等于數(shù)據(jù)總線寬度，模塊存取一個字的存儲假定模塊字長等于數(shù)據(jù)總線寬度，模塊存取一個字的存儲周期為周期為T，總線傳送周期為，總線傳送周期為，存儲器的交叉模塊數(shù)為，存儲器的交叉模塊數(shù)為m，為了實(shí)現(xiàn)流水線方式存取，應(yīng)當(dāng)滿足：為了實(shí)現(xiàn)流水線方式存取，應(yīng)當(dāng)滿足： T=m （m=T/稱為交叉存取度）稱為交叉存取度） 交叉存儲器要求其模塊數(shù)必須大于或等于交叉存儲器要求其模塊

29、數(shù)必須大于或等于m，以保證啟動，以保證啟動某模塊后經(jīng)某模塊后經(jīng)m時間再次啟動該模塊時，它的上次存取操作時間再次啟動該模塊時，它的上次存取操作已經(jīng)完成。這樣，連續(xù)讀取已經(jīng)完成。這樣，連續(xù)讀取m 個字所需的時間為個字所需的時間為 t1=T+(m-1)而順序方式存儲器連續(xù)讀取而順序方式存儲器連續(xù)讀取m個字所需時間為個字所需時間為t2=mT. 【例例】設(shè)存儲器容量為設(shè)存儲器容量為32字，字長字，字長64位，模塊數(shù)位，模塊數(shù)m=4，分別用，分別用順序方式和交叉方式進(jìn)行組織。存儲周期順序方式和交叉方式進(jìn)行組織。存儲周期T=200ns，數(shù)據(jù)總線，數(shù)據(jù)總線寬度為寬度為64位，總線傳送周期位，總線傳送周期=50

30、ns。若連續(xù)讀出。若連續(xù)讀出4個字，問順個字，問順序存儲器和交叉存儲器的帶寬各是多少序存儲器和交叉存儲器的帶寬各是多少?解：解：順序存儲器和交叉存儲器連續(xù)讀出順序存儲器和交叉存儲器連續(xù)讀出m=4個字的信息總量都是：個字的信息總量都是：q=64位位4=256位位順序存儲器和交叉存儲器連續(xù)讀出順序存儲器和交叉存儲器連續(xù)讀出4個字所需的時間分別是：個字所需的時間分別是：t2=mT=4200ns=800ns=810-7s;t1=T+(m-1) T=200ns+350ns=3510-7s順序存儲器和交叉存儲器的帶寬分別是：順序存儲器和交叉存儲器的帶寬分別是：W2=q/t2=256(810-7)=3210

31、7位位/s W1=q/t1=256(3510-7)=73107位位/s3. 二模塊交叉存儲器舉例二模塊交叉存儲器舉例二模塊交叉存儲器方框圖二模塊交叉存儲器方框圖 R3. 二模塊交叉存儲器舉例（續(xù)）二模塊交叉存儲器舉例（續(xù)）二模塊交叉存儲器無等待狀態(tài)成塊存取示意圖二模塊交叉存儲器無等待狀態(tài)成塊存取示意圖S1.相聯(lián)存儲器的基本原理相聯(lián)存儲器的基本原理相聯(lián)存儲器是指其中任一存儲項內(nèi)容作為地址來存取的存相聯(lián)存儲器是指其中任一存儲項內(nèi)容作為地址來存取的存儲器。選用來尋址存儲器的子段叫做關(guān)鍵字。儲器。選用來尋址存儲器的子段叫做關(guān)鍵字。存放在相聯(lián)存儲器中的項可以看成具有存放在相聯(lián)存儲器中的項可以看成具有KE

32、Y、DATA這樣這樣的格式。其中的格式。其中KEY是地址，是地址，DATA是被讀寫信息。是被讀寫信息。相聯(lián)存儲器的基本原理是把存儲單元所存內(nèi)容的某一部分相聯(lián)存儲器的基本原理是把存儲單元所存內(nèi)容的某一部分作為檢索項作為檢索項(即關(guān)鍵字項即關(guān)鍵字項)，去檢索該存儲器，并將存儲器中，去檢索該存儲器，并將存儲器中與該檢索項符合的存儲單元內(nèi)容進(jìn)行讀出或?qū)懭?。與該檢索項符合的存儲單元內(nèi)容進(jìn)行讀出或?qū)懭搿?.相聯(lián)存儲器的組成相聯(lián)存儲器的組成T1.cache的功能的功能cache是介于是介于CPU和主存之間的小容量存儲器，存取速度比主和主存之間的小容量存儲器，存取速度比主存快。它能高速地向存快。它能高速地向C

33、PU提供指令和數(shù)據(jù)，加快程序的執(zhí)行速提供指令和數(shù)據(jù)，加快程序的執(zhí)行速度。它是為了解決度。它是為了解決CPU和主存之間速度不匹配而采用的一項重和主存之間速度不匹配而采用的一項重要技術(shù)。要技術(shù)。U2. cache的基本原理的基本原理V3. cache的命中率的命中率在一個程序執(zhí)行期間，設(shè)在一個程序執(zhí)行期間，設(shè)Nc表示表示cache完成存取的總次數(shù)，完成存取的總次數(shù)，Nm表示主存完成存取的總次數(shù)，表示主存完成存取的總次數(shù)，h定義為命中率，則有定義為命中率，則有:若若tc表示命中時的表示命中時的cache訪問時間，訪問時間，tm表示未命中時的主存訪問表示未命中時的主存訪問時間，時間，1-h表示未命中率

34、，則平均訪問時間表示未命中率，則平均訪問時間ta為：為：設(shè)設(shè)r=tm/tc表示主存慢于表示主存慢于cache的倍率的倍率,e表示訪問效率，則有表示訪問效率，則有: 為提高訪問效率，命中率為提高訪問效率，命中率h越接近越接近1越好，越好，r值以值以510為宜。命為宜。命中率中率h與程序的行為、與程序的行為、cache的容量、組織方式、塊的大小有關(guān)。的容量、組織方式、塊的大小有關(guān)。ta=htc+(1-h)tm (3. 5) 【例例】CPU執(zhí)行一段程序時，執(zhí)行一段程序時，cache完成存取的次數(shù)為完成存取的次數(shù)為1900次，次，主存完成存取的次數(shù)為主存完成存取的次數(shù)為100次，已知次，已知cache

35、存取周期為存取周期為50ns，主，主存存取周期為存存取周期為250ns，求，求cache/主存系統(tǒng)的效率和平均訪問時間。主存系統(tǒng)的效率和平均訪問時間。 【解解】h=Nc / (Nc+Nm) = 1900 / (1900+100) = 0.95r=tm/tc=250ns/50ns=5e=1/(r+(1-r)h)=1/(5+(1-5)0.95)=83.3%ta=tc/e=50ns/0.833=60nscache的容量很小，它保存的內(nèi)容只是主存內(nèi)容的一個子集，的容量很小，它保存的內(nèi)容只是主存內(nèi)容的一個子集，且且cache與主存的數(shù)據(jù)交換是以塊為單位。地址映射即是應(yīng)用與主存的數(shù)據(jù)交換是以塊為單位。地址

36、映射即是應(yīng)用某種方法把主存地址定位到某種方法把主存地址定位到cache中。中。址映射方式有址映射方式有全相聯(lián)方式全相聯(lián)方式、直接方式直接方式和和組相聯(lián)組相聯(lián)方式三種方式三種 1.全相聯(lián)映射方式主存中一個塊的地址與塊的內(nèi)容一起存于主存中一個塊的地址與塊的內(nèi)容一起存于cache的行中，其中的行中，其中塊地址存于塊地址存于cache行的標(biāo)記部分中。這種方法可使主存的一個行的標(biāo)記部分中。這種方法可使主存的一個塊直接拷貝到塊直接拷貝到cache中的任意一行上，非常靈活。中的任意一行上，非常靈活。W1.全相聯(lián)映射方式(續(xù)) 全相聯(lián)映射全相聯(lián)映射cache的檢索過程的檢索過程2.直接映射方式這也是一種多對一

37、的映射關(guān)系，但一個主存塊只能拷貝到這也是一種多對一的映射關(guān)系，但一個主存塊只能拷貝到cache的一個特定行位置上去。的一個特定行位置上去。cache的行號的行號i和主存的塊號和主存的塊號j有有如下函數(shù)關(guān)系：如下函數(shù)關(guān)系： i=j mod m（m為為cache中的總行數(shù)）中的總行數(shù)）X2.直接映射方式(續(xù)) 直接映射直接映射cache的檢索過程的檢索過程3.組相聯(lián)映射方式這種方式是前兩種方式的折衷方案。它將這種方式是前兩種方式的折衷方案。它將cache分成分成u組，每組組，每組v行，主存塊存放到哪個組是固定的，至于存到該組哪行，主存塊存放到哪個組是固定的，至于存到該組哪 一行是一行是靈活的，即有

38、如下函數(shù)關(guān)系：靈活的，即有如下函數(shù)關(guān)系：muv組號組號 qj mod u Y3.組相聯(lián)映射方式(續(xù)) 組相聯(lián)映射組相聯(lián)映射cache的檢索過程的檢索過程cache工作原理要求它盡量保存最新數(shù)據(jù)，必然要產(chǎn)生替換。工作原理要求它盡量保存最新數(shù)據(jù)，必然要產(chǎn)生替換。對直接映射的對直接映射的cache來說，只要把此特定位置上的原主存塊換來說，只要把此特定位置上的原主存塊換出出cache即可。即可。對全相聯(lián)和組相聯(lián)對全相聯(lián)和組相聯(lián)cache來說，來說， 就要從允許存放新主存塊的若就要從允許存放新主存塊的若干特定行中選取一行換出。干特定行中選取一行換出。最不經(jīng)常使用最不經(jīng)常使用(LFU)算法算法每行設(shè)置一個

39、計數(shù)器。從每行設(shè)置一個計數(shù)器。從0開始計數(shù)，每訪問一次，開始計數(shù)，每訪問一次， 被訪行被訪行的計數(shù)器增的計數(shù)器增1。當(dāng)需要替換時，將計數(shù)值最小的行換出，同。當(dāng)需要替換時，將計數(shù)值最小的行換出，同時將該行的計數(shù)器都清零。時將該行的計數(shù)器都清零。這種算法將計數(shù)周期限定在對這些特定行兩次替換之間的這種算法將計數(shù)周期限定在對這些特定行兩次替換之間的間隔時間內(nèi)，不能嚴(yán)格反映近期訪問情況。間隔時間內(nèi)，不能嚴(yán)格反映近期訪問情況。近期最少使用近期最少使用(LRU)算法算法 每行也設(shè)置一個計數(shù)器，每行也設(shè)置一個計數(shù)器，cache每命中一次，命中行計數(shù)器每命中一次，命中行計數(shù)器清零，其它各行計數(shù)器增清零，其它各行

40、計數(shù)器增1。當(dāng)需要替換時，將計數(shù)值最大。當(dāng)需要替換時，將計數(shù)值最大的行換出。的行換出。這種算法保護(hù)了剛拷貝到這種算法保護(hù)了剛拷貝到cache中的新數(shù)據(jù)行，有較高的命中的新數(shù)據(jù)行，有較高的命中率中率。 關(guān)注關(guān)注2 2路組相連的路組相連的LRULRU算法實(shí)現(xiàn)算法實(shí)現(xiàn)隨機(jī)替換隨機(jī)替換隨機(jī)替換策略從特定的行位置中隨機(jī)地選取一行換出。在隨機(jī)替換策略從特定的行位置中隨機(jī)地選取一行換出。在硬件上容易實(shí)現(xiàn)，且速度也比前兩種策略快。硬件上容易實(shí)現(xiàn)，且速度也比前兩種策略快。隨機(jī)替換策略的缺點(diǎn)是降低了命中率和隨機(jī)替換策略的缺點(diǎn)是降低了命中率和cache工作效率。工作效率。CPU對對cache的寫入更改了的寫入更改了

41、cache的內(nèi)容?？蛇x用寫操作策略使的內(nèi)容?？蛇x用寫操作策略使cache內(nèi)容和主存內(nèi)容保持一致。內(nèi)容和主存內(nèi)容保持一致。 寫回法寫回法當(dāng)當(dāng)CPU寫寫cache命中時，只修改命中時，只修改cache的內(nèi)容，而不立即寫入的內(nèi)容，而不立即寫入主存；主存；只有當(dāng)此行被換出時才寫回主存。只有當(dāng)此行被換出時才寫回主存。這種方法減少了訪問主存的次數(shù)這種方法減少了訪問主存的次數(shù),但是存在不一致性的隱患。但是存在不一致性的隱患。實(shí)現(xiàn)這種方法時，每個實(shí)現(xiàn)這種方法時，每個cache行必須配置一個修改位，以反行必須配置一個修改位，以反映此行是否被映此行是否被CPU修改過。修改過。全寫法全寫法 當(dāng)寫當(dāng)寫cache命中時

42、，命中時，cache與主存同時發(fā)生寫修改與主存同時發(fā)生寫修改，因而較好，因而較好地維護(hù)了地維護(hù)了cache與主存的內(nèi)容的一致性。當(dāng)寫與主存的內(nèi)容的一致性。當(dāng)寫cache未命中時，未命中時，直接向主存進(jìn)行寫入。直接向主存進(jìn)行寫入。使用這種方法，使用這種方法，cache中每行無需設(shè)置一個修改位以及相應(yīng)中每行無需設(shè)置一個修改位以及相應(yīng)的判斷邏輯。缺點(diǎn)是降低了的判斷邏輯。缺點(diǎn)是降低了cache的功效。的功效。 寫一次法寫一次法 基于寫回法并結(jié)合全寫法的寫策略基于寫回法并結(jié)合全寫法的寫策略,寫命中與寫未命中的處理寫命中與寫未命中的處理方法與寫回法基本相同，方法與寫回法基本相同，只是第一次寫命中時要同時寫

43、入主只是第一次寫命中時要同時寫入主存。存。這便于維護(hù)系統(tǒng)全部這便于維護(hù)系統(tǒng)全部cache的一致性。的一致性。Pentium4Pentium4 PC機(jī)采用機(jī)采用 3 級級cache結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。Z下圖所示為存貯器的地址空間分布圖和存貯器的地址譯碼電路，下圖所示為存貯器的地址空間分布圖和存貯器的地址譯碼電路，后者可在后者可在A組跨接端和組跨接端和B組跨接端之間分別進(jìn)行接線。組跨接端之間分別進(jìn)行接線。74LS139是是 2 ：4譯碼器，使能端譯碼器，使能端G接地表示譯碼器處于正常譯碼狀態(tài)。接地表示譯碼器處于正常譯碼狀態(tài)。要求：完成要求：完成A組跨接端與組跨接端與B組跨接端內(nèi)部的正確連接，以便使組跨接端

44、內(nèi)部的正確連接，以便使地址譯碼電路按圖的要求正確尋址。地址譯碼電路按圖的要求正確尋址。 1. 什么是虛擬存儲器什么是虛擬存儲器虛擬存儲器只是一個容量非常大的存儲器的邏輯模型，不虛擬存儲器只是一個容量非常大的存儲器的邏輯模型，不是任何實(shí)際的物理存儲器。是任何實(shí)際的物理存儲器。它借助于磁盤等輔助存儲器來擴(kuò)大主存容量，使之為更大它借助于磁盤等輔助存儲器來擴(kuò)大主存容量，使之為更大或更多的程序所使用?；蚋嗟某绦蛩褂谩Ｋ傅氖侵鞔嫠傅氖侵鞔?外存層次。以透明的方式給用戶提供了一個外存層次。以透明的方式給用戶提供了一個比實(shí)際主存空間大得多的程序地址空間。比實(shí)際主存空間大得多的程序地址空間。物理地址由物

45、理地址由CPU地址引腳送出，用于訪問主存的地址。地址引腳送出，用于訪問主存的地址。虛擬地址由編譯程序生成的，是程序的邏輯地址，其地址虛擬地址由編譯程序生成的，是程序的邏輯地址，其地址空間的大小受到輔助存儲器容量的限制?？臻g的大小受到輔助存儲器容量的限制。主存主存-外存層次和外存層次和cache-主存層次比較主存層次比較主存主存-外存層次和外存層次和cache-主存層次用的地址變換映射方法和替換主存層次用的地址變換映射方法和替換策略是相似的，都基于程序局部性原理。它們遵循的原則是：策略是相似的，都基于程序局部性原理。它們遵循的原則是： 把程序中最近常用的部分駐留在高速的存儲器中。把程序中最近常用

46、的部分駐留在高速的存儲器中。 一旦這部分變得不常用了，把它們送回到低速存儲器中。一旦這部分變得不常用了，把它們送回到低速存儲器中。 換入換出是由硬件或操作系統(tǒng)完成的，對用戶是透明的。換入換出是由硬件或操作系統(tǒng)完成的，對用戶是透明的。 力圖使存儲系統(tǒng)的性能接近高速存儲器，價格接近低速存力圖使存儲系統(tǒng)的性能接近高速存儲器，價格接近低速存儲器。儲器。兩種存儲系統(tǒng)的主要區(qū)別在于：兩種存儲系統(tǒng)的主要區(qū)別在于：在虛擬存儲器中未命中的性能損失要遠(yuǎn)大于在虛擬存儲器中未命中的性能損失要遠(yuǎn)大于cache系統(tǒng)中未系統(tǒng)中未命中的損失。命中的損失。2. 主存主存-外存層次的基本信息傳送單位外存層次的基本信息傳送單位主存

47、主存-外存層次的基本信息傳送單位可采用幾種不同的方案：外存層次的基本信息傳送單位可采用幾種不同的方案：段、頁或段頁段、頁或段頁。 段段是按照程序的邏輯結(jié)構(gòu)劃分成的多個相對獨(dú)立部分，作為獨(dú)是按照程序的邏輯結(jié)構(gòu)劃分成的多個相對獨(dú)立部分，作為獨(dú)立的邏輯單位。立的邏輯單位。優(yōu)點(diǎn)是段的邏輯獨(dú)立性使它易于編譯、管理、保護(hù)等。優(yōu)點(diǎn)是段的邏輯獨(dú)立性使它易于編譯、管理、保護(hù)等。缺點(diǎn)是因?yàn)槎蔚拈L度各不相同，起點(diǎn)和終點(diǎn)不定，給主存缺點(diǎn)是因?yàn)槎蔚拈L度各不相同，起點(diǎn)和終點(diǎn)不定，給主存空間分配帶來麻煩，造成主存浪費(fèi)?？臻g分配帶來麻煩，造成主存浪費(fèi)。頁頁是主存物理空間中劃分出來的等長的固定區(qū)域。是主存物理空間中劃分出來的等

48、長的固定區(qū)域。 優(yōu)點(diǎn)是頁面的起點(diǎn)和終點(diǎn)地址是固定的優(yōu)點(diǎn)是頁面的起點(diǎn)和終點(diǎn)地址是固定的,方便造頁表方便造頁表,新頁調(diào)新頁調(diào)入主存也很容易掌握，比段式空間浪費(fèi)小。入主存也很容易掌握，比段式空間浪費(fèi)小。缺點(diǎn)是處理、保護(hù)和共享都不及段式來得方便。缺點(diǎn)是處理、保護(hù)和共享都不及段式來得方便。段頁式管理段頁式管理采用分段和分頁結(jié)合的方法。采用分段和分頁結(jié)合的方法。程序按模塊分段，段內(nèi)再分頁，進(jìn)入主存以頁為基本信息程序按模塊分段，段內(nèi)再分頁，進(jìn)入主存以頁為基本信息傳送單位，用段表和頁表進(jìn)行兩級定位管理。傳送單位，用段表和頁表進(jìn)行兩級定位管理。頁式虛擬存儲系統(tǒng)中，虛擬空間分成頁，稱為頁式虛擬存儲系統(tǒng)中，虛擬空間

49、分成頁，稱為邏輯頁邏輯頁；主存空；主存空間也分成同樣大小的頁，稱為間也分成同樣大小的頁，稱為物理頁物理頁。虛存地址虛存地址分為兩個字段：高字段為邏輯頁號，低字段為頁內(nèi)行分為兩個字段：高字段為邏輯頁號，低字段為頁內(nèi)行地址。地址。實(shí)存地址實(shí)存地址也分兩個字段：高字段為物理頁號，低字段為也分兩個字段：高字段為物理頁號，低字段為頁內(nèi)行地址。頁內(nèi)行地址。為了避免頁表已保存或已調(diào)入主存儲器時對主存訪問次數(shù)的增為了避免頁表已保存或已調(diào)入主存儲器時對主存訪問次數(shù)的增多多, 把頁表的最活躍部分存放在高速存儲器中組成快表。把頁表的最活躍部分存放在高速存儲器中組成快表。快表與慢表實(shí)現(xiàn)內(nèi)部地址變換快表與慢表實(shí)現(xiàn)內(nèi)部地

50、址變換 在段式虛擬存儲系統(tǒng)中，段是按照程序的邏輯結(jié)構(gòu)劃分的，各在段式虛擬存儲系統(tǒng)中，段是按照程序的邏輯結(jié)構(gòu)劃分的，各個段的長度因程序而異。個段的長度因程序而異。虛擬地址由段號和段內(nèi)地址組成虛擬地址由段號和段內(nèi)地址組成,為了把虛擬地址變換成實(shí)主為了把虛擬地址變換成實(shí)主存地址，需要一個段表。存地址，需要一個段表。段表也是一個段，可以存在外存中，但一般是駐留在主存中段表也是一個段，可以存在外存中，但一般是駐留在主存中段頁式段頁式是是段式虛擬存儲器段式虛擬存儲器和和頁式虛擬存儲器頁式虛擬存儲器的結(jié)合。的結(jié)合。它把程序按邏輯單位分段以后，再把每段分成固定大小的頁。它把程序按邏輯單位分段以后，再把每段分成

51、固定大小的頁。程序?qū)χ鞔娴恼{(diào)入調(diào)出是按頁面進(jìn)行的，但它又可以按段實(shí)現(xiàn)程序?qū)χ鞔娴恼{(diào)入調(diào)出是按頁面進(jìn)行的，但它又可以按段實(shí)現(xiàn)共享和保護(hù)，兼?zhèn)漤撌胶投问降膬?yōu)點(diǎn)。共享和保護(hù)，兼?zhèn)漤撌胶投问降膬?yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是在映象過程中需要多次查表。缺點(diǎn)是在映象過程中需要多次查表。如果有多個用戶在機(jī)器上運(yùn)行，多道程序的每一道需要一個基如果有多個用戶在機(jī)器上運(yùn)行，多道程序的每一道需要一個基號號,由它指明該道程序的段表起始地址。由它指明該道程序的段表起始地址。虛擬地址格式如下：虛擬地址格式如下：基號基號段號段號頁號頁號頁內(nèi)地址頁內(nèi)地址 段頁式虛擬存儲系統(tǒng)由虛擬地址向主存地址的變換示例段頁式虛擬存儲系統(tǒng)由虛擬地址向主存地址的變

52、換示例【例例6】 假設(shè)有三道程序假設(shè)有三道程序(用戶標(biāo)志號為用戶標(biāo)志號為A，B，C)，其基址寄，其基址寄存器內(nèi)容分別為存器內(nèi)容分別為SA，SB，SC ，邏輯地址到物理地址的變換過，邏輯地址到物理地址的變換過程見演示在主存中，每道程序都有一張段表，程見演示在主存中，每道程序都有一張段表，A程序有程序有4段，段，C程序有程序有3段。每段應(yīng)有一張頁表，段表的每行就表示相應(yīng)頁表段。每段應(yīng)有一張頁表，段表的每行就表示相應(yīng)頁表的起始位置，而頁表內(nèi)的每行即為相應(yīng)的物理頁號。請說明虛的起始位置，而頁表內(nèi)的每行即為相應(yīng)的物理頁號。請說明虛實(shí)地址變換過程。實(shí)地址變換過程。【解解】虛擬存儲器中的頁面替換策略和虛擬存儲器中的頁面替換策略和cache中的行替換策略有很多中的行替換策略有很多相似之處，但有三點(diǎn)顯著不同：相似之處，但有三點(diǎn)顯著不同：(1)缺頁至少要涉及前一次磁盤存取，讀取所缺的頁，缺頁缺頁至少要涉及前一次磁盤存取，讀取所缺的頁，缺頁使系統(tǒng)蒙受的損失要比使系統(tǒng)蒙受的損失要比cache未命中大得多。未命中大得多。(2)頁面替換是由操作系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)的。頁面替換是由操作系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)的。(3)替換的選擇余地很大，屬于一個進(jìn)程的頁面都可替換。替換的選擇余地很大，屬