第5章微機(jī)原理

第5章存儲(chǔ)器

5.1存儲(chǔ)器概述

5.2RAM存儲(chǔ)器

5.3ROM存儲(chǔ)器

5.4存儲(chǔ)器的擴(kuò)展設(shè)計(jì)

5.5高速緩沖存儲(chǔ)器Cache

5.6虛擬存儲(chǔ)器及其管理技術(shù)重點(diǎn)：①存儲(chǔ)器的分類

；②半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的構(gòu)成

；③存儲(chǔ)器的擴(kuò)展

難點(diǎn)：存儲(chǔ)器的擴(kuò)展

1一、存儲(chǔ)器的分類

5.1存儲(chǔ)器概述

從制造工藝的角度可分為：從存取方式,半導(dǎo)體存儲(chǔ)器分為：RAM、ROM。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器雙極型MOS型對(duì)存儲(chǔ)器的操作通常分為兩類：寫——即把信息存入存儲(chǔ)器的過程。讀——即從存儲(chǔ)器中取出信息的過程。按存儲(chǔ)介質(zhì)可分為半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、磁介質(zhì)存儲(chǔ)器和光存儲(chǔ)器按存儲(chǔ)器與CPU的耦合程度可分為內(nèi)存和外存。內(nèi)存由半導(dǎo)體存儲(chǔ)器構(gòu)成25.1存儲(chǔ)器概述

RAM特點(diǎn)：①可隨時(shí)讀出，也可隨時(shí)寫入數(shù)據(jù)；②斷電后存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)隨之消失，具有易失性。用途：用于存放中間計(jì)算結(jié)果、堆棧等。ROM特點(diǎn)：①只能讀出，不能寫入；②存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)不會(huì)因斷電而消失，具有非易失性。用途：存放固定的程序：如BIOS程序、監(jiān)控程序等。3二、存儲(chǔ)器的構(gòu)成

5.1存儲(chǔ)器概述

45.1存儲(chǔ)器概述

1、存儲(chǔ)體（存儲(chǔ)矩陣）用來存儲(chǔ)二進(jìn)制信息的矩陣，由多個(gè)基本存儲(chǔ)單元組成，每個(gè)基本存儲(chǔ)單元有0、1兩種狀態(tài)，可存儲(chǔ)1位信息。每個(gè)內(nèi)存單元有一個(gè)唯一的地址、可存一位或多位二進(jìn)制數(shù)據(jù)存儲(chǔ)體與地址線、數(shù)據(jù)線間的關(guān)系地址線越多，地址編碼就越長(zhǎng)，芯片存儲(chǔ)單元就越多數(shù)據(jù)線越多，一次可訪問的數(shù)據(jù)就越長(zhǎng)，每個(gè)存儲(chǔ)單元存放的位越多。存儲(chǔ)器芯片容量如何計(jì)算？

存儲(chǔ)器芯片容量＝芯片的存儲(chǔ)單元的個(gè)（字）數(shù)*每個(gè)存儲(chǔ)單元的位數(shù)(即數(shù)據(jù)線條數(shù))。若：芯片地址線的條數(shù)為M、數(shù)據(jù)線條數(shù)為N

則芯片容量為：2M*N。55.1存儲(chǔ)器概述

2、地址譯碼器功能：根據(jù)輸入的地址編碼，選中芯片內(nèi)某個(gè)特定的存儲(chǔ)單元。芯片內(nèi)的地址譯碼可采用：?jiǎn)巫g碼結(jié)構(gòu)(線性排列)和雙譯碼結(jié)構(gòu)(矩陣形式排列)。3、讀/寫驅(qū)動(dòng)器

：用以控制被選中的單元數(shù)據(jù)的讀出或?qū)懭?、數(shù)據(jù)寄存器：用于暫時(shí)存放從存儲(chǔ)單元讀出的數(shù)據(jù)，或從CPU或I/O端口送出的要寫入存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)5、讀/寫控制邏輯：讀/寫控制邏輯接收來自CPU的啟動(dòng)、片選、讀/寫及清除命令，經(jīng)控制電路綜合和處理后，產(chǎn)生一組時(shí)序信號(hào)來控制存儲(chǔ)器的讀/寫操作。存儲(chǔ)器的片選端一般用CS或CE來表示。存儲(chǔ)體由多片組成，當(dāng)選中某一片時(shí)，表明此片有效，此片所連的地址線才有效，可以對(duì)該芯片進(jìn)行讀寫操作；無效時(shí)，芯片與數(shù)據(jù)總線隔離，并可降低芯片內(nèi)部功耗。6三、存儲(chǔ)器的性能指標(biāo)1．存儲(chǔ)容量

2．存取速度

3．可靠性

4．性能價(jià)格比5．功耗

5.1存儲(chǔ)器概述

容量越大，存取速度赿快7四、存儲(chǔ)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)5.1存儲(chǔ)器概述

Cache容量較小，工作速度幾乎與CPU相當(dāng)。CPU內(nèi)的寄存器、Cache、主存、外存都可以存儲(chǔ)信息，它們各有自己的特點(diǎn)和用途。它們的容量從小到大，而存取速度是從快到慢，價(jià)格與功耗從高到低。8一、SRAM存儲(chǔ)器5.2RAM存儲(chǔ)器1、SRAM

特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn):數(shù)據(jù)由觸發(fā)器記憶,只要不斷電,數(shù)據(jù)就能永久保存。缺點(diǎn):存儲(chǔ)單元所用的管子數(shù)目多,功耗大,集成度受到限制。2、SRAM的基本存儲(chǔ)電路

95.2RAM存儲(chǔ)器3、SRAM的基本結(jié)構(gòu)

內(nèi)部由存儲(chǔ)矩陣、地址譯碼器、讀/寫控制邏輯與三態(tài)雙向緩沖器等組成。

SRAM大多數(shù)都采用復(fù)合譯碼方式，而不采用線譯碼105.2RAM存儲(chǔ)器4、典型的SRAM芯片SRAM典型芯片有Intel2114、6116，6264，62128，62256等容量：2kB=2k8bit，因?yàn)镾RAM內(nèi)部都是按字節(jié)組成的。地址線：11條，7條用于行地址，4條用于列地址。數(shù)據(jù)線：8條，按字節(jié)輸入、輸出。存儲(chǔ)體：128168=16384個(gè)存儲(chǔ)單元?？刂凭€：3條，OE,WE,CS。如6116芯片115.2RAM存儲(chǔ)器3條控制線的作用共同決定了6116的操作方式（1）寫入。當(dāng)和為低電平時(shí)，數(shù)據(jù)輸入緩沖器打開，數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)線D7～D0寫入被選中的存儲(chǔ)單元（2）讀出。當(dāng)和為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)輸出緩沖器選通，被選中單元的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)線D7～D0上。（3）保持。當(dāng)為高電平、和為任意時(shí)，芯片未被選中，處于保持狀態(tài)，數(shù)據(jù)線呈現(xiàn)高阻態(tài)

125.2RAM存儲(chǔ)器二、DRAM存儲(chǔ)器優(yōu)點(diǎn):存儲(chǔ)單元所用的管子數(shù)目少,功耗小,集成度高。缺點(diǎn):為避免存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的丟失,必須定期刷新。特點(diǎn)：內(nèi)存由DRAM組成為什么DRAM要不斷地刷新？DRAM是靠電容Cs存儲(chǔ)信息的，Cs有電荷時(shí)為邏輯“1”，沒有電荷時(shí)為邏輯“0”。但由于任何電容都存在漏電，因此當(dāng)電容Cs存有電荷時(shí)，過一段時(shí)間由于電容的放電會(huì)導(dǎo)致電荷流失，信息也會(huì)丟失，解決的辦法是刷新，即每隔一定時(shí)間（大約1~4ms）就要刷新一次。135.2RAM存儲(chǔ)器1、DRAM基本存儲(chǔ)電路由存儲(chǔ)部分Cs和選擇電路T1、T2構(gòu)成，其中T1、T2是MOS開關(guān)管。這種電路的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、集成度較高且功耗??；缺點(diǎn)是列線對(duì)地間的寄生電容大，噪聲干擾也大

145.2RAM存儲(chǔ)器2、DRAM的基本結(jié)構(gòu)DRAM芯片都設(shè)計(jì)成了位結(jié)構(gòu)形式，即每個(gè)存儲(chǔ)單元只有一位數(shù)據(jù)位，一個(gè)芯片上含有若干字，如4K×1位、8K×1位、16K×1位等，這種結(jié)構(gòu)形式是DRAM芯片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)之一；另一特點(diǎn)是在訪問DRAM時(shí)，訪問地址需要分兩次打入。典型的DRAM芯片有：64K×1位、64K×4位、1M×1位和1M×4位等。如：2164A是64K×1位的DRAM芯片

3、典型的DRAM芯片155.3ROM存儲(chǔ)器一、掩膜ROM掩膜ROM是廠家根據(jù)用戶的要求采用掩膜技術(shù)把程序和數(shù)據(jù)在制作集成電路時(shí)就已寫入完成。一旦制造完畢，存儲(chǔ)器的內(nèi)容就被固定下來，用戶不能修改。使用時(shí)，只能讀出，不能寫入。若要修改，就只能重新設(shè)計(jì)掩膜。二、可編程ROM（PROM）PROM內(nèi)部采用多發(fā)射極（8個(gè)）熔絲式PROM結(jié)構(gòu)。每一個(gè)發(fā)射極通過一個(gè)熔絲與位線相連，管子工作于射極輸出器狀態(tài)。熔絲一旦燒斷，不可逆轉(zhuǎn)，所以只能一次編程寫入。出廠時(shí)，存儲(chǔ)內(nèi)容全為1（或全為0），用戶可根據(jù)自己的需要進(jìn)行編程，但只能編程一次。165.3ROM存儲(chǔ)器三、可擦除可編程的ROM（EPROM）EPROM是一種可以多次進(jìn)行擦除和重寫的ROM，允許用戶按照規(guī)定的方法對(duì)芯片進(jìn)行多次編程，當(dāng)需要改寫時(shí)，通過紫外線燈制作的抹除器照射約15～20分鐘，便可使存儲(chǔ)器全部復(fù)原，用戶可以再次寫入新的內(nèi)容。使用時(shí)需要注意，應(yīng)在玻璃窗口處用不透明的紙封嚴(yán)，以免信息丟失。典型的EPROM芯片有：2716

、2732、27128、27256、27512等，如圖為2732A的引腳信號(hào)圖。有讀出、待用、編程、編程禁止、輸出禁止和Intel標(biāo)識(shí)符共6種操作方式

175.3ROM存儲(chǔ)器四、電可擦除可編程的ROM（E2PROM）

E2PROM用電擦除，可重復(fù)擦寫100次，并且擦除的速度要快的多。E2PROM的電擦除過程就是改寫過程，它具有ROM的非易失性，又具備類似RAM的功能，所以，E2PROM兼有RAM和ROM的雙重功能特點(diǎn)；E2PROM的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是擦除可以按字節(jié)分別進(jìn)行。由于字節(jié)的編程和擦除都只需要10ms，并且不需要特殊裝置，因此可以進(jìn)行在線的編程寫入

常見的E2PROM芯片Intel公司生產(chǎn)的高壓編程芯片2816、2817，低壓編程芯片2816A、2817A、2864A，28010和28040等；這些芯片的讀出時(shí)間為120～250ns，字節(jié)擦寫時(shí)間在10ms左右。185.3ROM存儲(chǔ)器195.3ROM存儲(chǔ)器五、Flash存儲(chǔ)器Flash存儲(chǔ)器也稱為Flash或閃存，是一種新型的可編程的只讀存儲(chǔ)器，與E2PROM類似，是一種電擦寫ROM，但它們之間有區(qū)別。E2PROM按字節(jié)擦寫，速度慢；而Flash按塊擦寫，速度快，一般在65～170ns之間，一片可以擦寫100萬次以上。1、特點(diǎn)（1）按區(qū)塊或頁面組織；除了可進(jìn)行整個(gè)芯片的擦除和編程，還可按字節(jié)、區(qū)塊或頁面進(jìn)行擦除與編程。（2）可進(jìn)行快速頁面寫入，大大提高了編程速度。（3）具有內(nèi)部編程控制邏輯：寫入時(shí)，由內(nèi)部邏輯控制操作，CPU可做其他工作。（4）具有在線系統(tǒng)編程能力：擦除與寫入無需取下。（5）具有軟件和硬件保護(hù)能力：可防止有用數(shù)據(jù)被破壞。205.3ROM存儲(chǔ)器2、Flash的應(yīng)用閃存像RAM一樣可在線寫入數(shù)據(jù)，又具有ROM的非易失性，因而可以取代全部的UV-EPRAM和大部分的E2PROM。①監(jiān)控程序、引導(dǎo)程序或BIOS等基本不變或不經(jīng)常改變的程序。②閃存條、閃存卡（Flashcard，U盤），數(shù)字相機(jī)，個(gè)人數(shù)字助理（PDN),MP3播放器，筆記本等輔存。即將取代軟盤存儲(chǔ)器和硬磁盤。（因其無機(jī)械運(yùn)動(dòng)，存取速度快，體積小，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)）215.3ROM存儲(chǔ)器3、Flash芯片目前，市場(chǎng)上的Flash產(chǎn)品種類較多，如Intel公司推出的28F系列、美國(guó)Atmel公司生產(chǎn)的29系列芯片有AT29C256、AT29C512、AT29C010、AT29C020、AT29C040和AT29C080等，都是影響較大的Flash存儲(chǔ)器。如圖為AT29C040A存儲(chǔ)芯片，容量為512

K×8位，是32個(gè)引腳的DIP封裝，與Intel

27系列（EPROM）引腳兼容

225.4存儲(chǔ)器的擴(kuò)展設(shè)計(jì)這是本章的重點(diǎn)內(nèi)容SRAM、ROM與CPU的連接（存儲(chǔ)器容量的擴(kuò)展）

★存儲(chǔ)器要經(jīng)過譯碼器等附加電路才能接向CPU主系統(tǒng)★存儲(chǔ)器芯片經(jīng)過擴(kuò)展才能達(dá)到需求擴(kuò)展的方法：字?jǐn)U展和位擴(kuò)展235.4存儲(chǔ)器的擴(kuò)展設(shè)計(jì)一、存儲(chǔ)器芯片與CPU連接概述

存儲(chǔ)器芯片通過總線與CPU連接，它們之間要交換地址信息、數(shù)據(jù)和控制信息。其接口信號(hào)如圖。A0~AmD0~DnRDWRCSSIZEXTACK/WAIT接口信號(hào)說明：地址信號(hào)：A0~Am數(shù)據(jù)信號(hào)：D0~Dn讀、寫信號(hào)：RD、WR（有時(shí)二者合二為一）片選信號(hào)：CS（高地址譯碼產(chǎn)生）多字節(jié)寬度（使能）信號(hào)：SIZE

（指明存取的字節(jié)數(shù)，如字節(jié)、字、雙字等）握手信號(hào)：XTACK（對(duì)異步總線為傳輸應(yīng)答信號(hào)）

WAIT（或READY）對(duì)半同步總線為等待請(qǐng)求或準(zhǔn)備就緒。245.4存儲(chǔ)器的擴(kuò)展設(shè)計(jì)1、存儲(chǔ)器的地址分配目前生產(chǎn)的存儲(chǔ)器芯片，單片容量有限的，總是要由許多片才能組成所需容量的存儲(chǔ)器，這就存在一個(gè)如何產(chǎn)生選片信號(hào)的問題。將存儲(chǔ)器芯片與CPU連接前，首先要確定存儲(chǔ)容量的大小，并選擇相應(yīng)的存儲(chǔ)器芯片。選擇好的存儲(chǔ)器芯片如何同CPU有機(jī)地連接，并能進(jìn)行有效尋址，這就是所要考慮的存儲(chǔ)器地址分配問題。內(nèi)存分為RAM、ROM，RAM又分為系統(tǒng)區(qū)和用戶區(qū)，用戶區(qū)又分為數(shù)據(jù)區(qū)和程序區(qū)，各個(gè)部分如何區(qū)分是一個(gè)重要問題，這個(gè)問題往往是通過譯碼器來實(shí)現(xiàn)的。255.4存儲(chǔ)器的擴(kuò)展設(shè)計(jì)2、存儲(chǔ)器的地址譯碼

（1）片內(nèi)譯碼存儲(chǔ)芯片地址線通常應(yīng)全部與系統(tǒng)的低位地址總線相連。這部分地址的譯碼是在存儲(chǔ)芯片內(nèi)完成的，稱為“片內(nèi)譯碼”。設(shè)某存儲(chǔ)芯片有N根地址線，當(dāng)該芯片被選中時(shí)，其地址線將輸入N位地址，芯片在其內(nèi)部進(jìn)行N：2N譯碼；譯碼后的地址范圍為00…000(N位全為0)到11…111(N位全為1)，這種情況稱為“全0——全1”。265.4存儲(chǔ)器的擴(kuò)展設(shè)計(jì)（2）存儲(chǔ)器芯片片選端的處理由一個(gè)存儲(chǔ)芯片或芯片組構(gòu)成的存儲(chǔ)器地址單元有限，因此常常需要在“地址方向”上加以擴(kuò)充，簡(jiǎn)稱“地址擴(kuò)充”。在系統(tǒng)存在“地址擴(kuò)充”的情況下，必須對(duì)多個(gè)存儲(chǔ)芯片或芯片組進(jìn)行尋址。這一尋址過程，主要通過將系統(tǒng)高位地址線與存儲(chǔ)芯片片選端相關(guān)聯(lián)的方法來加以實(shí)現(xiàn)，但處理上十分靈活。最常用的方法是將片選端與系統(tǒng)的高位地址線相關(guān)聯(lián)；

全譯碼法：系統(tǒng)的全部高位地址線，均參與對(duì)芯片(組)的譯碼尋址；

部分譯碼法：在系統(tǒng)的高位地址線中，只有一部分參與對(duì)芯片(組)的譯碼尋址；

線選法：使用系統(tǒng)高位地址線中的某一根，來單獨(dú)選中某個(gè)芯片(組)。27全譯碼：所有的系統(tǒng)地址線均參與對(duì)存儲(chǔ)單元的譯碼尋址,包括片內(nèi)譯碼和片選譯碼。全譯碼方式所形成的每個(gè)存儲(chǔ)單元地址都是唯一的，不存在地址重復(fù)，但譯碼電路較復(fù)雜、連線較多圖示為全譯碼的例子：采用3-8譯碼，芯片2764(8K*8)在高位地址A19-A13＝0001110時(shí)被選中，其地址范圍1C000H—1DFFFH。5.4存儲(chǔ)器的擴(kuò)展設(shè)計(jì)28部分譯碼：對(duì)存儲(chǔ)芯片進(jìn)行譯碼尋址時(shí)，只有部分高位地址線參與。對(duì)被選中的芯片來說，末參與譯碼的高位地址可以為1、也可以為0；因此，每個(gè)存儲(chǔ)單元將對(duì)應(yīng)多個(gè)地址(地址重復(fù))。使用時(shí)，只選取其中的一個(gè)，一般都是將未用地址設(shè)為0，而得到其可用地址。采用部分譯碼的方法，可簡(jiǎn)化譯碼電路的設(shè)計(jì)，但由于地址重復(fù)，系統(tǒng)的一部分地址空間資源將被浪費(fèi)掉。5.4存儲(chǔ)器的擴(kuò)展設(shè)計(jì)29

線選法：如果只用少數(shù)幾根高位地址線進(jìn)行芯片的譯碼，且每根負(fù)責(zé)選中一個(gè)芯片(組)，這種方法被稱為“線選方法”。線選法的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)成簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是地址空間的浪費(fèi)嚴(yán)重，由于有些地址線未參與譯碼，所以必然會(huì)出現(xiàn)地址重復(fù)；此外，當(dāng)通過線選的芯片(組)增多時(shí)還會(huì)出現(xiàn)可用地址空間不連續(xù)的情況。芯片A19--A15A14A13A12--A0一個(gè)可用地址范圍

1XXXXX10全0--全104000H--05FFFH2XXXXX01全0--全102000H--03FFFH5.4存儲(chǔ)器的擴(kuò)展設(shè)計(jì)305.4存儲(chǔ)器的擴(kuò)展設(shè)計(jì)二、存儲(chǔ)器容量的擴(kuò)展

1、信號(hào)線的連接在微型機(jī)中CPU對(duì)存儲(chǔ)器要進(jìn)行讀/寫操作，由地址總線給出地址信號(hào)；由控制總線（WR/RD）發(fā)出讀/寫控制信號(hào)；在數(shù)據(jù)總線上進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀/寫。所以，CPU與存儲(chǔ)器連接時(shí)，信號(hào)線的連接是指：存儲(chǔ)芯片的數(shù)據(jù)線存儲(chǔ)芯片的地址線存儲(chǔ)芯片的片選端存儲(chǔ)芯片的讀寫控制線315.4存儲(chǔ)器的擴(kuò)展設(shè)計(jì)2、位擴(kuò)展位擴(kuò)展：指存儲(chǔ)器芯片的位數(shù)不能滿足存儲(chǔ)器要求的情況，需在位數(shù)方向擴(kuò)展。若芯片的數(shù)據(jù)線正好8根，一次可從芯片中訪問到8位數(shù)據(jù)，全部數(shù)據(jù)線與系統(tǒng)的8位數(shù)據(jù)總線相連；若芯片的數(shù)據(jù)線不足8根，一次不能從一個(gè)芯片中訪問到8位數(shù)據(jù)，需利用多個(gè)芯片擴(kuò)充數(shù)據(jù)位這種擴(kuò)充方式簡(jiǎn)稱“位擴(kuò)展”，即“位并聯(lián)”。325.4存儲(chǔ)器的擴(kuò)展設(shè)計(jì)2114（1）A9～A0I/O4～I(xiàn)/O1片選A10D3～D0D7～D4A9～A02114（2）A9～A0I/O4～I(xiàn)/O1CECE多個(gè)位擴(kuò)充的存儲(chǔ)芯片的數(shù)據(jù)線連接于系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的不同位數(shù)；地址線的相應(yīng)位、各控制線并聯(lián)；這些芯片應(yīng)被看作是一個(gè)整體；常被稱為“芯片組”。335.4存儲(chǔ)器的擴(kuò)展設(shè)計(jì)3、字?jǐn)U展

字?jǐn)U展可以利用外加譯碼器控制芯片的片選(CS)輸入端實(shí)現(xiàn)①各片RAM對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)線、讀/寫線對(duì)應(yīng)并聯(lián)；②低位地址線也并聯(lián)起來；③要增加的高位地址線，通過譯碼器譯碼，將其輸出分別接至各片的片選控制端。存儲(chǔ)系統(tǒng)常需利用多個(gè)存儲(chǔ)芯片擴(kuò)充容量，也就是擴(kuò)充了地址范圍；進(jìn)行“字?jǐn)U展”，需要利用存儲(chǔ)芯片的片選端對(duì)多個(gè)存儲(chǔ)芯片（組）進(jìn)行尋址；這種尋址方法，主要通過將存儲(chǔ)器芯片的片選端與系統(tǒng)的高位地址線相關(guān)聯(lián)來實(shí)現(xiàn)；345.4存儲(chǔ)器的擴(kuò)展設(shè)計(jì)字?jǐn)U展

片選端D7～D0A11A10～A0（2）A10～A0D7～D0CE（1）A10～A0D7～D0CE1355.4存儲(chǔ)器的擴(kuò)展設(shè)計(jì)4、SRAM/ROM與CPU連接方法和步驟（1）分析理解題意。在已知芯片和系統(tǒng)容量的情況下，確定所需的芯片數(shù)。

（2）分析地址空間

(3)確定數(shù)據(jù)線、地址線、控制線條數(shù)，并對(duì)應(yīng)相連用現(xiàn)有的芯片如何構(gòu)成所需容量的存儲(chǔ)器呢？365.4存儲(chǔ)器的擴(kuò)展設(shè)計(jì)三、存儲(chǔ)器擴(kuò)展舉例（位和字同時(shí)擴(kuò)展）

例：用Intel21141K*4位的芯片，構(gòu)成一個(gè)2KBRAM系統(tǒng)。分析：設(shè)CPU提供8條數(shù)據(jù)線、16條地址線。

21141K*4位的芯片，首先進(jìn)行位擴(kuò)展，構(gòu)成1KBRAM。由兩片2114構(gòu)成，看做一組。用2組上述芯片組構(gòu)成2KBRAM系統(tǒng)。所以，共需四片，每?jī)善唤M。375.4存儲(chǔ)器的擴(kuò)展設(shè)計(jì)385.4存儲(chǔ)器的擴(kuò)展設(shè)計(jì)四、微機(jī)系統(tǒng)中的存儲(chǔ)器組織1、16位微機(jī)系統(tǒng)中的存儲(chǔ)器39405.4存儲(chǔ)器的擴(kuò)展設(shè)計(jì)2、32位微機(jī)系統(tǒng)中的存儲(chǔ)器（4個(gè)字節(jié)為一個(gè)“字”）415.5高速緩沖存儲(chǔ)器高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）：解決CPU和主存之間的速度匹配問題，在CPU與存儲(chǔ)容量較大但操作速度較慢的主存之間，設(shè)置一個(gè)容量小但存取速度比主存快數(shù)倍的存儲(chǔ)器。Cache的工作原理：基于程序訪問的局部性原理。Cache的基本結(jié)構(gòu)425.5高速緩沖存儲(chǔ)器Cache的替換策略發(fā)生在有沖突發(fā)生時(shí)，即新的主存頁需要調(diào)入Cache。而Cache已沒有空閑空間可用時(shí)。這時(shí)替換機(jī)構(gòu)應(yīng)根據(jù)某種算法指出應(yīng)移去的塊，再把新塊調(diào)入。主要有4個(gè)：（1）隨機(jī)（Random）替換策略（2）先進(jìn)先出（FIFO）替換策略（3）近期最少使用（LRU）替換策略（4）優(yōu)化替換算法Cache的地址映射

（1）全相聯(lián)Cache（2）直接映像Cache（3）組相聯(lián)Cache43（1）直接映像法假設(shè):Cache:容量16KB，混合存儲(chǔ)指令和數(shù)據(jù)信息16個(gè)“字”（每個(gè)字為32bit=4Byte）為一“頁”,

共256“頁”每個(gè)字節(jié)用8位“頁地址”加上6位“頁內(nèi)位置”表示主存：使用32位主存地址，尋址4GB的主存空間每個(gè)字節(jié)用18位“組號(hào)”，8位“頁地址”，6位“頁內(nèi)地址”表示直接映像法：

主存中的一頁只能進(jìn)入與它頁號(hào)相同的Cache頁中。44圖10-12主存Cache標(biāo)記=組號(hào)（18位）直接映像關(guān)系1個(gè)頁面對(duì)應(yīng)1個(gè)標(biāo)記45Cache為“空”時(shí)，處理器訪問物理地址12345678H的主存單元，該地址可以劃分為： 組號(hào)=048D1H，頁地址=59H，頁內(nèi)地址=38H 該內(nèi)存頁被讀出，存入Cache中59H頁。“相聯(lián)存儲(chǔ)映像表”中該頁的“標(biāo)記（Tag）”被置為“048D1H”。隨后，處理器訪問地址為12345644H的主存單元，它的地址劃分為：

組號(hào)=048D1H，頁地址=59H，頁內(nèi)地址=04H 查找“相聯(lián)表”中頁面為59H的標(biāo)記項(xiàng)，“命中”。Cache第59H頁面中頁內(nèi)地址為04H的“字”被讀出，送往處理器。46處理器訪問地址12341678H的主存單元，地址劃分為：組號(hào)=048D0H，頁地址=59H，頁內(nèi)地址=38H。再次查找表中頁面59H的標(biāo)記項(xiàng)，發(fā)出“失靶”信息。主存中編號(hào)為048D0H的1頁被讀出，存入Cache第59H頁面中，對(duì)應(yīng)的“標(biāo)記”修改為“048D0H”。一個(gè)新的主存頁面進(jìn)入Cache，原來的頁面被覆蓋。直接映像法特點(diǎn)：直接映像法采用簡(jiǎn)單的映射關(guān)系，查找方便。每個(gè)主存頁面只與Cache中惟一的一個(gè)頁相映射，增加了頁面沖突的可能性，會(huì)增加不合理的頁面更換，Cache