《计算机组成原理》| 第四章存储器知识梳理

╰+攻爆jí腚メ 2023-10-06 11:41 45阅读 0赞

> ## 存储器 ##

**目录**

存储器

3.2.2、存储单元（地址译码）

3.2.3、存储器（芯片封装）

3.3、主存储器扩展

3.4、主存储器与CPU的连接！！！

3.4.2、主存读写周期与CPU的配合

3.5、主存储器的刷新

3.6、主存储器的性能提高

高速缓冲存储器（Cache）

4.1、地址映象

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内存：在计算机中，存储正在运行的（部分）程序和数据的部件。

通过地址总线、数据总线、控制总线与CPU等其他部件相连

内存功能：存放程序和数据部件，并满足在计算机执行的过程中，能够随机访问这些程序和数据

①存（存放）

②取（访问）

![20190129131830719.png][]

**存储器基本结构：**

**存储体**

**地址寄存器**

**地址译码器**

**数据缓冲寄存器**

**读写控制线路**

**先送地址后读写数据**

1.  **存储器的分类**

一个触发器能存储一位二进制代码。

一个触发器电路称为一个存储元（存储位），是存储器中的最小单位。

随机读写存储器(RAM)：在程序执行过程中可读可写。

静态的和动态的ram

SRAM 静态 作为cache

DRAM 动态 做内存 (因为需要刷新）

只读存储器(ROM)：在程序执行过程中只读。

###  ###

1.  **存储器的层次结构（三级存储系统）**

定义： 由**高速缓冲存储器（Cache）、****主存储器（内存）****、辅助存储器（外存)**组成三级结构的存储器，由系统统一调度、统一管理。

围绕主存储器（内存）来组织和运行的。

三个要点： 速度 容量 费用

离CPU越近的速度越快，越远容量越大

多级存储系统可以实现的前提: 程序运行时的局部性。

CPU不能直接访问辅助存储器（外存），程序与数据从辅助存储器调入内存后，

再从内存调入CACHE， CPU访问CACHE，读写程序和数据。

![20190129131920548.png][]

1.  **主存储器（内存 Main memory）**

**SRAM存储器：** **存取速度****快****、集成度****低****、位平均****功耗高****，****小容量主存****。**

**DRAM存储器：****存取速度****慢****、集成度****高****、位平均****功耗低****，****大容量主存****。****（****定时通电刷新）**

主存储器的性能指标：存储容量、存取时间、存储周期、存储器带宽。

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#### **3.2.2、存储单元（地址译码）** ####

通过地址译码寻找存储单元，需要有译码器

地址译码器：把地址信号翻译成，对应存储单元的选择信号。

分为单译码器。双译码器。

双译码比单译码使用的选择线少，可以可以减少芯片的引脚

#### **3.2.3、存储器（芯片封装）** ####

![20190129131953985.png][]

要会画芯片的封装，

包括： 地址线，数据线（i/o），读写信号线(WE)，片选信号线（CS)

#### **3.3、主存储器扩展**  ####

内存条是由多个存储芯片扩展而成。

扩展后需要选芯片

扩展方法选择标准： 片选信号越少越好

**3.3.1、位扩展（数据线扩充）**

![20190129132000747.png][]

**3.3.2、字扩展（地址线扩充）**

![20190129132003737.png][]

**3.3.3、位字扩展（先位后字）**

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![20190129132011580.png][]

#### **3.4、主存储器与CPU的连接！！！** ####

![20190129132015985.png][]

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38译码器的输出端和片选信号怎么连

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####  **3.4.2、主存读写周期与CPU的配合**  ####

在读过程中，地址信号不能变

在写过程中，地址信号、数据信号都不能变

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#### **3.5、主存储器的刷新** ####

DRAM 所有存储单元都被刷新一次的时间是刷新周期

整个主存中，各芯片可同时刷新，芯片内逐行刷新，每次刷新一行

几种刷新方式： 集中 分散 异步

DRAM 所有存储单元都被刷新一次的时间是刷新周期（一般为2ms）

2ms指的是刷新周期

1）集中式刷新

在2ms内按存储容量集中安排刷新时间（刷新期间停止读/写操作）

2）分散式刷新

把存取周期分成两部分。一半读写一半刷新，一个周期刷一行。

（如果CPU存取周期是主存存取周期的二倍，使用此方法好）

3）异步式刷新

在2ms内，分散式地对128行逐行刷新一遍，每一行平均刷新的时间

间隔为 2ms / 128 = 15.625us，即每隔15.6us提出一次刷新请求。

这样，每行之间的刷新间隔仍为2ms。

相对于分散式刷新，它减少了刷新次数；

相对于集中式刷新，它的主机“死区”缩短了很多

#### **3.6、主存储器的性能提高** ####

![20190129132042598.png][]

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1.  ## **高速缓冲存储器（Cache）** ##

为了弥补主存速度的不足

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**系统效率 = （Cache存取时间 / 平均存取时间）**

**Cache 的全部功能都是由硬件完成的，(硬件完成功能：内存地址 转 Cache地址)**

**先有内存的地址，然后再有cache的地址**

#### **4.1、地址映象** ####

Cache与主存中存储单元地址映象关系

映象：其物理意义就是位置的对应关系，将主存地址变成Cache地址。

![2019012913212414.png][]

1）直接映象

直接映象方式是多对一映射。

主存中的一块只能映象到Cache某一个固定的块中。

特点：Cache的利用率不高

2）全相联映象

主存中任一块都可以映象到Cache中任一块上。

必须采用相联存储器

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内存地址如何换成cache地址 4-04

4.2、替换算法

当未命中而将新的主存块调入Cache中，而它的位置已被占满，就会产生替换问题。

**替换算法目的：获得最高命中率**

1.  **先进先出算法 FIFO**
2.  **最近最少使用算法 LRU**

**平均命中率 2）》1）**

**LRU替换算法反映了****程序的局部性特点**

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