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1、第4章 存储器,课后复习,目录,（）本章复习提示 （二）课后习题参考答案,（一）本章复习提示,1. 存储系统的层次结构 Cache主存和主存辅存层次的作用 程序访问的局部性原理与存储系统层次结构 的关系,重点,第章 存储器,缓存 主存层次和主存 辅存层次,1. 存储系统的层次结构 Cache主存和主存辅存层次的作用 程序访问的局部性原理与存储系统层次结构 的关系,重点,2. 主存、Cache、磁表面存储器的工作原理 及技术指标,第章 存储器,3. 半导体存储芯片的外特性以及与 CPU 的连接,存储器与 CPU 的连接,例,解:,(1) 写出对应的二进制地址码,(2) 确定芯片的数量及类型,A1
2、5A14A13 A11 A10 A7 A4 A3 A0,(3) 分配地址线,A10 A0 接 2K 8 位 ROM 的地址线,A9 A0 接 1K 4 位 RAM 的地址线,(4) 确定片选信号,(5) CPU 与存储器的连接图,1. 存储系统的层次结构 Cache主存和主存辅存层次的作用 程序访问的局部性原理与存储系统层次结构 的关系,重点,2. 主存、Cache、磁表面存储器的工作原理 及技术指标,第章 存储器,3. 半导体存储芯片的外特性以及与 CPU 的连接,4.如何提高访存速度,1.对于一定容量的存储器，按字节或字访问 的寻址范围是不同的,难点,第章 存储器,如 16 MB （227
3、位）的存储器,按 字节 寻址,按 字（16位）寻址,按 字 （32位）寻址,224= 16 M,223 = 8 M,222 = 4 M,寻址范围,容量,224 = 227位,223 = 227位,222 = 227位,字节 寻址,字（16位）寻址,字 （32位）寻址,字节地址,字节地址,23,24,25,1.对于一定容量的存储器，按字节或字访问 的寻址范围是不同的,难点,第章 存储器,2. 多体并行结构存储器顺序编址和交叉编址 对访存速度的影响,多体并行系统,(1) 高位交叉,顺序编址,各个体并行工作,体号,(1) 高位交叉,(2) 低位交叉,各个体轮流编址,体号,(2) 低位交叉 各个体轮流
4、编址,低位交叉的特点,在不改变存取周期的前提下，增加存储器的带宽,启动存储体 0,启动存储体 1,启动存储体 2,启动存储体 3,设四体低位交叉存储器，存取周期为T，总线传输周期为，为实现流水线方式存取，应满足 T 4。,连续读取 4 个字所需的时间为 T(4 1),1.对于一定容量的存储器，按字节或字访问 的寻址范围是不同的,难点,第章 存储器,2. 多体并行结构存储器顺序编址和交叉编址 对访存速度的影响,3. 不同的 Cache 主存地址映射，直接影响主存地址字段的分配、替换策略及命中率,（1） 直接映射,每个缓存块 i 可以和 若干 个 主存块 对应,每个主存块 j 只能和 一 个 缓存
5、块 对应,i = j mod C,（2） 全相联映射,主存 中的 任一块 可以映射到 缓存 中的 任一块,某一主存块 j 按模 Q 映射到 缓存 的第 i 组中的 任一块,i = j mod Q,（3）组相联映射,假设主存容量为 512 KB，Cache 容量为 4KB，每个字块为 16 个字，每个字 32 位。,例,根据 Cache 容量为 4KB 得 Cache 地址 12 位 4KB/4B = 1K字 1K/16 = 64 块,根据 512KB 得主存地址 19 位 512KB/4B = 128K字 128K/16 = 8192 块。,主存的第 5，64 + 5，264 + 5， ， 8
6、192 64 + 5 块 能映射到 Cache 的第 5 块,（4）画出直接映射方式下主存地址字段中各段的位数,在直接映射方式下，主存地址字段的各段位数分配如图所示。其中字块内地址为 6 位（4 位表示 16 个字，2 位表示每字 32 位），缓存共 64 块，故缓存字块地址为 6 位，主存字块标记为主存地址长度与 Cache 地址长度之差，即 19 - 12 = 7 位。,假设主存容量位 512K16 位，Cache 容量为 409616 位， 块长为 4 个 16 位的字，访存地址为 字地址。,例,根据 Cache 容量为 4K字，得 Cache 字地址为 12 位。 根据块长为 4，按字
7、访问，得字块内地址 2 位， Cache 共有 4K/4 = 1024 块， 根据主存容量为 512K，得主存字地址 19 位。 主存地址格式,（1）在直接映射方式下，设计主存的地址格式。,假设主存容量位 512K16 位，Cache 容量为 409616 位， 块长为 4个16 位的字，访存地址为 字地址。,例,（3）在二路组相联映射方式下，设计主存的地址格式。,二路组相联，即一组内有 2 块，Cache共分 1024 块 1024/2 = 512 组，29 = 512，组地址 9 位,（2）在全相联映射方式下，设计主存的地址格式。,假设主存容量位 512K16 位，Cache容量为 409
8、616 位， 块长为 4个 16 位的字，访存地址为 字地址。,例,根据块长不变 4 个16 位的字 访存地址仍为字（16 位）地址 容量为 512K32 位 相当于容量为 1024K16 位 得主存地址 20 位 四路组相联，即一组内 4 块 Cache共有1024/4 = 256 组 28 = 256 组地址为 8 位,（4）主存容量为 512K32 位，块长不变，在四路组相联映射 方式下，设计主存的地址格式。,（二）课后习题参考答案,3. 存储器的层次结构主要体现在什么地方？为什么要分这些层次？计算机如何管理这些层次？ 答：存储器的层次结构主要体现在Cache主存和主存辅存这两个存储层次
9、上。 Cache主存层次在存储系统中主要对CPU访存起加速作用，即从整体运行的效果分析，CPU访存速度加快，接近于Cache的速度，而寻址空间和位价却接近于主存。 主存辅存层次在存储系统中主要起扩容作用，即从程序员的角度看，他所使用的存储器其容量和位价接近于辅存，而速度接近于主存。,综合上述两个存储层次的作用，从整个存储系统来看，就达到了速度快、容量大、位价低的优化效果。 主存与CACHE之间的信息调度功能全部由硬件自动完成。而主存辅存层次的调度目前广泛采用虚拟存储技术实现，即将主存与辅存的一部份通过软硬结合的技术组成虚拟存储器，程序员可使用这个比主存实际空间（物理地址空间）大得多的虚拟地址空
10、间（逻辑地址空间）编程，当程序运行时，再由软、硬件自动配合完成虚拟地址空间与主存实际物理空间的转换。因此，这两个层次上的调度或转换操作对于程序员来说都是透明的。,4. 说明存取周期和存取时间的区别。 解：存取周期和存取时间的主要区别是：存取时间仅为完成一次操作的时间，而存取周期不仅包含操作时间，还包含操作后线路的恢复时间。即： 存取周期 = 存取时间 + 恢复时间 5. 什么是存储器的带宽？若存储器的数据总线宽度为32位，存取周期为200ns，则存储器的带宽是多少？ 解：存储器的带宽指单位时间内从存储器进出信息的最大数量。 存储器带宽 = 1/200ns 32位 = 160M位/秒 = 20M
11、B/S = 5M字/秒 注意字长（32位）不是16位。 （注：本题的兆单位来自时间=106）,6. 某机字长为32位，其存储容量是64KB，按字编址其寻址范围是多少？若主存以字节编址，试画出主存字地址和字节地址的分配情况。 解：存储容量是64KB时，按字节编址的寻址范围就是64KB，则： 按字寻址范围 = 64K8 / 32=16K字 按字节编址时的主存地址分配图如下：,0,1,2,3,6,5,4,65534,65532,7,65535,65533,字地址 HB 字节地址LB,0 4 8 65528 65532,讨论： 1、 在按字节编址的前提下，按字寻址时，地址仍为16位，即地址编码范围仍为
12、064K-1，但字空间为16K字，字地址不连续。 2、 字寻址的单位为字，不是B（字节）。 3、 画存储空间分配图时要画出上限。,7. 一个容量为16K32位的存储器，其地址线和数据线的总和是多少？当选用下列不同规格的存储芯片时，各需要多少片？ 1K4位，2K8位，4K4位，16K1位，4K8位，8K8位 解： 地址线和数据线的总和 = 14 + 32 = 46根； 各需要的片数为： 1K4：16K32 /1K4 = 168 = 128片 2K8：16K32 /2K 8 = 8 4 = 32片 4K4：16K32 /4K 4 = 4 8 = 32片 16K1：16K 32 / 16K 1 =
13、32片 4K8：16K32 /4K8 = 4 4 = 16片 8K8：16K32 / 8K 8 = 2X4 = 8片,讨论： 地址线根数与容量为2的幂的关系，在此为214，14根； 数据线根数与字长位数相等，在此为32根。（注：不是2的幂的关系。 ） ：32=25，5根,8. 试比较静态RAM和动态RAM。 答：静态RAM和动态RAM的比较见下表：,9. 什么叫刷新？为什么要刷新？说明刷新有几种方法。 解：刷新对DRAM定期进行的全部重写过程； 刷新原因因电容泄漏而引起的DRAM所存信息的衰减需要及时补充，因此安排了定期刷新操作； 常用的刷新方法有三种集中式、分散式、异步式。 集中式：在最大刷
14、新间隔时间内，集中安排一段时间进行刷新； 分散式：在每个读/写周期之后插入一个刷新周期，无CPU访存死时间； 异步式：是集中式和分散式的折衷。,讨论： 1）刷新与再生的比较： 共同点： 动作机制一样。都是利用DRAM存储元破坏性读操作时的重写过程实现； 操作性质一样。都是属于重写操作。,区别： 解决的问题不一样。再生主要解决DRAM存储元破坏性读出时的信息重写问题；刷新主要解决长时间不访存时的信息衰减问题。 操作的时间不一样。再生紧跟在读操作之后，时间上是随机进行的；刷新以最大间隔时间为周期定时重复进行。 动作单位不一样。再生以存储单元为单位，每次仅重写刚被读出的一个字的所有位；刷新以行为单位
15、，每次重写整个存储器所有芯片内部存储矩阵的同一行。,芯片内部I/O操作不一样。读出再生时芯片数据引脚上有读出数据输出；刷新时由于CAS信号无效，芯片数据引脚上无读出数据输出（唯RAS有效刷新，内部读）。鉴于上述区别，为避免两种操作混淆，分别叫做再生和刷新。 2）CPU访存周期与存取周期的区别： CPU访存周期是从CPU一边看到的存储器工作周期，他不一定是真正的存储器工作周期；存取周期是存储器速度指标之一，它反映了存储器真正的工作周期时间。,3）分散刷新是在读写周期之后插入一个刷新周期，而不是在读写周期内插入一个刷新周期，但此时读写周期和刷新周期合起来构成CPU访存周期。 4）刷新定时方式有3种而不是2种，一定不要忘了最重要、性能最好的异步刷新方式。,10. 半导体存储器芯片的译码驱动方式有几种？ 解：半导体存储器芯片的译码驱动方式有两种：线选法和重合法。 线选法：地址译码信号只选中同一个字的所有位，结构简单，费器材； 重合法：地址分行、列两部分译码，行、列译码线
