【正文】 存儲(chǔ)器在 16位地址空間（ 64KB）中占據(jù) 任意連續(xù)區(qū)間。 共 3片 51 A15A14A13 A12A11 A10A9… A0 0 0 0 0 0 0 …… 0 0 0 0 0 0 1 …… 1 0 0 0 0 1 1 …… 1 0 0 0 1 0 0 1 … 1 0 0 0 0 1 0 …… 0 0 0 0 1 0 0 0 … 0 低位地址分配給芯片，高位地址形成片選邏輯。 （ 2）讀出 磁頭線圈中不加電流，磁層移動(dòng)。如果我們規(guī)定按圖中所示電流方向?yàn)閷憽?1 ”，那么寫線圈里通以相反方向的電流時(shí)即為寫“ 0”。這樣，不同方向的感應(yīng)電勢(shì)經(jīng)讀出放大器放大鑒別，就可判知讀出的信息是“ 1”還 是“ 0”。另外讀出信號(hào)經(jīng)分離電路可提取自同步定時(shí)脈沖，所以具有自同步能力。 非格式化容量： 格式化容量： 總位數(shù) 用位密度計(jì)算。 非格式化容量 是磁記錄表面可以利用的磁化單元 總數(shù)。目前固定頭盤轉(zhuǎn)速高達(dá) 6000轉(zhuǎn) /分，故平均等待時(shí)間為 5ms ? 數(shù)據(jù)傳輸率 磁盤存儲(chǔ)器在單位時(shí)間內(nèi)向主機(jī)傳送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)，叫數(shù)據(jù)傳輸率，傳輸率與存儲(chǔ)設(shè)備和主機(jī)接口邏輯有關(guān)。 磁道： 盤片旋轉(zhuǎn)一周，磁頭的作用區(qū)域。磁盤記錄面經(jīng)這樣編址后，就可用n磁道 m扇區(qū) 的磁盤地址找到實(shí)際磁盤上與之相對(duì)應(yīng)的記錄區(qū)。 圓柱面： 扇區(qū)（定長記錄格式） 格式化容量 =字節(jié)數(shù) /扇區(qū) 扇區(qū)數(shù) /道 道數(shù) /面 面數(shù) （ 2）硬盤信息分布與尋址信息 1）信息分布 （柱面數(shù) =道數(shù) /面） 數(shù)據(jù)塊 記錄塊（不定長記錄格式）， 無扇區(qū)劃分。單個(gè)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)周期仍為一個(gè) TMC。 68 高速緩沖存儲(chǔ)器 ? 高速緩存是介于主存和 CPU之間的一個(gè)快速小容量存儲(chǔ)器。當(dāng) CPU讀取主存中一個(gè)字時(shí)，便發(fā)出此字的內(nèi)存地址到 cache和主存。 ? 設(shè) Cache地址碼為 c+b位，塊數(shù)為 2c字節(jié)，塊內(nèi)字節(jié)數(shù)與主存相同，塊內(nèi)字節(jié)數(shù) = 2b，由于其容量小，所以塊的數(shù)量小得多。 Cache命中率 指 CPU要訪問的信息已經(jīng)在 cache內(nèi)的比率。 76 1．直接地址映射（ direct mapping） 直接地址映射是指主存中每一個(gè)塊只能映射到某一固定的 cache中，如圖所示。 Cache為它的每一塊都設(shè)置一個(gè) 7位的標(biāo)記，此例中為 8塊，則其對(duì)應(yīng)的標(biāo)記就有 8個(gè)，它們被存儲(chǔ)在 CAM中。 83 3．組相聯(lián)地址映射（ set associative mapping） 主存按 Cache大小分成若干區(qū)，每個(gè)區(qū)分為若干組， cache和主存一樣都分組，組內(nèi)塊數(shù)都相同。 85 組相聯(lián) Cache的檢索過程 直接映像的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡單，缺點(diǎn)是不夠靈活，主存塊與Cache塊對(duì)應(yīng)關(guān)系死板，不能充分利用 Cache存儲(chǔ)空間。故塊表的容量為： 29字 6位。 ⑤ 111 1010 ⑥ 010 0110 ⑦ 000 1010 ⑧ 101 0010 91 例 2：設(shè)一個(gè) Cache采用直接映象，Cache中有 16個(gè)塊，訪問主存進(jìn)行連續(xù)讀操作的塊地址序列流為1100110(66H)，1111010(7AH)，1100010(62H)，1010010(52H)，1111010(7AH)，0100110(26H)，0001010(0AH)， 1010010(52H) ，求連續(xù)訪問主存后 Cache的映像情況，設(shè)初始Cache為空。 虛存空間（邏輯空間）如何變換成主存空間（物理空間）是虛存中一個(gè)重要的技術(shù)環(huán)節(jié)。 93 。 虛存中的地址變換和替換算法采用和 Cache大致相同的原理。 有兩種常用的替換算法 先進(jìn)先出（ FIFO）：最先調(diào)入 Cache的內(nèi)容被替換掉。 因?yàn)橹鞔娴刂窞?0DE8F8H=1101 1110 1000 1111 1000， 所以主存塊號(hào) =1101 1110 1000 111，塊內(nèi)地址 =11000。解答下列問題： 1. 寫出 Cache的地址格式。組間采用直接地址映射，而組內(nèi)采用全相聯(lián)地址映射。標(biāo)簽存儲(chǔ)器只需要存儲(chǔ)最高 t位頁號(hào)地址，就可以確定主存塊對(duì)應(yīng)的 Cache行。如主存的第 0塊、第 8塊、 … 、第 1 016塊，只能映射到 cache的第0塊；而主存的第 1塊、第 9塊、 … 、第 1 017塊只能映射到 cache的第1塊，依次類推。 為了把數(shù)據(jù)從主存中取出送入 cache中，必須使用某種地址轉(zhuǎn)換機(jī)制把主存地址映射到 cache中定位，稱為地址映射。此時(shí)，訪問時(shí)間將為主存速度。由始終管理 cache使用情況的硬件邏輯電路來實(shí)現(xiàn) LRU替換算法。根據(jù)程序局部性原理，可將當(dāng)前正執(zhí)行指令地址附近的一部份指令和數(shù)據(jù)從主存調(diào)入 Cache，供 CPU在一段時(shí)間內(nèi)使用。 67 CPU的 MAR分兩部分： Highorder loworder 模內(nèi)地址 模號(hào) 低位以來選擇模塊，而高位用來選擇模塊內(nèi)的存儲(chǔ)單元。 2）尋址信息 例：定長記錄格式 （磁道格式） 選擇磁盤組 選擇盤面 選擇磁道 選擇起始扇區(qū) 磁道時(shí)間 磁道 索引脈沖 間隔 扇區(qū) 1 扇區(qū) 2 扇區(qū) n 間隔 扇區(qū) i 標(biāo)志區(qū)： 標(biāo)志信息、 CRC校驗(yàn)碼 數(shù)據(jù)區(qū)： 標(biāo)志信息、 CRC、 數(shù)據(jù)字段 尋址操作 尋道： 磁頭徑向移動(dòng) 尋找扇區(qū)： 盤片旋轉(zhuǎn) 讀 /寫操作 串行讀 /寫 DMA方式傳送 （ 1） （ 2） 扇區(qū)數(shù) 多模塊結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器 多模塊指的是多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的存儲(chǔ)器模塊組成一個(gè)主存儲(chǔ)器。例如對(duì)活動(dòng)頭磁盤組來說，磁盤地址是由記錄面號(hào) (也稱磁頭號(hào) )、磁道號(hào)和扇 ? 在磁道上，信息是按區(qū)存放的，每個(gè)區(qū)中存放一定數(shù)量的字或字節(jié)，各個(gè)區(qū)存放的字或字節(jié)數(shù)是相同的。 存放數(shù)據(jù)塊。從存儲(chǔ)設(shè)備考慮，假設(shè)磁盤旋轉(zhuǎn)速度為每秒 r轉(zhuǎn)，每條磁道容量為 N個(gè)字節(jié)，則數(shù)據(jù)傳輸率 Dr=rN(字節(jié) /秒 )。格式化容量一般是非格式化容量的 60%—70%。 （ 3）速度指標(biāo) 平均存取時(shí)間 帶： 平均等待時(shí)間 盤： 平均定位、平均旋轉(zhuǎn)時(shí)間 衡量查找速度 ms 數(shù)據(jù)傳輸率 衡量讀 /寫速度 b/s、 B/s 磁盤存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo) ? 存儲(chǔ)密度 存儲(chǔ)密度分道密度、位密度和面密度。 ? 調(diào)頻制 (FM) 其特點(diǎn)如下： (1)無論記錄的代碼是 1或 0，或者連續(xù)寫“ 1”或?qū)憽? 0”，在相鄰兩個(gè)存儲(chǔ)元交界處電流都要改變方向； (2)記錄 1時(shí)電流一定要在位周期中間改 變方向，寫“ 1”電流的頻率是寫“ 0”電流頻率的 2倍，故稱為倍頻法。記錄方式是一種編碼方式，它按某種規(guī)律將一串二進(jìn) 制數(shù)字信息變換成磁層中相應(yīng)的磁化元狀態(tài)，用讀寫控制電路實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。顯然，一個(gè)磁化元就是一個(gè)存儲(chǔ)元，一個(gè)磁化元中存儲(chǔ)一位二進(jìn)制信息。 讀出信號(hào) 磁通變化的區(qū)域 58 磁表面存儲(chǔ)器的讀寫原理 在磁表面存儲(chǔ)器中，利用一種稱為 磁頭 的裝置來形成和判別磁層中的不同磁狀態(tài)。用 2K 8位的 EPROM構(gòu)成 4K 8位的固化區(qū)存儲(chǔ)器，用 2K 8位和 1K 4位的 SDRAM構(gòu)成 3K 8位的隨機(jī)讀寫區(qū)存儲(chǔ)器。 芯片 芯片地址 片選信號(hào) 片選邏輯 1K 1K 1K 1K A9～ A0 A9～ A0 A9～ A0 A9～ A0 CS0 = CS1 = CS2 = CS3 = A11A10 A11A10 A11A10 A11A10 47 （ 1）擴(kuò)展位數(shù) 4 1K 4 1K 4 4 10 1K 4 1K 4 4 10 1K 4 1K 4 4 10 4 1K 4 1K 4 4 10 4 4 A9~A0 D7~D4 D3~D0 4 4 R/W A11 A10 CS3 A11 A10 CS0 A11 A10 CS1 A11 A10 CS2 （ 2）擴(kuò)展單元數(shù) （ 3）連接控制線 （ 4）形成片選邏輯電路 48 49 可用于片選信號(hào)產(chǎn)生的譯碼器芯片 74LS138邏輯圖及引腳圖 50 環(huán)形計(jì)數(shù)器 ,用來產(chǎn)生時(shí)序控制信號(hào) 某半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，按字節(jié)編址。 主存邏輯設(shè)計(jì)基本方法 需解決： 芯片的選用、 例 1. 用 2114（ 1K 4） SRAM芯片組成容量為 4K 8的存儲(chǔ)器。 片選技術(shù)（存儲(chǔ)空間分布、地址分配技術(shù)） 線選法：利用單根高位地址線（系統(tǒng)地址線中存儲(chǔ)器芯片地址引腳所連接的低位地址線后，剩余的高位地址線）實(shí)現(xiàn)片選。 W L （ 字 線 ）B L（ 位 線 ）V G( W E )32 33 EPROM芯片 2716舉例 34 ① 存儲(chǔ)陣列； Intel2716 存儲(chǔ)器芯片的存儲(chǔ)陣列由 2K 8 個(gè)帶有浮動(dòng)?xùn)诺? MOS 管構(gòu)成，共可保存 2K 8 位二進(jìn)制信息； ② X 譯碼器：又稱為行譯碼器，可對(duì) 7 位行地址進(jìn)行譯碼； ③ Y 譯碼器：又稱為列譯碼器，可對(duì) 4 位列地址進(jìn)行譯碼； ④ 輸出允許、片選和編程邏輯：實(shí)現(xiàn)片選及控制信息的讀 / 寫； ⑤ 數(shù)據(jù)輸出緩沖器：實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出數(shù)據(jù)的緩沖。 ?編程時(shí)（寫入數(shù)據(jù)），對(duì)寫 0的單元加入特定的電壓， FAMOS上的G極與 D極被瞬時(shí)擊穿，大量電子聚集到 G極上，撤銷編程電壓后，G極上的聚集的電子不能越過隔離層， FAMOS導(dǎo)通，表示 0。 2ms （ 3）異步刷新 例 . 各刷新周期分散安排在 2ms內(nèi)。 按行讀。 22 23 Intel 2164A 讀操作時(shí)序 24 Intel 2164A 寫操作時(shí)序 4 動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的刷新 定 義： 刷新。 Z： 加低電平， T截止，該單元未選中，保持原狀態(tài)。 17 （ 1）組成 （ 4）保持 T1 T2 T3 T4 Z W W C1 C2 寫入： 在 W、 W上分別加 高、低電平，寫 1/0。即產(chǎn)生 64個(gè)行選信號(hào)。 靜態(tài)單元是非破壞性讀出，讀出后不需重寫。 功耗較大 ,速度快 ,作 Cache。一般 TA TMC 。計(jì)算機(jī)組成原理 第四章 存儲(chǔ)系統(tǒng)（存儲(chǔ)器組織）