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第8章 存储器及其接口
本章学习目标:
l 掌握半导体存储器的分类、组成及组成部件的作用及工作原理、读/写操作的基本过程。
l掌握SRAM、DRAM芯片的组成特点、工作过程、典型芯片的引脚信号、了解DRAM刷新的基本概念。
l掌握半导体存储器的主要技术指标、芯片的扩充、CPU与半导体存储器间的连接。
l了解Cache的基本概念、特点、在系统中的位置。

8.1. 简介
存储器就是用来存储程序和数据的，程序和数据都是信息的表现形式。按照存取速度和用途可把存储器分为两大类：内存储器（简称内存，又称主存储器）和外存储器。存储器的容量越大，记忆的信息也就越多，计算机的功能也就越强。

存储器的逻辑结构示意图

8.1.1 半导体存储器的分类
1．RAM的种类：在RAM中，按工艺可分为双极型和MOS型两大类。用MOS器件构成的RAM，可分为静态RAM和动态RAM两种。
2．ROM的种类：1）掩膜ROM；2）可编程的只读存储器PROM；3）可擦除的EPROM；4）电擦除的PROM；5）快速擦写存储器Flash Memory 又称快闪存储器

半导体存储器的分类
8.1.2 半导体存储器的主要性能指标
（1）存储容量 （2）存储速度
（3）只读性 （4）功耗
（5）易失性 （6）价格
（7）可靠性
8.1.3 半导体存储芯片的一般结构

译码方式:单译码方式, 双译码方式

8.2. 随机存储器(RAM)
8.2.1 静态存储器SRAM

六管基本存储电路单元

8.2.2 动态存储器DRAM

8.3. 只读存储器
ROM, PROM, EPROM, EEPROM, FLASH MEMORY

8.4. CPU与存储器的连接
8.4.1 CPU与存储器的连接时应注意的问题
1. 总线驱动能力
2. 时序配合
CPU的时序与存储器的存取速度之间的配合.
3. 数据线的连接
4. 地址线的连接
(1) 全译码法
(2) 部分译码法
(3) 线选法

5. 读写控制线的连接
CPU—M
6. ROM与RAM地址分配

8.4.2 地址译码器
1. 74LS138译码器

74LS138的真值表

2. 译码器的应用
(1)数据宽度扩展(无译码器)
用1024×1位的芯片组成1024x8 RAM的方框图

(2)单元数扩展(用地址线高位进行译码,用于选择芯片)
用8K×8位的芯片组成64Kx8 存储器方框图

(3)数据位宽度扩展,单元数扩展
用256×4位的芯片组成1024x8 RAM的方框图
(4)1Kx4 RAM芯片组成4Kx8存储器(线选法)

(5) 1Kx4 RAM芯片组成4Kx8存储器(部分译码法)

(6) 1Kx4 RAM芯片组成4Kx8存储器(全译码法)

3. PROM地址译码器

4. PLD可编程译码器

8.4.3 16位微机系统中的内存储器接口
/BHE, A0 组合来选择2个存储体：偶存储体、奇存储体
8.4.4 32位微机系统中的内存储器接口
/BE0，/BE1，/BE2，/BE3，/MWTC组合选择4个存储体以决定进行8位，16位，32位操作。

8.4.5 64位微机系统中的内存储器接口
/BE0，/BE1，/BE2，。。。/BE7，/MWTC组合选择8个存储体。

8.5. 高速缓冲存储器Cache

1. 什么是Cache?

2. 为什么要用Cache?

CPU—Cache—主M—虚M
用多级的的存储结构解决价格—速度—容量的平衡。
3．为什么用Cache可以提高CPU对存储器的读写速度？
程序局部性原理。
8.5.1 Cache工作原理
1. Cache及主M地址组成的部分
主存有n条地址线,主存容量为2n ;
把主存划分为大小相等的2m块, 每块有2n-m (=2r)个单元。

Cache有p条地址线,主存容量为2p ;
把主存划分为大小相等的2c块, 每块有2p-c (=2r)个单元;

主M中的某一块放入Cache中的某一块中。块号的变换。

如何替换？如何查找？如何映射？如何保持一致性？

2. Cache的基本结构

3. Cache的工作过程

4. 地址映像

(1) 全相联映射
主M中的任意一块可以放入Cache中的任意块中。

CAM中保存块号或主存中块的起始地址(=m00…0, 其中有r个0)—标记。

(2) 直接映射
主存中每一块只能装入到Cache中的唯一的特定位置。

(3) N路组相联映射

是全相联映射与直接映射的一种折衷方法。有N个Cache,主存的分为多个区(组)，区与Cache是全相联映射，同一区内不同块之间是直接映射。
6．替换算法
（1） 近期最少作用算法(LRU)
Cache每块一个计数器，命中计数器清0, 其它计数器增1， 最大值换出。
（2） 最不经常使用算法(LFU)
Cache每块一个计数器， 新块建立后，计数器为0,每访问一个，计数器增1， 最小的换出。
(3)随机替换
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