12第十二讲高性能存储器和高速存储器

① ② ③ ④
目前解决办法：
主存储器缩短读出时间，或加大字长。 采用并行操作的双端口存储器。 在CPU中和主存储器中加入一个高速缓存器。 在每个存储器周期中存取几个字。
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1 双端口存储器

双端口存储器：是指同一个存储器具有两组相互 独立的读写控制线路,是一种高速工作的存储器。
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双端口存储器IDT7133
②
.地址有效判断:如果CE在地址匹配之前变低，片
上的控制逻辑在左、右地址间进行判断来选择 端口。
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有冲突读写控制讨论

busy初始值是有效电平
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多模块交叉存储器

存储器的模块化组织：
编址方式： 顺序方式：各模块串行工作，存储器的 带宽受到了限制。
①
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编址方式

交叉方式：连续地址分布在相邻的不同模
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课堂练习
判断： 5、CPU访问存储器的时间是由存储器的容量决定的。 （）
6、因为动态随机存储器是破坏性读出，所以必须
不断刷新。 7、一般情况下，ROM与RAM在存储体中统一编址。 8、多体交叉存储器主要解决扩充容量问题
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综合题
9、设有一个1MB容量的存储器，字长32位。
a.
按字节编址，地址寄存器，数据寄存器 各为几位？编址范围? 按半字编址，地址寄存器，数据寄存器 各为几位？编址范围?
由8个256K×4位DRAM芯片组成一个块(256K×32位)
由两个块(256K×32位)组成一个二交叉模块(512K×32位)
由8个二交叉模块(存储体)组成一个存储器(16MB)
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存储器接口

8位存储器接口
数据总线是8位，存储器只能按字节编址。

16位存储器接口
送一次16位，两个都选中，如传送的是8位则一个 存储体选中。
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双端口存储器的工作方式

无冲突读写的量化
0表示低电平，1表示高电平，×表示任意，z表示高阻态。
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双端口存储器的工作方式

有冲突的读写控制：对同一个存储单元，同时 读写而造成的。 解决办法：设置busy线判断优先。
①
两种不同判断依据：
.CE判断:如果地址匹配且在CE之前有效，片上 的控制逻辑在CEL和CER之间进行判断来选择端。
b.
c.
按字编址，地址寄存器，数据寄存器各
为几位？编址范围?
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设计题

用8K×8位的ROM芯片和8K×4的SRAM芯
片组成存储器，按字节编址，其中SRAM 的地址为2000H－7FFFH,ROM的地址为 C000H-FFFFH，画出此存储器组成的结构 图及与CPU连接图。
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Fra Baidu bibliotek
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课堂练习
1、半导体SRAM靠( )存储信息。DRAM靠
（）存储信息。 2、双端口存储器和多体交叉存储器属于（） 存储器结构。前者采用（）技术，后者采 用（）技术。
3、一个512KB的SRAM存储器，其地址和数
据线的总和是（）。
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课堂练习
4、组成2M×8位的内存，可以使用（）
A、1M×8位进行并联 B、1M×4位进行串联 C、2M×4位进行并联 D、2M×4位进行串联

基本原理：相联存储器是指其中任一存储
项内容作为地址来存取的存储器。选用来 寻址存储器的子段叫做关键字。

应用：用于存储有关联的内容，在进行读 写的时候方便快速找到内容单元。比如： 记录。
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相联存储器的组成
代 码 寄 存 器 ： 用 来 存 放 存 储 体 中 读 出 的 代 码 元比 内较 容线 的路 相： 应把 位检 进索 行项 比和 较从 存 储 体 中 读 出 的 所 有 单 中符 与合 之寄 符存 合器 的： 单用 元来 地存 址放 按 检 索 项 内 容 检 索 存 储 体 屏 蔽 寄 存 器 ： 用 来 存 放 屏 蔽 码 检 索 寄 存 器 ： 用 来 存 放 检 索 字
高速存储器
第3章 存储系统
教学内容

高速存储器的概念
获取高速的方法

2
教学要求

理解并掌握双端口存储结构以及逻辑判断。
理解并能计算多交叉存储器的组织形式， 读取时间。


掌握相联存储器的工作原理。
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教学重点与难点

多交叉存储器的计算
4
四 高速存储器

原因：CPU和主存储器在速度上不匹配，而且 在一个CPU周期中可能需要用几个存储器字， 这便限制了高速计算。
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实例

设存储器容量为4M字，字长为32位，模块
数m＝4，分别用顺序方式和交叉方式进行 组织，存储周期T＝200ns，数据总线宽度 32位，总线传送周期τ为50ns。问顺序存储 器和交叉存储器的模块平均存取时间，带 宽各是多少？
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存 储 体 模 块 块 片
二模块交叉存储器实例
→ → →
2个存储体组成，通过选择信号 BHE实现，如果传

32位存储器接口
4个存储体组成，有选择信号
BE3 BE0实现.

64位存储器接口
8个存储体组成，有选择信号 BE
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BE0 实现.
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零等待存取

DRAM芯片的读出是一种破坏性读出，因此在读取 之后要立即按读出信息予以充电再生。
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相联存储器
块内，同一个模块内的地址都是不连续的。 对连续字的成块传送可实现多模块流水式 并行存取，大大提高存储器的带宽。
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定量分析

四个存储块在一个CPU周期内可以完成多个指令的读取。
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定量分析

假设：模块字长等于数据总线宽度，模块存取一 个字的存储周期为T，总线传送周期为τ，存储器 的交叉模块数为 m，连续读取m个字。 若要计算存储器存取 N个字的时候，顺序 顺序方式：t1=mT. 存储方式和交叉存储 交叉方式：t1=T+(m-1)τ注：上式成立的条件是 方式的时间为多少？ T=mτ 。 m=T/τ称为交叉存取度，要实现流水线方式存取， 交叉存储器要求其模块数必须大于或等于m。