3.4高速存储器(精)
第四章-存储器04-高速缓冲存储器
Cache 000 001 010 011 100 101 110 111 000 001 010 011 100 101 110 111
调入
4.1、地址映象——直接映像
例2：设一个Cache中有8块，访问主存进行读操作的块地址依次为： 10110、11010、10110、11010、10000、00100、10010， 求每次访问时Cache的内容。
硬件完成功能： 访存地址 转成 Cache地址 辅助存储器
Cache 的全部功能都是 由硬件完成的， 对程序员来说是透明的。
4.1、地址映象
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。
常见的映象方式主要有三种： 1）直接映象 2）全相联映象 3）组相联映象
CPU Cache 字 数据总线 字
2位 主存区号标记 00 主存块号 比较 3位 区内块号 100 Cache块号 未命中 访问内存 000 001 010 011 100 101 110 111 块内地址 块内地址
Cache
000 001 010 011 100 101 110 111
调入
块表 000 001 010 011 100 101 110 111
4、高速缓冲存储器（Cache）
考研试题精选：
假设：CPU执行某段程序时，共访问Cache 3800 次，访问主存200 次，已知Cache存取周期为50ns，主存存取周期为250ns。
求：Cache—主存系统的平均存取时间和效率。 解： 系统命中率 h = 3800 / 3800 + 200 = 0.95
Cache
000 001 010 011 100 101 110 111 调入
块表 000 10 001 010 11 011 100 101 110 10 111
中国海洋大学计算机系统结构课程大纲(理论课程)
中国海洋大学计算机系统结构课程大纲（理论课程）中国海洋大学计算机系统结构课程大纲(理论课程)英文名称Computer Architecture【开课单位】计算机科学与技术系【课程模块】学科基础【课程编号】【课程类别】选修【学时数】 48 (理论实践 ) 【学分数】 3一、课程描述本课程大纲根据2011年本科人才培养方案进行修订或制定。
(一)教学对象计算机科学与技术专业大学三年级学生(二)教学目标及修读要求1、教学目标(课程结束后学生在知识、技能和态度三个层面达到的目标) 本课程的结束后，学生应掌握计算机系统结构的基本概念、基本原理、基本结构和基本分析方法，初步了解和掌握几种高性能计算机系统的架构;初步具备计算机系统的架构分析能力，初步具备计算机系统性能的评测技能;对现有的主流计算机系统能有一个比较全面的了解，开阔眼界和思路，为今后进一步的学习、研究和工作奠定基础。
2、修读要求(简要说明课程的性质，与其他专业课程群的关系，学生应具备的基本专业素质和技能等)本课程是一门专业理论课。
由于计算机系统是一个复杂的系统，在学生已经学习了“计算机组成原理”、“计算机操作系统”、“汇编语言程序设计”、“高级语言程序设计”等计算机硬件和软件方面的多门课程之后，通过学习“计算机系统结构”这门课程才能够建立起计算机系统的完整概念。
(三)先修课程(参照2011版人才培养方案中的课程名称，课程名称要准确) 先修课程:“高级语言程序设计”;“计算机组成原理”;“操作系统”。
二、教学内容(一)第1章计算机系统结构的基本概念1、主要内容:1.1 计算机系统结构1.2 计算机系统设计技术1.3 系统结构的评价标准1.4 计算机系统结构的发展2、教学要求:(按照掌握、理解、了解三个层次对学生学习提出要求)掌握计算机系统层次结构，计算机系统结构、计算机组成、计算机实现定义及三者之间的关系，透明性概念，Amdahl定律，CPU性能公式，局部性原理，MIPS 定义，MFLOPS定义，计算机系统结构的分类;理解计算机系统设计方法，系统结构的评价标准;了解冯?诺依曼计算机特征，计算机系统结构的发展，价格、软件、应用、VLSI和算法对系统结构的影响。
微机原理与应用教材
存储器的速度是一个很重要的指标，当然是越快越好，但速度较快的 存储器通常功耗大，集成度低，因而成本较高，要根据系统的要求统筹考 虑。
第3章 存储器
第3章 存储器
地
A0
址
A1 A2
反
A3
相
A4
器
X 驱·
译
· ·
动
· ·
码 ·器
32×32=1024 存储单元
器 31
31 0
···
31
I/O电路
三态双向缓冲器
输入 控制
Y译码器
电路R/W CSFra bibliotek地址反相器
A5 A6 A7 A8 A9
图3-2 SRAM结构示意图
输出
第3章 存储器
（1）地址译码电路。地址译码器接受来自CPU的地址信号， 并产生地址译码信号，以便选中存储矩阵中某存储单元，使 其在存储器控制逻辑的控制下进行读/写操作。图5-3中把地 址划分成两组：行地址和列地址，每组地址分别译码，两组 译码输出信号共同选择某个存储单元电路。 （2）控制逻辑电路。接受来自CPU或外部电路的控制信号， 经过组合变换后，对存储、地址译码驱动电路和三态双向缓 冲器进行控制，控制对选中的单元进行读写操作。 （3）三态双向缓冲器。使系统中各存储器芯片的数据输入/ 输出端能方便地挂接到系统数据总线上。对存储器芯片进行 读写操作时，存储器芯片的数据线与系统数据总线经三态双 向缓冲器传送数据。不对存储器进行读写操作时，三态双向 缓冲器对系统数据总线呈现高阻状态，该存储芯片完全与系 统数据总线隔离。
计算机组成原理教案(第三章)
3.主存物理地址的存储空间分布
以奔腾PC机主存为例，说明主存物理地址的存储空间概念
3.3.1只读存储器
1.ROM的分类
只读存储器简称ROM，它只能读出，不能写入。它的最 大优点是具有不易失性。
根据编程方式不同，ROM通常分为三类：
只读存 储器
定
义
优
点
缺
点
掩模式
数据在芯片制造过程中就 确定
可靠性和集成度高，价 不能重写 格便宜
存储 周期 存储 器带 宽
连续启动两次操作所需 间隔的最小时间
单位时间里存储器所存 取的信息量,
主存的速
度
数据传输速率 位/秒，字 技术指标 节/秒
3.2.1 SRAM存储器
1.基本存储元
六管SRAM存储元的电路图及读写操作图
2.SRAM存储器的组成
SRAM存储器的组成框图
存储器对外呈现三组信号线，即地址线、数据线、读/写控制线
主存地址空间分布如图所示。
3.3.2闪速存储器
1.什么是闪速存储器
闪速存储器是一种高密度、非易失性的读/写半导体存储器
2.闪速存储器的逻辑结构
28F256A的逻辑方框图
3.闪速存储器的工作原理
闪速存储器是在EPROM功能基础上增加了电路的电擦除和重新 编程能力。 28F256A引入一个指令寄存器来实现这种功能。其作用是： (1)保证TTL电平的控制信号输入； (2)在擦除和编程过程中稳定供电； (3)最大限度的与EPROM兼容。 当VPP引脚不加高电压时，它只是一个只读存储器。 当VPP引脚加上高电压时，除实现EPROM通常操作外，通过指 令寄存器，可以实现存储器内容的变更。 当VPP=VPPL时，指令寄存器的内容为读指令，使28F256A成 为只读存储器，称为写保护。
嵌入式硬件平台
第3章 嵌入式硬件平台 嵌入式处理器上旳定时器/计数器一般具有下列功能：
(1) 嵌入式操作系统旳任务调度，尤其是具有时间片轮转 调度功能旳嵌入式操作系统旳任务调度，必须使用定时器产生 时间片。
(2) 嵌入式操作系统旳软件时钟需要基于硬件定时器产生 定时信号。
(3) 通信电路旳波特率发生器。
(4) 实时时钟电路。
使用这么旳总线配置主要考虑到下列几种原因：
(1) 高速总线一般提供较宽旳数据连接。
(2) 高速总线一般要更昂贵旳电路和连接器，能够经过使 用较慢旳、比较便宜旳总线来降低低速设备成本。
(3) 桥允许总线独立操作，所以能够在I/O操作中提供并 行性。
在高速总线和低速总线之间旳总线桥是高速总线旳受控器， 是低速总线旳主控器。桥从高速总线上获取指令并将其传到低 速总线，将成果从低速总线传到高速总线上。
第3章 嵌入式硬件平台 图3-10 分级存储器系统
第3章 嵌入式硬件平台
1、寄存器组是最高一级旳存储器，一般是微处理器内含旳。 2、高速缓冲存储器(Cache)。其存取速度足以与微处理器相匹 配。一般透明使用。可降低内存平均访问时间。 3、内存。运营旳程序和数据都放在内存中。分RAM和ROM。 4、大容量旳外存。目前嵌入式系统中常用闪存作为大容量硬 盘存储多种程序和数据。
第3章 嵌入式硬件平台 图3-14 定时器/计数器旳内部构造
第3章 嵌入式硬件平台
3.5.2 模/数转换器和数/模转换器 模/数(A/D)转换器和数/模(D/A)转换器是非数字设备(即
模拟信号源)和嵌入式系统之间联络旳接口。 D/A转换相对简朴，转换器接口仅涉及数据值，输入值被
连续转换成模拟信号。
第3章 嵌入式硬件平台 图3-9 ARM AMBA总线系统
乐鑫信息科技ESP32
不推荐用于新设计(N R N D )ESP32WROOM32技术规格书版本3.4乐鑫信息科技版权©2023关于本文档本文档为用户提供ESP32-WROOM-32模组的技术规格。
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1概述62管脚定义8 2.1管脚布局8 2.2管脚定义8 2.3Strapping管脚103功能描述12 3.1CPU和片上存储12 3.2外部Flash和SRAM12 3.3晶振12 3.4RTC和低功耗管理124外设接口和传感器135电气特性14 5.1绝对最大额定值14 5.2建议工作条件14 5.3直流电气特性(3.3V,25°C)14 5.4Wi-Fi射频15 5.5低功耗蓝牙射频165.5.1接收器165.5.2发射器166电路原理图177外围原理图188模组尺寸199PCB封装图形2010产品处理21 10.1存储条件21 10.2静电放电(ESD)21 10.3回流焊温度曲线21 10.4超声波振动2211相关文档和资源23修订历史241ESP32-WROOM-32产品规格6 2管脚定义8 3Strapping管脚10 4Strapping管脚的建立时间和保持时间的参数说明11 5绝对最大额定值14 6建议工作条件14 7直流电气特性(3.3V,25°C)14 8Wi-Fi射频特性15 9低功耗蓝牙接收器特性16 10低功耗蓝牙发射器特性161ESP32-WROOM-32管脚布局（顶视图）8 2Strapping管脚的建立时间和保持时间11 3ESP32-WROOM-32电路原理图17 4ESP32-WROOM-32外围原理图18 5ESP32-WROOM-32尺寸19 6PCB封装图形20 7回流焊温度曲线211概述ESP32-WROOM-32是一款通用型Wi-Fi+Bluetooth®+Bluetooth LE MCU模组，功能强大，用途广泛，可以用于低功耗传感器网络和要求极高的任务，例如语音编码、音频流和MP3解码等。
iic速率范围
iic速率范围IIC（Inter-Integrated Circuit）是一种串行通信协议，常用于连接微控制器和各种外设。
在使用IIC进行通信时，速率是一个重要的参数，它决定了数据传输的快慢。
本文将介绍IIC速率范围以及其对应的应用场景。
一、IIC速率范围的定义IIC速率是指在IIC总线上进行数据传输时，单位时间内传输的数据位数。
通常以kbit/s为单位进行表示。
根据IIC标准规定，IIC 速率范围从100 kbit/s到3.4 Mbit/s不等。
二、100 kbit/s速率范围的应用100 kbit/s是IIC速率中的最低值，适用于对数据传输速度要求不高的场景。
例如，对于一些温度、湿度、光照等传感器，其数据更新速率较慢，使用100 kbit/s的速率完全可以满足需求。
此外，一些低功耗设备也常常使用这一速率范围，因为较低的速率可以降低功耗。
三、400 kbit/s速率范围的应用400 kbit/s是IIC速率范围中的中间值，适用于一些数据传输速度较高的场景。
例如，对于一些需要频繁读取数据的外设，如触摸屏、加速度计等，使用400 kbit/s的速率可以提高数据传输效率。
此外，一些低速率传感器和存储器也可以使用400 kbit/s来进行通信。
四、1 Mbit/s速率范围的应用1 Mbit/s是IIC速率范围中的较高值，适用于对数据传输速度要求较高的场景。
例如，对于一些高速率传感器和存储器，如高分辨率摄像头、快速存储器等，使用1 Mbit/s的速率可以实现快速的数据传输。
此外，一些对实时性要求较高的应用，如实时控制系统，也可以采用1 Mbit/s的速率来进行通信。
五、3.4 Mbit/s速率范围的应用3.4 Mbit/s是IIC速率范围中的最高值，适用于对数据传输速度要求非常高的场景。
例如，对于一些需要大量数据传输的高速设备，如高速数据采集卡、高速存储器等，使用3.4 Mbit/s的速率可以实现快速的数据传输。
高速大容量数据存储器的研制
高速大容量数据存储器的研制【中文题名】高速大容量数据存储器的研制【中文摘要】高速、大容量、高密度、低功耗、低成本的信息存储技术是卫星及其他航天设备信息获取、信息融合、信息传输和信息处理中的关键部件之一。
早期星上海量数据记录主要是使用磁带机，直至八十年代末和九十年代初各航天大国才开始研究使用磁盘、磁光盘和固态记录器。
随着电子技术的发展，半导体存贮器密度的提高，因而普遍认为以DRAM、FLASH为主的固态大容量数据存储器无疑是解决空间飞行器数据记录的主流方案。
要设计一个满足要求的大容量存储器，以解决侦察卫星、飞船等海量数据存储的问题，必须首先解决以下一些技术关键：1）如何构造【英文摘要】 The information storage technique,characterized by its high speed, high density, low power consumption and low cost, is one of the key techniques for information retrieving, merging, transportation and process in the satellite and other equipment used in spacecraft. In the early days, tape recorder was used in the spacecraft for the storage of mass data. It was not until the end of I 980s thai the main space countries began to adopt magnetic disk, magnetic 【中文关键词】大容量存储器（SSR）. Flash. 嵌入式系统. PC/104总线. ISA总线. PCI 总线. 【英文关键词】 Solid State Recorder (SSR). Flash. Embedded System. PC/104 bus. ISA bus. PCI bus. 【论文级别】硕士【学科专业名称】计算机应用【论文提交日期】 2001-06-01 中文摘要 005-006 英文摘要 006-7 绪论 7-16 一、目的和意义 7-7 二、各种存储芯片性能比较 7-8 三、国内外研究情况 8-10 四、国外发展SSR的主要先进技术 10-12 五、拟采用的技术途径与初步方案 12-16 第一章实验演示样机方案设计 16-23 一、存储芯片的选择 16-18 1．1 NAND型Flash存储器 16-16 1．2 三星公司的Flash存储器KM29U128T 16-20 二、嵌入式系统的应用 18-20 三、演示系统 20-23 3．1 系统组成 20-21 3．2 写操作的流水线技术 21-23 第二章基于PC/104（ISA）总线的SSR设计 23-40 一、 ISA及PC/104规范 23-30 1．1 ISA总线描述 23-28 1．2 PC/104规范简介 28-30 二、基于ISA的Flash系统设计 30-40 2．1 系统组成 30-31 2．2 系统调试及实验结果 31-39 2．3 结论 39-40 第三章 PCI总线以及PC/104-plus总线简介 40-51 一、 PCI总线 40-49 1．1 PCI总线规范简介40-48 1．2 PCI BIOS简介 48-51 二、 PC/104-plus总线 49-51 第四章基于PC/104-Plus（PCI）总线的SSR设计 51-66 一、 PCI接口芯片 51-59 1．1接口芯片的选择 51-51 1．2 PCI9050接口芯片 51-60 二、基于PCI的SSR设计方案 59-65 2．1 系统框图 60-61 2．2 系统软件 61-62 2．3 系统调试与实验结果 62-65 2．3 结论 65-95 三、总结与展望 65-95 参考文献 66-68 致谢 68-69 附录1 Flash最小系统电原理图 69-69 附录1．1 三星Flash芯片及总线缓冲器 69-70 附录1．2 PC/104总线接口 70-71 附录1．3 端口译码电路 71-72 附录1．4 输入输出电路 72-73 附录1．5 端口译码电路 73-74 附录1．6 其他电路 74-75 附录2 调试软件TEST_CHIP源程序 75-83 附录3 PCI接口部分电原理图 83-83 附录3．1 PCI9050芯片 83-84 附录3．2PC/104-plus接口 84-85 附录3．3 输出端口 85-86 附录3．4 输入端口 86-87 附录3．5 测试端口 87-88 附录3．6 其他电路 88-89 附录4 调试软件READCONF源程序 89-94 附录5 基于ISA总线的Flash系统实物照片 94-95 附录6 PCI接口电路板实物照片 95-95。
计算机组成原理教学大纲信管专业
《计算机组成原理》课程教学大纲课程代码：先修课程：适用专业：信息管理与信息系统专业开课部门：灾害信息工程系一、课程的地位、目的和任务《计算机组成原理》是计算机科学与技术专业本科教学中的一门重要专业基础课。
在计算机科学与技术和信息管理与信息系统专业的教学计划中占有重要地位和作用。
学习本课程旨在使学生掌握计算机硬件各子系统的组成原理及实现技术，建立计算机系统的整体概念，对培养学生设计开发计算机系统的能力有重要作用。
该课程为今后学习计算机体系结构、计算机网络、计算机容错技术、计算机并行处理、计算机分布式处理技术等课程打好基础。
二、课程与相关课程的联系与分工《计算机组成原理》课程在讲授时需先插入数字电子基础知识，让学生在了解数字电子基础知识的基础上学习本课程，本课程对专业基础知识进行综合与提升，帮助学生建立系统、完整的专业基础理论体系，培养学生设计开发计算机系统的能力，开拓学生的专业学术视野，并为今后的《计算机体系结构》、《计算机网络》、《计算机容错技术》、《计算机并行处理》、《计算机分布式处理技术》、《操作系统》等课程的学习和专业发展奠定重要的基础。
三、教学内容与基本要求1．教学内容（ 1 ）数字电子基础（2学时）1）逻辑代数2）逻辑门电路3）组合逻辑电路基本要求：理解逻辑代数；掌握逻辑门电路、组合逻辑电路。
（ 2 ）第一章计算机系统概论（2学时）§1.1计算机系统简介§1.2计算机的基本组成§1.3计算机硬件的主要技术指标重点：计算机组成的概貌和框架。
难点：本章概念、名词较多，这些只是为进一步深化学习打下基础，因此严格讲本章没什么难点，只要建立计算机组成的框架即可。
对指令和数据都以0或1代码存于存储器中，计算机如何区分它们这一问题，应特别注意重点理解。
基本要求：了解计算机系统的层次结构；理解冯·诺依曼计算机的特点和计算机的工作过程；掌握计算机硬件的机器字长的概念和存储容量的计算。
计算机的基本组成部分及其工作原理
3.1.2 应用软件
❖ 系统软件与应用软件： 系统软件是以利用计算机本身的逻辑功 能，合理地组织用户使用计算机的硬件 和软件资源，以充分利用计算机的资源， 最大限度地发挥计算机效率，便于用户 使用、管理为目的。
而应用软件是用户利用计算机和它所提 供的系统软件，为解决自身的、特定的 实际问题而编制的程序和文档。
③．扇区(sector)：将各个磁道分成的若干个扇形的区域。 扇区是软盘的基本存储单位，一个扇区称为一个记录，计算 机在读、写数据时总是以一个或几个完整的扇区为单位。
扇区的编号从1开始。每个磁道上的扇区数可为8、9、 15或18。每个扇区存储512个字节。
3.1.2 系统软件
❖ (3)计算机高级语言 编译方式是用编译程序把用户高级语言源程序 整个地翻译成机器指令表示的程序，然后再执 行这个目标程序，最后得到计算机结果。 解释方式是用解释程序把用户高级语言源程序 逐句地进行翻译，译出一句即执行一句，边解 释边执行。 高级语言的出现是计算机发展中“最惊人的成 就”，高级语言不再依赖于机器，具有通用性。
3.1.2 系统软件
❖ 2)支撑软件 是支持其他软件的编制和维护的软件，是为 了对计算机系统进行测试、诊断和排除故障， 进行文件的编辑、传送、装配、显示、调试， 以及进行计算机病毒检测、防治等的程序。
3.1.2 系统软件
❖ 3)编译系统 要使计算机能够按照人的意图去工作， 就必须使计算机能接受人向它发出的各 种命令和信息，这就需要有用来进行人 和计算机交换信息的“语言”。 计算机语言有： 机器语言 汇编语言 高级程序设计语言。
3.1.2 系统软件
❖ (3)计算机高级语言 一种接近于自然语言，又可以使用数学表达式，还 相对独立于机器的工作方式。 高级语言并不能被机器所识别，必须要有一个能将 高级语言程序“翻译”成计算机所能识别的机器语 言目标程序的翻译程序。 被编译的程序叫源程序或源代码，经过翻译程序 “翻译”出来的结果程序称为目标程序。翻译程序 通常有编译和解释两种典型的实现途径。
第3章 存储系统(五)
本节先介绍双端口存储器，然后介绍多体交叉存储器，最后介绍相联存储器。下一节介绍高速缓冲存储器。
1.双端口存储器的逻辑结构
双端口存储器由于同一个存储器具有两组相互独立的读写控制线路而得名。由于进行的独立操作，因而是一种高速工作的存储器，在科研和工程中非常有用。
2.无冲突读写控制
当两个端口的地址不相同时，在两个端口上进行读写操作，一定不会发生冲突。当任一端口被选中驱动时，就可对整个存储器进行存取。每一个端口都有自己的片选取控制(CE)和输出驱动控制(OE)。读操作时，端口的OE打开输出驱动器，由存储矩阵读出的数据就出现在I/O线上。
常常用程序地址交叉的方法来加快指令从存储器读出的速度。通常的做法时把程序中的指令分配在前后相继的地址中，并以书写时的先后次序来执行，只有遇到转移指令假定：在当前执行的指令时才会引起程序执行次序的改变。但由于转移指令所占比例很小，所以CPU可合理地以读出指令，并把它们存放在指令缓冲器中。当采用m路交叉时，可以在一个存储周期中读出m条前后相继的指令。
图3-10多体交叉存储器结构框图Flash演示
2.地址交叉方法
设X0，X1，……，XK-1为一台中央处理器依次所需要的K个字，当把它们分配给主存储器中K个前后相继的物理地址A0，A1，……，AK-1时，可用以下交叉规则在存储模块之间分配这些地址：
如果j = I mod……(m)，那么把地址Ai分配给存储模块Mj
总之，当两个端口均为开放状态且存取地址相同时，发生读写冲突。此时判断逻辑可以使地址匹配或片使能匹配下降至5ns，并决定对哪个端口进行存取。判断方式有以下两种：
cpu
第3章 CPU
3.2 Intel处理器（CONTD…）
酷睿4双核处理器 2006年11月2日，Intel Core 2 Quad系列发布。如酷睿 四核处理器Q8200采用45nm制程 工艺，主频2.33GHz，外频 333MHz，倍频为7，前端总线频 率高达1333MHz。
第3章 CPU
3.2 Intel处理器（CONTD…）
CPU的核心代号 为了便于CPU设计、生产、销售的管理，CPU制造商会对 各种 CPU核心给出相应的代号，这也就是所谓的CPU核心 代号或核心类型。 核心代号代表了CPU的工作性能。 每一种核心类型都有其相应的制造工艺、核心电压、晶 体管数量、主频范围等。
第3章 CPU
3.1 CPU的性能指标（CONTD…）
CPU的封装技术 CPU封装技术是一种将集成电路用绝缘的塑料或 陶瓷材料打包的技术。 CPU制造工艺的最后一 步也是最关键一步就是CPU的封装技术。
CPU芯片封装技术有LGA封装等。只有保证高品 质的封装技术，才能生产出高质量的CPU产品。
第3章 CPU
3.1 CPU的性能指标（CONTD…）
Pentium 4：普通的CPU，应用于 台式电脑 Pentium M：2003年，用于笔记本 电脑，即迅驰，支持无线上网 Pentium D：2006年，应用于台式 电脑 ，双核心
Pentium
Pentium MMX
Pentium 2 Pentium 3 Pentium 4 Pentium M Pentium D
第3章 CPU
3.1 CPU的性能指标（CONTD…）
虚拟化技术 虚拟化技术允许一个平台运行多操作系统并且应用程序 都可以在独立的空间内运行而互不影响。
3、存储器
3.2.2 内存的性能指标
内存储器的性能是衡量计算机性能的主要指标之一。
⑴、存储容量
存储容量是指存储器有多少个存储单元，计算容量 时常用字节（ Byte，8个二进制位，例：11000011b ）作 单位。 常用的单位： 千字节 KB （1024 Byte ）
存取时间（ns） 最高频率（ MHz ） 额定可用频率（MHz）
15
66
60
12
83
75
10
100
83
8
125
112
7
143
133
③、ECC校验
ECC校验是PC100所要求的。
④、SPD
SPD（Serial Presence Detect 串行存在探测），是 SDRAM内存条的新规范。内存条制造商将该内存条所使 用的芯片基本信息预先写入SPD内，计算机系统可以通 过SPD知道该内存条的基本信息，正确地识别，从而确 定使用正确的方法来驱动它。
①、CAS等待时间（列选通等待时间） 当一个读命令发出时至数据在输出端可以提供的时延，
这个值一般是2或者是3个时钟周期，它决定了内存的性 能，对内存系统的工作速度有很大的影响。
②、额定可用频率 了解内存的额定可用频率，一个简单易行的方法是把生产厂
商给定的最高频率下调一些，这样的值称额定可用频率GUF。 存取时间与额定可用频率的关系
任何存储芯片的容量总是有限的，要组成实际的存储 器，就要用多个芯片进行组合，以满足所需的存储容量。
组合包括位扩、字扩和字位扩。
⑴ 存储器容量的位扩展 存储器容量的位扩展就是对存储器的位数进行扩展。 位扩展的方法是：将每个存储芯片的地址线和控制线全
计算机组成原理 3.4 只读存储器和闪速存储器
3、cache的命中率
h= Nc/(Nc+Nm) 则cache/主存系统的平均访问时间ta为： ta=htc+(1-h)tm 目标是Ta接近Tc,硬件代价最小 访问效率 e=tc/ta
例6. CPU执行一段程序时，cache完成存取的次数为 1900次，主存完成存取的次数为100次，已知cache 存取周期为50ns，主存存取周期250ns，求cache/主 存系统的效率和平均访问时间。
习题15. 假设主存容量16M＊32位，cache容量64K*32 位。主存与cache之间以每块4*32位大小传送数据，请确 定直接映射方式的有关参数，并画出主存地址格式。
主存16M＊32位 （24位地址） 每块4*32位 则主存有4M块 Cache 64k＊32位 每行4*32位 则Cache有16K行 主存地址(24) Tag＋行号＋字 8位＋14位＋2位 Cache的CAM容量 214行*8位
三、替换策略
为什么要有替换策略，目标是什么？ 与cache的组织方式相关(p98) 1.最不经常使用（LFU）算法 2.近期最少使用（LRU）算法 3.随机替换
四、cache的写操作策略
写回问题是什么问题？
写回代价与数据一致性
1.写回法-命中、未命中 2.全写法-命中、未命中 3.写一次法-第1次命中时，写回主存
习题15. 假设主存容量16M＊32位，cache容量64K*32 位。主存与cache之间以每块4*32位大小传送数据，请确 定直接映射方式的有关参数，并画出主存地址格式。 CPU给出一访问 内存的地址…
第3章 半导体存储器
② 外存储器是不直接和CPU相联系的存储器，也可归 类为外部设备。 特点：存储容量大，但存储速度慢。其存储容量从几百兆
比特到几十吉比特，寻址时间为若干毫秒。外存储器由软
磁盘、硬磁盘及光盘等组成，不属本章的讨论内容。 ③缓冲存储器位于主存与CPU之间。 特点：其存取速度非常快，但存储容量更小，可用来解决 存取速度与存储容量之间的矛盾，提高整个系统的运行速 度；
（2） 最大存取时间
内存储器从接收、寻找存储单元的地址码开始，到
它取出或存入数码为止所需的时间叫做存取时间。通常 手册上给出该常数的上限值，称为最大存取时间。最大 存取时间愈短，存储器的工作速度就愈高。因此，它是 存储器的一个重要参数。半导体存储器的最大存储时间
为几纳秒至几十纳秒。
（3）功耗
半导体存储器的功耗包括“维持功耗”和“操作功耗”， 应在保证速度的前提下尽可能地减少功耗，特别要减少“维 持功耗”。 （4）可靠性
第3章 3.1
半导体存储器 概述(P234)
3.1.1 存储器的分类
1．常见分类 ① 按存储介质分类——磁芯存储器、半导体存储器、光电存储 器、磁膜、磁泡和其它磁表面存储器以及光盘存储器等。 ② 按存取方式分类——随机存储器(内存和硬盘)、顺序存储器 (磁带)。 ③ 按存储器的读写功能分类——只读存储器(ROM)、随机存 储器(RAM)。 ④ 按信息的可保存性分类——非永久记忆的存储器、永久性记 忆的存储器。 ⑤ 按存储器在计算机系统中的作用分类——主存储器、辅助存 储器、缓冲存储器、控制存储器等。
所以 ：一片 6116的存储容量为2K×8位，即 2KB。 常用的静态RAM芯片还有6264、62256、628128、 628512、6281000等。它们的存储容量分别为8K×8、 32K×8、128K×8、512K×8、1M×8。
嵌入式硬件平台
应答 等待
等待
CPU
设备
3.3 总线
➢ 3.3.1 总线协议 ➢ 3.3.2 DMA ➢ 3.3.3 总线配置 ➢ 3.3.4 总线实例
3.3 总线
3.3.2 DMA
标准总线事务要求CPU在每个读写事务中间，解决 了CPU与其他设备的信息交换问题。
存在的问题 某些数据传输不需要CPU介入，如I/O设备和存储
第三章 嵌入式硬件平台
3.1 引言 3.2 嵌入式硬件平台概述 3.3 总线 3.4 存储设备 3.5 I/O设备 3.6 通信设备 3.7 其它
3.3 总线
➢ 3.3.1 总线协议 ➢ 3.3.2 DMA ➢ 3.3.3 总线配置 ➢ 3.3.4 总线实例
3.3 总线
3.3.1 总线协议
1. 握手协议 2. 总线读写
高速总线通常提供较宽的数据连接。 高速总线通常要更昂贵的电路和连接器，可以通过 使用较慢的、比较便宜的总线来降低低速设备成本。 桥允许总线独立操作，因此可以在I/O操作中提供 并行性。
3.3 总线
➢ 3.3.1 总线协议 ➢ 3.3.2 DMA ➢ 3.3.3 总线配置 ➢ 3.3.4 总线实例
Address Data ready’
Data
数据1
数据2
数据3
数据4
时间
1.2.2嵌入式系统的特点
2．总线读写
获 数总取 据 线事务的完成状态机是对时序发 数送 据图的有效释 应补放 答充。
当CPU决定地址执行起一始个位置读事务，它转换地到址新状起态始位，置 并转分 应发 换析 答 给 图让 捕设 获备 了正它确这工一作端的的总总线线应答信协号议； 状而 态设 。备状态
3.2 嵌入式硬件平台概述
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1 0 1 0
0 0 0 0 RL5R RL5L LW5R LW5R
×
Any × ≠(A0-A10)R LV5R RV5L Same Same =(A0-A10)R =(A0-A10)R =(A0-A10)R =(A0-A10)R
1 1 0 0
0 0 0 0 LL5R RL5L LW5R LW5R
× × Any ≠(A0-A10)R
LV5R RV5L Same Same =(A0-A10)L =(A0-A10)L =(A0-A10)L =(A0-A10)L
1 1 1 1
1 0 1 0 1 0 1 0
1 1 1 1
0 1 0 1 0 1 0 1
无冲突 无冲突 无冲突 无冲突
左端口取胜 右端口取胜 消除判断 消除判断 左端口取胜 右端口取胜 消除判断 消除判断 CE在地址 匹配之前 变低的地 址判断 地址匹配 在CE之前 的CE判断
表3.8
左端口或右端口 R/Wlb × 0 0 1 0 1 1 1 R/Wub × 0 1 0 1 0 1 1 CE 1 0 0 0 0 0 0 0 OE 1 × 0 0 1 1 0 1
无冲突读写控制
功
I/O0-7 Z 数据入 数据入 数据出 数据入 Z 数据出 Z I/O8-15 Z 数据入 数据出 数据入 Z 数据入 数据出 Z 端口不用 低位和高位字节数据写入存储器 低位字节数据写入存储器，存储器中 数据输出至高位字节 存储器中数据输出至低位字节，高位 字节数据写入存储器 低位字节写入存储器 高133的逻辑功能方框图演示 当两个端口的地址不相同时，在两个端口上进行读写操作， 一定不会发生冲突。当任一端口被选中驱动时，就可对整个 存储器进行存取，每一个端口都有自己的片选控制和输出驱 动控制。 2. 当两个端口的地址不相同时，在两个端口上进行读写操作， 一定不会发生冲突。当任一端口被选中驱动时，就可对整个 存储器进行存取，每一个端口都有自己的片选控制和输出驱 动控制。 3.有冲突的读写控制 当两个端口同时存取存储器同一存储单元时，便发生读写冲 突。为解决此问题，特设置了BUSY标志。由片上的判断逻 辑决定对哪个端口优先进行读写操作，而暂时关闭另一个被 延迟的端口。 总之，当两个端口均为开放状态（BUSY为高电平）且存取地 址相同时，发生读写冲突．此时判断逻辑可以使地址匹配或 片使能匹配下降至5ns，并决定对哪个端口进行存取．判断方 式有以下两种：
3.4高速存储器
3.4.1双端口存储器 由于中央处理器(CPU)和主存储器是用不同的材料制成的,因而 它们之间在速度上是不匹配的,更何况在一个CPU周期中可能 需要几个存储器字.这种情况变成为限制高速计算机的主要问 题. 为了使CPU不致因为等待存储器读写操作的完成而无事可做,可 以采取一些加速CPU和存储器之间有效传输的特殊措施: （1）采用更高速的主存储器，或加长存储器的字长； （2）采用并行操作的双端口存储器； （3）在CPU和主存储器之间插入一个高速缓冲存储器 （Cache），以缩短读出时间； （4）在每个存储器周期中存取几个字．(采用交叉存储器) 1. 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,由于进行并行的独立操作，是一种高速工作的存储 器。
存储器中数据输出至低位字节和高位字节
能
高阻抗输出
（1）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口（CE判断）。
表3.6 左端口 CEL (A0-A10)L CER 左、右端口读写操作的功能判断 右端口 (A0-A10)R 标志 BUSYL BUSYR 功能 说明
（2）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（地址有效判断）． 无论采用哪种判断方式，延迟端口的BUSY标志都将置位而关闭 此端口，而当允许存取的端口完成操作时，延迟端口BUSY标 志才进行复位而打开此端口．表3．7列出了左、右端口进行 读写操作时的功能判断． 图3.26(a)(b)示出了双喘口存储器IDT7133的部分读写时序，其 中(a)表示未发生冲突时右端口写，左端口读；(b)表示用CE判 断的冲突周期时序波形．图中符号意义如下： tBDA：BUSY地址无效时间 tDOO：写数据有效至读数据延迟 tWDD：数据延迟写脉冲 tAPS：建立判断优先级时间 tBDD：BUSY无效至有效时间 t BAC：BUSY片使能存取时间 tBDC：BUSY片使能无效时间