计算机硬件技术基础---第五章3.ppt

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1、第五章存储体系5.4高速存储器解决CPU与主存速度上的差异的方法：从CPU角度，两种办法解决这个问题：一种是CPU在遇到访存指令时，立即启动存储器操作，然后CPU继续执行其他指令。如果在主存数据还没有被读出时CPU就要使用这些数据，那么CPU停下来等待存储器操作。另一种解决办法是不让CPU暂停工作，让编译器在读到存储器数据之前不要生成使用该内容的指令。从存储器角度，几种有效途径：主存采用更高速的技术来缩短存储器的读出时间，或加长存储器的字长；采用并行操作的多端口存储器；在CPU和主存之间加入一个高速缓冲存储器（Cache），以缩短读出时间；在每个存储器周期中存取几个字。

2、一、双端口存储器2K×16位双端口存储器IDT7133的逻辑框图何时冲突？冲突的解决：判别逻辑设置BUSY#=0延迟一端口，直到优先端口完成读写操作，被延迟端口的BUSY#复位。FIFO（先进先出的存储器）：一端读，一端写随电子工艺的飞速发展，出现了三端口及以上存储器。二、多体存储器（多模块存储器）1、顺序编址模块数n第j个模块第i个单元地址=ni+j，i=0,1,2,…,m-1块内地址块号m=2Ln=2kL位k位2、多体交叉存储器设每个存储体的字长都等于数据总线的宽度存储体存取一个字的存储周期为T，总线传送周期为τ存储器的交叉存储体数为MT/τ称为交叉存取度，当MT

3、/τ时，可以保证启动某模块后经Mτ时间再次启动该模块时，它的上次存取操作已经完成。为了实现流水线方式存取，应当满足T=Mτ这样，连续读取M个字所需的时间为t1=T+（M-1）τ顺序存取M个字所需时间为t2=MT>t14体交叉存储器的流水线方式存取示意图通过改进主存的组织方式来提高存储器的带宽t2>t1Bw1=M个字信息/t1Bw2=M个字信息/t2Bw1>Bw2CPU同时访问M个存储体，由存储器控制部件控制它们分时使用数据总线进行信息传递。采用M个存储体流水式并行存取的方式多体交叉存储器实际上是一种模块式的存储器，可以并行执行多个独立的操作。r体交叉存储器，每隔1/r访

4、存周期启动一个存储体的操作，存储器的带宽可以增加到单个存储体的r倍。用定量分析方法证明交叉存储器带宽大于顺序存储器带宽解：假设（1）存储器模块字长等于数据总线宽度（2）模块存取一个字的存储周期等于T.（3）总线传送周期为τ（4）交叉存储器的交叉模块数为m.交叉存储器为了实现流水线方式存储，即每通过τ时间延迟后启动下一模快，应满足T=mτ,(1)这样连续读取m个字所需要时间为t1=T+(m–1)τ=mг+mτ–τ=(2m–1)τ(2)故交叉存储器带宽为W1=1/t1=1/(2m-1)τ(3)而顺序方式存储器连续读取m个字所需时间为t2=mT=m2×τ(4)存储器带宽为W2

5、=1/t2=1/m2×τ(5)比较(3)和(2)式可知，交叉存储器带宽>顺序存储器带宽。例：设存储器容量为32字，字长64位，模块数M=4，采用交叉方式进行组织。存储周期T=200ns，数据总线宽度为64位，总线传送周期τ =50ns。问存储器的带宽是多少？如果不采用交叉方式进行组织，存储器的带宽又是多少？解：4体交叉存储器连续读出4个字的信息总量是：q=64位×4=256位4体交叉存储器连续读出4个字所需的时间是：t1=T+（M-1）τ =200ns+3×50ns=350ns=3.5×10-7秒4体交叉存储器的带宽是：W1=q/t1=256/(3.5×10-7)=73

6、×10-7位/秒若不采用交叉方式进行组织，则存储器连续读出4个字的信息总量还是q=64位×4=256位存储器连续读出4个字所需的时间是：t2=MT=4×200ns=800ns=8×10-7秒存储器的带宽是：W2=q/t2=256/(8×10-7)=32×10-7位/秒例：在一个4体交叉存储器中（具有4个存储体的低位交叉存储器），如果处理器的访存地址为以下十进制值。求该存储器比单体存储器的平均访问速率提高多少（忽略初启时的延时）。（1）1，2，3，。。。，100（2）2，4，6，。。。，200（3）3，6，9，。。。，300解：（1）访问地址为连续的100个地址，各个访问

7、操作可以交叉进行，访问速率可达单体存储器的4倍。（2）访问地址是间隔为2的地址序列，存储器以每隔1/4存储周期进行访问时，由于存在存储体的冲突，即地址2与地址6处于同一存储体，地址4与8处于同一存储体，需等待存储体上一次访问结束时才能启动下一次访问，实际上只有2个存储体交叉访问，访问速率可达单体的2倍。(3)访问地址是间隔为3的地址序列，存储器以每隔1/4存储周期进行访问时，访问的存储体分别是3，2，1，0，3，2，1，0，。。。，各属于不同的存储体，4个存储体可完全交叉访问，所以访问速率可达单体存储器的4倍。机字长32位，常规设计的存储