存储器及存储系统

第 3 章 存 储 器 及 存 储 系 统 本 章 学 习 内 容 存 储 器 的 分 类 及 层 次 结 构 半 导 体 存 储 器 的 工 作 原 理 以 及 与 CPU的 连 接 高 速 缓 冲 存 储 器 Cache的 工 作 原 理 虚 拟 存 储 器 的 工 作 原 理 3.1 存 储 体 系 概 述 二 进 制 位 （ bit） 是 构 成 存 储 器 的 最 小 单 位 ； 字 节 （ 8bits） 是 数 据 存 储 的 基 本 单 位 。 单 元 地 址 是 内 存 单 元 的 唯 一 标 志 。 存 储 器 具 有 两 种 基 本 的 访 问 操 作 ： 读 和 写 。 存 储 器 的 分 类 主 存 储 器 的 性 能 指 标 存 储 器 的 层 次 结 构一二三 一 、 存 储 器 的 分 类 -主 存 储 器 主 存 储 器 ： 又 称 内 存 ， 为 主 机 的 一 部 分 ， 用 于 存 放 系 统 当 前 正在 执 行 的 数 据 和 程 序 ， 属 于 临 时 存 储 器 。 主 要 由 半 导 体 存 储 器构 成 ， 常 采 用 并 行 方 式 进 行 读 写 访 问 。 ROM（ MROM、 PROM、 EPROM、 E2PROM 、 Flash ROM） ： 具有 非 易 失 性 ， 结 构 简 单 ， 成 本 低 等 优 点 ， 常 用 于 保 存 关键 、 重 要 的 系 统 程 序 ， 如 BIOS； RAM（ SRAM、 DRAM） ： 具 有 易 失 性 ， 可 随 机 读 写 ， 用 于保 存 临 时 程 序 与 数 据 ， 其 中 SRAM与 DRAM相 比 具 有 集 成 度低 、 速 度 快 。 价 格 高 、 不 需 刷 新 等 特 点 ； 常 有 TTL和CMOS两 种 不 同 的 工 艺 。 Cache（ 一 级 、 二 级 ） ： 具 有 高 速 、 小 容 量 、 成 本 高 的特 点 ， 采 用 高 速 SRAM制 成 ， 具 有 多 级 结 构 ， 重 点 掌 握 哈佛 结 构 。 一 、 存 储 器 的 分 类 -辅 助 存 储 器 辅 助 存 储 器 ： 又 称 外 存 ， 为 外 部 设 备 ， 用 于 存 放 暂 不用 的 数 据 和 程 序 ， 属 于 永 久 存 储 器 。 主 要 由 磁 表 面 和激 光 存 储 器 构 成 ， 常 用 串 行 或 串 并 结 合 （ 直 接 存 取 ）访 问 。 磁 带 存 储 器 ； 磁 盘 （ 软 、 硬 ） 存 储 器 ； 激 光 存 储 器 ： 具 有 容 量 大 、 速 度 慢 、 价 格 低 等 特点 ； 以 上 存 储 器 若 与 存 储 器 管 理 软 件 结 合 可 构 成 虚 拟存 储 器 。 一 、 存 储 器 的 分 类 -综 述 二 、 主 存 储 器 的 性 能 指 标 1、 存 储 容 量 ： 指 存 储 器 可 容 纳 的 二 进 制 信 息 量 ， 描 述 存 储 容 量 的单 位 是 字 节 或 位 。 量 化 单 位 ：1K 210 1M 220 1G 230 1T 240 存 储 器 芯 片 的 存 储 容 量 (1) 存 储 单 元 个 数 每 存储 单 元 的 位 数 存 储 器 芯 片 的 存 储 容 量 (2) 存 储 单 元 个 数 每 存储 单 元 的 位 数 /8 兆 千 兆 太 二 、 主 存 储 器 的 性 能 指 标 2、 存 储 速 度 ： 由 以 下 3个 方 法 来 衡 量 。 TA 存 取 时 间 （ Memory Access Time） ： 指 启 动 一 次 存储 器 操 作 到 完 成 该 操 作 所 需 的 全 部 时 间 。 存 取 时 间 愈短 ， 其 性 能 愈 好 。 通 常 存 取 时 间 用 纳 秒 （ ns 10 9s） 为 单 位 。 TM 存 储 周 期 （ Memory Cycle Time） ： 指 存 储 器 进 行连 续 两 次 独 立 的 存 储 器 操 作 所 需 的 最 小 间 隔 时 间 。 通 常 存 取 周 期 TM大 于 存 取 时 间 TA ， 即 TM TA BW 存 储 器 带 宽 ： 是 单 位 时 间 里 存 储 器 所 能 存 取 的 最大 信 息 量 ， 存 储 器 带 宽 的 计 量 单 位 通 常 是 位 /秒 （ bps） 或 字 节 /秒 ， 它 是 衡 量 数 据 传 输 速 率 的 重 要 技 术 指标 。 BW=字 长 W/存 取 周 期 TM 二 、 主 存 储 器 的 性 能 指 标 3、 存 储 器 的 价 格 ： 用 每 位 的 价 格 来 衡 量 。 设 存 储 器 容 量 为 S， 总 价 格 为 C， 则 位 价 为 C/S(分 /位 )。 它 不 仅 包 含 了 存 储 元 件 的 价 格 ， 还 包 括 为 该 存储 器 操 作 服 务 的 外 围 电 路 的 价 格 。 4、 可 靠 性 ： 指 存 储 器 正 常 工 作 （ 正 确 存 取 ） 的 性能 。 5、 功 耗 ： 存 储 器 工 作 的 耗 电 量 。 存 储 容 量 、 速 度 和 价 格 的 关 系 ： 速 度 快 的 存 储 器 往 往 价 格 较 高 ， 容 量 也 较 小 。 容 量 、 速 度 和 价 格 三 个 指 标 是 相 互 制 约 的 。 三 、 存 储 器 的 层 次 结 构1.分 级 原 理 ： 根 据 程 序 执 行 的 集 中 性 和 局 部 性 原 理 而 构 建 的 分 层 结 构 。 信息 流 动 分 规 律 为 从 低 速 、 大 容 量 层 次 向 高 速 、 小 容 量 层 次 流 动， 解 决 速 度 、 价 格 、 价 格 这 三 者 之 间 的 矛 盾 ， 层 次 间 信 息 块 的调 度 由 硬 件 和 软 件 自 动 完 成 ， 其 过 程 对 用 户 透 明 。2.三 级 存 储 管 理 系 统 ： Cache： 采 用 TTL工 艺 的 SRAM， 哈 佛 结 构 ； 采 用 MOS工 艺 的 SRAM， 指 令 与 数 据 混 存 ， 其 与 内 存 之 间 信 息 块的 调 度 （ 几 十 字 节 ） 全 由 Cache控 制 器 硬 件 完 成 。 主 存 ： ROM常 用 FROM， E2PROM等 构 成 ； RAM常 用 DRAM构 成 ， RAM和 ROM采 用 统 一 编 码 。 虚 存 ： 采 用 磁 盘 存 储 器 ， 主 存 +OS中 的 存 储 器 管 理 软 件 联 合 构 成 ， 其信 息 块 常 用 页 、 段 表 示 ， 其 间 的 信 息 块 调 度 由 管 理 软 件 完 成 。 三 、 存 储 器 的 层 次 结 构 访问速度越来越快存储容量越来越大，每位的价格越来越便宜 由 Cache控 制 器 管 理形 成 Cache层 次由 OS管 理形 成 虚 拟 存 储 器 层 次 存 储 器 的 主 要 性 能 特 性 比 较 存 储 器层 次 通 用寄 存 器 Cache 主存 储 器 磁 盘存 储 器 脱 机存 储 器存 储 周 期 10ns 10 60ns 60300ns 10 30ms 2 20min存 储 容 量 512B 8KB2MB 32MB1GB 1GB1TB 5GB10TB价 格 很 高 较 高 高 较 低 低材 料 工 艺 ECL SRAM DRAM 磁 表 面 磁 、 光 等 RAMBUS内 存 条DDR 内 存 条内 存 硬 盘 磁 盘 片磁 头 马 达磁 头 驱 动辅 助 电 路硬 盘 优 盘优 盘 3.2 主 存 储 器 特 点 ： 主 存 储 器 可 以 被 CPU直 接 存 取 （ 访 问 ） 。 一 般 由 半 导 体 材 质 构成 。 随 机 存 取 ： 读 写 任 意存 储 单 元 所 用 时 间 是相 同 的 ， 与 单 元 地 址无 关 。 与 辅 存 相 比 ， 速 度 快， 价 格 高 ， 容 量 小 。 主 存 的 操 作 ： 读 存 储 器 操 作 ： 写 存 储 器 操 作 ： 3.2 主 存 储 器 主 存 储 器 按 其 功 能 可 分 为 RAM和ROM。 随 机 存 取 存 储 器 RAM 只 读 存 储 器 ROM一二 一 、 随 机 存 取 存 储 器 RAMMADMAR M D RR/W读 写控 制 电 路 Y1Y2 n-1Y0Y2 n-2 MM Bm-1 B0An-1A0D m-1D0CSWE 一 、 随 机 存 取 存 储 器 RAM 静 态 存 储 器 （ SRAM）1 动 态 存 储 器 （ DRAM）2 SRAM和 DRAM的 对 比3 1、 静 态 随 机 存 取 存 储 器 （ SRAM）静 态 存 储 器（ SRAM）（ 1） SRAM存 储 位 元 （ 2） SRAM存 储 器（ 3） SRAM存 储 器 的 特 点 （ 1） SRAM存 储 位 元 “ 1” 状态 ： T1截 止 ，T2导 通 “ 0”状态 ： T2截 止 ，T1导 通 六 管 MOS静 态 存 储 器 结 构 （ 2） SRAM存 储 器 结 构地 址 译 码 方 式 ： 单 译 码 方 式 ：n位 地 址 线 ，经 过 一 个 地 址译 码 器 译 码 后， 形 成 有 2n根选 择 线 。 （ 2） SRAM存 储 器 结 构 双 译 码 方 式： n位 地 址线 分 为 行 、列 两 组 地 址分 别 经 两 个译 码 器 译 码， 形 成 行 选和 列 选 信 号。 2114 SRAM存 储 器 芯 片 举 例 1K 4位 2114地 址 线10根数 据 线4根 A9 A0D3 D0CSWE片 选 线写 使 能 （ 3） SRAM存 储 器 的 特 点 使 用 双 稳 态 触 发 器 表 示 0和 1代 码 。 在 电 源 不 掉 电 的 情 况 下 ， 信 息 稳 定 保 持 （静 态 ） 。 存 取 速 度 快 ， 集 成 度 低 （ 容 量 小 ） ， 价 格高 。 常 用 作 高 速 缓 冲 存 储 器 Cache。 （ 4） SRAM存 储 器 的 读 写 过 程 读 操 作 ： T1： CPU送 出 有 效 地 址 AB 存 储 器 的 MAR ； T2： CPU根 据 其 高 位 地 址 信 号 形 成 CS， 启 动 MAD译码 器 ， 选 中 存 储 单 元 ， 同 时 WE=0有 效 ， 启 动 读 过程 ； T3： 经 Tw延 时 后 ， 所 选 中 的 单 元 内 容 MDR DB， 若 数 据 未 准 备 就 绪 ， 则 插 入 Tw等 待 ， 至 数 据 稳定 输 出 为 止 ； T4： CS、 WE及 地 址 信 号 取 消 ， 同 时 发 READY有 效， 通 知 CPU读 操 作 完 成 。 （ 4） SRAM存 储 器 的 读 写 过 程 写 操 作 ： T1： CPU送 出 有 效 地 址 AB 存 储 器 的 MAR ； 同 时 CPU送 出 待 写 数 据 内 容 DB； T2： CPU根 据 其 高 位 地 址 信 号 形 成 CS ， 启 动译 码 器 MAD， 选 中 存 储 单 元 ， 同 时 将 DB 存 储器 的 MDR， WE=1有 效 ， 启 动 写 过 程 . T3： 经 Tw写 数 时 间 后 ， 将 MDR内 容 写 入 所 选 单元 ， 若 未 稳 定 写 入 ， 则 插 入 Tw， 直 至 稳 定 写 入； T4： 撤 销 CS、 WE、 地 址 、 数 据 等 信 号 ， 发READY， 通 知 CPU写 数 据 完 成 。CS 2、 动 态 存 储 器 （ DRAM）（ 4）（ 3）（ 2） （ 1） DRAM存 储 位 元DRAM存 储 器DRAM的 刷 新 方 式 DRAM存 储 器 的 特 点 （ 1） DRAM存 储 位 元 “ 1” 状 态 ： 电 容 C上有 电 荷 “ 0” 状 态 ： 电 容 C上无 电 荷 再 生 ： 读 出 后 信 息 可能 被 破 坏 ， 需 要 重 写。 刷 新 ： 经 过 一 段 时 间后 ， 信 息 可 能 丢 失 ，需 要 重 写 。 单 管 MOS动 态 存 储 器 结 构 （ 2） DRAM存 储 器 4M 4位 的 DRAM DRAM的 读 /写 过 程 （ 3） DRAM的 刷 新 方 式 刷 新 周 期 ： 对 整 个 DRAM全 部 刷 新 一 遍 的 时 间 ， 即DRAM允 许 的 最 大 信 息 保 持 时 间 。 有 2ms;4ms;8ms三 种 规 格 ， 一 般 为 2ms。 刷 新 操 作 ： 采 用 分 行 刷 新 ， 即 是 按 行 来 执 行 内 部 的 刷 新 操作 。 由 刷 新 计 数 器 产 生 行 地 址 ， 选 择 当 前 要 刷 新 的行 。 由 读 操 作 完 成 刷 新 ， 读 即 刷 新 。 刷 新 一 行 所 需时 间 即 是 一 个 存 取 周 期 Tm。 刷 新 方 式 ： 集 中 式 刷 新 、 分 散 式 刷 新 和 异 步 式 刷新 。 集 中 式 刷 新 ：例 ： 16K 1位 DRAM芯 片 中 ， 存 储 电 路 128 128的 存储 矩 阵 组 成 。 设 存 储 器 存 取 周 期 为 500ns， 单 元 刷新 间 隔 是 2ms。 在 2ms单 元 刷 新 间 隔 时 间 内 ， 集 中 对 128行 刷 新 一遍 ， 所 需 时 间 128 500ns=64 s， 其 余 时 间 则 用于 正 常 访 问 （ R/W） 操 作 。 在 内 部 刷 新 时 间 （ 64 s） 内 ， 不 允 许 访 存 ， 这 段时 间 被 称 为 死 时 间 。Tm 分 散 式 刷 新 在 任 何 一 个 存 储 周 期 内 ， 分 为 访 存 和 刷 新 两 个 子周 期 。 在 访 存 周 期 内 ， 供 CPU等 部 件 正 常 访 问 。 在 刷 新 周 期 内 ， 对 DRAM的 某 一 行 刷 新 。 存 储 周 期 为 存 储 器 存 取 周 期 Tm的 两 倍 ， 即 1 s 500ns 2。 刷 新 次 数 增 多 ， 为 2ms/1 s 2000。 在 2ms的 单元 刷 新 间 隔 时 间 内 ， 对 DRAM刷 新 了 2000遍 。Tm 异 步 式 刷 新 采 取 折 中 的 办 法 ， 在 2ms内 分 散 地 把 各 行 刷新 一 遍 。 避 免 了 分 散 式 刷 新 中 不 必 要 的 多 次 刷 新 ， 提 高 了 整 机速 度 ； 同 时 又 解 决 了 集 中 式 刷 新 中 “ 死 区 ” 时 间 过 长 的问 题 。 刷 新 信 号 的 周 期 为 2ms/128=15.625 s。 让 刷 新 电 路 每隔 15.625 s产 生 一 个 刷 新 信 号 ， 刷 新 一 行 。异 步 式 刷 新 Tm （ 4） DRAM存 储 器 的 特 点 利 用 半 导 体 器 件 中 MOS管 极 间 电 容 上 有 无 电 荷 来 记忆 “ 0”和 ”1”代 码 。 在 电 源 不 掉 电 的 情 况 下 ， 信 息 也 会 丢 失 ， 因 此 需 要不 断 刷 新 。 存 取 速 度 慢 ， 集 成 度 高 （ 容 量 大 ） ， 价 格 低 。 常 用 作 内 存 条 。 3、 SRAM和 DRAM的 对 比比 较 内 容 SRAM DRAM存 储 信 息 0和 1的方 式 双 稳 态 触 发器 极 间 电 容 的 充 放电电 源 不 掉 电 时 信 息 稳 定 信 息 会 丢 失刷 新 不 需 要 需 要集 成 度 低 高容 量 小 大价 格 高 低速 度 快 慢适 用 场 合 Cache 主 存 二 、 只 读 存 储 器 ROM MROM PROM EPROM E2PROM Flash ROM 几 种 非 易 失 性 存 储 器 的 比 较 存 储 器 类 别 擦 除 方 式 能 否 单字 节 修改 写 机 制MROM 只 读 不 允 许 否 掩 膜 位 写PROM 写 一 次 读 多 次 不 允 许 否 电 信 号EPROM 写 多 次 读 多 次 紫 外 线 擦 除， 脱 机 改 写 否 电 信 号E2PROM 写 多 次 读 多 次 电 擦 除 ， 在线 改 写 能 电 信 号Flash Memory 写 多 次 读 多 次 电 擦 除 ， 在线 改 写 否 电 信 号 3.3 主 存 储 器 的 扩 展 背 景 知 识 存 储 芯 片 简 介 存 储 器 容 量 扩 展 的 三 种 方 法 主 存 储 器 与 CPU的 连 接一二三 一 、 背 景 知 识 存 储 芯 片 简 介 存 储 芯 片 的 引 脚 封 装 二 、 存 储 器 容 量 扩 展 的 三 种 方 法3、字 位 扩 展2、字 扩 展 1、位 扩 展 从 字 长 和 字 数 方 向 扩 展从 字 长 方 向 扩 展从 字 数 方 向 扩 展 RAMBUS内 存 条DDR 内 存 条内 存 1、 位 扩 展 位 扩 展 的 作 用 ： 利 用 多 片 短 字 长 芯 片 构 成 规 定 字 长 模 块 ， 以 增 加 带 宽BW。 扩 展 要 点 ： （ 1） 各 芯 片 的 地 址 线 A0 An-1 、 读 写 控 制 信 号 WE、片 选 信 号 CS分 别 对 应 并 联 后 引 出 ； （ 2） 各 芯 片 的 数 据 线 D0 Dm-1独 立 引 出 ， 分 别 作 为 所扩 展 的 存 储 器 的 高 若 干 位 和 低 若 干 位 。 1、 位 扩 展 例 1-要 求 ： 用 16K 8位 的 SRAM芯 片 16K 16位的 SRAM存 储 器 16K*8SRAM0A0 -A1 3 CSWE 16K*8SRAM1A0 -A1 3 CSWED7-D0 D7-D0 CSWEA13A0D1 5D0 2、 字 扩 展 字 扩 展 方 法 的 作 用 ： 利 用 片 选 线 扩 展 存 储 器 模 块 的 字 节 容 量 。 字 扩 展 方 法 的 要 点 ： （ 1） 各 芯 片 的 数 据 线 D0 Dm-1、 读 写 控 制 信 号 WE分 别 对应 并 联 后 引 出 ； （ 2） 各 存 储 器 芯 片 的 地 址 线 A0 An-1分 别 对 应 并 联 后 引出 ； （ 3） 各 存 储 器 芯 片 的 片 选 线 CS独 立 引 出 后 分 别 接 CPU的高 位 地 址 经 译 码 后 的 译 码 信 号 ， 用 于 扩 展 芯 片 数 目 。 2、 字 扩 展 例 2-要 求 ： 用 16K 16位 的 SRAM芯 片 128K 16位的 SRAM存 储 器 例 3-要 求 ： 用 128K 16位 的 SRAM模 块 1M 16位 的 SRAM存 储 器 . 3、 字 位 扩 展 （ 全 扩 展 ） ： 全 扩 展 方 法 的 作 用 ： 利 用 位 扩 展 、 字 扩 展 混 合 使 用 的 方 式 进 行 全 扩 展， 组 成 符 合 要 求 的 存 储 器 模 块 。 全 扩 展 方 法 的 要 点 ： 先 位 扩 展 ， 再 字 扩 展 3、 字 位 扩 展 （ 全 扩 展 ） ： 需 扩 展 的 存 储 器 容 量 为 M N位 , 已 有 芯 片 的 容 量为 L K位 (LM,K辅 存 （ 虚 存 ） 地 址 ； 用 户 编程 时 使 用 虚 址 。 实 地 址 （ 物 理 地 址 ） 主 存 （ 内 存 、 实 存 ） 地 址 ；CPU访 问 内 存 时 使 用 实 址 。 虚 实 地 址 的 转 换 过 程 ： 用 户 以 虚 址 编 程 ， 并 存 放 于 辅 存 ， 程 序 运 行 时 CPU以 虚 址 访 问 主 存 查 表 （ 段 、 页 表 ） ， 在 则 虚 /实 地址 转 换 ， 访 问 主 存 ； 不 在 则 按 虚 址 访 问 辅 存 ， 调 至 主存 ， 修 改 表 中 表 目 ， 然 后 访 问 主 存 。 3.虚 存 与 缓 存 的 比 较 ： 首 先 它 们 分 属 于 二 个 不 同 的 存 储 层 次 相 同 点 ： 空 间 划 分 为 块 ， 以 便 于 管 理 。 信 息 块 自 动 地 由 低 速 层 次 向 高 速 层 次 调 动 和 流 动 。 调 度 时 均 采 用 相 同 的 替 换 策 略 ， 即 新 块 淘 汰 最 不 活 跃的 旧 块 ， 并 遵 循 一 定 的 映 射 关 系 。 3.虚 存 与 缓 存 的 比 较 ： 不 同 点 ： cache用 于 弥 补 主 存 CPU之 间 的 速 度 差 距 ， 而 虚 存则 用 于 弥 补 主 存 的 容 量 差 距 。 cache的 信 息 块 为 几 十 字 节 ， 而 虚 存 则 有 页 、 段 等划 分 ， 其 大 小 为 几 百 几 百 K字 节 。 cache的 速 度 比 主 存 快 5 10倍 ， 而 虚 存 则 慢 1001000倍 。 CPU与 主 存 ， cache间 有 直 接 访 问 通 道 ， 而 虚 存 则 无。 cache的 信 息 块 存 取 ， 地 址 变 换 ， 替 换 等 操 作 均 由硬 件 实 现 ， 而 虚 存 则 基 本 上 由 OS中 的 存 储 管 理 模 块 软件 加 以 实 现 。 虚 拟 存 储 器 的 实 现 方 式 有 三 种 ： 段 式 、 页 式 或 段 页 式 二 .页 式 虚 拟 存 储 器 页 式 虚 存 （ 采 用 页 表 管 理 的 ， 以 页 为 信 息 传 送 单 位 的虚 拟 存 贮 器 ） 1.页 与 页 表 页 的 划 分 ： 主 、 虚 存 均 划 分 成 大 小 相 同 的 若 干 页 ，512-几 k字 节 实 存 的 访 问 地 址 =实 地 址 （ 实 页 号 p | 页 内 地 址 d） ；虚 存 的 访 问 地 址 =虚 地 址 （ 虚 页 号 P | 页 内 地 址 D） ；一 般 来 说 ， 虚 页 号 P实 页 号 p 页 表 ： 记 录 虚 、 实 页 号 对 应 关 系 的 表 (Page Table) 页 表 的 格 式 与 内 容 ： 页 表 以 虚 页 号 为 表 内 相 对 地 址 ；页 表 以 实 页 号 ， 装 入 位 ， 修 改 位 等 为 表 内 记 录 内 容 。 页 表 的 单 元 数 = 虚 页 数 ； 记 录 的 字 长 = 实 页 号 + 装 入 位 + 修 改 位 + 替 换 控制 位 。 二 .页 式 虚 拟 存 储 器 2. 页 表 的 建 立 ： 根 据 程 序 运 行 情 况 由 存 储 管 理 软 件 自 动 建 立 ； 每一 程 序 分 配 一 张 页 表 ， 并 存 放 于 内 存 中 的 固 定 区 域 ，页 表 的 起 始 地 址 由 基 址 寄 存 器 指 定 ， 其 过 程 对 用 户 而言 透 明 。 快 表 与 慢 表 ： 快 表 存 放 于 cache中 的 页 表 部 分 复 本 ； 慢 表 存 放 于 主 存 中 的 页 表 。 快 表 的 引 入 有 利 于 加 快 查 表 速 度 。 二 .页 式 虚 拟 存 储 器 3.页 式 虚 存 的 虚 -实 地 址 变 换 过 程 ： 其 变 换 由 软 件 根 据 页 表 进 行 将 页 表 的 首 址 基 址 寄 存 器 ； 基 址 寄 存 器 内 容 +虚 址 中 的 虚 页 号 P， 形 成 页 表 索 引 。 由 页 表 索 引 查 页 表 。 若 装 入 位 = 0， 则 访 虚 存 后 调 入 主 存 ， 修 改 表 目 ； 若 装 入 位 = 1， 取 出 实 页 号 p； 实 页 号 p + 虚 址 中 的 页 内 地 址 D(d)形 成 主 存 实 地 址， 访 问 主 存 。 虚 1页虚 3页虚 4页虚 2页辅 存页 表 （ 存 放 于 内 存 ）主 存0000 H1000 H1400 H1800 H1C00 H2000 H 虚 1页实 6页 虚 页虚 3页实 8页虚 4页实 7页 实 页 号 装 入 位 修 改 位 替 换 控 制 位0 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 0页 表 首 址 1234 6 1587 111 虚 页虚 2页实 5页 虚 4页虚 页1.CPU给 出 虚 地 址 ： （ 虚 页 号 P=1 页 内 地 址 D=0）2.形 成 页 表 索 引 ： 基 址 寄 存 器 （ 页 表 首 址 ） +虚 页 号 P3.按 索 引 查 页 表 ： 读 记 录 中 的 装 入 位 ， 并 判 断 =1？ 命 中 -CPU则 根 据 (记 录 中 的 实 页 号 p+D,即 p+d)访 问 内 存 ； 不 命 中 - CPU直 接 根 据 虚 址 (虚 页 号 P=1 页 内 地 址 D=0)访 问 辅 存 ， 调 入 该 页 内 存 ， 同 时 修 改 页 表 中 的 相 应 记 录 。基 址 寄 存 器 三 .段 式 虚 拟 存 储 器 段 式 虚 存 （ 采 用 段 表 管 理 的 ， 以 段 为 信 息 传 送 单位 的 虚 拟 存 贮 器 ） 1.段 与 段 表 段 的 划 分 ： 段 随 程 序 的 逻 辑 结 构 ， 每 段 存 放 一 程 序功 能 模 块 （ 例 过 程 ， 子 程 序 ） 。 将 其 作 为 一 整 体 进 行传 送 与 维 护 ， 段 内 地 址 各 自 从 0开 始 ， 每 段 可 装 入 内 存的 任 意 位 置 。 故 编 程 时 可 仍 按 虚 存 空 间 编 址 。 段 表 ： 段 的 虚 -实 地 址 的 映 象 （ 对 应 ） 关 系 表 ， 存放 于 内 存 。 段 表 的 格 式 与 内 容 ： 段 表 以 段 号 为 表 内 相 对 地 址 ； 段 表 以 段 起 点 、 段 长 、 装 入 位 、 修 改 位 ， 替 换 控 制 位等 为 内 容 的 表 。 三 .段 式 虚 拟 存 储 器 2. 段 表 的 建 立 ： 段 表 由 OS中 的 存 储 管 理 软 件 设 置 ， 存 放于 主 存 ， 其 表 的 首 址 由 基 址 寄 存 器 指 定 ， 随 着 程 序 的 调入 和 执 行 逐 步 建 立 。 3. 段 式 虚 存 的 虚 /实 地 址 变 换 过 程 ： CPU给 出 虚 址 = | 基 号 b | 段 号 s | 段 内 地 址 d | 按 虚 址 中 的 基 号 查 基 址 寄 存 器 内 容 得 段 表 的 起 始 地 址S0 S0 + 虚 址 中 的 段 号 形 成 段 表 索 引 查 段 表 ， 若命 中 ， 取 表 内 记 录 中 的 段 起 点 （ 段 的 实 存 起 始 地 址 ） 。 段 的 起 点 + 虚 址 中 的 段 内 地 址 主 存 实 地 址 访问 主 存 。 程 序 2程 序 3程 序 4程 序 1辅 存段 表 （ 存 放 于 内 存 ）主 存0000 H1000 H3000 H6000 H9800 HA000 H 程 序 1程 序 2程 序 3程 序 4 段 的 起 点 段 长 装 入 位 修 改 位 替 换 控 制 位0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0段 表 首 址 1234 3000 H 12K 11000 H9800 H6000 H 8K2K14K 111 程 序程 序程 序程 序1.CPU给 出 地 址 ： 虚 址 （ 段 号 S=1 段 内 地 址 d=0）2.形 成 段 表 索 引 ： 基 址 寄 存 器 （ 段 表 首 址 ） +段 号 S3.按 索 引 查 段 表 ： 读 记 录 中 的 装 入 位 ， 并 判 断 =1？ 命 中 -CPU则 根 据 (记 录 中 段 的 起 点 +d)访 问 内 存 ； 不 命 中 - CPU直 接 根 据 虚 址 ( 段 号 S 段 内 地 址 d ) 访 问 辅 存 ， 调 入 该 段 内 存 ， 修 改 段 表 相 应 记 录 。 四 .段 页 式 虚 存 采 用 段 、 页 表 共 同 管 理 ， 以 页 为 信 息 传 送 单 位 ，以 段 作 为 共 享 与 保 护 的 整 体 的 虚 拟 存 储 器 1.空 间 划 分 ： 虚 存 中 的 程 序 按 功 能 模 块 分 段 （ 由 段 表管 理 ） =每 段 （ 程 序 功 能 模 块 ） 分 页 （ 由 页 表 管 理 ） 地 址 划 分 ： （ 基 号 b | 段 号 S | 页 号 P| 页 内 地 址 d） 该 逻 辑 地 址 来 自 CPU 2.段 页 式 虚 存 的 虚 /实 地 址 变 换 过 程 段 页 式 虚 存 的 虚 /实 地 址 变 换 过 程 ： 段 页 式 虚 拟 存 储 器 段 页 式 虚 拟 存 储 器 中 逻 辑 地 址 与 物 理 地 址 的 转 换 关 系 本 章 小 结 主 存 的 主 要 性 能 指 标 、 主 存 的 分 类 半 导 体 存 储 器 可 分 为 两 大 类 ： 随 机 读 写 存 储 器 和 只读 存 储 器 。 随 机 读 写 存 储 器 分 为 两 种 ： 静 态 随 机 读写 存 储 器 SRAM和 动 态 随 机 读 写 存 储 器 DRAM。 主 存 位 扩 展 、 字 扩 展 和 字 位 扩 展 的 方 法 及 与 CPU的连 接 是 学 习 存 储 器 的 重 点 之 一 提 高 主 存 速 度 的 各 种 方 法 也 是 存 储 体 系 一 章 的 重 点 高 速 缓 存 Cache的 原 理 、 Cache的 命 中 率 、 Cache的替 换 算 法 、 主 存 地 址 与 Cache的 地 址 映 射 方 式 （ 直接 映 射 、 全 相 联 映 射 、 组 相 联 映 射 ） 。 本 章 简 要 介 绍 了 虚 拟 存 储 器 的 工 作 原 理 。 Thank you!