计算机组成与系统结构.ppt
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1、计算机组成与系统结构,陈泽宇 副教授,第1章 计算机系统概论 第2章 运算方法和运算器 第3章 存储系统 第4章 指令系统 第5章 中央处理器(CPU) 第6章 总线系统 第7章 输入输出(I/O)系统 第8章 并行计算机系统,3.3 高速存储器,高速CPU与主存储器在速度上不匹配,且一个CPU周期中可能要用到几个存储器字,这成为限制高速计算的主要问题 可采取一些特殊措施,加速CPU和存储器之间的有效传输 主存储器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 采用并行操作的双端口存储器 在CPU和存储器间插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
2、几个字,3.3.1 双端口存储器,主存储器是信息交换的中心 一方面CPU频繁地与主存交换信息 另一方面外设也较频繁地与主存交换信息 常规存储器是单端口存储器 每次只接收一个地址,访问一个存储单元,从中读取或写入一个字节或字 影响存储器的整体工作速度 为此,在某些系统中采用了双端口存储器,双端口存储器 具有两个彼此独立的读写口 每个读写口都有一套地址寄存器和译码电路,可并行独立工作 两个读写口可按各自接收的地址同时读出或写入,或一个写一个读 与两个独立的存储器不同 两个读写口的访存空间相同,可访问同一个存储单元 通常使双端口存储器的一个读写口面向CPU,另一个读写口面向外设或输入输出处理机,双端
3、口存储器是一种高速工作的存储器 由于具有两组相互独立的读写控制线路,可以对存储器中任何位置上的数据进行并行、独立的存取操作 读写冲突处理 如两个端口同时访问同一个存储单元,便发生读写冲突 可设置一个“忙”标志 发生读写冲突时,片上判断逻辑决定哪个端口优先进行读写操作,对另一个端口置“忙”标志,暂时关闭 等到优先端口完成读写操作,才将被延迟端口的“忙”标志复位,重新开放,允许存取,3.3.2 多模块交叉存储器,1. 存储器的模块化组织 2. 多模块交叉存储器的基本结构,1. 存储器的模块化组织,多模块存储器(多体存储器) 由多个能独立操作的模块组成的存储器 给每个模块配置自己的存储器地址寄存器(
4、MAR)、存储器数据寄存器(MDR)和读写电路,使每个模块都能独立进行读写操作 在任一给定时刻对几个模块同时执行读或写操作,从而提高整个主存的平均存取时间 两种地址分配方案:顺序方式和交叉方式,1)顺序方式,在常规的主存储器设计中,访问地址采用顺序方式 FLASH演示 CPU送来的主存地址被分成高n位和低m位 主存地址的高n位表示模块号,其模块号为0,1,2,2n-1,共2n个,译码后从2n个模块中选中一个模块 主存地址的低m位表示块内地址,m位译码后,选定模块中的一个具体的存储字单元,在一个模块内,程序从低位地址连续存放 当CPU执行对主存连续单元的读写请求时,只有一个模块和CPU进行数据存
5、取操作,其他模块则可停止工作或与外部设备进行直接存储器存取(DMA)操作,顺序方式的优点 可以通过简单地增加模块而方便地扩展系统存储容量 一旦发生故障,出现故障的模块仅仅影响存储空间的一个局部区域,其他模块可以照常工作 但在这种结构中, 各模块彼此串行工作,存储器带宽受到很大限制,难以有效提高主存速度,2)交叉方式,多模块存储器的另一种地址分配方案是交叉方式 FLASH演示 设存储器容量为32个字,分成4个模块,每个模块8个字 将4个线性地址0,1,2,3依次分配给M0,M1,M2,M3模块,再将线性地址4,5,6,7依次分给M0,M1,M2,M3模块, 当存储器寻址时,用地址寄存器的低2位选
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