（2）再定位：系统为了对主存进行管理，将程序地址分为基号，段号和段内地址。系统建立一张段基
址表，每程序建立一张段表。地址再定位方法如图所示。1．段式管理基号段内地址段号基号段表地址段基址装入位段
长访问方式程序地址段基址表段表5．4．2虚拟存储器管理5.4虚拟存储器页式管理将程序空间
、主存空间分成大小固定页，程序虚拟各页可装入主存不同实页中。3．页式管理程序虚拟地址由基号、虚页号、页内地址组成。
系统有一张页基址表，每个程序有一张页表。再定位如图所示：5．4．2虚拟存储器管理5.4虚拟存储器基号页内地址虚
页号基号页表地址实页号装入位段长访问方式页基表页表3．段页式管理将
存储空间分为若干段，每段分为若干页，程序虚拟地址由基号，段号、页号、页内地址组成。系统有一张段基址表，每个程序有一张段
表，每段有一张页表。再定位如图所示：基号段表地址段号页表地址虚页号实页号段基表
段表页表基号页内地址段号页号5．4．2虚拟存储器管理5.4虚拟
存储器1.Cache的地址映射方法有：2.直接映射的方法是：
。主存分区，分区和Cache直接映射，全相联映射
，组相联映射空间分块，主存块只能映射到Cache指定块中一、填空题练习题做一做练一练1.在主存与CPU之间增加Cach
e的主要目的是（）。A、降低整机系统的成本??B、
扩大主存容量C、解决CPU与主存之间的速度匹配问题D、代替CPU中的寄存器工作C二、选择题练习题做一做练一练2.
在多级存储体系中，“Cache-主存”结构的作用是解决（）的问题。
A、主存容量不足??B、主存与辅存速度不匹配C、辅存与CPU速度不匹配D、主存与CPU速度不匹配D二、选
择题练习题做一做练一练1.Cache是内存的一部分，它可以由指令直接访问（）。
×2.引入虚拟存储系统是为了加快外存的存取速度。（）×三、判断题练习题做一做练一
练Thankyou!计
算机原理（对口招生）陶运道安徽化工学校第五章存储系统存储器是计算机记忆部件。它是计算机主要部件。用于存储程序
和数据。本章讨论了存储器分类和存储器性能指标；内存器、高速缓冲存储器、虚拟存储器等内容。内容提要做一做练一练
5.2内存储器5.3高速缓冲存储器5.4虚拟存储器存储器由多片存储芯片构成，存储芯片有一位、四位
、八位等不同的结构。例如，8K×8位、16K×4位、64K×1位。2．存储器基本组织存储器与CPU连接包括地址线、
数据线、控制线连接。5．2．1随机存储器RAM5.2内存储器用存储芯片构成一个存储器方法有：位扩展法、字
扩展法、字位扩展法。例：用16K×1位存储芯片组成16K×8位的存储器，其容量为16K，字长为8位。2．存储器基
本组织-（1）位扩展法位扩展法存储芯片与存储器地址位数相同，存储芯片数据位数少，存储器数据位数比芯片多。用几片扩
展成存储器所需要数据位数。解（1）所需要存储芯片片数：16K×8÷（16K×1）=8（片）5．2．1随机存储器RAM5.
2内存储器（3）存储芯片地址位存储器地址位：16K=214，14位，存储芯片（A13~A0）与CPU存储器（A13
~A0）分别相连。2．存储器基本组织-（1）位扩展法（2）8片存储芯片数据位（D0）分别与CPU数据位（D7~D0
）相连。（4）CPU控制读写信号WE与存储芯片WE相连5．2．1随机存储器RAM5.2内存储器A13~A0
CPUWED7~D0A13~A0D0A13~A0D0A13~A0D0A13~A
0D0A13~A0D0A13~A0D0A13~A0D0A13~A0D02．存储器基
本组织-（1）位扩展法解：（5）系统连接图5．2．1随机存储器RAM5.2内存储器
例：用16K×8位存储芯片组成64K×8位的存储器，其容量为64K，字长为8位。2．存储器基本组织-（2）字扩展法
字扩展法存储芯片与存储器地址位数不同，存储芯片数据位数与存储器数据位数相同。用几片扩展成存储器所需要存储单元数量。解（1
）所需要存储芯片片数：64K×8÷（16K×8）=4（片）5．2．1随机存储器RAM5.2内存储器（3）存
储芯片地址位16K=214，14位，存储器（CPU）地址位：64K=216，存储芯片（A13~A0）与CPU（A13~A0）分别相
连。CPU的A15、A14经译器译码产生四个片选信号，分别选中四片中一片。（2）4片存储芯片数据位（D7~D0）分别
与CPU数据位（D7~D0）相连。（4）CPU控制读写信号WE与存储芯片WE相连2．存储器基本组织-（2）字扩展法5
．2．1随机存储器RAM5.2内存储器A13~A0CPUWED7~D0A13CS~A0
D7~D0解：（5）系统连接图译码器A13CS~A0D7~D0A13CS
~A0D7~D0A13CS~A0D7~D0A15A142．存储器基本组织-（2）字扩展法5．2
．1随机存储器RAM5.2内存储器例：用2K×4位存储器芯片组成8K×8位存储器。2．存储器基本组织-（
3）字位扩展法字位扩展法存储芯片与存储器地址位数不同，存储芯片数据位数与存储器数据位数也不相同。用几片组成一组
扩展成存储器所需要存储数据位数。由几组扩展成存储器所需要位数。解（1）所需要存储芯片片数：8K×8÷（2K×4）=8（片）。一组
2片，构成8位存储器，共4组。5．2．1随机存储器RAM5.2内存储器（3）存储芯片地址位2K=211，1
1位，存储器（CPU）地址位：8K=213，存储芯片（A11~A0）与CPU（A11~A0）分别相连。CPU的A112、A11经译
器译码产生四个片选信号，分别选中四组中一组。（2）一组2片存储芯片数据位（D3~D0）分别与CPU数据位（D7~D0
）相连。（4）CPU控制读写信号WE与存储芯片WE相连2．存储器基本组织-（3）字位扩展法5．2．1随机存储器
RAM5.2内存储器A11CS~A0D3~D0A11~A0D3~D0A12~A0CPU
WED7~D0解：（5）系统连接图译码器A11~A0D7~D0A11CS
~A0D7~D0A11CS~A0D7~D0A12A11CSD7~D0
CSD7~D0A11CS~A0D7~D02．存储器基本组织-（3）字位扩展法5．2．1随
机存储器RAM5.2内存储器（2）DRAM刷新：由于DRAM存储单元是以电容电荷存储信息，由于电容漏电，信息消失。
所以反复对存储单元进行充电，以恢复原来电荷这一过程称刷新。3．动态随机存储器DRAM（1）静态随机存储器SRAM
采用双稳触发器存储信息，动态随机存储器DRAM采用电容充电电荷存储信息。（3）动态MOS存储器刷新采用一行一行刷新方
式。5．2．1随机存储器RAM5.2内存储器掩膜式只读存储器，它由双极型和MOS型组成。5．2．2只读存储
器ROMPROM，用户可用专门电路对其一次写入。EPROM，用紫外线照射擦除，再写入信息。EEPROM，电擦除，在线写入
，断电保护数据。ROM中信息由厂家写入，用户只有能读出信息。它可分为四类。5.2内存储器高速缓存
是一种高速、小容量临时存储器，采用Cache-主存存储结构。如图所示：5．3．1高速缓冲存概念5.3高速缓冲存储器1．高
速缓存结构CPU主存Cache在计算机中CPU速度快，主存操作速度慢。因此在CPU与主存之间加一高速缓存，用
来存储频繁操作指令和数据以提高CPU访存速度。2．高速缓存作用5．3．1高速缓冲存概念5.3高速缓冲存储器
在带有Cache计算机中，Cache中开始时没有数据或指令，当CPU访问主存时，从主存中读入数据或指令同时还将数据或指令写入Cac
he中。以后CPU访问中，若访问的数据在Cache中，则直接在Cache中读取，而不必访问主存，以提高访问数据速度。3．高速缓存
工作原理CPU访问数据在Cache中情形称为命中，反之称为不命中或失效。5．3．1高速缓冲存概念5.3高
速缓冲存储器在主存地址和Cache地址之间建立一种逻辑关系称为地址映射。1．高速缓存地址映射概念
地址映射方法有：直接映射、全相映射、组相联映射法。5．3．2高速缓冲存储器地址映射5.3高速缓冲存储器（
1）直接映射主存分为Cache大小若干全分区，分区和Cache空间分为若干个块，每个分区中块只能映射到Cache中指定块
中。直接映射如图所示：2．直接映射0分区1分区2分区主存Cache0块1块2块3块4块5块6块7块0
块1块2块3块5．3．2高速缓冲存储器地址映射5.3高速缓冲存储器（2）直接映射例子：已知一个Cac
he容量为2K字，每块16字，主存容量为256K字，试确定主存分区数及每个分区（Cache空间）块数。2．直接映射
解：主存分区数：256K÷2K=128（个）。每个分区块数：2K÷16=128（块）5．3．2高速缓冲存储器地址映射5
.3高速缓冲存储器（1）全相联映射主存分为Cache大小若干个分区，主存、Cache分为若干大小相同分区，主
存块可映射到cache中任意块。3．全相联映射（2）全相映射优点：命中率高。
缺点：硬件复杂5．3．2高速缓冲存储器地址映射5.3高速缓冲存储器（3）全相联映射示意图
如下：3．全相联映射Cache主存缓存分块主存分块主存块可以放入缓存任一块中5．3．2高速
缓冲存储器地址映射5.3高速缓冲存储器（1）组相联映射主存分成cache大小若干分区，分区和cache
分成若干个大小相等组。主存、cache分成大小相等若干块。4．组相联映射（2）主存中组只能映射到cache指定组
中，主存组中块可以映射到cache中对应组中任意块中。5．3．2高速缓冲存储器地址映射5.3高速缓冲存储器
（3）组相联映射示意图如下：4．组相联映射Cache主存缓存分组，组中分块。主存分3分区主存组只能放入缓存
指定组，组中块可入指定组中任一块中。每组分两块每分区分两组5．3．2高速缓冲存储器地址映射5.3高速缓冲存储器
（1）主存读出新块调入Cache中，若Cache中相应块已被占，此时必须用新块代替旧字块。1．替换策略（2）
常用替换策略有：（1）先进先出策略FIFO
（2）近期最少使用策略LRU5．3．3高速缓冲存储器替换策略5.3高速缓冲存储器
虚拟存储器：主要解决因主存容量不足问题而提出虚拟存储器解决方案。这个方案是：使用磁盘等外存来存放运行中所需要程序和数据，程序
能象访问主存一样访问外存。这是一种经济而有效增加主存容量的方法。1．虚拟存储器5．4．1虚拟存储器概念5.4
虚拟存储器程序中出现地址称为虚拟地址2．再定位实际主存地址为物理地址。当程序放入主存后，程序虚拟
地址与主存物理地址不一致。将程序虚拟地址转化为物理地址过程称这再定位。5．4．1虚拟存储器概念5.4虚拟存储器3
．虚拟存储器需解决问题采用虚拟存储器技术需要考虑问题：如何对主存辅存进行统一管理；虚拟地址重定位；以及主存已满时替换策略问题。5．4．1虚拟存储器概念5.4虚拟存储器在虚拟存储器中，多道程序分别在主存和辅存，在访问主存时进行虚拟地址实地址转换。根据映射方式不同，虚拟存储器的三种管理方式：段式、页式、段页式管理方式。5．4．1虚拟存储器管理方式5.4虚拟存储器（1）主存按段分配，段大小任意设定。程序分为若干段。系统将程序以段为单位分配主存。如图所示：1．段式管理段1段2段3段4程序1段1段2段3程序2程序1段1程序2段3程序1段2程序2段1主存5．4．2虚拟存储器管理5.4虚拟存储器 |
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