提高存储器速度的技术

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随着计算机应用领域的不断扩大,处理的信息量越来越多,对存储器的工作速度和容量要求也越来越高.此外,因CPU的功能不断增强,I/O设备的数量不断增多,致使主存的存取速度已成为制约整个计算机系统速度提升的瓶颈.可见,提高访存速度已成为迫不及待的任务.为了解决此问题,除了寻找高速元件和采用层次结构以外,调整主存的结构也可以提高访存速度.

1.单体多字系统

由于程序和数据在存储体内是连续存放的,因此CPU访存取出的信息也是连续的,如果可以在一个存取周期内,从同一地址取出4条指令,然后再逐条将指令送至CPU执行,即每隔1/4存取周期,主存向CPU送一条指令,这样显然增大了存储器的带宽,提高了单体存储器的工作速度,如图7.25所示.

罗姆 ROHM 存储器

图中示意了一个单体四字结构的存储器,每字W位.按地址在一个存取周期内可读出4×W位的指令或数据,使主存带宽提高到4倍.显然,采用这种办法的前提是:指令和数据在主存内必须是连续存放的,一旦遇到转移指令,或者操作数不能连续存放,这种方法的效果就不明显.

2.多体并行系统

多体并行系统就是采用多体模块组成的存储器.每个模块有相同的容量和存取速度,各模块各自都有独立的地址寄存器(MAR)、数据寄存器(MDR)、地址译码、驱动电路和读/写电路,它们既能并行工作,又能交叉工作.

并行工作即同时访问N个模块,同时启动,同时读出,完全并行地工作(不过,同时读出的N个字在总线上需分时传送).图7.26是适合于并行工作的高位交叉编址的多体存储器结构示意图,图中程序因按体内地址顺序存放(一个体存满后,再存入下一个体),故又有顺序存储之称.显然,高位地址可表示体号,低位地址为体内地址.按这种编址方式,只要合理调动,使不同的请求源同时访问不同的体,便可实现并行工作.

例如,当一个体正与CPU交换信息时,另一个体可同时与外部设备进行直接存储器访问,实现两个体并行工作.这种编址方式由于一个体内的地址是连续的,有利于存储器的扩充.

罗姆 ROHM 存储器

图7.27是按低位交叉编址的多体模块结构示意图.由于程序连续存放在相邻体中,故又有交叉存储之称.显然低位地址用来表示体号,高位地址为体内地址.这种编址方法又称为模M编址(M等于模块数),表7.2列出了模4交叉编址的地址号.一般模块数M取2的方幂,以使硬件电路相对简单;有的机器为了减少存储器冲突,采用质数个模块,例如,我国银河机的M为31,其硬件实现比较复杂.

罗姆 ROHM 存储器

多体模块结构的存储器采用交叉编址后,可以在不改变每个模块存取周期的前提下,提高存储器的带宽.CPU交叉访问4个存储体的时间关系,负脉冲为启动每个体的工作信号.虽然对每个体而言,存取周期均未缩短,但由于CPU交叉访问各体,使4个存储体的读/写过程重叠进行,最终在一个存取周期的时间内,存储器实际上向CPU提供了4个存储字.如果每个模块存储字长为32位,则在一个存取周期内(除第一个存取周期外),存储器向CPU提供了32×4=128位二进制代码,大大增加了存储器的带宽.

更多详情请查看:罗姆存储器

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