多层次存储器（下）

计组

1. 只读存储器

分类：

1）掩模式ROM(PROM)：利用开关状态表示0/1。
2）一次性编程ROM(PROM)：熔丝的闭合/断开状态表示0/1。
3）反复擦除编程ROM(EPROM)：浮空的栅极存储信息，充满电荷表示0，否则表示1。

可擦除的ROM

由于掩膜式ROM和一次性变成的ROM比较简单，这里就不进行展开讨论，下面我们来看一下可擦除的ROM。

1）光擦除EPROM

存储信息：利用浮空栅G1里面的电荷量，有电子则表示0，否则表示1。
初始值：全为1
改写数据：
　　 写0：当D端加上几十伏的脉冲电压，沟道中会造成雪崩产生大量的高能电子。此时G2栅极中加上正电压，可使沟道中的电子注入G1。
　　写1(擦除)：用光子能量较高的紫外线对G1栅极进行照射，G1中的电子获得足够的能量穿过氧化层回到衬底。
特点：
　　 1. 当存储数据为0时，电路无法导通。当存储为1时，电路可以导通。
　　2. G1栅极被$SiO_2$，包围着可永存存储电子。

2）电擦除EEPROM

存储信息：浮空栅极G1有电子表示存储1，否则存储0。
初始值：全为1
改写数据：
　　写0：漏极D接20正脉冲，G2栅极接地，G1栅极上的电子可以通过隧道返回衬底。
　　写1：G2栅极接20v正脉冲时，通过隧道效应，电子由衬底进入到G1栅极中。（G1栅极与漏极D之间有一层极薄的氧化层，可以产生隧道效应）
特点：G1内有电子时不能导通，表示存储1。

3)两种ROM对比

相同点：
1. 栅极都是用多晶硅。
2. 都是用电荷量表示信息。、
3. 出厂时都是全1。
4. 导通相同，都是G1栅极没有电子时导通。
不同点：
1. 原理不同，EPROM是利用雪崩效应来进行写0，而EEPROM是通过隧道效应写1。
2. 信息表示不同，EPROM有电子表示0，而EEPROM有电子时表示1。

2. 高速缓冲存储器cache

1）为什么要使用cache？因为使用cache可以高速的给cpu提供指令和数据，加快了程序的执行速度。
2）为什么cache可以高速？因为cache是由高速的SRAM组成的，地址的转换功能都是由硬件来实现的！
3）为什么可以使用cache？因为程序运行中具有空间和时间局部性。
4）cpu读取数据过程：首先cpu向cache读取字，若没有则向主存读取同时将这个字放入到cache中。这里注意一点就是，cpu与cache之间交换数据单位是字，而cache与主存之间交换数据方式是块。（若干个字）
5）性能指标：cache的命中率，若cache的命中率达到100%，则此时访问cache/主存的平均时间就等于访问cache的时间，这也是我们所追求的状态。
6）如何提高性能？使用高效的地址映射方式！下面我们来看三种映射方式：

1. 全相联映射

cpu读取字的地址被分为两部分，tag|块内地址。快内字地址位数是根据块的大小决定的，而tag位数由主存的块数决定。
特点：
1）放入cache的块，块号（tag）和块内容一起拷贝到cache的某一行中。
2）在cache中，tag用相联存储器存储，而数据使用SRAM存储。

2. 直接映射

cpu读取字的地址被分为三部分，tag|行号|块内字地址。行号的位数由cache的行数决定，而tag+行号的位数是由块数决定，块内字地址位数还是由块的大小决定。
特点：
1）将某个块放入cache中时，不用将整个块号(tag|行号)存储，只要存储块号中的tag就可以了！

3. 组相联映射

字地址分为3部分：tag|组号|块内字地址。组号由cache的组个数决定，而tag+行号的位数由主存中的块数决定，块内字地址位数还是由块的大小来决定。
特点：
1）跟直接相联一样，只需要存储tag和数据就好了。

小tip：因为来cache中查找有没有这个字是根据tag来比较的，所以全相联需要存储整个块号也就是tag，而后面两种的话tag位数是少于块号的，所以没有必要存储整个块号！