嵌入式中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的方式介紹

地址映像是指某一數(shù)據(jù)在主存中的地址與在緩存中的地址兩者之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。下面介紹三種地址映像方式：
1.全相聯(lián)方式
全相聯(lián)方式的地址映像規(guī)則是：主存儲(chǔ)器中的任意一塊可以映像到Cache中的任意一塊。其基本實(shí)現(xiàn)思路是：1）主存與緩存分成相同大小的數(shù)據(jù)塊；2）主存的某一數(shù)據(jù)塊可以裝入緩存的任意一塊空間中。
目錄表存放在聯(lián)想存儲(chǔ)器中，包括三個(gè)部分：數(shù)據(jù)塊在主存的塊地址、存入緩存后的塊地址及有效位（也稱裝入位）。由于是全相聯(lián)方式，因此目錄表的容量應(yīng)當(dāng)與緩存的塊數(shù)相同。
全相聯(lián)方式的優(yōu)點(diǎn)是命中率比較高，Cache存儲(chǔ)空間利用空間率高；缺點(diǎn)是訪問相關(guān)存儲(chǔ)器時(shí)，每次都要與全部?jī)?nèi)容比較，速度低且成本高，因而應(yīng)用少。
2.直接相聯(lián)方式
直接相聯(lián)方式的地址映像規(guī)則是主存儲(chǔ)器中某一塊只能映像到Cache的一個(gè)特定的塊中。其基本實(shí)現(xiàn)思路是：
1）主存與緩存分成相同大小的數(shù)據(jù)塊；
2）主存容量應(yīng)是緩存容量的整數(shù)倍，將主存空間按緩存的容量分成區(qū)，主存中每一區(qū)的塊數(shù)與緩存的總塊數(shù)相等；
3）主存中某區(qū)的一塊存入緩存時(shí)只能存入緩存中塊號(hào)相同的位置。
主存中各區(qū)內(nèi)相同塊號(hào)的數(shù)據(jù)塊都可以分別調(diào)入緩存中塊號(hào)相同的地址中，但同時(shí)只能有一個(gè)區(qū)的塊存入緩存。由于主、緩存的塊號(hào)及塊內(nèi)地址兩個(gè)字段完全相同，因此，目錄登記時(shí)，只記錄調(diào)入塊的區(qū)號(hào)即可。目錄表存放在高速小容量存儲(chǔ)器中，包括兩個(gè)字段：數(shù)據(jù)塊在主存的區(qū)號(hào)和有效位。目錄表的容量與緩存的塊數(shù)相同。
直接相聯(lián)方式的優(yōu)點(diǎn)是地址映像方式簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)訪問時(shí)，只需檢查區(qū)號(hào)是否相等即可，因而可以得到比較快的訪問速度，且硬件設(shè)備簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是置換操作頻繁，命中率比較低。
3.組相聯(lián)映像方式
組相聯(lián)映像方式的地址映像規(guī)則是主存儲(chǔ)器中某一塊只能存入緩存的同組號(hào)的任一塊中。其基本實(shí)現(xiàn)思路是：
1）主存和緩存按同樣大小劃分成塊；
2）主存和緩存按同樣大小劃分成組：
3）主存容量是緩存容量的整數(shù)倍，將主存空間按緩存區(qū)的大小分成區(qū)，主存中每一區(qū)的組數(shù)與緩存的組數(shù)相同;
4）當(dāng)主存的數(shù)據(jù)調(diào)入緩存時(shí)，主存與緩存的組號(hào)應(yīng)相等，也就是各區(qū)中的某一塊只能存入緩存的同組號(hào)的空間內(nèi)，但組內(nèi)各塊之間可任意存放，即從主存的組到緩存的組之間采用直接映像方式：在兩個(gè)對(duì)應(yīng)的組內(nèi)部采用全相聯(lián)映像方式。
主存地址與緩存地址的轉(zhuǎn)換由兩部分構(gòu)成：組地址采用的是直接映像方式，按地址進(jìn)行訪問；而塊地址采用的是全相聯(lián)方式，按內(nèi)容訪問。
組相聯(lián)映像方式的優(yōu)點(diǎn)是塊的沖突概率比較低，塊的利用率大幅度提高，塊的失效率明顯降低：而缺點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)難度和造價(jià)要比直接映像方式高。

內(nèi)存

內(nèi)存（Memory)）又被稱為內(nèi)存儲(chǔ)器或主存儲(chǔ)器，由半導(dǎo)體器件制成，是計(jì)算機(jī)的重要部件之一，是CPU能直接尋址的存儲(chǔ)空間， 其特點(diǎn)是存取速率快。計(jì)算機(jī)中所有程序的運(yùn)行都是在內(nèi)存中進(jìn)行的， 因此內(nèi)存的性能對(duì)計(jì)算機(jī)的影響非常大。內(nèi)存的作用是暫時(shí)存放CPU中的運(yùn)算數(shù)據(jù)以及與硬盤等外部存儲(chǔ)器交換的數(shù)據(jù)。只要計(jì)算機(jī)在運(yùn)行中， CPU就會(huì)把需要運(yùn)算的數(shù)據(jù)調(diào)到內(nèi)存中進(jìn)行運(yùn)算， 當(dāng)運(yùn)算完成后CPU再將結(jié)果傳送出來。
我們平常使用的程序， 如Windows操作系統(tǒng)、打字軟件、游戲軟件等， 一般都是安裝在硬盤等外存上的，但僅此是不能使用其功能的，必須把它們調(diào)入內(nèi)存中運(yùn)行，才能真正使用其功能，我們平時(shí)輸入一段文字，或玩一個(gè)游戲，其實(shí)都是在內(nèi)存中進(jìn)行的。就好比在一個(gè)書房里，存放書籍的書架和書柜相當(dāng)于電腦的外存，而我們工作的辦公桌就是內(nèi)存。通常我們把要永久保存的、大量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在外存上，而把一些臨時(shí)的或少量的數(shù)據(jù)和程序放在內(nèi)存中，當(dāng)然，內(nèi)存的性能會(huì)直接影響電腦的運(yùn)行速度。
內(nèi)存包括只讀存儲(chǔ)器（ROM）和隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）兩類。
只讀存儲(chǔ)器（ROM）
只讀存儲(chǔ)器即ROM（ReadOnly Memory)）。在制造ROM的時(shí)候，信息（數(shù)據(jù)或程序）就被存入并永久保存。這些信息只能讀出，不能寫入，即使機(jī)器停電，數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失。ROM一般用于存放計(jì)算機(jī)的基本程序和數(shù)據(jù)， 如BIOS ROM。其物理外形一般是雙列直插式（DIP）的集成塊。
隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）
隨機(jī)存儲(chǔ)器即RAM（Random Access Memory） ， 表示既可以從中讀取數(shù)據(jù)， 也可以寫入數(shù)據(jù)。當(dāng)機(jī)器電源關(guān)閉時(shí)， 存于其中的數(shù)據(jù)就會(huì)丟失。我們通常購買或升級(jí)的內(nèi)存條（SIMM）就是用作電腦的內(nèi)存， 它是將RAM集成塊集中在一起的一小塊電路板， 插在計(jì)算機(jī)中的內(nèi)存插槽上， 以減少RAM集成塊占用的空間。
最后介紹物理存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)地址空間這兩個(gè)概念。它們是兩個(gè)不同的概念，但因?yàn)閮烧唛g有十分密切的關(guān)系，且都使用B、KB、MB及GB來度量其容量大小，因此容易產(chǎn)生認(rèn)識(shí)上的混淆。物理存儲(chǔ)器是指實(shí)際存在的具體存儲(chǔ)器芯片。如主板上裝插的內(nèi)存條和裝載有系統(tǒng)的BIOS的ROM芯片， 顯示卡上的顯示RAM芯片和裝載顯示BIOS的ROM芯片， 以及各種適配卡上的RAM芯片和ROM芯片都是物理存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)地址空間是指對(duì)存儲(chǔ)器編碼（編碼地址）的范圍。所謂編碼，就是對(duì)每一個(gè)物理存儲(chǔ)單元（一個(gè)字節(jié)）分配一個(gè)號(hào)碼，通常叫作“編址”。分配一個(gè)號(hào)碼給一個(gè)存儲(chǔ)單元的目的是為了便于找到它，完成數(shù)據(jù)的讀寫，這就是所謂的“尋址”，因此有人也把存儲(chǔ)地址空間稱為尋址空間。
存儲(chǔ)地址空間的大小和物理存儲(chǔ)器的大小并不一定相等。舉個(gè)例子來說明這個(gè)問題：某層樓共有17個(gè)房間，其編號(hào)為801~817。這17個(gè)房間是物理的，而其地址空間采用了三位編碼，其范圍是800~899共100個(gè)地址，可見地址空間是大于實(shí)際房間數(shù)量的。對(duì)于386以上檔次的微機(jī)，其地址總線為32位，因此地址空間可達(dá)2B，即4GB。

非易失性存儲(chǔ)（NVM）

近年來出現(xiàn)的非易失性存儲(chǔ)（Non-Volatile memory，NVM）以其高集成度、低能耗、非易失性、字節(jié)尋址等特性得到了廣泛關(guān)注。學(xué)術(shù)界和工業(yè)界已經(jīng)開發(fā)了一些新型非易失存儲(chǔ)介質(zhì)和技術(shù)， 例如磁存儲(chǔ)器（Magnetic RAM，MRAM） 、自旋磁存儲(chǔ)器（Spin Transfer TorqueRAM，STT-RAM）、相變存儲(chǔ)器（Phase Change Memory， PCM） 、阻變存儲(chǔ)器（Resistive RAM，RRAM）、鐵電存儲(chǔ)器（Ferroelectric RAM， FeRAM）等。表中列舉了幾種主流新型存儲(chǔ)器件的主要參數(shù)，從表中可以看出，非易失性存儲(chǔ)在集成度、讀速度方面具有較好的表現(xiàn)，是構(gòu)建潛在新型存儲(chǔ)器件的候選對(duì)象。但是非易失性存儲(chǔ)也有幾個(gè)明顯的缺點(diǎn)：1）具有較大的寫延時(shí)，其寫延時(shí)比相應(yīng)的存儲(chǔ)介質(zhì)大1個(gè)數(shù)量級(jí)，并且寫延時(shí)大于讀延時(shí)，即讀寫不一致；2）雖然非易失性存儲(chǔ)的讀操作比寫操作快，但是仍然比傳統(tǒng)存儲(chǔ)介質(zhì)的讀操作慢；3）非易失性存儲(chǔ)的寫壽命有限，在連續(xù)寫的情況下，存儲(chǔ)單元很快會(huì)失效。

審核編輯：符乾江