嵌入式中數(shù)據(jù)存儲的方式介紹

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應關系。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：主存儲器中的任意一塊可以映像到Cache中的任意一塊。其基本實現(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)想存儲器中，包括三個部分：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當與緩存的塊數(shù)相同。
全相聯(lián)方式的優(yōu)點是命中率比較高，Cache存儲空間利用空間率高；缺點是訪問相關存儲器時，每次都要與全部內容比較，速度低且成本高，因而應用少。
2.直接相聯(lián)方式
直接相聯(lián)方式的地址映像規(guī)則是主存儲器中某一塊只能映像到Cache的一個特定的塊中。其基本實現(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)的一塊存入緩存時只能存入緩存中塊號相同的位置。
主存中各區(qū)內相同塊號的數(shù)據(jù)塊都可以分別調入緩存中塊號相同的地址中，但同時只能有一個區(qū)的塊存入緩存。由于主、緩存的塊號及塊內地址兩個字段完全相同，因此，目錄登記時，只記錄調入塊的區(qū)號即可。目錄表存放在高速小容量存儲器中，包括兩個字段：數(shù)據(jù)塊在主存的區(qū)號和有效位。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)點是地址映像方式簡單，數(shù)據(jù)訪問時，只需檢查區(qū)號是否相等即可，因而可以得到比較快的訪問速度，且硬件設備簡單；缺點是置換操作頻繁，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)則是主存儲器中某一塊只能存入緩存的同組號的任一塊中。其基本實現(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）當主存的數(shù)據(jù)調入緩存時，主存與緩存的組號應相等，也就是各區(qū)中的某一塊只能存入緩存的同組號的空間內，但組內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：在兩個對應的組內部采用全相聯(lián)映像方式。
主存地址與緩存地址的轉換由兩部分構成：組地址采用的是直接映像方式，按地址進行訪問；而塊地址采用的是全相聯(lián)方式，按內容訪問。
組相聯(lián)映像方式的優(yōu)點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：而缺點是實現(xiàn)難度和造價要比直接映像方式高。

內存

內存（Memory)）又被稱為內存儲器或主存儲器，由半導體器件制成，是計算機的重要部件之一，是CPU能直接尋址的存儲空間， 其特點是存取速率快。計算機中所有程序的運行都是在內存中進行的， 因此內存的性能對計算機的影響非常大。內存的作用是暫時存放CPU中的運算數(shù)據(jù)以及與硬盤等外部存儲器交換的數(shù)據(jù)。只要計算機在運行中， CPU就會把需要運算的數(shù)據(jù)調到內存中進行運算， 當運算完成后CPU再將結果傳送出來。
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，必須把它們調入內存中運行，才能真正使用其功能，我們平時輸入一段文字，或玩一個游戲，其實都是在內存中進行的。就好比在一個書房里，存放書籍的書架和書柜相當于電腦的外存，而我們工作的辦公桌就是內存。通常我們把要永久保存的、大量的數(shù)據(jù)存儲在外存上，而把一些臨時的或少量的數(shù)據(jù)和程序放在內存中，當然，內存的性能會直接影響電腦的運行速度。
內存包括只讀存儲器（ROM）和隨機存儲器（RAM）兩類。
只讀存儲器（ROM）
只讀存儲器即ROM（ReadOnly Memory)）。在制造ROM的時候，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，即使機器停電，數(shù)據(jù)也不會丟失。ROM一般用于存放計算機的基本程序和數(shù)據(jù)， 如BIOS ROM。其物理外形一般是雙列直插式（DIP）的集成塊。
隨機存儲器（RAM）
隨機存儲器即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)。當機器電源關閉時， 存于其中的數(shù)據(jù)就會丟失。我們通常購買或升級的內存條（SIMM）就是用作電腦的內存， 它是將RAM集成塊集中在一起的一小塊電路板， 插在計算機中的內存插槽上， 以減少RAM集成塊占用的空間。
最后介紹物理存儲器和存儲地址空間這兩個概念。它們是兩個不同的概念，但因為兩者間有十分密切的關系，且都使用B、KB、MB及GB來度量其容量大小，因此容易產生認識上的混淆。物理存儲器是指實際存在的具體存儲器芯片。如主板上裝插的內存條和裝載有系統(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芯片都是物理存儲器。存儲地址空間是指對存儲器編碼（編碼地址）的范圍。所謂編碼，就是對每一個物理存儲單元（一個字節(jié)）分配一個號碼，通常叫作“編址”。分配一個號碼給一個存儲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”，因此有人也把存儲地址空間稱為尋址空間。
存儲地址空間的大小和物理存儲器的大小并不一定相等。舉個例子來說明這個問題：某層樓共有17個房間，其編號為801~817。這17個房間是物理的，而其地址空間采用了三位編碼，其范圍是800~899共100個地址，可見地址空間是大于實際房間數(shù)量的。對于386以上檔次的微機，其地址總線為32位，因此地址空間可達2B，即4GB。

非易失性存儲（NVM）

近年來出現(xiàn)的非易失性存儲（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注。學術界和工業(yè)界已經(jīng)開發(fā)了一些新型非易失存儲介質和技術， 例如磁存儲器（Magnetic RAM，MRAM） 、自旋磁存儲器（Spin Transfer TorqueRAM，STT-RAM）、相變存儲器（Phase Change Memory， PCM） 、阻變存儲器（Resistive RAM，RRAM）、鐵電存儲器（Ferroelectric RAM， FeRAM）等。表中列舉了幾種主流新型存儲器件的主要參數(shù)，從表中可以看出，非易失性存儲在集成度、讀速度方面具有較好的表現(xiàn)，是構建潛在新型存儲器件的候選對象。但是非易失性存儲也有幾個明顯的缺點：1）具有較大的寫延時，其寫延時比相應的存儲介質大1個數(shù)量級，并且寫延時大于讀延時，即讀寫不一致；2）雖然非易失性存儲的讀操作比寫操作快，但是仍然比傳統(tǒng)存儲介質的讀操作慢；3）非易失性存儲的寫壽命有限，在連續(xù)寫的情況下，存儲單元很快會失效。

審核編輯：符乾江