计算机组成技术第6章.ppt

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1、第6章存储系统6.1存储器的分类与性能评价6.2存储器访问的局部性原理与层次结构存储系统6.3半导体存储器6.4主存储器6.5高速缓冲存储器Cache第6章存储系统6.1存储器的分类与性能评价6.1.1存储器的分类按处理器是否直接访问，分为主存和辅存按掉电后信息是否丢失，分为易失性存储器和非易失性存储器。按支持的访问类型来分，分为可读/写存储器和只读存储器ROM。按访问方式的不同，分为按地址访问的存储器、按内容访问的存储器CAM和指定位置访问的存储器。也叫相联存储器例如堆栈第6章存储系统6.1存储器的分类与性能评价6.1.1存储器的分类

2、按实现介质来分，存储器有半导体存储器、磁表面存储器、光盘存储器和铁电存储器等。按访问周期是否均等，存储器可分为随机访问存储器RAM和顺序访问存储器。所有的半导体存储器都是随机访问存储器所有的磁表面存储器和光盘存储器都是非易失性存储器第6章存储系统6.1存储器的分类与性能评价6.1.1存储器的分类容量速度成本一个存储系统通常由若干存储芯片组成。存储芯片的规格表示为：存储单元数目存储字长。例如，1K1表示一个具有1024个存储单元的存储字长为1的存储芯片，2K4表示一个具有2048个存储单元的存储字长为4的存储芯片。6.1.2存储器的

3、性能评价常用的单位有兆字节MB或千字节KB第6章存储系统6.1存储器的分类与性能评价容量速度成本Ta是指从读/写存储器开始到存储器发出完成信号的时间间隔。Tc是指从一个读/写/存储器操作开始到下一个存储器操作能够开始的最小时间间隔。Tc＞Ta。存储器带宽是每秒传送的二进制位数。例如，一个存储器芯片的Tc=100ns，每个访问周期可以读/写16位，则该存储器的带宽=16b/100ns=160Mb/s。提高存储器带宽是计算机组成设计的重点。6.1.2存储器的性能评价访问时间Ta、访问周期Tc和存储器带宽第6章存储系统6.1存储器的分类与性能

4、评价容量速度成本6.1.2存储器的性能评价也称价格，一般有两个指标：存储系统总的拥有成本和每存储位的成本。前者指构成整个计算机存储系统的所有存储器件及相关设备的购买总成本；后者等于存储芯片的容量（位）除以存储芯片的价格。第6章存储系统6.1存储器的分类与性能评价6.2存储器访问的局部性原理与层次结构存储系统6.2.1存储器访问的局部性原理经过对处理器访问主存储器情况的统计发现，无论是取指令还是存取数据，处理器访问的存储单元趋向于聚集在一个相对较小的连续存储单元区域内。这种现象称为存储器访问的局部性原理。第6章存储系统6.2存储器访问的局

5、部性原理与层次结构存储系统6.2.1存储器访问的局部性原理访问局部性表现为时间局部性和空间局部性。时间局部性是指将要访问的信息就是现在正在访问的信息。空间局部性是指将要用到的信息就在正使用的信息旁边。一个程序在某个时间段内访问的主存储器空间范围称为该程序的工作集。对大多数程序而言，工作集的变化十分缓慢，有时甚至是不变的。第6章存储系统6.2存储器访问的局部性原理与层次结构存储系统6.2.1存储器访问的局部性原理用户对存储系统的要求一般是相同的：容量大、速度快、价格低。在现有存储器工艺技术水平下，上述要求无法满足。容量大的存储器在速度上通

6、常要比容量小的存储器慢。速度快的存储器在价格上通常要比速度慢的存储器贵。6.2.2层次结构存储系统第6章存储系统这需要利用存储器访问的局部性原理，选择不同容量、速度和价格的存储器来构造一个层次结构的存储系统。即把最近频繁访问的一小部分信息存放在速度快、容量小的存储器中，而信息的全部存放在速度慢、容量大的存储器。6.2.2层次结构存储系统低一级存储器高一级存储器读a写a块X块Y块X处理器aa第6章存储系统计算机存储系统的层次结构中，最重要的两个层次是采用高速缓冲存储器的“Cache主存”层次，以及基于虚拟存储器的“主存辅存”层次。前者

7、能提高存储系统的等效访问速度，即弥补主存储器在速度上的不足；后者扩大了存储系统的容量，即弥补主存储器在容量上的不足。6.2.2层次结构存储系统若要访问的信息在高一级存储器中找到，则称为命中，否则称为不命中或失效。命中率是指对层次结构存储系统中的某一级存储器来说，要访问的数据正在这一级中的比率。第6章存储系统设第1级和第2级存储器分别用M1和M2表示。设执行一组有代表性的程序后，测得对M1和M2访问的次数分别为R1和R2，则M1的命中率H为6.2.2层次结构存储系统这里假设采用的存储管理策略为处理器对M1和M2的访问是同时启动的。若在M1

8、中取到了目标数据则访存结束；否则直接从M2读取，而不是等待目标数据从M2送到M1后再从M1中读取。第6章存储系统整个存储层次的平均访存周期Tc与M1和M2的访存周期Tc1和Tc2的关系为6.2.2层次结构存