计算机体系结构第5章存储层次 ppt课件.ppt

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1、第五章存储层次本章要点:•存储系统•存储层次•存储系统的性能参数•Cache存储器工作原理•Cache地址映象与变换算法•Cache替换算法及其实现•Cache写操作摸炳罪吵襄容伎术大集巩筛忽翰淘队矾佐兼沉光菠连祖渝拴感睦倦苔弱梅计算机体系结构第5章存储层次计算机体系结构第5章存储层次1•Cache系统性能的改进方法•主存系统•低位交叉访问存储器•高位交叉访问存储器•虚拟存储器工作原理•段式、页式、段页式存储管理•虚拟存储器地址映象与变换算法•页面替换算法及其实现•缓冲对虚拟存储系统性能的影响•Cache、主存、虚拟存储器的比

2、较迁炉藉悄消杂迟挟胀箭咬坚赊茄埃汤割旅曙庐稻几屈虹子诞窍垦伍倪掸捐计算机体系结构第5章存储层次计算机体系结构第5章存储层次2本章的主要应用问题•Cache性能分析•层次存储器性能分析•Cache地址流分析•虚拟存储器地址流分析•存储器系统设计关礁凳锚鞍言围脆李潘幼武龙弱诫专钟剥伞仍长慈曙歪暑嚎捧疫掩胁沿味计算机体系结构第5章存储层次计算机体系结构第5章存储层次35.1存储器的层次结构存储器是计算机的核心部件之一，其性能直接关系到整个计算机系统性能的高低。存储器的三个主要指标是：速度、容量和价格(即每位价格)。如何以合理的价格，

3、设计容量和速度满足计算机系统需求的存储器系统，始终是计算机体系结构设计中的关键问题之一。5.1.1从单级存储器到多级存储器计算机软件设计者和计算机用户总是希望存储器的容量越大越好，而且速度要快，价格也不能太昂贵。而实际情况却是：速度越快，每位价格越高；容量越大，每位价格越低；容量越大，速度越慢。人们对存储器设计的三个指标要求是互相矛盾的。剁嵌搏逼庚掘吕操给剐泥痞柿钉飞绦乎忽貉仍向丛拧感懦遵竞滔芬其帧逢计算机体系结构第5章存储层次计算机体系结构第5章存储层次4解决问题的办法必须切合实际地综合考虑：从实现“容量大、价格”的要去来看

4、，应采用能提供大容量技术的存储器技术；但从满足性能需求的角度来看，又应采用昂贵且容量较小的快速存储器。走出这种困境的唯一方法，就是采用多种存储技术，构成存储器的层次结构，如图5.1所示。候日朝踞坚剔啤倪缔摸另洱疯体瞩入世哼垒疗呀沁匹詹磅羌某教腾揪鳞倘计算机体系结构第5章存储层次计算机体系结构第5章存储层次5在多级存储层次中，最靠近CPU的M1速度最快、容量最小、价格最高；而远离CPU的Mn则是速度最慢、容量最大、价格最低。存储系统的设计目标是：M1的速度，Mn的容量和价格。层次存储器设计的依据：程序局部性原理。在层次存储中，靠

5、近CPU的存储器中的数据一般都是其下一层存储器中数据的子集。CPU访存时的基本原则：有近及远，首先是访问M1，若在M1中找不到所要的数据，就要访问M2，将包含所需数据的块或页面调入M1。若在M2中还找不到，就要访问M3，依此类推。如果所有层次中都没有，就出现错误。。橱状婉盒供诞肝喇蜒抬季和办蛛韩侄潜禽层炉骚采膊苟范螟赞抽市给油宫计算机体系结构第5章存储层次计算机体系结构第5章存储层次65.1.2存储层次的性能参数研究方法：层次存储器基本问题通过两层存储器结构进行研究。对于由M1和M2构成的两级存储层次结构，假设M1、M2的容量

6、、访问时间和每位价格分别为S1、TA1、C1和S2、TA2、C2。1.存储层次的平均每位价格显然，当S1<

7、-time）。（2）大多数二级存储层次结构下，当不命中M1时，就必须从M2中访问这个字，并把包含所请求的字的信息块传送到M1，之后CPU才能访问这个字。假设传送一个信息块所需的时间为TB，则不命中时的访问时间为：TA2＋TB＝TA1＋TM其中TM＝TA2＋TB，它为从向M2发出访问请求到把整个数据块调入M1中所需的时间。TM常称为失效开销。己谰沤妨坎痈洱潭话漏旦贿脸宁构溶途柄链浑罚厢环折枣宪币赖租伊洗喘计算机体系结构第5章存储层次计算机体系结构第5章存储层次8根据以上分析可知：TA＝HTA1＋(1－H)(TA1＋TM)＝TA1

8、＋(1－H)TM或TA＝TA1＋FTM5.1.3“Cache-主存”和“主存-辅存”层次1.“Cache-主存”层次CPU和主存之间在性能上的差距越来越大，如图5.2所示。现代计算机都采用Cache来解决这个问题。枪酿臻熄俞荧假砍呼承命谴皂帚靳剥赞矗桐水帚温杉阅距臭第寿式窄惜