最新计算机系统结构第3章－－－存储系统ppt课件.ppt

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1、计算机系统结构第3章－－－存储系统3.1存储系统原理3.1.1存储系统的定义3.1.2存储系统的层次结构3.1.3存储系统的频带平衡3.1.4并行存储器8/31/20212计算机系统结构第三章存储系统3.1.1存储系统的定义在一台计算机中，通常有多种存储器种类：主存储器、Cache、通用寄存器、缓冲存储器、磁盘存储器、磁带存储器、光盘存储器等材料工艺：ECL、TTL、MOS、磁表面、激光，SRAM，DRAM访问方式：随机访问、直接译码、先进先出、相联访问、块传送、文件组8/31/20213计算机系统结构第三章存储系统在一般计算机系统

2、中，有两种存储系统：Cache存储系统：由Cache和主存储器构成主要目的：提高存储器速度8/31/20217计算机系统结构第三章存储系统虚拟存储系统：由主存储器和硬盘构成主要目的：扩大存储器容量8/31/20218计算机系统结构第三章存储系统2.存储系统的容量要求：提供尽可能大的地址空间能够随机访问方法有两种：只对系统中存储容量最大的那个存储器进行编址，其他存储器只在内部编址或不编址Cache存储系统另外设计一个容量很大的逻辑地址空间，把相关存储器都映射这个地址空间中虚拟存储系统8/31/20219计算机系统结构第三章存储系统3.

3、存储系统的价格计算公式：当S2》S1时，C≈C2S2与S1不能相差太大8/31/202110计算机系统结构第三章存储系统4.存储系统的速度表示方法：访问周期、存取周期、存储周期、存取时间等命中率定义：在M1存储器中访问到的概率其中：N1是对M1存储器的访问次数N2是对M2存储器的访问次数访问周期与命中率的关系：T＝HT1＋(1－H)T2当命中率H→1时，T→T18/31/202111计算机系统结构第三章存储系统存储系统的访问效率：访问效率主要与命中率和两级存储器的速度之比有关例3.1：假设T2＝５T１，在命中率H为0.9和0.99两

4、种情况下，分别计算存储系统的访问效率。解：当H＝0.9时，e1＝1／(0.9＋5(1－0.9))＝0.72当H＝0.99时，e2＝1／(0.99＋5(1－0.99))＝0.968/31/202112计算机系统结构第三章存储系统提高存储系统速度的两条途径：一是提高命中率H，二是两个存储器的速度不要相差太大其中：第二条有时做不到(如虚拟存储器)，这时，只能依靠提高命中率例3.2：在虚拟存储系统中，两个存储器的速度相差特别悬殊，例如：T2＝105T１。如果要使访问效率到达e＝0.9，问需要有多高的命中率？8/31/202113计算机系统结

5、构第三章存储系统解：0.9H＋90000(1-H)＝189999.1H＝89999计算得：H＝0.999998888877777…≈0.9999995.采用预取技术提高命中率方法：不命中时，把M2存储器中相邻多个单元组成的一个数据块取出来送入M1存储器中。8/31/202114计算机系统结构第三章存储系统计算公式：其中：H’是采用预取技术之后的命中率H是原来的命中率n为数据块大小与数据重复使用次数的乘积例3.3：在一个Cache存储系统中，当Cache的块大小为一个字时，命中率H＝0.8；假设数据的重复利用率为5，T2＝5T1。计算

6、块大小为４个字时，Cache存储系统的命中率？并分别计算访问效率。8/31/202115计算机系统结构第三章存储系统解：n＝4×5＝20，采用预取技术之后，命中率提高到：8/31/202116计算机系统结构第三章存储系统例3.4：在一个虚拟存储系统中，T2＝105T１，原来的命中率只有0.8，如果访问磁盘存储器的数据块大小为4K字，并要求访问效率不低于0.9，计算数据在主存储器中的重复利用率至少为多少？解：假设数据在主存储器中的重复利用率为m，根据前面给出的关系，有如下方程组：8/31/202117计算机系统结构第三章存储系统解方程

7、组：由方程(1)得到：0.9H+90000-90000H=18/31/202118计算机系统结构第三章存储系统证明方法一：采用预取技术之后，不命中率(1-H)降低ｎ倍：8/31/202119计算机系统结构第三章存储系统证明方法二：在原有命中率的计算公式中，把访问次数扩大到n倍。由于采用了预取技术，命中次数为：nN1＋(n-1)N2,不命中次数仍为N2，因此新的命中率为：8/31/202120计算机系统结构第三章存储系统3.1.2存储系统的层次结构多个层次的存储器：第1层：RegisterFiles(寄存器堆)第2层：Buffers(

8、Lookahead)(先行缓冲栈)第3层：Cache(高速缓冲存储器)第4层：MainMemory(主存储器)第5层：OnlineStorage(联机存储器)第6层：Off-lineStorage(脱机存储器)用i表示层数，则有：工作