计算机组成技术课件6、存储系统.ppt

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1、第六章存储系统6.1存储器的分类与性能评价6.2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Cache6.1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和指定位置访问的存储器。也叫相联存储器例如堆栈6.1存储器的分类与性能评价6.1.1存储器的分类按实现

2、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

3、。6.1.2存储器的性能评价常用的单位有兆字节MB或千字节KB6.1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

4、储器带宽6.1存储器的分类与性能评价容量速度成本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。6.2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。6.2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

5、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。局部性原理，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高低小大快慢辅存寄存器缓存主存磁盘光盘磁带光盘磁带速度容量价格位／存储器三个主要特性的关

6、系CPUCPU主机6.2.2层次结构存储系统6.2.2层次结构存储系统缓存CPU主存辅存缓存主存辅存主存虚拟存储器10ns20ns200nsms虚地址逻辑地址实地址物理地址主存储器（速度）（容量）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。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

7、率H为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层次结构存储系统层次结构存储系统的平均字节价格C为C=(C1S1+C2S2)/(S1+S2)式中，C1和S1分别为M1的单位字节价格和容量，C2和S2分别为M2的单位字节价格和容量。6.3半导体存储器高速缓冲存储器（Cac

8、he）FlashMemory存储器主存储器辅助存储器RAMROM静态RAM动态RAMMROMPROMEPROMEEPROM6.3.1RAM根据存储原理的不同，RAM分为静态RAM(StaticallyRAM，SRAM)和动态RAM(DynamicalRAM，DRAM)两种。前者利用电流的开关特性来表示信息0/1，后者靠栅极电容上的电荷来表示信息0/1。6.3.1随机访问半导体存储器RAM1.SRAMSRAM存储芯片的引脚主要有：地址信号引脚A0，A1，A2，…数据信号引脚D0，D1