第三章存储系统 ppt课件.ppt

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1、第三章存储系统一存储器与存储系统1.存储器存储器：计算机核心部件。存储器性能指标：容量、速度、价格存储器容量SmSm=W·l·mW:单体存储器的字长l:单体存储器的字数M:并行工作的存储体的个数存储器速度（存取时间TA，访问周期Tm，频带宽度Bm）频带宽度Bm:存储器被访问时，可以提供的数据传送速率，单位：KB/S或者MB/S。单体存储器Bm=W/Tm（理想情况）m个存储器并行工作时，Bm=W·m/Tm（理想情况）存储器价格Cm单位容量的价钱，单位¥/b对存储器要求：“容量大、速度快、价格低”怎

2、样达到要求？引入并行和重叠技术，构成并行主存系统，如单体多字存储器、多体交叉存储器。改善存储器系统结构，发展存储体系（或称存储系统）。2.存储系统存储体系（存储系统、存储层次）：由多种不同的存储器构成由硬件、软件或者硬件+软件相结合完成程序定位，使之成为一个整体。CPUM1M2Mn存储系统Ci>Ci+1Ti

3、的循环造成，即循环中的语句要被重复执行。空间局部性：最近、未来用到的信息很可能与现在正在使用的信息在程序空间上是相邻或相近的。这主要由于指令是顺序执行的，以及数据一般是以向量、阵列、表格等形式簇聚所致。存储系统构成和管理采用如下方式：Mi级一般只需存放Mi+1级中近期使用过的块和页（根据时间局部性）。在Mi+1级取所要访问的字送Mi级时，一并把该字所在的块或页整个取出来（根据空间局部性），以增大CPU在访问Mi级时的命中率。4.存储系统性能参数容量S平均位价格C访问周期T（存取周期、存储周期、存

4、取时间）容量S≈S2存储系统的编址要求：尽可能大的地址空间，而且可随机访问。存储系统的编址空间实现：以M2地址空间作为存储系统编址空间，如Cache存储系统。另外设计一个虚拟编址空间，如虚拟存储系统。M1（S1，T1，C1）M2（S2，T2，C2）C1>C2T1

5、的比较。提高存储系统速度条件：提高命中率H两个存储器的速度不要相差太大访问效率e受H和r的影响（参见右图）：Cache预取技术对命中率的提高作用这里所说的“预取”技术，并不是根据对程序执行的未来趋势进行猜测以提前调入数据，而仅仅是在发生不命中情况时把调入1个数据字改为调入1个数据块的策略。根据程序的局部性原理，在当前使用数据周围的其它数据未来被使用的几率大于远处数据，所以该数据块中被提前调入的邻近数据很可能成为未来的命中点，从而提高命中率。采用这种预取技术后新的命中率为：其中：H──原命中率（即

6、按照不命中时取入1字的策略）H’──新命中率（即按照不命中时取入1块的策略）n──每块数据平均被访问次数。按照定义，原不命中率，新不命中率，并且有。由于预取使得每块数据中的不命中次数由n次降低到1次，所以有。此式可改写为，整理得。H’的推导：加速比Cache-主存层次的主要作用是提高访问速度，系统的等效速度应高于主存（即M2）的原有速度，两个速度之比称为加速比。例：有一个109字节的程序被装入右图所示的M3准备运行。假定指令字长=1字节，程序中无转移指令和内存读/写指令。(1)按图(a)求T和e

7、增加中间层对e的影响(2)按图(b)推导三层体系的T公式(3)按图(b)求T和e(4)比较(1)(3)结果，有何结论？103B109B103B109BM1M3M2M1M3T1=1usTB3=100usTB2=10us106B(a)(b)并行存储器并行存储器技术可以提高主存系统的整体等效速度，实际应用中，常将它与存储层次技术组合使用，可以互为补充，获得很高的性能。并行存储器技术的基本思想是用多个独立的存储部件组成主存系统，让它们并行工作，在一个存储周期内可以访问到多个数据，从而实现较高的存取流量。

8、并行存储器包括多种类型，我们仅介绍提高访问速度效果最显著的低位交叉访问这一种。低位交叉访问并行存储器的结构它由n个存储体组成（一般n为2的整次幂），每个体均有独立的地址译码器和数据缓冲器，以主存地址低位字段（最低的log2n位）作为体选译码信号，而剩下的高位字段则是体内地址。如图所示（设n=4）。主存地址与结构参数的换算其中：n──存储体个数，A──主存地址，j──体内地址，k──体序号（k=0，1，2，…，n-1）例3.1已知n=4，问主存地址13是在几号体的几号单元？解：由于n=4，体选译码