[研究生入學(xué)考試]計算機組織與結(jié)構(gòu)ch6存儲器_luke(已修改)
2025-01-31 15:39 本頁面
【正文】 第 6章 存儲器 2 第 6章 目標(biāo) ? 掌握層次存儲器組織的概念。 ? 理解層次存儲器的每一級對系統(tǒng)性能的影響，以及如何衡量系統(tǒng)性能。 ? 掌握 cache存儲、虛擬存儲、 分段、 分頁和地址轉(zhuǎn)換的概念。 3 介紹 ? 存儲器是基于存儲程序的計算機的核心。 ? 本章重點學(xué)習(xí)存儲器的組織及原理，這對于系統(tǒng)性能分析是至關(guān)重要。 4 ? 兩種主存儲器：隨機存儲器 （ RAM）和只讀存儲器（ ROM）。 ? 兩種類型的 RAM：動態(tài) RAM (DRAM) 和靜態(tài)RAM (SRAM)。 ? 動態(tài) RAM由電容器組成，電容器內(nèi)的電荷隨著時間會緩慢丟失，所以它們必須每隔幾微秒刷新一次，以阻止數(shù)據(jù)丟失。 ? 由于 DRAM 設(shè)計簡單，所以被稱為是 “便宜的”存儲器。 5 ? SRAM通常由 D 觸發(fā)器構(gòu)成。 ? SRAM 是非?？斓拇鎯ζ?，它不需要像DRAM那樣刷新。 Cache存儲器就是用 SRAM構(gòu)造的，這個我們在后面會詳細(xì)討論。 ? ROM也不需要刷新，實際上，它需要很少的電荷來保存信息。 ? ROM用于永久性存儲，或者即使當(dāng)系統(tǒng)關(guān)閉后數(shù)據(jù)仍能保持的半永久存儲。 6 ? 通常，較快的存儲器比較慢的存儲器成本高。 ? 為了以最少的花費獲得最好的性能，存儲器以層次方式組織。 ? 容量小、速度快的存儲部件放在 CPU中，較大的、較慢的主存通過數(shù)據(jù)總線來訪問。 ? 更大的永久存儲器以磁盤的形式或磁帶驅(qū)動形式存在于遠(yuǎn)離 CPU的位置。 7 ? 這種分層存儲組織結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是一種金字塔形： 8 存儲器層次 ? 為了存取數(shù)據(jù)， CPU首先向它最近的存儲器發(fā)送請求，通常是 cache。 ? 如果數(shù)據(jù)不在 cache中，就要詢問主存。如果數(shù)據(jù)不在主存中，就要去詢問磁盤。 ? 一旦確定了數(shù)據(jù)的位置，數(shù)據(jù)和它附近的許多數(shù)據(jù)單元就被取到 cache存儲器中。 9 ? 相關(guān)概念 – 命中（ hit）， CPU請求的數(shù)據(jù)就駐留在要訪問的存儲器層中。 – 缺失 (miss)， CPU請求的數(shù)據(jù)不在要訪問的存儲器層中。 – 命中率 (hit rate)： 訪問某個特定的存儲器層時， CPU不到所需數(shù)據(jù)的百分比。 – 缺失率 (miss rate)： 訪問某個特定的存儲器層時， CPU找不到所需數(shù)據(jù)的百分比。 – 缺失率 = 1 –命中率。 – 命中時間 (hit time)， 是某個特定的存儲器層中， CPU取得所請求數(shù)據(jù)需要的時間。 – 缺失損失 (miss penalty)， CPU處理一次缺失事件所需時間，其中包括利用新的數(shù)據(jù)取代上層存儲器中的某個數(shù)據(jù)塊所需時間，再加上將所需數(shù)據(jù)傳遞給處理器所需的附加時間。 10 ? 一個完整的數(shù)據(jù)塊在命中后被復(fù)制，根據(jù)局部性原理 ，一旦字節(jié)被訪問，它附近的數(shù)據(jù)元素很快也會被訪問。 ? 局部性的三種形式： – 時間局部性 最近訪問的數(shù)據(jù)易于在不久的將來再次被訪問。 – 空間局部性 對存儲器地址空間的訪問形成団簇的集中傾向。 – 順序局部性 訪問存儲器的指令趨于被順序訪問。 11 Cache存儲器 ? cache 存儲器是通過把最近使用過的數(shù)據(jù)存放在臨近CPU的位置而不把它存儲在主存中來提高存取速度。 ? 雖然 cache比主存小很多，但它的存取速度比主存快很多。 ? 和主存不同，主存是通過地址來訪問，而 cache是靠內(nèi)容來訪問的，所以常常稱 cache為內(nèi)容可尋址存儲器。 ? 因此，并不是 cache 存儲器越大越好，容量太大則查找數(shù)據(jù)的時間就會很長。 12 Cache存儲器
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