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1、第四章主存儲器1一、層次存儲器系統(tǒng)概述1.用途及對其要求用途：存儲器系統(tǒng)是計算機中用于存儲程序和數(shù)據(jù)的部件，很重要。對其要求是：盡可能快的讀寫速度，盡可能大的存儲容量，盡可能低的成本費用。怎樣才能同時實現(xiàn)這些要求呢？用多級存儲器把要用的程序和數(shù)據(jù)，按其使用的急迫程度分段調(diào)入存儲容量不同、運行速度不同的存儲器中，并由硬軟件系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度管理。返回2程序運行的局部性原理2.程序運行時的局部性原理表現(xiàn)在：在一小段時間內(nèi)，最近被訪問過的程序和數(shù)據(jù)很可能再次被訪問在空間上，這些被訪問的程序和數(shù)據(jù)往往集中在一小片存儲區(qū)在訪問順序上，　指令順

2、序執(zhí)行比轉(zhuǎn)移執(zhí)行的可能性大(大約5:1)合理地把程序和數(shù)據(jù)分配在不同存儲介質(zhì)中返回3解決方案選用生產(chǎn)與運行成本不同的、存儲容量不同的、讀寫速度不同的多種存儲介質(zhì)，組成一個統(tǒng)一的存儲器系統(tǒng)，使每種介質(zhì)都處于不同的地位，發(fā)揮不同的作用，充分發(fā)揮各自在速度、容量、成本方面的優(yōu)勢，從而達到最優(yōu)性能價格比，以滿足使用要求。例如，用容量更小但速度最快的SRAM芯片組成CACHE，容量較大速度適中的DRAM芯片組成MAINMEMORY，用容量特大但速度極慢的磁盤設備構成VIRTUALMEMORY。返回41993年大型計算機的存儲器系統(tǒng)3.存

3、取速度存儲容量存儲成本CPU10ns512B1800(美分/KB)緩存20~40ns128KB72主存60~100ns512MB5.6虛存10~20ms60~228GB0.23后援2~20ms512GB~2TB0.01若能使CPU大部分時間訪問高速緩存CACHE，速度最快；僅在從緩存中讀不到數(shù)據(jù)時才去讀主存，速度略慢但容量更大；當從主存中還讀不到時才去成批量讀虛存，速度很慢容量極大；這就很好地同時解決了對速度、容量、成本三個方面的需求。返回51993年大型計算機的存儲器系統(tǒng)設備工藝帶寬傳送單位分配管理CPUECL400~800

4、4~8B編譯器分配緩存256Kb250~40032B硬件控制SRAM(MB/S)BLOCK主存4MB80~1330.5~1KBO.SDRAM(MB/S)PAGE虛存1GB3~5MB/S5~512KBO.S/用戶DISCFILE后援5GB磁帶0.18~0.23后援O.S/用戶返回6靜態(tài)和動態(tài)存儲器芯片特性SRAMDRAM存儲信息觸發(fā)器電容破壞性讀出非是需要刷新不要需要送行列地址同時送分兩次送運行速度快慢集成度低高發(fā)熱量大小存儲成本高低返回74.層次之間應滿足的原則(1)一致性原則：處在不同層次存儲器中的同一個信息應保持相同的值。

5、(2)包含性原則：處在內(nèi)層的信息一定被包含在其外層的存儲器中，反之則不成立,即內(nèi)層存儲器中的全部信息，是其相鄰外層存儲器中一部分信息的復制品。返回8READYWRITEREAD二、主存儲器計算機中存儲正處在運行中的程序和數(shù)據(jù)(或一部分)的部件，通過地址、數(shù)據(jù)、控制三類總線與CPU、等其他部件連通；CPUMainMemoryABk位（給出地址）DBn位（傳送數(shù)據(jù)）地址總線AB的位數(shù)決定了可尋址的最大內(nèi)存空間，數(shù)據(jù)總線DB的位數(shù)與工作頻率的乘積正比于最高數(shù)據(jù)入出量，控制總線CB指出總線周期的類型和本次入出操作完成的時刻。例如，k=

6、32位n=64位返回9104.1存儲器和存儲系統(tǒng)存儲器：存放計算機程序和數(shù)據(jù)的設備存儲系統(tǒng)：包括存儲器以及管理存儲器的軟硬件和相應的設備11存儲系統(tǒng)的層次結構CPUCACHE主存（內(nèi)存）輔存（外存）根據(jù)各種存儲器的存儲容量、存取速度和價格比的不同，將它們按照一定的體系結構組織起來，使所放的程序和數(shù)據(jù)按照一定的層次分布在各種存儲器中。121、主存和高速緩存之間的關系Cache引入:為解決cpu和主存之間的速度差距,提高整機的運算速度,在cpu和主存之間插入的由高速電子器件組成的容量不大,但速度很高的存儲器作為緩沖區(qū)。Cache特

7、點存取速度快，容量小，存儲控制和管理由硬件實現(xiàn)Cache工作原理——程序訪問的局部性在較短時間內(nèi)由程序產(chǎn)生的地址往往集中在存儲器邏輯地址空間的很小范圍內(nèi)。（指令分布的連續(xù)性和循環(huán)程序及子程序的多次執(zhí)行）數(shù)據(jù)分布不如指令明顯，但對數(shù)組的訪問及工作單元的選擇可使存儲地址相對集中。132、主存與輔存之間的關系主存:(半導體)優(yōu):速度快缺:容量受限,單位成本高,斷電丟失信息輔存:(光盤,磁盤)優(yōu):容量大,信息長久保存,單位成本低.缺:存取速度慢CPU正在運行的程序和數(shù)據(jù)存放在主存暫時不用的程序和數(shù)據(jù)存放在輔存輔存只與主存進行數(shù)據(jù)交換1

8、44.2存儲器的類型和特點按存儲介質(zhì)分半導體存儲器、磁表面存儲器、光存儲器按讀寫性質(zhì)分隨機讀寫存儲器（RAM）靜態(tài)隨機存儲器（SRAM）；動態(tài)隨機存儲器（DRAM）由于它們存儲的內(nèi)容斷電則消失故稱為易失性存儲器只讀存儲器（ROM）掩膜型ROM，EPROM，EEPROM由于其內(nèi)