计算机组成原理-第2章 存储系统.ppt

以存储器为中心的系统结构 现代计算机中，主存储器处于全机中心地位，其主要原因： 当前计算机正在执行的程序和数据（除了暂存在CPU寄存器之外）均放在主存储器中； 随着I/O设备数量增多，数据传送速度加快，采用了DMA和IO通道技术，在存储器和I/O系统间直接传送数据； 共享存储器的多处理机的出现，利用存储器存放共享数据，并实现处理机之间的通信，更加强了存储器作为全机中心的作用。 由于 SIMM 内存是以正反两面都连在一起的线路所设计，到了后期无法符合内存颗粒渐增的要求，于是发展出 DIMM 为基础线路设计的内存，他的设计类似于 SIMM 技术，不过正反两面的线路设计是分开的，各自拥有其独立的线路，数据传输也提升到 64 位（ 64bit ）。 金士顿 DDR2 800 2G ⊙归零制(RZ) ◎不归零制(NRZ) △调相制(PM) ◆调频制(FM) 数字数据编码信号的波形 数据就分布在每个磁盘上的数据存储块和校验块中，若4个磁盘中任一个发生故障，导致该磁盘数据丢失，可通过另二个磁盘中的数据块和校验块重新计算出丢失的数据，实现磁盘容错、数据冗余备份的目的。 举例:有一个两级存储系统,由M1和M2组成, 其中M1的命中访问次数为R1, M2的访问次数为R2,访问周期分别为TA1 和TA2 M1命中率H= R1 /(R1+ R2 ),则CPU对整个存储系统的平均访问周期 TA=H · TA1+(1-H) · TA2 若相邻两级的访问周期比值 r= TA2 / TA1, 存储层次的访问效率e =TA1 / TA = 1/[ H+ (1-H)r]= 1/[ r+ (1-r)H] 存储系统的追求目标:当e?1,即TA?TA1(较快一级的存储器访问周期) 为提高e,可从两方面入手: ?提高H值:即扩充最高一级存储器的容量?高代价 ?降低r值:当r=100,要使e0.9 ? H0.998 当r=2, 要使e0.9 ? H只需0.889 注意:相邻两级存储器的速度差异不能太大,在cache—MM系统中,取r=5~7为好. 在MM—AM层次中, r= 104, 这很不理想,其间有很大空档,从r不能太大的观点出发,最好应有一种S-C-C介于其间的存储器作为中间层次. A.实页号:即物理页号. B.装入位(有效位) P=0--该虚页内容没装入内存,访问无效 P=1--该虚页内容已装入内存,访问有效 P=0?查内存有否空页??启动I/O?调页 ?P=1?访问 按替换策略将某页变空页?? P=1?由实地址访内存 C.修改位:用于记录虚页内容在主存中是否被修改过,若改过,则当主存中这一空间被新页覆盖时,要把修改部分写回辅存. D.替换控制位:反映该页在主存中的活跃程度. E.其它:访问权限控制等. 问题的提出: 页表在主存中 ? 查页表 ? 取数 ? 失效 ? 页面替换,修 改(又访存) 解决方法之一:把页表中最活跃部分放在高速存储器中,组成一快表(用硬件),以减少开销. 功能：将CPU送来的主存地址转换为cache地址。块内地址是相对于块的起始地址的偏移量。地址映像主要是主存块号（高位地址）与cache块号间的转换。 地址映像时主要考虑的因素：硬件实现的容易性；速度与价格因素；主存利用率；块（页）冲突（一个主存块要进入已被占用的cache槽）概率。 地址映像算法: 主存地址?cache地址 A.直接映像:固定的映像关系.MM与cache块一一对应,实现简单,不灵活 直接映像函数可定义为 j = i mod 2c 只需利用主存地址按某些字段直接判断，即可确定所需字块是否在cache中。 演示 Cache的字块号 主存的字块号 Cache分为2c块 B.全相联:允许MM中每一字块映象到cache任一位置中,灵活,成本高. C.组相联: