计算机组成原理——第三章、存储系统

计算机组成原理—— 第三章、存储系统 第三章、存储系统

存储系统

• 层次结构
  • 结构
    • cache
    • 主存
    • 磁盘
  • 主要体现
    • cache-主存层次
      • 对CPU的访存加速
      • 硬件自动完成
    • 主存-辅存层次
      • 扩容
      • 虚拟存储技术
• 半导体存储器
  • 组成
    • 存储矩阵
    • 译码驱动
    • 读写电路
    • 地址线
    • 片选线
    • 读写控制线
    • 单向
    • 数据线
      • 双向
  • 分类
    • RAM
      • SRAM
        • 双稳态触发器记忆信息，不需要刷新
        • cache
        • 集成度低、功耗大、速度快
      • DRAM
        • 栅极电容来存储信息，电荷易失，需要刷新
        • 大容量主存系统
        • 集成度高、价位低、容量大、功耗低
        • 刷新
          • 刷新周期
            • 2ms
          • 死时间
          • 刷新方法
            • 集中
            • 分散
              • 无死时间
            • 异步
        • 地址复用
          • 地址线减半
          • 片选线翻倍
    • ROM
      • MROM
        • 生产写，后不能修改
      • PROM
        • 用户专门设备写，写后不能更改
      • EPROM
        • 用户写入，多次修改
        • 可改写，但次数有限且慢，不能作为随机存储器
      • flash
        • 不加电可长期保存信息，且快速擦写
        • 属于只读存储器
• 主存与CPU的连接
  • 扩展
    • 字扩展
      • 地址线、数据线、读写线并联
      • 片选译码
      • 可以不同时工作
    • 位扩展
      • 地址线、片选线、读写线并联
      • 数据端分别引出
      • 同时工作有效
    • 字位扩展
      • 组间字扩展、组内位扩展
  • 片选
    • 线选法
    • 译码片选法
  • 提速方法
    • 双端口RAM
      • 两个独立端口，允许两个独立控制器同时异步访问
    • 多模块存储器
      • 单体多字
      • 多体并行
        • 高位交叉
        • 低位交叉
          • 流水线技术
• Cache
  • 目的：解决主存与CPU在速度上的矛盾
  • 结构
    • CPU
    • cache
    • 主存
  • 主存信息的副本，不单独计入存储系统容量中
  • 命中率
  • 映射
    • 直接映射
      • 固定位置mod
    • 全相联
      • 任意位置
    • 组相联
      • 组内全相联，组间直接
  • 替换
    • 随机-RAND
    • 先进先出-FIFO
    • 最近最少使用-LRU
    • 最不经常使用-LFU
  • 写
    • 全写
      • 同时写入cache和主存
    • 写回
      • 命中只写cache，替换写回主存
• 虚拟存储器
  • 目的：解决主存不足
  • 基本分类
    • 页式
      • 固定块，物理结构划分，内部碎片
    • 段式
      • 块大小不定，逻辑结构划分，外部碎片
    • 段页式
      • 分段+分页，内部碎片
  • 组成部分
    • 页表机制
      • 查表
    • 中断机构
      • 缺页中断
    • 地址变换机构
      • 逻辑地址变物理地址
    • 内存和外存
      • 硬件支持
  • 置换算法
    • OPT
      • 置换以后不用
    • FIFO
    • LRU
      • 最近最久未用
    • CLOCK
      • 最近未用
    • 改进CLOCK
  • 地址翻译
    • TLB->页表（TLB不命中）->cache->主存->外存