导图社区 存储系统
计算机组成原理存储系统思维导图
社区模板帮助中心，点此进入>>
计算机组成原理之存储系统
计算机组成原理 概论
计算机组成原理期期末理论思维导图笔记
计算机组成原理第一章计算机系统概述
23考研计算机组成原理思维导图
计算机组成原理教学思维导图
硬布线指令思维导图
计算机组成原理
北京理工大学813计算机组成原理
计网总述
存储系统
层次结构
cache->主存->磁盘->磁带，光盘
半导体存储器
组成
存储矩阵，译码驱动，读写电路，读写控制器，片选器，地址线和数据线
分类
RAM
存储器任意一个存储单元的内容都可以随机存取，与存取时间与存储单元的物理位置无关
SRAM
用双稳态触发器来记忆信息
DRAM
原理
利用存储元电路中栅极电容(充放电)上的电荷来存储信息
刷新
集中
用一段固定时间依次对存储器的所有逐一刷新
分散
把对每一行的刷新分散到各个工作周期去
异步
把对每行刷新分散到一整个刷新周期中去
都以行为单位刷新
特点
采用地址复用技术，地址线是原来的1/2，且地址信号分行，列两次传送
减少选通线的数量
ROM
只能对其读出，不能对其重新写入的存储器，与随机存储器共同作为主存的一部分，统一构成主存的地址域
MROM
在生产过程中直接写入，以后任何人都无法改变其内容
掩模型只读存储器
PROM
允许用户用专门设备写入程序，写入后内容就无法改变
可编程只读存储器
EPROM
允许用户写入程序，程序员可以对其内容进行多次改写
可擦除可编程只读存储器
EEPROM
电可擦除可编程只读存储器
FLASH
在不加电是仍可以长期保存信息且能进行快速擦除重写
注意
广义上的只读存储器可通过电可擦除等方式进行写入，“只读”的概念没有保留
主存与CPU的连接
扩展
位扩展
将芯片的地址，片选和读写控制端相应并联，数据段分别引出
作用
增加存储字长
字扩展
将芯片的地址，数据，读写控制线相应并联，片选位译码给出
增加存储字数量
字位扩展
同时进行字，位扩展
片选
线选法
用除片内寻址外的高位地址线分别直接连至存储器的片选端
译码片选法
用除片内寻址外的高位地址线通过译码器产生片选信号
提速方案
双端口RAM
有两个独立的端口，允许两个独立的控制器同时异步地访问存储单元
多模块处理器
单体多字
一行并行读出多个字，地址必须按顺序排列并处于同一单元
多体并行
高位交叉
高位地址为信号，低位地址为体内地址
存储模块统一操作不能并行访问
CPU总是顺序访问存储模块，但可以一些特殊操作实现并行，比如一个操作是CPU存取一个模块，而另一个模块再与外设交换数据
连续存取时间
t=mT
低位交叉
低位地址为信号，高位地址为体内地址
流水线并行存取
t=T+(m-1)r
Cache
引入目的
解决主存与CPU在速度上的矛盾
技术依据
程序访问的时间局部性和空间局部性
映射方式
直接映射
主存数据只能装入Cache的唯一位置，取模运算
主存地址结构
标记 Cache行号 块内地址
全相联映射
可以将主存数据块装入Cache的任何位置
标记 块内地址
组相连映射
将Cache分为若干组，一个数据块可以装入一组内的任何一个位置
组内全相联，组间直接映射
标记 组号 块内地址
替换算法
随机算法
随机地确定替换的Cache块
先进先出
选择最早调入的行进行替换
近期最少使用
选择近期内长久未访问过大存储行作为替换的行
最不经常使用
讲一段时间内被访问次数最少的存储行换出
写策略
全写法(写直通法)
当CPU对Cache写命中时，必须把数据同时写入Cache和主存
非写分配法
若未命中时，只写入主存，不进行调块
写回法
修改时不立即写回主存，只有此块被替换出去是才写回主存
写分配法
若未命中时，加载主存中的块到Cache中，然后更新这个块
虚拟存储器
解决内存不足的问题
基本概念
逻辑地址(虚地址)
用户编程允许涉及的地址
物理地址(实地址)
主存地址空间
基本分类
基本分页
内存分为固定的块，按物理结构划分，会有内部碎片
内部碎片
程序未能占满一页而产生的无法利用的空闲内存
页表
基本分段
内存块大小不固定，按逻辑结构划分，会有外部碎片
外部碎片
由于动态分配，进程的调入调出，在内存中，进程与进程之间会空出一些太小以至于不能分配给别的进程使用的空闲内存
段表
属性
段号
段首址
装入位
段长
段页式
基本分段和基本分页的组合，会有内部碎片
按逻辑结构分段，每段在划分固定大小的页
基本传送单位
页
组成部分
页表机制
通过查询表获取相关信息
中断机构
要访问页不在内存是产生缺页中断
地址变换机构
把逻辑地址变换成物理地址
内存和外存
需要一定容量的内存和外存支持
置换算法
OPT
选择以后不用的页面
FIFO
选择最先装入的页面
LRU
选择最近最久未用的页面
CLOCK
选择最近未用的页面
改进型CLOCK
考虑页面的修改问题
地址翻译
TLB->页面(TLB不命中)->Cache->主存->外存
性能指标
存储容量
存储字数*字长
单位成本
每位价格=总成本/总容量
存储速度
存取时间
启动一次存储器操作到该完成该操作所经历的时间，分为读出时间和写入时间
存取周期
又称读写周期或访问周期，存储器操作所需的全部时间，即连写两次独立访问存储器操作所需的最小时间间隔
主存带宽
数据传输率，表示每秒从主存进出信息的最大数量
数据传输率=数据的宽度/存储周期
