《存储管理》PPT课件

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1、2021/10/161计算机组成和操作系统第5章存储管理5.1存储器概述5.2高速缓冲存储器5.3内存分配方式5.1存储器概述5.1.1存储器的分类5.1.2存储器的性能指标5.1.3存储器的组成与工作原理5.1.4存储器的层次结构45.1.1存储器分类按存储器的器件和存储介质分类按存取方式分类按存储器在计算机中的作用分类51.按存储器的器件和存储介质分类半导体存储器：由半导体器件组成双极型存储器、MOS型半导体集成电路存储器速度快、功耗低磁存储器：由磁性材料做成磁芯、磁带、磁盘等容量大，速度慢、体积大

2、光存储器：用光学材料根据光学原理存储信息CD-ROM、DVD-ROM便于携带，廉价，易于保存6顺序存储器（SAM）所存储的内容只能按某种顺序存取存取所需时间与物理位置有关顺序存储器的平均存取周期较长，一般用于辅存随机存储器（RAM）存储器中的任意存储单元都能随机存取存取所需时间与物理位置无关主存主要由RAM组成2.按存取方式分类7直接存取存储器（DAM）介于随机和顺序之间随机定位信息块，但对信息块是顺序读写只读存储器(ROM)存储器内容是预置的，固定的，无法改写信息可长期保存2.按存取方式分类（续）8主存储

3、器速度快，容量小，价格高目前主要采用半导体存储器辅助存储器速度低，容量大，价格便宜目前主要有磁盘、光盘、闪存、磁盘阵列高速缓冲存储器Cache放置在两个访问速度不一样的存储部件之间，用来暂存信息和数据3.按存储器在计算机中的作用分类9存储容量：一般以字节为单位。存取速度：取数时间和存取周期。价格：用单位存储空间的价格来衡量。可靠性：用平均无故障时间来衡量。5.1.2主存储器的主要性能指标105.1.3存储器组成与工作原理存储器的组成存储单元及其编址5.1.3存储器组成与工作原理主存的组成和工作原理cache

4、存储器主存储器(RAM和ROM)外存储器（软盘、硬盘、光盘）后备存储器（磁带库、光盘库）内存储器外存储器寄存器典型容量<1KB几个MB几个GB100GB-1TB10TB-100TB典型存取时间1ns2ns10ns10ms10s分析：速度越快，成本较高。为了获得好的性能/价格比，计算机中各种存储器组成一个层状的塔式结构，取长补短，协调工作工作过程：1）CPU运行时，需要的操作数大部分来自寄存器2）如需要从(向)存储器中取(存)数据时，先访问cache，如在，取自cache3）如操作数不在cache，则访问RA

5、M，如在RAM中，则取自RAM4）如操作数不在RAM，则访问硬盘，操作数从硬盘中读出→RAM→cache5.1.4存储器的层次结构135.2高速缓冲存储器为什么需要高速缓存？CPU与存储器之间的速度无法匹配解决之道采用高速器件提高速度增加字长，在每个存储周期中存取多个字增加cache14高速缓存的理论依据——程序局部性原理程序在执行过程中的一个较短时期，所执行的指令地址和指令的操作数地址，分别局限于一定区域，包括：时间局部性指令的执行和数据的访问集中在一个较短时期内空间局部性指令的执行和数据的访问集中在一个

6、较小区域内。15程序局部性原理的具体体现：程序在执行时，大部分是顺序执行的指令，少部分是转移和过程调用指令。程序中存在相当多的循环结构，它们由少量指令组成，而被多次执行。程序中存在相当多对一定数据结构的操作，如数组操作，往往局限在较小范围内。5.2.1Cache系统的基本结构Cache系统组成Cache地址映像与变换机构Cache替换策略和更新策略16175.2.2cache系统的工作原理5.2.2cache系统的工作原理1.直接映像（directmapping）主存和Cache中字块的对应关系采用直接映像

7、函数为：j=imod2c其中，j是Cache的字块号，i是主存的字块号。在这种映像关系中，主存的第0块，第2c块，第2c+1块，……，只能映像到Cache的第0块，而主存的第1块，第2c+1块，第2c+1+1块，……，只能映像到Cache的第1块。直接映像的优点是实现简单直接映像方式的缺点是不够灵活5.2.2cache系统的工作原理2．全相联映像(fullyassociativemapping)主存地址分为两段：主存字段标记m＝t＋c位、块内地址b位Cache地址也分为两段：块地址c位、块内地址b位。主存块

8、内地址与Cache地址块内地址相同全相联映像方式的优点是可以灵活地进行块的分配，块的冲突率低，Cache的利用率高。但这是一个理想的方案。实际上由于它的成本太高而不能采用5.2.2cache系统的工作原理3.组相联映像（setassociativemapping）组相联映像方式是直接映像和全相联映像方式的一种折中方案。组相联映像把主存地址划分成4段Cache地址分为三段5.3内存分配方式5.3.1连续分配存储管理