计算机系统结构ppt课件.ppt

《计算机系统结构ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、计算机系统结构第五章存储系统5.1存储系统介绍存储系统指计算机中由存放程序和数据的各种存储设备、控制部件及管理信息调度的设备（硬件）和算法（软件）所组成的系统。计算机系统中，一般使用具有层次结构的存储系统，主要可分为三个存储层面：高速缓冲存储器、主存储器和辅助存储器。高速缓冲存储器主要用于改善主存储器与中央处理器（CPU）的速度匹配问题，而辅助存储器则主要用于扩大计算机系统的存储空间。5.1.1存储系统的层次结构层次存储系统是指把各种不同存储容量、存取速度、访问方式和单位存储价格的存储器，按照一定的层次结构组成多层存储器，并通过管理软件和辅助硬

2、件有机组合成统一的存储体系，使计算机系统中使用到的各种程序和数据层次的分布到各个存储器中。辅助软硬件主存辅存图5-1主/辅存结构多级存储体系二级存储体系结构可以进一步扩展到多级存储层次，对CPU而言，存储系统是一个整体：越靠近CPU的存储器存取速度越快，存储容量越小，也即下图中M1的存取速度最接近于CPU，而存储系统总体容量和单位存储价格接近于离CPU“最远”的Mn。多级存储体系(续1)5.1.2存储系统的性能参数存储器有三个主要的性能指标：存储容量、存取速度、存储单位价格。用户期望：期望存储器价格尽可能低，提供尽可能高的存取速度和尽量大的存储

3、容量。系统的观点，计算机系统性能的发挥要求存储器存取速度与CPU相匹配，而容量上又应尽可能装入所有系统和用户软件；应用的观点，要求存储器的价格只能占整个计算机系统硬件价格的一小部分。矛盾的现实：存取速度越快，存储器的单位存储价格就越高；在一定的单位存储价格下，存储容量越大，存储器的总价就越高。5.1.2存储系统的性能参数(续1)存储容量引入虚拟存储系统，为计算机系统使用者另设额外的虚拟地址空间，它既不是主存储器的地址空间，也不是磁盘存储器的地址空间，是将主存和辅存的地址空间统一编址，形成的一个庞大的存储空间。单位存储价格，为使得C1≈C2，则需

4、要M2»M1存取速度和访问命中率访问命中率，指CPU访问存储系统时在主存储器中一次访问得到所需信息的概率。5.2高速缓冲存储器Cache计算机系统为改善CPU与主存储器之间的速度匹配问题，在CPU和主存储器之间加入一个高速、小容量的缓冲存储器Cache，构成Cache—主存储器的存储系统，使得存储系统对CPU而言，速度接近于高速缓冲存储器Cache，存储容量接近于主存储器。Cache存储器主要由三个部分组成：(1)Cache存储器，用于存放由主存储器调入的指令与数据块；(2)地址转换部件，用于实现主存储器地址到Cache存储器地址的转换；(3)

5、替换部件，当缓存满时根据指定策略进行数据块替换，并对地址转换部件做对应修改。Cache工作原理Cache工作原理(续1)系统工作时，地址转换部件维护一个映射表，用于确定Cache存储器中是否有所要访问的块，以及确定其位置。该映射表中的每一项对应于Cache存储器的一个分块，用于指出当前该块中存放的信息对应于主存储器的哪个分块。为提高CPU对Cache存储器的访问命中率，Cache存储器的工作原理是基于程序访问局部性原理的，它不断地将与当前指令集相关联的一部分后继指令集从主存储器读取到Cache存储器，以供CPU访问，从而达到存储系统与CPU速度

6、匹配的目的。ArmCache组织结构框图5.2.2地址映象与变换方法地址映象是将主存储器中的数据分块按某种规则装入Cache存储器中，并建立主存储器地址与Cache存储器地址之间的对应关系。地址变换是指当主存储器中的分块按照地址映象方法装入Cache存储器后，在实际运行过程中，主存储器地址如何转换成为相应的Cache存储器地址。地址的映象和变换是紧密相关的，采用什么样的地址映象方法，就有与这种映象方法相对应的地址变换方法。一般可分为以下几种类型：(1)全相联映象及其变换方法(2)直接映象及其变换方法(3)组相联映象及其变换方法(1)全相联映象及

7、其变换方法全相联映象是指主存储器中的任意分块可以被放置到Cache存储器中的任意一个位置。其中，主存储器与Cache存储器的分块大小相同。映像规则地址变换规则(2)直接映象及其变换方法直接映象是指将主存储器中的某一分块在Cache存储器中都有唯一对应的位置。主存储器按Cache大小分成若干区，在区内进行分块，分块大小与Cache存储器中分块大小相等，主存储器中每个区包含分块的个数与Cache存储器中分块的个数相等。映像规则地址变换规则(3)组相联映象及其变换方法组相联映象把主存储器和Cache按同样大小划分成块，再将主存储器和Cache按同样大

8、小划分成组，每一组由相同的块数组成，然后将主存储器按Cache大小分成区，主存储器每个区的组数与Cache的组数相同。组相联映象在各组之间是直接映象，