第08章 高速缓冲存储器和虚拟存储器ppt课件.ppt

《第08章 高速缓冲存储器和虚拟存储器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、第8章高速缓冲存储器和虚拟存储器本章主要内容高速缓冲存储器（Cache）高速缓存的基本运行原理、高速缓存的3种映像方式、高速缓存使用中的问题虚拟存储器虚拟存储器概述、段式存储管理、页式存储管理2程序的局部性原理程序在一定时间段内通常只访问较小的地址空间两种局部性：时间局部性和空间局部性时间局部性：最近被访问的信息很可能还要被访问。将最近被访问的信息项装入到Cache中。空间局部性：最近被访问的信息临近的信息也可能被访问。将最近被访问的信息项临近的信息一起装入到Cache中。地址空间访问概率38.1高速缓冲存储器（Cache）高

2、速缓冲存储器(Cache)是插在CPU和主存之间的一个快速小容量的存储器，它主要是为解决CPU和主存之间的速度匹配问题而设置的。它的速度比主存快，具有和CPU相近的速度，有了Cache，就能高速地向CPU提供指令和数据，从而加快了程序的执行速度。48.1高速缓冲存储器（Cache）用途：设置在CPU和主存储器之间，完成高速与CPU交换信息，尽量避免CPU不必要地多次直接访问慢速的主存储器，从而提高计算机系统的运行效率。实现：这是一个存储容量很小，但读写速度更快的，以关联存储器方式运行、用静态存储器芯片实现的存储器系统。要求：有

3、足够高的命中率，既当CPU需用主存中的数据时，多数情况可以直接从CACHE中得到，称二者之比为命中率。58.1高速缓冲存储器（Cache）目的：就是在性能上使主存储器的平均读出时间尽可能的接近与Cache的读出时间。要实现这个目的，就是要将CPU将要读取的主存单元内容先预先读到Cache中。由于程序编制的局部性，即程序总是按顺序编写和编址的，指令按地址顺序存放在存储器中;一条指令执行后一般是执行紧接着的那条指令，只有遇到转移指令时才会跳到另一个区域，但跳转之后又会顺序执行;还有就是当执行一个循环程序时，会在一块小的区域内重复循

4、环执行若干指令;对于存储的数据也是如此。按照一定的预读算法，可以实现很高的Cache命中率。68.1高速缓冲存储器（Cache）当CPU要从主存中读取一个字，先把这个字的地址传给Cache，检查这个字是否在Cache中，如果在，就把这个字直接从Cache送到CPU中，如果不在，则把这个地址传给主存，从主存中读出这个字。同时，把这个字附近地址单元的内容取到Cache中，以满足下次访问的字能在Cache中。7CPU和主存之间的速度大约相差一个数量级，为了弥补主存速度的不足，在CPU和主存之间设置了一级容量不大，但速度很高的高速缓冲

5、存储器（Cache），简称高速缓存或快存。CPU在某一小段时间内所要访问的程序和数据被事先从主存中调入Cache中，当CPU需要这些程序和数据时，就直接去Cache中读取，这样将大大提高存取速度。Cache和主存借助于辅助硬件构成一个整体。8.1高速缓冲存储器（Cache）8从整体看，Cache－主存层次的存取速度接近于Cache的存取速度，但容量接近于主存，每位价格也接近于主存的每位平均价格。因此，解决了高速度和低成本之间的矛盾。由于这个层次完全由硬件实现，不用系统辅助软件干预，所以对用户是透明的。8.1高速缓冲存储器（Ca

6、che）98.1.1CACHE的基本运行原理1.Cache存储单元的组成部分数据字段：保存从主存单元复制过来的数据标志字段：保存相应主存单元的地址信息有效位字段：标识数据字段和标志字段的是否有效2.提高Cache性能，降低成本Cache单元的大小：cachelinesize（几个主存字，减少标志位位数，较少Cache总容量）Cache与主存交换数据的单位：cachelinesize（充分利用空间局部性）Cache单元与主存单元的对应关系，例如：完全随意对应、一对多硬性对应和多对多有限随意对应Cache的容量、分层组织、接入方式

7、等方面标志数据有效位108.1.1CACHE的基本运行原理MEMORY数据总线译码选一单元读过程为例地址总线CACHECONTROL比较选一行CACHEADDRDATACPU113.CACHE的3种映像方式地址映像：把一主存单元的数据复制到CACHE中时，还要把该主存单元的地址，经过某种函数关系处理后写进CACHE的标志字段，这一过程被称为CACHE的地址映像。地址变换：在程序执行时，还要把主存地址变换为访问CACHE的地址，这一过程被叫做CACHE的地址变换。CACHE存储器通常使用3种映像方式，它们是全相联映像方式、直接映

8、像方式、多路组相联映像方式，3种映像方式有各自的优缺点。12全相联映像方式全相联映像方式：是指主存的一个字块可以映像到整个CACHE的任何一个字块中。全相联映像方式特点：主存的字块可以和Cache的任何字块对应，利用率高，方式灵活。内存与CACHE之间的关系，多对多。标志位较