810-第4章多级结构的存储器系统.pptVIP

第 4 章 多级结构的存储器系统 一、层次存储器系统概述 1. 概念与追求的目标 2. 程序运行的局部性特性 3. 各层存储器所用介质及其特性 4. 一致性、包含性 二、主存储器（MAIN ＭEMORY）的组成与设计 三、高速缓冲存储器（CACHE）的组成与运行原理 四、虚拟存储器（VIRTUAL ＭEMORY）的运行原理 五、磁表面存储设备 存储原理与组成（DISK，TAPE)光盘设备的存储原理与组成 六、磁盘阵列与容错技术 七、本单元内容复习与小结 一、层次存储器系统概述 1. 用途及对其要求 用途：存储器系统是计算机中用于存储程序和数据的部件，很重要。 对其要求是：尽可能快的读写速度，尽可能大的存储容量，尽可能低的成本费用。 怎样才能同时实现这些要求呢？用多级存储器把要用的程序和数据，按其使用的急迫程度分段调入存储容量不同、运行速度不同的存储器中，并由硬软件系统统一调度管理。 程序运行的局部性原理 2. 程序运行时的局部性原理表现在： 在一小段时间内，最近被访问过的程序和 数据很可能再次被访问 　在空间上， 这些被访问的程序和数据 往往集中在一小片存储区 在访问顺序上，　指令顺序执行比转移执行 　 的可能性大 (大约 5:1 ) 合理地把程序和数据分配在不同存储介质中 解决方案　 选用生产与运行成本不同的、存储容量不同的、读写速度不同的多种存储介质，组成一个统一的存储器系统，使每种介质都处于不同的地位，发挥不同的作用，充分发挥各自在速度、容量、成本方面的优势，从而达到最优性能价格比，以满足使用要求。 例如，用容量更小但速度最快的 SRAM芯片组成 CACHE，容量较大速度适中的 DRAM芯片组成 MAIN MEMORY，用容量特大但速度极慢的磁盘设备构成 VIRTUAL MEMORY。 1993年大型计算机的存储器系统 3. 存取速度 存储容量 存储成本 CPU 10ns 512B 1800 (美分/KB) 缓存 20~40ns 128KB 72 主存 60~100ns 512MB 5.6 虚存 10~20ms 60~228GB 0.23 后援 2~20ms 512GB~2TB 0.01 若能使 CPU大部分时间访问高速缓存CACHE，速度最快； 仅在从缓存中读不到数据时才去读主存，速度略慢但容量更大； 当从主存中还读不到时才去成批量读虚存，速度很慢容量极大； 这就很好地同时解决了对速度、容量、成本三个方面的需求。 1993年大型计算机的存储器系统 设备工艺 带宽 传送单位 分配管理 CPU ECL 400~800 4~8B 编译器分配 缓存 256Kb 250~400 32B 硬件控制 SRAM (MB/S) BLOCK 主存 4MB 80~133 0.5~1KB O.S DRAM (MB/S) PAGE 虚存 1GB 3~5MB/S 5~512KB O.S/用户 DISC FILE 后援 5GB磁带 0.18~0.23 后援 O.S/用户 静态和动态存储器芯片特性 SRAM DRAM 存储信息 触发器 电容 破坏性读出 非 是 需要刷新 不要 需要 送行列地址 同时送 分两次送 运行速度 快