第五章存储层次精要.pptVIP

第五章 存储层次主存 5.DRAM专用交叉结构 对DRAM访问矩阵进行行或列访问控制及优化 1）Nibble方式 2）Page方式 3）Static Column方式 第五章 存储层次虚拟存储器 虚拟存储器基本原理 虚拟存储器是“主存—辅存”层次，由价格较贵、速度较快、容量较小的主存储器M1和一个价格低廉、速度较慢、容量很大的辅助存储器M2（通常是硬盘）组成，在系统软件和辅助硬件的管理下，就像一个单一的、可直接访问的大容量主存储器。 第五章 存储层次虚拟存储器 虚拟存储器具有如下特点： 1.多个进程可以共享主存空间； 2.程序员不必做存储器管理工作； 3.采用动态再定位，简化了程序的装入。 程序再定位：将程序空间中给出的逻辑地址映像到主存的物理地址。 静态再定位：在程序执行之前，在装入或再装入该程序的过程中，通过修改程序中的地址而完成地址空间的变换。 动态再定位：只有在程序的执行过程中，真正访问指令和数据时，才进行地址变换，产生物理地址。 第五章 存储层次虚拟存储器 虚拟存储器的分类：页式、段式和段页式。 虚拟存储器要考虑的四个问题： （1）映像规则：操作系统允许将块放在主存的任一位置，即采用全相联映像。目的是降低失效率，因为失效开销太大。 （2）查找算法：使用一个页号或段号作为索引的数据结构（称作页表或段表）。对于段式系统，段内偏移加上段的物理地址就是最终的物理地址。对于页式系统，只需简单地将页内偏移拼接在相应页面的物理地址之后即可。 （4）替换算法：使用LRU算法，每个页面使用一个使用位。 （5）写策略：采用写回策略，使用“脏”位（dirty bit）来保证只有被修改过的块才被写回磁盘。 第五章 存储层次虚拟存储器 快表（TLB） 问题：页表很大，一般存放在主存中，因此，每次访问主存中的数据或指令，都要引起两次主存访问，第一次是读取页表项，获得所要访问主存的物理地址，第二次才是访问数据或指令本身。 解决方法：设置一个TLB，TLB是一个专用高速缓冲器，用于存放近期经常使用的页表项，其内容是页表部分内容的一个副本。 第五章 存储层次虚拟存储器 Alpha AXP21064数据TLB的结构：该TLB包含32项，每项包含标识、物理地址、V（有效位）、R（读允许位）、W（写允许位）几个域。 标识存放的是虚拟地址的一部分（高位部分），物理地址、V、R、W是TLB的数据部分。 第五章 存储层次虚拟存储器 虚拟地址 虚页号 页内偏移 30 13 …… V R W 标识30 页地址21 32:1多路选择器 物理页号 页内偏移 物理地址 21 13 Alpha AXP21064的地址转换过程 第五章 存储层次虚拟存储器 虚拟地址 段号 段内偏移 …… V R W 标识 段地址 32:1多路选择器 物理地址 段式虚拟存储器 段长 第五章 存储层次虚拟存储器 页面大小的选择 较大页面的好处： （1）页表大小与页面大小成反比； （2）较大页面可以使快速Cache命中的实现更简单； （3）在主存与辅存之间传送较大的页面比传送较小的页面更有效； （4）TLB的项数有限，对于给定项数，较大的页面意味着可以高效地实现更多存储空间的地址变换，从而减少TLB失效的次数。 第五章 存储层次虚拟存储器 较小页面的好处： （1）页面较小的情况下，最后一页内浪费的空间较小； （2）许多进程比较小，采用较大的页面会增加调用进程的时间。 第五章 存储层次 小结 主要介绍了存储体系的层次结构，Cache基本知识，主存系统。 重点内容：对存储系统的基本要求、存储层次的性能参数、 Cache-主存”和“主存-辅存”层次、映像规则、查找方法、替换算法、写策略中的几个问题、改进Cache性能的3个途径、主存5种技术。 第五章 存储层次  习题 1.基本概念：存储层次、全相联映像、直接映像、组相联映像、替换算法、写直达法、写回法、按写分配法、不按写分配法、命中时间、失效率、强制性失效、容量失效、冲突失效、多体交叉存储器。 2.简答题：5.2、5.3、5.4、5.5 3.简单应用题：5.11、5.12 * * 第五章 存储层次Cache基本知识 Cache性能分析 1.失效率：与硬件速度无关，可用于做性能评价； [但是A.与硬件结构（如，容量、块的尺寸、相联关系）有关；B.结果反映在速度上] 2.平均访存时间： 平均访存时间=命中时间+失效率×失效开销； 3.程序执行时间： CPU时间=（CPU执行周期数+存储器停顿周期数）×时钟周期时间 （2个引申计算