计算机组成原理 第三章 多层次的存储器精要.ppt

3.1.1 存储器的分类 一个双稳态半导体电路或一个晶体管或一个磁性材料的存储元可以存储一位二进制代码。 这个二进制代码位是存储器中的最小存储单元，称作存储位元。 一个存储单元由多个存储位元组成 存储器由多个存储单元组成 磁盘结构 盘片的上下两面都能记录信息，通常把磁盘片表面称为记录面。记录面上一系列同心圆称为磁道。每个盘片表面通常有几百到几千个磁道，每个磁道又分为若干个扇区，从图中看出，外面扇区比里面扇区面积要大。磁盘上的这种磁道和扇区的排列称为格式。 磁盘地址由记录面号、磁道号、扇区号三部分组成。为进行读写操作，要求定出磁道的起始位置，称为“索引”，索引标志在传感器检索下可产生脉冲信号，再通过磁盘控制器处理，便可定出磁道起始位置。磁盘读写操作以扇区为单位一位一位串行进行，每个扇区记录一个数据块。 磁盘上信息的分布 外存-主存-Cache-CPU 读取时间依次为：ms 200ns 20ns 10ns CPU能直接访问内存，不能直接访问外存 主存-Cache: 主存与CPU速度匹配问题 外存-主存： 容量 3.3.3 读/写周期、刷新周期 分散式刷新:每一行的刷新插入到正常的读/写周期之中。 例如p70图3.7所示的DRAM有1024行，如果刷新周期为8ms，则每一行必须每隔8ms÷1024=7.8us进行一次。 动态 RAM 和静态 RAM 的比较 DRAM(主存) SRAM(Cache) 存储原理 电容 触发器 存储容量 大 小 功耗 低 高 价格 低 高 速度 慢 快 刷新 有 无 3.字,位同时扩展1K × 4位 存储芯片组成 4K × 8位 的存储器 3.6.2 主存与cache的地址映射 例9有一个处理器，主存容量是1MB,字长1B,块大小16B,Cach容量64KB,采用全相联映射，对内存地址B0010给出相应的标记和字号。 解：块大小=行大小=16B=24,所以W=4位 主存寻址单元数2s+w=1M=120,s+w=20,s=16位 内存地址格式 标记s 字地址w 16位 4位 内存地址B0010= 1011 0000 0000 0001 0000 标记s=(1011 0000 0000 0001)2 字地址=(0000)2 3.6.2 主存与cache的地址映射 3.6.2 主存与cache的地址映射 解答：(1) Cache容量是4KB(212=4K)，cache地址12位，cache块数=4KB/(16*4B)=64 (2) 主存容量512KB(219=512K)，主存地址19位，主存块数=512KB/(16*4B)=8192 (3) 在直接映射方式下，cache64块，所以主存的5,64+5,2*64+5,...213-64+5块映射到cache的第5块 (4) 标记 块地址 字地址 7 6 6 3.6.2 主存与cache的地址映射 例11设某机主存容量是16MB，cache容量是8KB。每块8个字，每字32位，设计一个四路组相连映射的cache组织。 （1）画出主存地址各字段的位数 （2）设cache状态为空，CPU依次从主存第0，1,2，。。。99号单元读出100个字（主存一次读出一个字），并重复此程序读10次，求命中率 （3）若cache的速度是主存速度的5倍，有cache和无cache相比，速度提高多少倍? （4）系统的效率是多少? 3.6.2 主存与cache的地址映射 解答(1) 每个块有8个字，每字32b=4B，块内字地址5位，Cache组数8KB/(8*32/8*4B)=64组，组地址6位，主存容量16MB=224B，主存地址24位，标记位24-6-5=13位 标记 组地址 字地址 13 6 5 (2)由于每个块有8个字，而且Cache初态为空，因此cpu读0号单元未命