计算机组成原理第2版ch04研究.ppt

4. Cache 的 读写 操作 访问Cache 取出信息送CPU 访问主存 取出信息送CPU 将新的主存块 调入Cache中 执行替换算法 腾出空位 结束 命中？ Cache满？ CPU发出访问地址 开始 是 否 是 否 读 4.3 Cache 和主存的一致性 4. Cache 的 读写 操作 写 4.3 写直达法（Write – through） 写回法（Write – back） 写操作时数据既写入Cache又写入主存 写操作时只把数据写入 Cache 而不写入主存 当 Cache 数据被替换出去时才写回主存 写操作时间就是访问主存的时间，读操作时不 涉及对主存的写操作，更新策略比较容易实现 写操作时间就是访问 Cache 的时间， 读操作 Cache 失效发生数据替换时， 被替换的块需写回主存，增加了 Cache 的复杂性 5. Cache 的改进 (1) 增加 Cache 的级数 片载（片内）Cache 片外 Cache (2) 统一缓存和分立缓存 指令 Cache 数据 Cache 与主存结构有关 与指令执行的控制方式有关 是否流水 Pentium 8K 指令 Cache 8K 数据 Cache P116 PowerPC620 32K 指令 Cache 32K 数据 Cache 4.3 字块2m－1 字块2c+1 字块2c+1－1 字块2c +1 字块2c 字块2c－1 字块1 字块0 … … … 主存储体 字块 1 标记 字块 0 标记 字块 2c－1 标记 Cache存储体 t位 0 1 2c－1 … 字块 字块地址 主存字 块标记 t 位 c 位 b 位 主存地址 比较器（t位） = ≠ 不命中 有效位=1？ * m位 Cache 内地址 否 是 命中 二、Cache – 主存的地址映射 1. 直接映射 P117 每个缓存块 i 可以和 若干 个 主存块 对应 每个主存块 j 只能和 一 个 缓存块 对应 i = j mod C 4.3 字块2c+1 字块2c 字块0 字块 0 2. 全相联映射 P118 主存 中的 任一块 可以映射到 缓存 中的 任一块 字块2m－1 字块2c－1 字块1 字块0 … … 字块2c－1 字块1 字块0 … 标记 标记 标记 主存字块标记 字块内地址 主存地址 m = t + c 位 b位 m = t+c Cache 存储器 主存储器 字块0 4.3 字块2m－1 字块2c-r+1 字块2c-r + 1 字块2c-r 字块2c-r － 字块1 字块0 … … … 字块 3 标记 字块 1 标记 字块 2c－1 标记 字块 2 标记 字块 0 标记 字块 2c－2 标记 … … … … 字块内地址 组地址 主存字块标记 s = t + r 位 q = c－r 位 b 位 组 0 1 2c-r－1 主存地址 Cache 主存储器 m 位 共 Q 组，每组内两块（r = 1) 1 某一主存块 j 按模 Q 映射到 缓存 的第 i 组中的 任一块 i = j mod Q 直接映射 全相联映射 3. 组相联映射 P119-122例题 4.3 字块0 字块 1 字块 0 字块2c-r 字块2c-r+1 三、替换算法 1. 先进先出 （ FIFO ）算法 2. 近期最少使用（ LRU）算法 小结 某一 主存块 只能固定 映射到 某一 缓存块 直接 全相联 组相联 某一 主存块 能 映射到 任一 缓存块 某一 主存块 只能 映射到 某一 缓存 组 中的 任一块 不灵活 成本高 4.3 4.4 辅助存储器 一、概述 1. 特点 不直接与 CPU 交换信息 2. 磁表面存储器的技术指标 P124-125 道密度 Dt 位密度 Db C = n × k × s 寻道时间 + 等待时间 (1) 记录密度 (2) 存储容量 (3) 平均寻址时间 (4) 数据传输率 (5) 误码率 辅存的速度 寻址时间 磁头读写时间 Dr = Db × V 出错信息位数与读出信息的总位数之比 二、磁记录原理和记录方式 1. 磁记录原理 写 4.4 局部磁化单元 载磁体 写线圈 S N I 局部磁化单元 写线圈 S N 铁芯 磁通 磁层 写入“0” 写入“1” I N 读线圈 S 读线圈 S N 铁芯 磁通 磁层 运动方向 运动方向 s s t