存储系统
层次划存储
概念图
局促性原理
是层次化存储结构的支撑
- 时间局部性：刚被访问的内容，立即又被访问，一般是循环的体现。
- 空间局部性：刚被访问的内容，临近的空间很快被访问，一般是顺序的体现。
分类
存储器位置
内存&外存
- 计算器内部叫内存也叫主存
- 计算机外部的叫外存也叫辅存
存取方式
按内容存储
- 相联存储器(如：Cache)
按地址存储
- 随机存取存储器(如：内存)
- 顺序存取存储器(如：磁带)
- 直接存取存储器(如：磁盘)
磁盘：包含连个过程：①移绿调度的过程②旋转延迟的过程(顺序)
工作方式
- 随机存取存储器RAM(如内存：DRAM)
RAM：掉电丢失，会丢失数据
DRAM：动态的，会定时刷新，成本稍微低一些，SRAM静态的，不会取刷新，成本稍微高一些
- 只读存储器ROM(如BIOS)
掉电保留，不会丢失数据
拓展
- DRAM：动态随机存取存储器
- SRAM：静态随机存取存储器
- Cache：高速缓存
- EEPROM:电可擦可编程只读存储器
往年真题
CPU访问存储器时，被访问数据一般聚集在一个较小的连续存储区域中。若一个存储单元已被访问，则其邻近的存储单元有可能还要被访问，该特性被称为( C )。
A、数据局部性
B、指令局部性
C、空间局部性
D、时间局部性
备注：只分为：空间和时间，所以A、B是错误的
时间局促性：一定时间内再次被访问，循环的原理
空间局促性：顺序的考察
虚拟存储体系由( A )两级存储器构成。
A、主存-辅存
B、寄存器-Cache
C、寄存器-主存
D、Cache-主存
在微机系统中，BIOS(基本输入输出系统保存在( A )
A、主板上的ROM
B、CPU的寄存器
C、主板上的RAM
D、虚拟存储器
高速缓存(cache)
概念
在计算机的存储系统体系中，Cache是访问速度最快的层次(若有寄存器，则寄存器最快)。
使用Cache改善系统性能的依据是程序的局部性原理。
上节回顾：
- 时间局部性：刚被访问的内容，立即又被访问，一般是循环的体现。
- 空间局部性：刚被访问的内容，临近的空间很快被访问，一般是顺序的体现。
案例解析：求取平均时间
如果以h代表对Cachel的访问命中率，t1表示Cachel的周期时间，t2表示主存储器周期时间，以读操作为例，使用Cache+主存储器的系统的平均周期为t3,则：
t
3
=
h
×
t
1
+
(
1
−
h
)
×
t
2
t3=h×t1+(1-h)×t2
t3=h×t1+(1−h)×t2
其中，(1-h)又称为失效率（未命中率）
- cache一般命中率为90%左右，所以效率是非常高的。
- 失效率为：1-90% = 10%
- 假设
t1(Cache)周期是1ms，t2(主存储器)周期是100毫秒 - 假设只有catch+主存结构，假如读取了100次数据，那么平均时间的求取是：
-
(100*90%)×1ms+10×100ms
-
90×1ms+100×100ms
-
那么平均时间就是：
90 × 1 m s + 10 × 100 m s 100 90×1ms+10×100ms \over 100 10090×1ms+10×100ms -
也就是 概率 数值 概率 \over 数值 数值概率
-
- 平均时间结果为
10.9ms
Cache与主存的地址映射
- 直接相联映像：
硬件电路较简单，但冲突率很高。 - 全相联映像：电路难于设计和实现，只适用于小容量的cache,
冲突率较低。 - 组相联映像：直接相联与全相联的
折中。
注： 主存与Cache之间的地址映射由硬件直接完成。
映像
地址映像是将主存与Cache的存储空间划分为若干大小相同的页（或称为块）。
例如，某机的主存容量为1GB,划分为2048页，每页512KB；Cache容量为8MB,划分为16页，每页512KB。
- 直接相联映像
电路简单，冲突率高
- 全相联映像
冲突率低，电路复杂
- 组相联映像
冲突率中，电路复杂度中
- 相联映像对比表格
| 冲突率 | 复杂度 | |
|---|---|---|
| 直接相联映像 | 高 | 简单 |
| 全相联映像 | 低 | 复杂 |
| 组相联映像 | 中 | 折中 |
往年真题
以下关于Cache(高速缓冲存储器)的叙述中，不正确的是( A )。
A、Cache的设置扩大了主存的容量
B、Cache的内容是主存部分内容的拷贝
C、Cache的命中率并不随其容量增大线性地提高
D、Cache位于主存与CPU之间
在程序执行过程中，高速缓存(Cache)与主存间的地址映射由( D )
A、操作系统进行管理
B、存储管理软件进行管理
C、程序员自行安排
D、硬件自动完成
主存与Cache的地址映射方式中，( A )方式可以实现主存任意一块装入Cache中任意位置，只有装满才需要替换。
A、全相联
B、直接映射
C、组相联
D、串并联
主存编制计算
编址
一般字长题目中会给出，这里指定了4个bit，最常见的是16位字长，这样的一组被称为存储单元。
大小的求取
- 不仅可以纵向拼接还可以横行拼接
八位字长我们一般成为字节
编址与计算
存储单元
存储单元大小 = 最大地址-最小地址+1
编址内容
按字编址：存储体的存储单元是字存储单元，即最小寻址单位是一个字
按字节编址：存储体的存储单元是字节存储单元，即最小寻址单位是一个字节。
总容量求取
总容量 = 存储单元个数 * 编址内容
一般总容量都是比较大的，所以我们都是小芯片进行的拼装，所以要根据总容量求出总片数。
根据存储器所要求的容量和选定的存储芯片的容量，就可以计算出所需芯片的总数，即：
总片数
=
总容量
每片的容量
总片数 = {总容量 \over 每片的容量}
总片数=每片的容量总容量
- 考试形式：
给出地址范围，给出编制内容，求出总容量
或者再给芯片容量，求出总片数
再或者给片数，求出芯片容量
例题解析：编址与计算
内存按字节编址，地址从A0000H到CFFFFH的内存，共有( D )字节，若用存储容量为64K×8tit的存储器芯片构成该内存空间，至少需要( B )片。
A、80KB B、96KB
C、160KB D、192KB
A、2 B、3
c、5 D、8
注意：字节编制：字节一般用大写字母B来表示，占用8bit
注意：H是16进制