第4章_存储器及存储系统.ppt

位扩展 字扩展 字位扩展 高速缓冲存储器 Cache存储器 Cache控制器 地址变换逻辑 替换逻辑组成 高速缓冲存储器 Cache的工作原理(3/3)： 4)未命中： 若是“读”请求，则从主存读出所需字送CPU，且把含该字的一块送Cache; 若是“写”请求，直接写入主存。 存储器工作原理（1/3) 存储器工作原理（2/3) 存储器工作原理（3/3) ? 本章小结 提高存储器速度可以采用许多措施：采用高速器件；采用高速缓冲存储器Cache；采用多体交叉存储器；采用相联存储器；加长存储器字长等。 为了扩大存储容量，可以采用虚拟存储器技术。虚拟存储器是建立在主存和辅存物理结构基础之上，由附加硬件装置以及操作系统存储管理软件组成的一种存储体系。虚拟存储器有页式、段式、段页式三类。 教学过程 1 存储器概述 2 主存储器 3主存储器组织 4 存储保护 4.存储保护 为防止由一个用户程序出错而破坏其他用户的程序和系统软件，用户程序不合法地访问不是分配给它的主存区域。系统应提供存储保护。 存储保护主要包括： .存储区域保护 .访问方式保护 存储区域保护 1）页表保护 2）键方式 3）环保护方式 访问方式保护 主存信息的使用有三种方式： .读（R） .写（W） .执行（E） 相应的访问方式保护就有R、W、E三种及由这三种方式形成的逻辑组合。 ? 本章小结 存储器两大功能是存储（Write）和取出（Read）。对存储器的三项基本要求是：大容量、高速度和低成本。 各类存储器的特点：半导体存储器速度快、成本较高；磁表面存储器容量大、成本低但速度慢，无法与CPU高速处理信息的能力匹配。在计算机系统中，通常采用多级存储器体系结构，即高速缓冲存储器Cache、主存储器和外存储器组成的结构。 使用时，直接删除本页！ 精品课件，你值得拥有！ 精品课件，你值得拥有！ 使用时，直接删除本页！ 精品课件，你值得拥有！ 精品课件，你值得拥有！ 高速缓冲存储器 Cache概念： 1)CPU与主存储器之间的一种高速缓冲装置 2) Cache-主存层次结构：由硬件变换地址和控制调度。 特点(1/2)： 1)位于CPU与主存之间，是存储器层次结构中级别最高的一级； 2)容量比主存小，一般有数KB到数MB； 3)速度比主存快5－10倍； 高速缓冲存储器 特点(2/2)： 4)其容量是主存的部分副本； 5)其用途可用来存放指令，也可用来存放数据； 6)快存的功能全部由硬件实现，并对程序员透明。 Cache的基本组成 高速缓冲存储器 Cache的工作原理(1/3)： 1)Cache以块为单位进行操作。 2)当CPU发出访内操作请求后，首先由Cache控制器判断当前请求的字是否在Cache中，若在，叫命中，否则，不命中。 高速缓冲存储器 Cache的工作原理(2/3)： 3)命中： 若是“读”请求，则直接对Cache读，与主存无关. 若是“写”请求： Cache单元与主存单元同时写（Write through写）,只更新Cache单元并加标记，移出时修改主存（写回Copy back） 只写入主存，并在Cache中加标记，下次从MM读出，保证正确。 高速缓冲存储器 Cache替换算法： ① 先进先出法(FIFO):命中率不高。 ② 近期最少使用算法(LRU):命中率比FIFO有所提高，并不最理想。 ③ 优化替换算法(OPT):一种理想算法，但实现起来难度大。只作为衡量其它算法的标准。 高速缓冲存储器 Cache存储器的地址映象 1、概念 1）地址映象：为了把信息放到Cache中，必须应用某种函数把主存地址映象到Cache中定位。 2）地址变换(地址变换)：在信息按这种映象关系装入Cache后，执行程序时，将主存地址变换成Cache地址。 直接映象 全相联映象 组相联映象 地址映象方式 高速缓冲存储器 直接映象： 主存空间被分为2m 个页，其页号分别为0、1、...i...2m -1,每页大小为2b 个字，Cache存储空间被分为2c个页(页号为0、1、...j...2c-1）,每页大