計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 存儲(chǔ)層次 5.1 存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)

1、1145.1.1 從單級(jí)存儲(chǔ)器到多級(jí)存儲(chǔ)器1. 從用戶的角度來看，存儲(chǔ)器的三個(gè)主要指標(biāo)是： 容量，速度，價(jià)格容量，速度，價(jià)格( (每位價(jià)格每位價(jià)格) )2. 人們對(duì)這三個(gè)指標(biāo)的期望3. 這三個(gè)指標(biāo)相互矛盾4. 解決方法 采用多種存儲(chǔ)器技術(shù)，構(gòu)成存儲(chǔ)層次。采用多種存儲(chǔ)器技術(shù)，構(gòu)成存儲(chǔ)層次。 演示演示 演示演示 ( (局部性原理局部性原理) )5.1 5.1 存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)第五章 存儲(chǔ)層次會(huì)計(jì)制度設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)會(huì)計(jì)制度設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)214會(huì)計(jì)制度設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)會(huì)計(jì)制度設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)314會(huì)計(jì)制度設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)會(huì)計(jì)制度設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)4145.1.2 存儲(chǔ)層次的性能參數(shù) C C，H H，T TA A假設(shè)：假

2、設(shè)：S S 容量容量 T TA A 訪問時(shí)間訪問時(shí)間 C C 每位價(jià)格每位價(jià)格下面僅考慮由下面僅考慮由M M1 1和和M M2 2構(gòu)成的兩級(jí)存儲(chǔ)層次：構(gòu)成的兩級(jí)存儲(chǔ)層次： M M1 1的參數(shù)：的參數(shù)：S S1 1，T TA1A1，C C1 1 M M2 2的參數(shù)：的參數(shù)：S S2 2，T TA2A2，C C2 21. 每位價(jià)格C C C C C1 1S S1 1C C2 2S S2 2S S1 1S S2 25.1 存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)會(huì)計(jì)制度設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)會(huì)計(jì)制度設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)5142. 命中率 H 和失效率 F H HN N1 1/(/(N N1 1N N2 2) ) N N1 1 訪問訪問M M1

3、1的次數(shù)的次數(shù) N N2 2 訪問訪問M M2 2的次數(shù)的次數(shù) 失效率失效率 F F1 1H H5.1 存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)會(huì)計(jì)制度設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)會(huì)計(jì)制度設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)7143. 平均訪問時(shí)間 TA T TA AT TA1A1( (1 1H H ) )T TM M 或或 T TA AT TA1A1F F T TM M T TA1A1 命中時(shí)間命中時(shí)間 T TM M 失效開銷失效開銷會(huì)計(jì)制度設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)會(huì)計(jì)制度設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)8149145.1.3 “Cache主存”和“主存輔存”層次1. 從主存的角度來看 “CacheCache主存主存”層次層次：彌補(bǔ)主存速度的不：彌補(bǔ)主存速度的不足足 “主存輔存主存輔存”層次層

4、次： 彌補(bǔ)主存容量的不彌補(bǔ)主存容量的不足足2. “Cache主存”層次 主存與主存與CPUCPU的速度差距的速度差距5.1 存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)會(huì)計(jì)制度設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)會(huì)計(jì)制度設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì) “Cache - “Cache - 主存主存”層次層次3. “主存輔存”層次1314存儲(chǔ)層次存儲(chǔ)層次CPU對(duì)第二級(jí)的對(duì)第二級(jí)的訪問方式訪問方式比較項(xiàng)目比較項(xiàng)目目的目的存儲(chǔ)管理實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)管理實(shí)現(xiàn) 訪問速度的比值訪問速度的比值(第一級(jí)和第二級(jí)第一級(jí)和第二級(jí))典型的塊典型的塊(頁頁)大小大小失效時(shí)失效時(shí)CPU是否切換是否切換“Cache 主存主存”層次層次“主存輔存主存輔存”層次層次為了彌補(bǔ)主存速度的不足為了彌補(bǔ)主存速度的不足 為了彌補(bǔ)主存容量的不足為了彌補(bǔ)主存容量的不足主要由專用硬件實(shí)現(xiàn)主要由專用硬件實(shí)現(xiàn)主要由軟件實(shí)現(xiàn)主要由軟件實(shí)現(xiàn)幾比一幾比一幾百比一幾百比一幾十個(gè)字節(jié)幾十個(gè)字節(jié)幾百到幾千個(gè)字節(jié)幾百到幾千個(gè)字節(jié)可直接訪問可直接訪問均通過第一級(jí)均通過第一級(jí)不切換不切換切換到其他進(jìn)程切換到其他進(jìn)程“CacheCache主存主存”與與“主存輔存主存輔存”層次的區(qū)別層次的區(qū)別5.1 存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)14145.1.4 存儲(chǔ)層次的四個(gè)問題當(dāng)把一個(gè)塊調(diào)入高一層(靠近CPU)存儲(chǔ)器時(shí)，可以放在哪些位置上? ( (映象規(guī)則映象規(guī)則) )當(dāng)所要訪問的塊在高一層存儲(chǔ)器中時(shí)，如何找到該塊? ( (查找算法查找算法) )3.