多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件

第7章多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)7.1存儲(chǔ)器系統(tǒng)概述72主存部件的組成與設(shè)計(jì)73外存儲(chǔ)器設(shè)備與磁盤陣列技術(shù)7.4高速緩沖存儲(chǔ)器75虛擬存儲(chǔ)器概述第7章多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)11、存儲(chǔ)器述存儲(chǔ)器的作用計(jì)算機(jī)中用來存放程序和數(shù)據(jù)的部件,是馮諾依曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的重要組成部分。在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中,存儲(chǔ)器處于全機(jī)的中心地位。主存儲(chǔ)器存放當(dāng)前正在執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù),CPU從中讀取指令和存取數(shù)據(jù);2.隨著I0設(shè)備的增加,數(shù)據(jù)傳輸速度加快,DMA技術(shù)和I0通道技術(shù)廣泛使用,直接在存儲(chǔ)器和10設(shè)備間傳送數(shù)據(jù);共享存儲(chǔ)器的多處理機(jī)的出現(xiàn),需要利用存儲(chǔ)器存放共享的數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)處理機(jī)間通信1、存儲(chǔ)器述2對(duì)存儲(chǔ)器系統(tǒng)的要求存儲(chǔ)器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)盡可的快的存取速度◆應(yīng)能基本滿足cPU對(duì)數(shù)據(jù)的要求盡可能大的存儲(chǔ)空◆可以滿足程序?qū)Υ鎯?chǔ)空間的要求盡可能低的單位成本:◆(價(jià)格/位)應(yīng)在用戶能夠承受范圍內(nèi)對(duì)存儲(chǔ)器系統(tǒng)的要求3CPUBDRAM性能比1000CPU6¤60%A軍"f100cPU妊屁再蔑置0eA直6¤50%10dfaEDA連6¤9%DRAMCPUBDRAM性能比4計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的組成控制器運(yùn)算器高速緩存入出接輸入設(shè)備主存儲(chǔ)器虛擬存儲(chǔ)和一輸出設(shè)備總線計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的組成5存儲(chǔ)器為中心的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)框囹控制器數(shù)據(jù)計(jì)算輸入設(shè)備存儲(chǔ)器輸出設(shè)備程序結(jié)果運(yùn)算器存儲(chǔ)器為中心的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)框囹6多級(jí)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器系統(tǒng)的多個(gè)目標(biāo)采用多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)基本思想選用生產(chǎn)與運(yùn)行成本不同的、存儲(chǔ)容量不同的、讀寫速度不同的多種存儲(chǔ)介質(zhì),組成個(gè)統(tǒng)一的存儲(chǔ)器系統(tǒng),使每種介質(zhì)都處于不同的地位,發(fā)揮不同的作用,充分發(fā)揮各自在速度、容量、成本方面的優(yōu)勢(shì),從而達(dá)到最優(yōu)性能價(jià)格比,以滿足使用要求。多級(jí)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器系統(tǒng)7多級(jí)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器系統(tǒng)典型多級(jí)存儲(chǔ)器系統(tǒng)的層次使用容量較小但速度最快的SRAM芯片組成高速緩存存儲(chǔ)器CACHE;使用容量較大速度適中的DRAM芯片組成主存儲(chǔ)器MAINMEMORY;使用容量特大但速度較慢的磁盤設(shè)備構(gòu)成虛擬存儲(chǔ)器VIRTUALMEMORYCPU存主存上輔助硬件輔助軟、硬件緩存-主存層次主存輔存層次三級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)多級(jí)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器系統(tǒng)8現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)屢次利用程序運(yùn)行的局部性原理以最低廉的價(jià)格提供盡可能大的存儲(chǔ)空間以最快速的技術(shù)實(shí)現(xiàn)高速存儲(chǔ)訪問處理器二級(jí)存儲(chǔ)(磁盤(DRAM)(SRAMD速度(ns):1sIOs100s10,000,000s容量bytes):100Ms現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)屢次9程庫行的局部惟原理什么是程序運(yùn)行的局部性原理?是指cPU對(duì)存儲(chǔ)器中程序和數(shù)據(jù)的訪問,在一小段時(shí)間內(nèi),總是集中在一小塊存儲(chǔ)空間。程序運(yùn)行的局部性原理表現(xiàn)方面時(shí)間方面:在一小段時(shí)間內(nèi),最近被訪問過的程序和數(shù)據(jù)很可能再次被訪問,例如:程序循環(huán)空間方面:在空間上這些被訪問的程序和數(shù)據(jù)往往集中在一小片存儲(chǔ)區(qū),例如:數(shù)組存放指令執(zhí)行順序方面:在訪問順序上,指令順序執(zhí)行比轉(zhuǎn)移執(zhí)行的可能性大(大約5:1)程庫行的局部惟原理10多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件11多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件12多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件13多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件14多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件15多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件16多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件17多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件18多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件19多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件20多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件21多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件22多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件23多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件24多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件25多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件26多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件27多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件28多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件29多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件30多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件31多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件32多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件33多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件34多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件35多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件36多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件37多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件38多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件39多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件40多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件41多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件42多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件43多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件44多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件45多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件46多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件47多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件48多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件49多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件50多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件51多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件52多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件53多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件54多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件55多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件56多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件57多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件58多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件59多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件60多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件61多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件62多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件63多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件64多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件65多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件66多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件67多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件68多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件69多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件70多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件71多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件72多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件73多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件74多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件75多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件76第7章多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)7.1存儲(chǔ)器系統(tǒng)概述72主存部件的組成與設(shè)計(jì)73外存儲(chǔ)器設(shè)備與磁盤陣列技術(shù)7.4高速緩沖存儲(chǔ)器75虛擬存儲(chǔ)器概述第7章多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)771、存儲(chǔ)器述存儲(chǔ)器的作用計(jì)算機(jī)中用來存放程序和數(shù)據(jù)的部件,是馮諾依曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的重要組成部分。在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中,存儲(chǔ)器處于全機(jī)的中心地位。主存儲(chǔ)器存放當(dāng)前正在執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù),CPU從中讀取指令和存取數(shù)據(jù);2.隨著I0設(shè)備的增加,數(shù)據(jù)傳輸速度加快,DMA技術(shù)和I0通道技術(shù)廣泛使用,直接在存儲(chǔ)器和10設(shè)備間傳送數(shù)據(jù);共享存儲(chǔ)器的多處理機(jī)的出現(xiàn),需要利用存儲(chǔ)器存放共享的數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)處理機(jī)間通信1、存儲(chǔ)器述78對(duì)存儲(chǔ)器系統(tǒng)的要求存儲(chǔ)器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)盡可的快的存取速度◆應(yīng)能基本滿足cPU對(duì)數(shù)據(jù)的要求盡可能大的存儲(chǔ)空◆可以滿足程序?qū)Υ鎯?chǔ)空間的要求盡可能低的單位成本:◆(價(jià)格/位)應(yīng)在用戶能夠承受范圍內(nèi)對(duì)存儲(chǔ)器系統(tǒng)的要求79CPUBDRAM性能比1000CPU6¤60%A軍"f100cPU妊屁再蔑置0eA直6¤50%10dfaEDA連6¤9%DRAMCPUBDRAM性能比80計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的組成控制器運(yùn)算器高速緩存入出接輸入設(shè)備主存儲(chǔ)器虛擬存儲(chǔ)和一輸出設(shè)備總線計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的組成81存儲(chǔ)器為中心的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)框囹控制器數(shù)據(jù)計(jì)算輸入設(shè)備存儲(chǔ)器輸出設(shè)備程序結(jié)果運(yùn)算器存儲(chǔ)器為中心的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)框囹82多級(jí)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器系統(tǒng)的多個(gè)目標(biāo)采用多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)基本思想選用生產(chǎn)與運(yùn)行成本不同的、存儲(chǔ)容量不同的、讀寫速度不同的多種存儲(chǔ)介質(zhì),組成個(gè)統(tǒng)一的存儲(chǔ)器系統(tǒng),使每種介質(zhì)都處于不同的地位,發(fā)揮不同的作用,充分發(fā)揮各自在速度、容量、成本方面的優(yōu)勢(shì),從而達(dá)到最優(yōu)性能價(jià)格比,以滿足使用要求。多級(jí)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器系統(tǒng)83多級(jí)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器系統(tǒng)典型多級(jí)存儲(chǔ)器系統(tǒng)的層次使用容量較小但速度最快的SRAM芯片組成高速緩存存儲(chǔ)器CACHE;使用容量較大速度適中的DRAM芯片組成主存儲(chǔ)器MAINMEMORY;使用容量特大但速度較慢的磁盤設(shè)備構(gòu)成虛擬存儲(chǔ)器VIRTUALMEMORYCPU存主存上輔助硬件輔助軟、硬件緩存-主存層次主存輔存層次三級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)多級(jí)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器系統(tǒng)84現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)屢次利用程序運(yùn)行的局部性原理以最低廉的價(jià)格提供盡可能大的存儲(chǔ)空間以最快速的技術(shù)實(shí)現(xiàn)高速存儲(chǔ)訪問處理器二級(jí)存儲(chǔ)(磁盤(DRAM)(SRAMD速度(ns):1sIOs100s10,000,000s容量bytes):100Ms現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)屢次85程庫行的局部惟原理什么是程序運(yùn)行的局部性原理?是指cPU對(duì)存儲(chǔ)器中程序和數(shù)據(jù)的訪問,在一小段時(shí)間內(nèi),總是集中在一小塊存儲(chǔ)空間。程序運(yùn)行的局部性原理表現(xiàn)方面時(shí)間方面:在一小段時(shí)間內(nèi),最近被訪問過的程序和數(shù)據(jù)很可能再次被訪問,例如:程序循環(huán)空間方面:在空間上這些被訪問的程序和數(shù)據(jù)往往集中在一小片存儲(chǔ)區(qū),例如:數(shù)組存放指令執(zhí)行順序方面:在訪問順序上,指令順序執(zhí)行比轉(zhuǎn)移執(zhí)行的可能性大(大約5:1)程庫行的局部惟原理86多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件87多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件88多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件89多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件90多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件91多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件92多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件93多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件94多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件95多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件96多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件97多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件98多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件99多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件100多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件101多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件102多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件103多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件104多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件105多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件106多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件107多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件108多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件109多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件110多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件111多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件112多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件113多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件114多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件115多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件116多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件117多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件118多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件119多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件120多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件121多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件122多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件123多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件124多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件125多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件126多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件127多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件128多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件129多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件130多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件131多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件132多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件133多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件134多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件135多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件136多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)課件137多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系