存储系统

Posted 2020-08-25

存储系统

MB

1MB=1*1024KB=1024*1024B=1048576B=8388608bit

MAR

memory address register 地址寄存器

MDR

memory data register 数据寄存器

位扩展

位数（地址线多少根）在进行内存容量扩充时，并联地址线可进行位扩展。数据线串联

字扩展

字长，由数据线决定。并线数据线进行子扩展。地址线串联

字位扩展

数据线和地址线都要并联

cache

缓存器，主存与CPU之间的数据桥梁。

直接映像

让主存中的一个人块只能映像到cache中的某 一个特定的地址块的方式。

硬件实现简单，不需要进行地址变换，访问速度比较快，但是这种方式u缺点是cache块冲突率较高，当主存中的两个或两个以上经常使用的块都映像到cache的同一个块时，cache的

命中率下降，这是即使cache中有其他空闲块，也因为固定的地址映像关系而无法使用。

全相联映像

指主存中的任意一块可以映像到cache中的任意 一块的位置上，这种映像方式也允许从已经占满的cache中替换任意一旧字块。

全联映像和变换方式块的冲突率最低，cache的利用率最高，缺点是访问速度最慢，成本太高，影响了cache的访问速度。

组相联映像

组相联映像结合了直接相联和全相联的优点，将主存地址分区，每一区的容量与cache相同，再将主存、cache分组，每组块数相同，区内的各组只能对应

cache中特定的组，形成主存组对cache组的直接映像，组内块之间全相联映像。这样，cache中指定组的空间只能存放在主存相同组号的存储快中，至于

该数据块存放在cache中指定组中的哪一块是任意的。

 

虚拟存储器

指虚拟存储系统，即虚存。不是一个实际的物理地址存储器，而是一个逻辑模型，它是在主存-辅存层次，增加部分软件和必要的硬件支持，使其形成一个有机的整体，获得

一个比物理主存大得多的具有整个虚拟空间的存储器。它不仅扩大了主存的容量，解决了存储器容量和存储速度的矛盾，也是管理存储设备的有效方法。虚拟存储系统一般由

操作系统实现，应用程序员无须考虑存储问题。

存储器的基本组成部分，作用

存储器是由存储体、地址寄存器、地址译码驱动电路、读/写控制逻辑、数据寄存器、读/写驱动器等六个部分组成。

（1）存储体是存储器的核心，是存储单元的集合体。

（2）地址寄存器用于存放CPU访问存储单元的地址，经译码驱动后指向相应的存储单元。

（3）译码器将地址总线输入的地址码转换成与其对应的译码输出线上的高电平或低电平信号，以表示选中了某一单元，并由驱动器提供驱动电流去驱动相应的读/写电路，完成对被选中单元的读/写操作。

（4）读/写驱动器用以完成对被选中单元中各位的读/写操作，包括读出放大器、写入电路和读/写控制电路。

（5）数据寄存器用于暂时存放从存储单元读出的数据，或从CPU输出I/O端口输入的要写入存储器的数据。

（6）读/写控制逻辑接收来自CPU的启动、片选、读/写及清除命令，经控制电路综合处理后，发出一组时序信号来控制存储器的读/写操作。 

存储器的主要技术指标，含义

（1）存储容量

（2）存储速度

（3）存储器的可靠性

（4）性价比

存储器的主要功能，为什么要把存储系统分层

同一个存储器中大容量、高速度、低成本很难集成一起。只能采用存储器系统的层次结构，即利用存储系统原理

来构成基于不同速度和容量的存储结构，而不是仅仅依赖某一个存储部件。

存储器的分类

1、按存储介质：TTL、CMOS

2、按存取方式：只读ROM、随机RAM、串行访问存储器(顺序存取SAM、直接存取DAM)

3、按作用：主存、附存、缓冲存储器

为什么计算机系统要设置高速缓冲存储器

CPU访问主存的速度受到限制，需要进行突破。尤其现在计算机采用超标量、超流水技术使CPU

所需要的访问访问速度比实际所提供的相差数百倍。因此为了解决CPU与内存速度不匹配de问题

采用高速缓冲存储技术。

在什么情况下，cache需要采用替换策略，有几种，优缺点

当发生cache块失效时，需要从主存调入要访问的cache块，如果此时在cache中出现块冲突，则

需要采用替换策略。

1、随机替换

2、FIFO算法

3、近期最少使用（LRU）

段式虚拟存储器、页式虚拟存储器、段页式虚拟存储器方式的优缺点

1、段氏

按照程序内容将主程序分段，程序段可以是主程序、子程序或过程，也可以是数据块。

2、页式

把虚拟空间和主存空间划分为一个个固定的页，分别成为虚页和实页。页是一种逻辑上

的划分，可以由系统管理软件指定，但必须是0.5KB的整数倍，一般为4KB~6KB.

3、段页式

综合两种模式的优点，模块性和主存利用率高。把实存分为固定大小的页，之后程序先

按模块分段，再把每段分成与实存页面大小一样页。

虚拟存储器和一般主存—辅存有何区别

 

虚拟存储器和cache的区别（转载自http://blog.csdn.net/hengbao4/article/details/50128283）

相同点

1. 都是基于程序局部性原理，把程序中最近常用的部分驻留在高速存储器中
2. 一旦这部分程序不常用，把它们送回到低速存储器中
3. 这种换入、换出操作是由硬件或操作系统完成，对用户透明
4. 都力图使存储系统的性能接近高速存储器，而价格接近低速存储器。

不同点

1. cache是用硬件实现的，对操作系统透明；虚拟存储用操作系统与硬件结合的方式实现。
2. cache是一个物理存储器，而虚拟存储器是一个逻辑存储器，其物理结构建立在主存-辅存的结构基础上。
3. 在虚拟存储中未命中的性能损失要大于cache系统中未命中的损失

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　以上内容出自蔡启先等编写清华大学出版社出版的

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　《计算机组成与汇编语言》