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

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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

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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：
$$t3=h\times t1+(1-h)\times t2$$
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：

  1. (100*90%)×1ms+10×100ms

  2. 90×1ms+100×100ms

  3. 那么平均时间就是：
     $$\frac{90\times 1ms+10\times 100ms}{100}$$

  4. 也就是 $\frac{概率}{数值}$

• 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

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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

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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：
$$总片数=\frac{总容量}{每片的容量}$$

• 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