计算机体系结构与存储系统

计算机体系结构的分类

按处理机的数量

微观上按并行程度分类

CISC和RISC 简单/复杂指令集

 

流水线技术

流水线周期

各子任务中执行时间最长的子任务的执行时间

1.取指令 1ns

2.分析指令 2ns

3.CPU执行指令 3ns

执行100条指令串行需要600ns，1+2+3 +(100-1) ×3 =303nm

三个步骤采用流水线形式，大大增加处理效率

T=执行一条指令所需时间+（n-1）×流水线周期

吞吐率

是指单位时间里流水线处理机流出的结果数。

 

存储系统

存储系统的分类

随机访问存储器SRAM /DRAM 静态、动态

高速缓存

Cache。容量小、速度快，比主存快5~10倍

作用是调和CPU和内存存取速度之间的差异

过程：CPU调取数据首先去cache中找，找不到再由cache按替换算法把主存中的一块信息调入cache中

原理：程序的局部性原理，cache储存的是主存中一个完整体的局部区域的复本

替换算法有：随机替换算法、先进先出~、近期最少使用、优化替换

CPU工作时给出的是主存的地址，要从cache存储器中读取信息，就需要将主存地址装换成cache存储器的地址，这种地址的转换叫做地址映像。

地址映像

①直接映象：

主存的块与cache块的对应关系时固定的，主存中的块只能存放在cache存储器的相同块号中

优点：地址变换简单、访问速度块

缺点：块冲突率高，cache空间得不到充分利用

主存地址：主存区号+区内块号+块内地址

 

②全相联映象

主存与cache存储器均分城容量相同的块。允许主存的任一块可以调入cache存储器的任何一个块的空间中。

优点：灵活，冲突率低，只有cache中的块全满后才会出现冲突

缺点：无法从主存块号中直接获得所对应cache的块号，变换比较复杂，地址变换速度慢，成本高

主存地址：

主存块号+块内地址

 

③组相联映象：

结合了前两种方式。将cache中的块再分组，组采用直接映象方式而块采用全相联映象方式。

主存地址位数=区号+组号+主存块号+块内地址

cache地址位数=组号+主存块号+块内地址

cache性能分析：

ta=Hctc+(1-Hc)tm

命中率，存取时间，访问时间，等效加权平均访问时间

 

编址的相关计算

101010 的 1和0是1bit，1位

内存是按字节编址的，1byte=8位

一个8字节的内存地址占几位？3位

主存容量为1MB，高速缓存容量为16KB（采用直接映象），块的大小为512B

主存地址占多少位？20位

主存区号：1MB/16K= 2^6

区内块号：16KB/512B = 2^5

块内地址：512行，512个地址，2^9