计算机体系结构——CH3存储系统
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计算机体系结构——CH3存储系统
存储系统原理
主要性能
- 速度
- 容量
- 价格
两种存储系统
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Cache与主存储器
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虚拟存储系统
- 主存储器
- 硬盘
存储系统的速度
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命中率
- 在M1存储器中访问到的概率
- H=N1 / (N1+N2)
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访问周期
- T= HT1 + (1-H) T2
- H趋向1, T趋向T1
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访问效率
- 访问效率与命中率和两级存储器的速度之比有关
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预存储技术
- 提高命中率
- H‘ = (H + n - 1)/ n
- n为数据块大小与数据重复利用率的乘积
存储系统的层次结构
- 寄存器堆
- cache
- 主存储器
- 硬盘
并行存储器
- 增加字长
- 直接进行地址选择
- 访问冲突大
交叉访问存储器
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高位交叉
- 扩展存储器容量
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低位交叉
- 提高存储器访问速度
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并行存储器的加速比
虚拟存储器
原理
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将主存储器和磁盘,虚拟存储器都划分为固定大小的页
- 主存储器为实业
- 虚拟存储器为虚页面
三种虚拟存储器
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页式虚拟存储器
- 使用页表
- 固定式页表,使用页表进行地址变换
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段式虚拟存储器
- 每段从0开始编码
- 动态改变段的长度
- 段过大,利用率低
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段页式虚拟存储器
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用户按段编写程序
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每段分为几个固定大小的页
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先使用段表跳转,再使用页表定位
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地址
- 用户号
- 段号
- 虚页号
- 页内地址
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可能会有多级页表
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目录表
- 用一个小容量高速存储器存放页表
- 查表速度快
- 可扩展性差,主存大时效率变低
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快慢表
- 两级存储系统
- 先查块表
- 查不到,则查慢表
页面替换算法
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含义
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也就是替换页面
- 有时也是Cache或者目录表
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当页面失效时
- 要从磁盘调入一页到主存
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如果主存页面均被占用
- 必须淘汰一个不常使用的页面,以腾出空间
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好坏的评价标准
- 命中率高
- 算法容易实现
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随机算法
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先进先出算法(FIFO)
- 实际可能采用
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近期最少使用算法(LFU)
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最久没有使用算法(LRU)
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实际可能采用
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堆栈型替换算法
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在分配给程序的主存页面数增加时,主存命中率也提高,至少不下降
- FIFO不是
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-
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最优替换算法(OPT)
- 理想算法,作为评价其它算法的好坏
命中率H的影响因素
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页面大小
- 当页面大小为某个值时,命中率最大
- Sp(页面大小)增大,两次访问在同一页面的可能性增大,命中率增加
- Sp继续增大(影响因素更强),主存页面数更小,页面替换更加频繁且耗时间,命中率减小
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主存容量
- 命中率随着分配给该程序的主存容量S增加而单调上升
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页面调度方式
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请求式
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预取式
- 在程序重新开始运行之前,将上次停止运行前一段时间用到的页面调入主存,再运行程序
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高速缓存存储器(Cache)
特点
- 提高速度
- 全部硬件
- 不命中时等待主存储器
地址映像方式
Cache替换算法
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用于组相联,段相联的映像方式中
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轮换法
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设置01计时器
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类似于FIFO
- 最早装入的块,进行替换
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不考虑命中情况
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最久没有使用算法(LRU)
- 实现LRU
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堆栈法
加速比
命中率
-
随它的容量增加而增加
- H = 1 - (1 / 根号S)
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青阳心:
人是一支会思考的芦苇,但这支芦苇注定摇天动地。