计算机组成原理第三章复习

高速存储器:

高速存储器的作用:

基本就是操作系统中cache的作用

CPU的运行速度远快于主存的存取速度, 这就使得CPU花费大量时间等待主存响应, 为了解决CPU与主存速度不匹配的问题, 在CPU与主存中设置一系列的高速存储器, 以加速CPU与存储器之间的数据传输

双端口存储器

有两对独立的访问端口, 可以并行的工作, 访问同一块存储区域

存在访问冲突问题:

1. 同时对同一地址单元写入数据
2. 同时对同一地址单元一边写入, 一边读取

多模块交叉存储器

这块其实书里讲的挺清楚的

单体多字:

使用一个存储体, 每个存取周期读出m个字, 逐一传送给CPU

多体并行:

使用多个存储体

1. 高位交叉编址

   用于提升存储器的容量, 不能提升速度

   属于顺序存储器

2. 低位交叉编址:

   用于提升存储器的速度与容量, 在读取时可以采用流水线模式

   属于交叉存储器

   数据分布在所有存取模块中, 与Raid 0相似, 容易出问题

相联存储器

基本原理:

类似于map的key-value 键值对

主要用途:

高速缓冲存储器Cache:

基本原理:

Cache基于程序访问的局部性原理

由SRAM构成, 速度比主存快

所有逻辑控制全部由硬件实现, 对程序员而言透明

工作原理:

1. CPU & Cache 以字为单位交换数据
2. Cache & 主存 以块为单位交换数据
3. 访问数据时存在cache命中率
4. 按照一定的置换策略与主存交换数据

cache 命中率&效率计算:

注意这个效率的计算, 定义为全部命中的访问时间与平均访问时间的比值

地址映射策略:

这部分看书更加详细

直接映射

每段内存内容固定映射到一个cache块中

冲突概率最高, 空间利用率最低

全相联映射

每个内存块能装入任意位置的Cache

优点是比较灵活, 冲突概率低, 空间利用率高, 命中率高

缺点是标记速度慢, 实现成本高 (需使用相联存储器)

组相联映射

为上头二者的折中

每组内存块可以装入相应Cache组的任意位置

优点就是结合了上头俩的优点

替换策略:

最常考察的是LRU算法

1. LRU操作系统里已经挺熟络的了

   算法消耗较高, 较为难以实现

2. LFU是为每个Cache块增加一个访问计数器, 替换掉访问次数最少的块, 导致新换入的块很快又被替换出去
   效果没有LRU算法好

3. 随机替换
   就是完全随机

写回策略:

全写法:

如命中, 将数据同时写入Cache 与 主存

写回内存较慢, 通常需要设置一个写回缓冲区以提升速度

数据安全性较高

写回法:

设置一个脏位, 当数据被修改且将要被换出Cache时写回主存

数据安全性较低

虚拟存储器

操作系统中已经很熟络了

页式存储 & 段式存储

操作系统也

快表:

放在高速存储器中, 以加快地址转换