计算机系统结构 (第9讲) 主讲人：郑纬民教授 清华大学计算机系
计算机系统结构 （第9讲） 主讲人： 郑纬民 教授 清华大学计算机系
计算机系统结构 第一章基本概念 第六章 向量处理机 第二章指令系统 第七章互连网络 第三章存储系统 第八章并行处理机和 第四章输入输出系统 多处理机 第五章标量处理机
计算机系统结构 第一章 基本概念 第二章 指令系统 第三章 存储系统 第四章 输入输出系统 第五章 标量处理机 第六章 向量处理机 第七章 互连网络 第八章 并行处理机和 多处理机
第三章存储系统 现代计算机系统都以存储器为中心 在计算机运行过程中，存储器是各种 信息存储和交换的中心 3.1存储系统原理 3.2虚拟存储器 3.3高速缓冲存储器 (Cache) 3.4三级存储系统
第三章 存储系统 现代计算机系统都以存储器为中心 在计算机运行过程中，存储器是各种 信息存储和交换的中心 3.1 存储系统原理 3.2 虚拟存储器 3.3 高速缓冲存储器 (Cache) 3.4 三级存储系统
3.1存储系统原理 什么是存储系统（存储体系、存储器层次） 为什么研究存储系统？ 存储系统的性能指标如何表示？ 如何构成存储系统？ 3.1.1存储系统的定义 3.1.2存储器的层次结构 3.1.3存储器的频带平衡
3.1 存储系统原理 什么是存储系统(存储体系、存储器层次) 为什么研究存储系统？ 存储系统的性能指标如何表示？ 如何构成存储系统？ 3.1.1 存储系统的定义 3.1.2 存储器的层次结构 3.1.3 存储器的频带平衡
3.1.1存储系统的定义 在一台计算机中，通常有多种存储器 种类：主存储器、Cache、通用寄存器、 先行缓冲存储器、磁盘存储器、磁带 存储器、光盘存储器等 材料工艺：ECL、TTL、MOS、磁表 面、激光，SRAM,DRAM 访问方式：直接译码、先进先出、随 机访问、相联访问、块传送、文件组
3.1.1 存储系统的定义 在一台计算机中，通常有多种存储器 种类：主存储器、Cache、通用寄存器、 先行缓冲存储器、磁盘存储器、磁带 存储器、光盘存储器等 材料工艺：ECL、TTL、MOS、磁表 面、激光，SRAM，DRAM 访问方式：直接译码、先进先出、随 机访问、相联访问、块传送、文件组
存储器的主要性能：速度、容量、价格 速度用存储器的访问周期、读出时间、 频带宽度等表示 容量用字节B、千字节KB、兆字节MB 和千兆字节GB等单位表示 价格用单位容量的价格表示，如$bt 存储系统的关键是如何组织好速度、容 量和价格均不相同的存储器，使这个 存储器的速度接近速度最快的那个存 储器，存储容量与容量最大的那个存 储器相等，单位容量的价格接近最便 宜的那个存储器
存储器的主要性能：速度、容量、价格 速度用存储器的访问周期、读出时间、 频带宽度等表示 容量用字节B、千字节KB、兆字节MB 和千兆字节GB等单位表示 价格用单位容量的价格表示，如$/bit 存储系统的关键是如何组织好速度、容 量和价格均不相同的存储器，使这个 存储器的速度接近速度最快的那个存 储器，存储容量与容量最大的那个存 储器相等，单位容量的价格接近最便 宜的那个存储器
1、存储系统（存储体系、存储层次）的定义 两个或两个以上速度、容量和价格各不 相同的存储器用硬件、软件、或软件与 硬件相结合的方法连接起来成为一个存 储系统。这个系统对应用程序员透明， 并且，从应用程序员看，它是一个存储 器，这个存储器的速度接近速度最快的 那个存储器，存储容量与容量最大的那 个存储器相等，单位容量的价格接近最 便宜的那个存储器
1、存储系统(存储体系、存储层次)的定义 两个或两个以上速度、容量和价格各不 相同的存储器用硬件、软件、或软件与 硬件相结合的方法连接起来成为一个存 储系统。这个系统对应用程序员透明， 并且，从应用程序员看，它是一个存储 器，这个存储器的速度接近速度最快的 那个存储器，存储容量与容量最大的那 个存储器相等，单位容量的价格接近最 便宜的那个存储器
从外部看： M (T S2,C2 T≈min(TvTz,Tn),用存储周期表示 S=max(SvS2,,S),用MB或GB表示 C≈min(C,Cy,C),用每位的价格表示
M1 (T1 , S1 , C1 ) 从外部看： M2 (T2 , S2 , C2 ) Mn (Tn , Sn , Cn ) T≈min(T1 , T2 , …, Tn ), 用存储周期表示 S = max(S1 , S2 , …, Sn ), 用MB或GB表示 C≈min(C1 , C2 , …, Cn ), 用每位的价格表示
在一般计算机系统中主要有两种存储系统： Cache存储系统：由Cache和主存储器构 成主要目的：提高存储器速度 虚拟存储系统：由主存储器和磁盘存储 器构成 主要日的：扩大存储器容量 Cache?存储系统 Cache 从系统程序员的角度看， 速度接近Cachel的速度 存储容量是主存的容量 主存储器 每位价格接近主存储器
在一般计算机系统中主要有两种存储系统： Cache存储系统：由Cache和主存储器构 成 主要目的：提高存储器速度 虚拟存储系统：由主存储器和磁盘存储 器构成 主要目的：扩大存储器容量 Cache Cache存储系统 主存储器 从系统程序员的角度看， 速度接近Cache的速度 存储容量是主存的容量 每位价格接近主存储器
虚拟存储系统 主存储器 从应用程序员的角度看 速度接近主存储器的速度 存储容量是虚拟地址空间 磁盘存储器 每位价格接近磁盘存储器 2、存储系统的容量 要求： 存储系统的容量等于M2存储器的容量 提供尽可能大、能随机访问的地址空间
2、存储系统的容量 要求： 存储系统的容量等于M2存储器的容量 提供尽可能大、能随机访问的地址空间 主存储器 虚拟存储系统 磁盘存储器 从应用程序员的角度看， 速度接近主存储器的速度 存储容量是虚拟地址空间 每位价格接近磁盘存储器