计算机组织与糸统结构 存储器系统 Memory System (第十七讲 程旭 2000525 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
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本讲提纲 存储系统引论 存储系统:全貌 °存储工艺技术口SRAM和寄存器堆 存储工艺技术DRAM 实例口 SPARCstation20的存储系统 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
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教学目标:己经掌握的内容 一计算机的五个基本部件 处理器 输入 控制 存储器 数据通路 输出 m本讲主题存储系统 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
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存储系统的扩展图示 处理器 Memory Memory ee Memory 速度:最快 最慢 容量口最小 最大 每位成本口最高 最低 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
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局部性原理 一局部性原理: ·CPU访问存储器时。无论是取指令还是存取数据—所访问的 存储单元都趋于聚集在一个较小的连续区域中 两种不同类型的局部性: ·时间局部性( emporal Locality■如果一个信息项正在 被访问—那么在近期她很可能还会被再次访问 原因口程序循环、堆栈 空间局部性【( Spatial Locality)-在最近的将来将用到的信 息很可能与现在正在使用的信息在空间地址上是临近的 原因指令顺序执行。数组存放 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
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存储层次:工作原理 一在任何指定时间—数据只能在相邻的两级之间拷贝 较高级口与处理器较近的存储级 较小—较快、使用较昂贵的技术工艺 较低级:与处理器较远的存储级 较大—较慢、使用较廉价的技术工艺 存储块 在两级存储层次中,信息出现或者不出现的最小单位 较低级 至处理器较高级 存储器 存储器 X块 来自处理器 Y块 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
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存储层次术语 冖命中【(Hit)数据在较高层的某一块中出现〖(例如X块 命中率【〔 Hit Rate)在较高层发现存储访问的比率 ·命中时间【( Hit Timel)访问在较高层命中数据的时间 RAM访问时间+确定命中/失效的时间 失效【( Miss)■需要从较低层中的块中找回数据(Y块〗 失效率【( Miss Ratel】=1-(命中率) 失效损失〖( Miss Pena'y)替换较高层存储的一个数据块 的时间+将该块交付给处理器的时间 m命中时间<失效损失 较低级 至处理器较高级 存储器 存储器 X块 来自处理器 Y块 北京大学计算机科学技术系 异饥示结构教研室
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存储层次:如何工作? 冖时间局部性【( Temporal Local)-如果一个信息项正在被访 问,那么在近期她很可能还会被再次访问∞ 将最近被访问的信息项放在离处理器较近的地方 空间局部性( Spatial Locality)-在最近的将来将用到的信息 很可能与现在正在使用的信息在空间地址上是临近的 将包括临近存储字的数据块一起移动到较高层存储中 较低级 至处理器较高级 存储器 存储器 X块 来自处理器 Y块 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
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现代计算机中的存储层次 m通过利用程序访问的局部性 向用户提供最廉价工艺实现的存储器的存储容量 ·向用户提供最快速工艺可能实现的访问速度 处理器 二级存储 主存 (磁盘D 第二级(DRMD 器 Cache (SRAM) 速度(ns):1s 10610,000040lms 容量(ytes:100s Ks Ms 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
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存储层次技术 m随机访问 随机是好事对所有位置的访问时间是相同的 DRAM: Dynamic Random Access Memory 高密。低功耗—价廉—慢速 动态口需要定期刷新 SRAM: Static Random Access Memory 低密、高功耗昂贵快速 静态如果不掉电μ内容将永久保持 m不是太随机的访问技术 访问时间因位置的不同而不同因访问的时刻不同而不同 例如:磁盘、磁带。 CDROM 后续讲授内容将侧重于随机访问技术 主存 DRAMS Caches, SRAMs 北京大学计算机科学技术系 计算机系统结构教研室
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