第三章存儲系統(tǒng)[四]

1、第三章第三章 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng) 存儲器概述存儲器概述主存儲器的基本構(gòu)造和操作主存儲器的基本構(gòu)造和操作 主存儲器組織主存儲器組織 高速緩沖存儲器高速緩沖存儲器Cache Cache 高速存儲器高速存儲器半導體存儲器芯片半導體存儲器芯片虛擬存儲器虛擬存儲器v原因：主存工作速度總落后于原因：主存工作速度總落后于CPU的需求的需求,主存主存容量總是落后于軟件的需求容量總是落后于軟件的需求.v提高存儲器性能的方法：提高存儲器性能的方法： 提高主存工作速度提高主存工作速度(1)(1)提高主存讀寫速度提高主存讀寫速度: :從最早使用的從最早使用的DRAMDRAM到后來的到后來的FPM DRAMFPM DRA

2、M、EDO DRAMEDO DRAM、SDRAM SDRAM 、DDR SDRAM DDR SDRAM 和若和若RDRAMRDRAM等等;(2);(2)在在DRAMDRAM芯片中采用高速存取芯片中采用高速存取方式方式, ,如相聯(lián)存儲器、雙端口存儲器等如相聯(lián)存儲器、雙端口存儲器等;(3);(3)采采用并行主存技術(shù)用并行主存技術(shù). . 改善系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改善系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用多級存儲體系結(jié)構(gòu)采用多級存儲體系結(jié)構(gòu) 3.6 3.6 高速存儲器高速存儲器3.6.13.6.1 相聯(lián)存儲器相聯(lián)存儲器(CAMContent Access (CAMContent Access Memory)Memory)一、一、相聯(lián)相聯(lián)(

3、 (聯(lián)想聯(lián)想) )存儲器的實質(zhì)存儲器的實質(zhì)( (工作原理工作原理) )v與常規(guī)存儲器按地址訪問不同與常規(guī)存儲器按地址訪問不同,CAM,CAM是既可按是既可按地址尋址地址尋址, ,又可按內(nèi)容又可按內(nèi)容( (通常是某些字段通常是某些字段) )尋址尋址. .vCAMCAM的每個字由若干字段組成的每個字由若干字段組成, ,待檢索的某字待檢索的某字段作為段作為關(guān)鍵字關(guān)鍵字, ,用它與存儲體中所有單元進行用它與存儲體中所有單元進行比較比較, ,找出關(guān)鍵字相同的找出關(guān)鍵字相同的所有所有數(shù)據(jù)字數(shù)據(jù)字. .v用于信息檢索、用于信息檢索、CacheCache和虛擬存儲器和虛擬存儲器. .二、相聯(lián)存儲器的結(jié)構(gòu)與功能

4、二、相聯(lián)存儲器的結(jié)構(gòu)與功能 結(jié)構(gòu)框圖如下：結(jié)構(gòu)框圖如下：檢索寄存器檢索寄存器(n(n位位) )屏蔽寄存器屏蔽寄存器(n(n位位) )數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器(n(n位位) )存儲體存儲體( (包括比較包括比較電路電路)(m)(m個單個單元，每單元元，每單元n n位位) )譯譯碼碼電電路路地址地址寄存器寄存器1 12 2mm匹匹配配寄寄存存器器 圖圖3.32 3.32 相聯(lián)存儲器的結(jié)構(gòu)框圖相聯(lián)存儲器的結(jié)構(gòu)框圖用來存放待檢索內(nèi)容用來存放待檢索內(nèi)容屏蔽關(guān)鍵字段屏蔽關(guān)鍵字段以外的值以外的值,即進即進行檢索時行檢索時,將將MR中要比較的位置中要比較的位置置為置為1,不需要不需要比較的位置置為比較的位置置為0

5、.存儲體中各單元相存儲體中各單元相應(yīng)字段應(yīng)字段同時同時與關(guān)鍵字與關(guān)鍵字比較比較, ,相同者相同者, ,匹配匹配寄存器相應(yīng)位置為寄存器相應(yīng)位置為1. 1.若同時有若同時有i i個字滿足個字滿足要求要求, ,則相應(yīng)有則相應(yīng)有i i位為位為1 1譯碼電路譯碼電路找到對應(yīng)的找到對應(yīng)的存儲單元存儲單元.也具備也具備按地址按地址訪問的訪問的功能。功能。CRCRMRMRCAM在在Cache中的中的具體應(yīng)用具體應(yīng)用數(shù)據(jù)寄存器存放數(shù)據(jù)寄存器存放讀出或?qū)懭氲臄?shù)據(jù)讀出或?qū)懭氲臄?shù)據(jù). 字選擇寄存器用來字選擇寄存器用來確定哪些字參與檢索確定哪些字參與檢索.字字選選擇擇寄寄存存器器55900 0000 00111第一次檢

6、索寄存器內(nèi)容第一次檢索寄存器內(nèi)容屏蔽寄存器內(nèi)容屏蔽寄存器內(nèi)容1趙趙XX男男175822錢錢XX男男186113孫孫XX 女女175844李李XX 男男19604N丁丁XX 女女18520序號序號姓名姓名 性別性別年齡年齡分數(shù)分數(shù)圖圖3.33 相聯(lián)存儲器檢索舉例相聯(lián)存儲器檢索舉例例如例如:某高校學生入學總成績已經(jīng)存入相聯(lián)存儲器如圖某高校學生入學總成績已經(jīng)存入相聯(lián)存儲器如圖3.33,要求列要求列出出“總分總分”在在560-600分范圍內(nèi)學生名單分范圍內(nèi)學生名單.可用二次查找完成可用二次查找完成:第一次第一次找出找出“總分總分”大于大于559的考生的考生,第二次再找出第二次再找出“總分總分”小于小于

7、601的考的考生生.匹配寄匹配寄存器存器字選擇字選擇寄存器寄存器55900 0000 00111第一次檢索寄存器內(nèi)容第一次檢索寄存器內(nèi)容屏蔽寄存器內(nèi)容屏蔽寄存器內(nèi)容1趙趙XX男男175822錢錢XX男男186113孫孫XX 女女175844李李XX 男男19604N丁丁XX 女女18520序號序號姓名姓名 性別性別年齡年齡分數(shù)分數(shù)圖圖3.33 相聯(lián)存儲器檢索舉例相聯(lián)存儲器檢索舉例分別將分別將559和和601作為關(guān)鍵字段內(nèi)容置于比較寄存器中，屏蔽寄存器作為關(guān)鍵字段內(nèi)容置于比較寄存器中，屏蔽寄存器只在只在“總分總分”字段上設(shè)置字段上設(shè)置111,而在其他字段設(shè)置而在其他字段設(shè)置000，表示不，表示不

8、必比較，第一次查找結(jié)果送入匹配寄存器，為了進行第二次查找，必比較，第一次查找結(jié)果送入匹配寄存器，為了進行第二次查找，先將匹配寄存器內(nèi)容送入字選擇寄存器，并將比較寄存器中的先將匹配寄存器內(nèi)容送入字選擇寄存器，并將比較寄存器中的559更換為更換為601，然后將第二次查找結(jié)果送入匹配寄存器，匹配寄存器，然后將第二次查找結(jié)果送入匹配寄存器，匹配寄存器和字選擇寄存器內(nèi)容同時為和字選擇寄存器內(nèi)容同時為1位所對應(yīng)的考生，即為查找結(jié)果。位所對應(yīng)的考生，即為查找結(jié)果。匹配寄匹配寄存器存器字選擇字選擇寄存器寄存器 1 1 11 0 1 0 1 0 1檢索寄存器檢索寄存器(n(n位位) )屏蔽寄存器屏蔽寄存器(n(

9、n位位) )數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器(n(n位位) )存儲體存儲體( (包括比較包括比較電路電路)(m)(m個單個單元，每單元元，每單元n n位位) )譯譯碼碼電電路路地址地址寄存器寄存器1 12 2mm匹匹配配寄寄存存器器 圖圖3.32 相聯(lián)存儲器的結(jié)構(gòu)框圖相聯(lián)存儲器的結(jié)構(gòu)框圖CRCRMRMR從按地址訪問從按地址訪問的存儲器中檢的存儲器中檢索某一個單元，索某一個單元，平均約平均約W/2次次操作操作(W為存為存儲單元數(shù)儲單元數(shù))，而在相聯(lián)存儲而在相聯(lián)存儲器中僅需要進器中僅需要進行一次檢索操行一次檢索操作，故大大提作，故大大提高了處理速度。高了處理速度。3.6.2 3.6.2 雙端口存儲器雙端口存儲

10、器v端口：指讀端口：指讀/寫控制電路。寫控制電路。v常規(guī)存儲器為單端口存儲器，即每次只能接常規(guī)存儲器為單端口存儲器，即每次只能接收一個地址，訪問一個存儲單元。在高速系收一個地址，訪問一個存儲單元。在高速系統(tǒng)中，主存是信息交換的中心，統(tǒng)中，主存是信息交換的中心，CPU、外設(shè)、外設(shè)需要頻繁訪問主存，而單端口存儲器每次只需要頻繁訪問主存，而單端口存儲器每次只能接受一個訪存者，影響工作速度。能接受一個訪存者，影響工作速度。v雙端口存儲器：具有兩個彼此獨立的讀雙端口存儲器：具有兩個彼此獨立的讀/寫口，寫口，每個讀每個讀/寫口有獨立的地址寄存器和譯碼電路，寫口有獨立的地址寄存器和譯碼電路，可以并行地獨立工

11、作?？梢圆⑿械鬲毩⒐ぷ鳌５氐刂分芳募拇娲嫫髌鞯氐刂分芳募拇娲嫫髌髯g譯碼碼器器譯譯碼碼器器存存儲儲體體應(yīng)用實例：應(yīng)用實例：FPM DRAM+FPM DRAM+雙口技術(shù)用于視頻卡（雙口技術(shù)用于視頻卡（VRAMVRAM）地址地址地址地址MDRMDRMDRMDR數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)讀寫電路讀寫電路讀寫電路讀寫電路WEWEWEWEMARMARMARMAR 工作方式：兩個讀工作方式：兩個讀/寫口可以按各自接收的地址，同時寫口可以按各自接收的地址，同時并行訪問主存。與兩個獨立存儲器不同的是，兩套讀并行訪問主存。與兩個獨立存儲器不同的是，兩套讀/寫寫口的訪存空間相同，可以訪問同一區(qū)間、同一存儲單元?？诘脑L存空間相

12、同，可以訪問同一區(qū)間、同一存儲單元。在發(fā)生在發(fā)生訪存沖突時由存儲器仲裁邏輯解決。訪存沖突時由存儲器仲裁邏輯解決。圖圖3.34 雙端口存儲器示意圖雙端口存儲器示意圖v3.6.3 3.6.3 多模塊交叉多模塊交叉( (多體交叉多體交叉) )存儲器存儲器v一、并行主存系統(tǒng)一、并行主存系統(tǒng)v用用W/wW/w片字長片字長ww的芯片可以擴展成的芯片可以擴展成WW位字長的存儲位字長的存儲器，一般把這種擴展叫存儲芯片的并聯(lián)組織器，一般把這種擴展叫存儲芯片的并聯(lián)組織( (位擴位擴展展) )。各個芯片同時工作，在一個。各個芯片同時工作，在一個TmTm內(nèi)讀出一個內(nèi)讀出一個WW位的字，獲得位的字，獲得Bm=W/TmB

13、m=W/Tm的頻寬。的頻寬。v同理可進一步把同理可進一步把n n個個WW位字長的同容量存儲器并成位字長的同容量存儲器并成一個更大的存儲器以獲得一個更大的存儲器以獲得Bm=n X W/TmBm=n X W/Tm的頻寬。的頻寬。這樣組織的主存系統(tǒng)叫并行主存系統(tǒng)。這樣組織的主存系統(tǒng)叫并行主存系統(tǒng)。v作用：加快從主存讀出信息到作用：加快從主存讀出信息到CPUCPU的速度，以解決的速度，以解決主存和主存和CPUCPU之間速度不匹配的問題。之間速度不匹配的問題。v二、并行主存系統(tǒng)的兩種組成方式二、并行主存系統(tǒng)的兩種組成方式單體多字單體多字方方式與式與多體并行多體并行方式方式v多個存儲體共用一套地址寄存器和

14、控制邏輯還是各多個存儲體共用一套地址寄存器和控制邏輯還是各個模塊有各自獨立的控制部件？即各塊是否可以獨個模塊有各自獨立的控制部件？即各塊是否可以獨立工作？單體多字和多體并行即因此而有別。立工作？單體多字和多體并行即因此而有別。1 1、單體多字并行主存系統(tǒng)、單體多字并行主存系統(tǒng) 如下圖所示如下圖所示, ,多個并行工作的存儲器多個并行工作的存儲器共用一套地址寄共用一套地址寄存器存器, ,按同一地址碼并行地訪問各自的對應(yīng)單元按同一地址碼并行地訪問各自的對應(yīng)單元, ,假定送入假定送入的地址碼為的地址碼為A,A,則則n n個存儲器同時訪問各自的個存儲器同時訪問各自的A A號單元號單元. .可將可將這這n

15、 n個存儲器視作一個大的主存儲器個存儲器視作一個大的主存儲器, ,每個編址對應(yīng)于每個編址對應(yīng)于n n字字ww位位, ,故稱為單體多字方式故稱為單體多字方式, ,適用于向量運算適用于向量運算. . 即一個向量型的操作數(shù)即一個向量型的操作數(shù) 是是 n n個標量型操作數(shù)的個標量型操作數(shù)的 集合集合, ,可按同一地址分可按同一地址分 別存放于別存放于n n個并行主存?zhèn)€并行主存 中中. .地址寄存器地址寄存器地址地址M0M0M1M1.M n-1M n-1WW位位 WW位位.WW位位n nww圖圖3.35 單體多字并行主存系統(tǒng)單體多字并行主存系統(tǒng)地址譯碼器地址譯碼器2 2、多體并行主存系統(tǒng)、多體并行主存系

16、統(tǒng) (1)(1)多體交叉存儲器組成多體交叉存儲器組成: n: n個容量相同的存儲器個容量相同的存儲器( (或稱為或稱為n n個存儲個存儲體體), ),它們具有自己的地址寄存器、數(shù)據(jù)線、讀寫時序它們具有自己的地址寄存器、數(shù)據(jù)線、讀寫時序, ,形成可以同時形成可以同時工作又獨立編址且容量相同的工作又獨立編址且容量相同的n n個分存儲體個分存儲體, ,故稱為多體系統(tǒng)故稱為多體系統(tǒng). .總總 線線 控控 制制CPUCPU地址寄存器地址寄存器地址寄存器地址寄存器地址寄存器地址寄存器地址寄存器地址寄存器存存 控控 部部 件件04M0152637M1M2M3數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)存控部件：接存控部件：接收系統(tǒng)中各部收系統(tǒng)

17、中各部件或設(shè)備的訪件或設(shè)備的訪存請求，按預存請求，按預定的優(yōu)先順序定的優(yōu)先順序進行排隊，響進行排隊，響應(yīng)其訪存請求；應(yīng)其訪存請求；分時接收各請分時接收各請求源發(fā)來的訪求源發(fā)來的訪存地址，轉(zhuǎn)送存地址，轉(zhuǎn)送至相應(yīng)存儲體至相應(yīng)存儲體等等。等等。(2)多體交叉編址多體交叉編址 分為高位交叉分為高位交叉(順序方式順序方式)和低位交叉編址和低位交叉編址(交叉方式交叉方式)。 高位交叉編址高位交叉編址:程序按體內(nèi)地址連續(xù)存放程序按體內(nèi)地址連續(xù)存放,一個存儲體一個存儲體存滿后再存入下一個存儲體存滿后再存入下一個存儲體,存儲器地址寄存器的高位表存儲器地址寄存器的高位表示體號示體號,低位表示體內(nèi)地址低位表示體內(nèi)地

18、址.MDR M0地址譯碼地址譯碼 MARMDR M1地址譯碼地址譯碼 MARMDR Mn-1地址譯碼地址譯碼 MAR體號體號體內(nèi)地址體內(nèi)地址圖圖3.36(a) 高位交叉高位交叉編址的多體存儲器編址的多體存儲器0000000000MM0 0MM1 1MM2 2MM3 34 3 2 1 04 3 2 1 00000001001000001001000000110110000100100000010110100001101100000111111010100000001010010010101010010010101101101011001000101101101010111011001011111

19、111010000000101000100110100100101010011011101010010010101011011010110110101011111111 1100000011 1100100111 1101001011 1101101111 1110010011 1110110111 1111011011 11111111模塊模塊(分體分體)號號塊內(nèi)字地址塊內(nèi)字地址數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器MDRMDR（1616位）位）DB(16DB(16位位) )圖圖3.36(b)3.36(b)高位高位交叉交叉編址編址的多的多體存體存儲器儲器(例例)1616位位1616位位1616位位1616位位

20、高位交叉高位交叉即模塊地址即模塊地址在高位在高位v低位交叉編址低位交叉編址:同一存儲體中的地址是不連續(xù)的同一存儲體中的地址是不連續(xù)的,程程序連續(xù)存放在相鄰體中序連續(xù)存放在相鄰體中.存儲器地址寄存器的低位部存儲器地址寄存器的低位部分選擇不同的存儲體分選擇不同的存儲體,而高位部分則指向存儲體內(nèi)的而高位部分則指向存儲體內(nèi)的存儲字存儲字.MDR M0地址譯碼地址譯碼 MARMDR M1地址譯碼地址譯碼 MARMDR Mn-1地址譯碼地址譯碼 MAR體號體號體內(nèi)地址體內(nèi)地址圖圖3.37(a) 3.37(a) 低位交叉編址的多體存儲器低位交叉編址的多體存儲器0000000000數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線DBDB（1

21、616位）位）4 3 2 1 04 3 2 1 00000000101000000101000000011 1100100100000010010101001001101000100111 11010010000001001001010100101010010110101101101100000110110101011011101001101111 11100100000010010001011001001 10 01001001 11 110110100001011010101101101101010110111 111101100000110110010111011010101101101

22、1 1111111100001111110101111111101011111111 11模塊模塊(分體分體)號號塊內(nèi)字地址塊內(nèi)字地址譯碼器譯碼器尋找模塊尋找模塊圖圖3.37(b)3.37(b)低低位位交交叉叉編編址址的的多多體體存存儲儲器器(例例)MDRMDR0 0MDRMDR3 3MDRMDR2 2MDRMDR1 1MARMAR0 0MARMAR3 3MARMAR2 2MARMAR1 11616位位1616位位1616位位1616位位v高位交叉編址特點高位交叉編址特點:地址高位選擇模塊地址高位選擇模塊,地址低位選擇字地址低位選擇字;某模塊進行存取時某模塊進行存取時,其其它模塊不工作它模塊不

23、工作;某模塊出現(xiàn)故障時某模塊出現(xiàn)故障時,不影不影響其它模塊響其它模塊;擴容方便擴容方便;各模塊串行工作各模塊串行工作,存儲器帶寬受限存儲器帶寬受限.v低位交叉編址特點低位交叉編址特點: :地址低位選擇模塊地址低位選擇模塊,地址高位選擇字地址高位選擇字;連續(xù)地址分布在不同模連續(xù)地址分布在不同模塊中塊中,模塊可同時并行工作模塊可同時并行工作,提高了帶寬提高了帶寬;但一個模塊出錯但一個模塊出錯,則程序出錯則程序出錯.例例: :一個四體并行交叉存儲器，每個模塊的容量一個四體并行交叉存儲器，每個模塊的容量是是16K16K3232位，存取周期為位，存取周期為200ns200ns，在下述說，在下述說法中法中

24、( )( )是正確的。是正確的。v在在200ns200ns內(nèi)，該存儲器能向內(nèi)，該存儲器能向CPUCPU提供提供256256位二位二進制信息進制信息vB. B. 在在200ns200ns內(nèi)，該存儲器能向內(nèi)，該存儲器能向CPUCPU提供提供128128位位二進制信息二進制信息C. C. 在在50ns50ns內(nèi)，每個存儲模塊能向內(nèi)，每個存儲模塊能向CPUCPU提供提供3232位位二進制信息二進制信息D. D. 在在50ns50ns內(nèi)，該存儲器能向內(nèi)，該存儲器能向CPUCPU提供提供128128位二位二進制信息進制信息v(3)(3)多體交叉存儲體分時工作原理多體交叉存儲體分時工作原理v無論多體存儲器中

25、有幾個分體無論多體存儲器中有幾個分體,CPU,CPU與主存之間與主存之間數(shù)據(jù)通路仍是一個數(shù)據(jù)通路仍是一個WW位位.n.n個個WW位如何在一個存位如何在一個存儲周期儲周期TmTm中讀出中讀出? ? v分時啟動多個分體分時啟動多個分體, ,使得每個使得每個TmTm周期內(nèi)得到多周期內(nèi)得到多個單體字寬的數(shù)據(jù)個單體字寬的數(shù)據(jù). .v設(shè)主存有設(shè)主存有n n個分體個分體( (模塊模塊), ),各自的存取周期都是各自的存取周期都是TmTm；v則第一個分體啟動后則第一個分體啟動后, ,每隔每隔1/n1/n個個TmTm再啟動下一再啟動下一個分體個分體. .例例: :設(shè)有設(shè)有4 4體交叉的存儲器體交叉的存儲器, ,

26、分時即每隔分時即每隔1/4Tm1/4Tm啟啟動一個分體動一個分體. .要點要點: :存儲器讀出雖用一個存儲器讀出雖用一個Tm,Tm,一旦一旦讀出后在主存讀出后在主存CPUCPU的總線上傳遞的速度以的總線上傳遞的速度以及處理的速度要比讀內(nèi)存快得多及處理的速度要比讀內(nèi)存快得多. .M3M3M2M2M1M1M0M0 1/4 2/4 3/4 1 2 t(Tm) 1/4 2/4 3/4 1 2 t(Tm) 圖圖3.38 3.38 模模4 4交叉存取分時工作示意圖交叉存取分時工作示意圖單體訪存周期單體訪存周期單體訪存周期單體訪存周期T T 時間時間字字 模塊模塊WW0 0 M M0 0WW1 1 M M1

27、 1WW2 2 M M2 2WW3 3 M M3 3WW0 0 M M0 0圖圖3.29 3.29 流水方式存取示意圖流水方式存取示意圖 設(shè)每個體的存儲字長和數(shù)據(jù)總線的寬度一設(shè)每個體的存儲字長和數(shù)據(jù)總線的寬度一致致, , 低位交叉編址的存儲器模塊數(shù)為低位交叉編址的存儲器模塊數(shù)為n,n,存取周存取周期為期為T,T,總線傳輸周期為總線傳輸周期為 ,當采用流水線方式時當采用流水線方式時,應(yīng)滿足應(yīng)滿足T= n . n=T/ 稱為交叉存取度稱為交叉存取度,要求模塊數(shù)要求模塊數(shù)=n,以以保證啟動某模塊后經(jīng)保證啟動某模塊后經(jīng)n 時間再啟動該模塊時時間再啟動該模塊時,它的上一次存取操作已經(jīng)完成它的上一次存取操

28、作已經(jīng)完成.T T 時間時間字字 模塊模塊WW0 0 M M0 0WW1 1 M M1 1WW2 2 M M2 2WW3 3 M M3 3WW0 0 M M0 0圖圖3.29 3.29 流水方式存取示意圖流水方式存取示意圖對于低位交叉存儲器對于低位交叉存儲器, ,連續(xù)讀連續(xù)讀取取n n個字所需時間個字所需時間t1 t1為為: :t1=T+(n-1)t1=T+(n-1) 對于高位交叉存儲器對于高位交叉存儲器,連續(xù)讀連續(xù)讀取取n個字所需時間個字所需時間t2為為:t2=nTt2=nT 例例: :設(shè)存儲器容量為設(shè)存儲器容量為3232字字, ,字長字長6464位位, ,模塊數(shù)模塊數(shù)m=4,m=4,分別分

29、別用順序方式和交叉方式進行組織用順序方式和交叉方式進行組織. .存儲周期存儲周期T=200ns,T=200ns,數(shù)據(jù)總線寬度為數(shù)據(jù)總線寬度為6464位位, ,總線傳送周期總線傳送周期 =50ns.=50ns.問順序問順序存儲器和交叉存儲器的帶寬各是多少存儲器和交叉存儲器的帶寬各是多少? ?解解: :二者讀出二者讀出4 4個字的信息量均為個字的信息量均為64 64 4=256 4=256位；位；v所需時間不同所需時間不同, ,分別為分別為: :vT1=T+(m-1)T1=T+(m-1) =350ns=350nsvT2=mT =800nsT2=mT =800nsv帶寬分別為：帶寬分別為：vW1=2

30、56/350=73 W1=256/350=73 10 107 7位位/s /svW2=256/800=32 W2=256/800=32 10 107 7位位/s /s 例例: :某機器采用某機器采用4 4體交叉存儲器體交叉存儲器, ,今執(zhí)行一今執(zhí)行一小段循環(huán)程序小段循環(huán)程序, ,此程序放在存儲器的連續(xù)此程序放在存儲器的連續(xù)地址單元中地址單元中. .假設(shè)每假設(shè)每, ,條指令的執(zhí)行時間條指令的執(zhí)行時間相等相等, ,而且不需要到存儲器存取數(shù)據(jù)而且不需要到存儲器存取數(shù)據(jù), ,請請問在下面兩種情況中問在下面兩種情況中( (執(zhí)行的指令數(shù)相執(zhí)行的指令數(shù)相等等), ),程序的運行時間是否相等程序的運行時間是否

31、相等? ?(1)(1)循環(huán)程序由循環(huán)程序由6 6條指令組成條指令組成, ,重復執(zhí)行重復執(zhí)行8080次次. .(2)(2)循環(huán)程序由循環(huán)程序由8 8條指令組成條指令組成, ,重復執(zhí)行重復執(zhí)行6060次次. .指令指令1 1指令指令5 5指令指令2 2指令指令6 6指令指令3 3指令指令4 4指令指令7 7指令指令8 8MM0 0MM3 3MM2 2MM1 1(1)T1=(T+7 (1)T1=(T+7 ) + 8 ) + 8 79=T+639 79=T+639 (2)(2)T2=T2=(T+7 (T+7 ) + 8 ) + 8 59=T+479 59=T+479 T1-T1-T2T2=160=16

32、0 T1T1T2T2解解:(1)6(1)6條指令條指令, ,重復重復8080次次(2)8(2)8條指令重復條指令重復6060次次例例: :設(shè)某計算機采用直接映像設(shè)某計算機采用直接映像Cache,Cache,已知主存容量為已知主存容量為4MB,Cache4MB,Cache容量為容量為4096B,4096B,字塊長度為字塊長度為8 8個字個字(32(32位位/ /字字). ). (1) (1)畫出反映主存與畫出反映主存與CacheCache映像關(guān)系的主存地址各字映像關(guān)系的主存地址各字段分配框圖段分配框圖, ,并說明各字段的名稱及位數(shù)并說明各字段的名稱及位數(shù); ; (2) (2)設(shè)設(shè)cachecac

33、he初始狀態(tài)為空初始狀態(tài)為空, ,若若CPUCPU依次從主存第依次從主存第0,1,990,1,99號單元讀出號單元讀出100100個字個字 ( (主存一次讀出一個字主存一次讀出一個字), ),并重復按此次序讀并重復按此次序讀1010次次, ,問命中率為多少？問命中率為多少？ (3)(3)若若CacheCache的存取時間為的存取時間為50ns,50ns,主存的存取時間為主存的存取時間為500ns,500ns,根據(jù)根據(jù)(2)(2)求出的命中率求出的命中率, ,計算平均存取時間計算平均存取時間; ; (4) (4)計算計算Cache-Cache-主存系統(tǒng)的效率主存系統(tǒng)的效率. .解解:(1):(1

34、)回顧回顧計算機系統(tǒng)既可按照字節(jié)尋址計算機系統(tǒng)既可按照字節(jié)尋址, ,也可按也可按照字尋址照字尋址. .若某機主存容量為若某機主存容量為16K16K3232位位, ,如果采用如果采用字編址字編址, ,地址碼地址碼1414位位, ,如果采用字節(jié)編址如果采用字節(jié)編址, ,則地址碼則地址碼為為1616位。見下圖。位。見下圖。 字地址字地址字節(jié)地址字節(jié)地址0123456789ABFFFCHFFFDHFFFEH FFFFH0000 0000 0000 00000000 0000 0000 01000000 0000 0000 10001111 1111 1111 1100.字地址字地址03100 0000

35、 0000 000000 0000 0000 000100 0000 0000 001011 1111 1111 1111按字節(jié)編址與按字編址的區(qū)別按字節(jié)編址與按字編址的區(qū)別解解: :本題目中本題目中, ,主存容量為主存容量為4MB,Cache4MB,Cache容量為容量為4KB,4KB,字字長為長為3232位位(4B),(4B),字塊大小為字塊大小為8 8個字個字(32B),(32B),則地址分配則地址分配見下圖所示見下圖所示. .主存主存字地址字地址字節(jié)地址字節(jié)地址012345689AB3FFFFC3FFFFD3FFFFE 3FFFFF00 0000 0000 0000 0000 0000

36、00 0000 0000 0000 0000 010000 0000 0000 0000 0000 100011 1111 1111 1111 1111 1100.7主存容量主存容量4MB,4MB,其地址其地址2222位位, ,字塊字塊8 8個字個字, ,共共32B,32B,故塊內(nèi)地址故塊內(nèi)地址5 5位位. .主存分主存分4MB/4KB=24MB/4KB=21010組組, ,故組數(shù)故組數(shù)1010位位.Cache.Cache分分4KB/(24KB/(23 32 22 2)B=2)B=27 7塊塊, ,故組內(nèi)塊數(shù)故組內(nèi)塊數(shù)7 7位位. .組數(shù)組數(shù)(10(10位位) )組內(nèi)塊數(shù)組內(nèi)塊數(shù)(7(7位位)

37、 )塊內(nèi)地址塊內(nèi)地址(5(5位位) )(2)(2)由于由于CacheCache初始為空初始為空, ,且塊長為且塊長為8,8,故故CPUCPU第第一次讀出一次讀出100100個字時個字時, ,共有共有1313次未命中次未命中( (即讀即讀第第0 0、8 8、1616、9696號單元時未命中號單元時未命中), ),以后以后9 9次重復讀這次重復讀這100100個字時個字時, ,均命中均命中, ,故命中率為故命中率為: : (100 (10010-13)/1000 10-13)/1000 100% =98.7%100% =98.7%(3)(3)平均訪問時間平均訪問時間=0.987=0.98750ns+(1-0.987) 50ns+(1-0.987) 500ns=55.85ns500ns=55.85ns(4)Cache-(4)Cache-主存系統(tǒng)的效率為主存系統(tǒng)的效率為: : (50ns/55.85ns) (50ns/55.85ns) 100%=89.5%100%=89.5%例例:( :(大綱中示例題：二、綜合應(yīng)用題大綱中示例題：二、綜合應(yīng)用題43)43)某某計算機的主存地址位數(shù)為計算機的主存地址位數(shù)為3232位位, ,按字節(jié)編