計(jì)算機(jī)組織結(jié)構(gòu)期中復(fù)習(xí)

計(jì)算機(jī)組織結(jié)構(gòu)

IIntroduction總述

結(jié)構(gòu)architecture

對(duì)程序員可見(jiàn)(程序員必須清楚)

包括：指令集、各種數(shù)據(jù)類(lèi)型的大小

組織organization(內(nèi)部實(shí)現(xiàn))

對(duì)程序員透明(程序員沒(méi)有必要清楚)

包括：控制信號(hào)、存儲(chǔ)技術(shù)

計(jì)算機(jī)發(fā)展史：

第一代電子管/真空管ENIAC十進(jìn)制

IAS二進(jìn)制存儲(chǔ)程序思想

亦叫做馮諾依曼模型

分為?CentralArithmetical(CA)運(yùn)算器

?CentralControl(CC)控制器

?Memory(M)存儲(chǔ)器

?Input(I)/Output(0)輸入輸出

四部分加

CentralProcessingUnit(CPU)

第二代晶體管

第三代到N代集成電路

摩爾定律(Moore'slaw):

在一個(gè)芯片上所放的晶體管數(shù)目每年翻倍(69年前)/18個(gè)月翻倍(69年后)

說(shuō)明計(jì)算機(jī)邏輯內(nèi)存單元制作更加便宜/會(huì)變得更小/提高了運(yùn)算速度/降低了電源和散

熱要求/集成電路的可靠性更高

計(jì)算機(jī)性能：

CPU:速度Memory:容量/速度I/O:容量/速度

主要目的是提高CPU速度

CPU的性能：

時(shí)鐘：時(shí)鐘率(Hz):每秒能處理的基本指令

時(shí)鐘周期⑸:1/時(shí)鐘率

Clocktick?

指令處理每秒鐘執(zhí)行的百萬(wàn)指令數(shù)(MIPS)每秒百萬(wàn)個(gè)浮點(diǎn)操作指令數(shù)

(MFLOPS)

例題：

1.在逛商店時(shí)，你聽(tīng)到一位顧客問(wèn)店主，他在商店里能買(mǎi)到的最快的計(jì)算機(jī)是什么。店主

回答說(shuō)"你正在看的是Macintosh,最快的Mac機(jī)以1.2GHz時(shí)鐘速率運(yùn)行，如果你想要

最快的機(jī)器，你應(yīng)該購(gòu)買(mǎi)我們的2.4GHz的IntelPentium4計(jì)算機(jī)店主的說(shuō)法對(duì)嗎？

為什么？

解：不能依靠時(shí)鐘頻率來(lái)衡量一臺(tái)計(jì)算機(jī)的性能，更科學(xué)的衡量標(biāo)準(zhǔn)是每秒所執(zhí)行的浮點(diǎn)

數(shù)計(jì)算有多少百萬(wàn)次。

相同的功能在不同的指令集中需要的指令數(shù)量是不同的，同一條指令在不同計(jì)算機(jī)

上需要的時(shí)鐘周期是不同的。而且，即便在指令相同的情況下，如果采用并行或者流水線(xiàn)等

技術(shù)，也可以加速程序的執(zhí)行

2.ENIAC是一個(gè)十進(jìn)制機(jī)器,用10個(gè)真空管來(lái)代表一個(gè)寄存器。任何時(shí)刻只有一個(gè)真空

管處于ON狀態(tài)，表示10個(gè)數(shù)字中的一個(gè)。假定，ENIAC有能力使多個(gè)真空管同時(shí)處于

ON和OFF態(tài)，這種表示方法是否合理？為什么？

不合理，當(dāng)ENIAC有能力使得多個(gè)真空管同時(shí)處于ON或者OFF狀態(tài)，應(yīng)該采用

二進(jìn)制，可以減少所需要的真空管數(shù)量，而且如果10個(gè)真空管中出現(xiàn)了多個(gè)處于ON狀態(tài),

則會(huì)無(wú)法判斷是哪個(gè)數(shù)字。

3.IBM360Model75的指令周期的時(shí)間是360Model30的5倍，而相對(duì)性能確提高為

原來(lái)的50倍。為什么會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象？

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能衡量的常用標(biāo)準(zhǔn)是每秒進(jìn)行多少百萬(wàn)次的浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，雖然IBM

360Model75的指令周期是360Model30的5倍，但它可能采用不同的指令集使得完成

相同功能的指令數(shù)目減少，或者采用了流水線(xiàn)、并行等技術(shù)，使得計(jì)算機(jī)的性能得到了提高。

4.時(shí)鐘以固定頻率f（或等價(jià)地說(shuō)，以固定周期時(shí)間t）來(lái)驅(qū)動(dòng)處理器，這里t=l/f。程序

的規(guī)模能用程序所包含的機(jī)器指令數(shù)，或者指令計(jì)數(shù)IC來(lái)衡量。不同的指令會(huì)要求不同的

時(shí)鐘周期數(shù)來(lái)執(zhí)行。一個(gè)重要參數(shù)是程序的平均每條指令周期數(shù)（averagecyclesper

instruction,CPI\執(zhí)行一個(gè)給定程序所需的處理器時(shí)間能表示成：T=ICxCPIxt

在指令執(zhí)行期間處理器只是做了部分工作，一部分時(shí)間是花費(fèi)在處理器與存儲(chǔ)器之間的字傳

送上。在后一種情況下，傳送時(shí)間取決于存儲(chǔ)器周期時(shí)間，而它會(huì)比處理器周期大很多。我

們能將上面等式改寫(xiě)成：

T=ICx[p+（mxk）]xt

這里，p是用于譯碼和執(zhí)行指令所需的處理器周期數(shù)，m是所需的存儲(chǔ)器訪(fǎng)問(wèn)次數(shù)，k是

存儲(chǔ)器周期時(shí)間和處理器周期時(shí)間之比。

上面等式中5個(gè)性能因子（IC,p,m,k,t）受到4個(gè)系統(tǒng)屬性影響：（1）指令集設(shè)計(jì)（亦稱(chēng)指令集

體系結(jié)構(gòu)）；（2）編譯技術(shù)（在由高級(jí)語(yǔ)言程序產(chǎn)生機(jī)器語(yǔ)言程序時(shí)編譯器如何有效）；（3）處

理器實(shí)現(xiàn)；（4）Cache和存儲(chǔ)器的層次。請(qǐng)用表格形式說(shuō)明這4個(gè)系統(tǒng)屬性對(duì)這5個(gè)性能

因子的影響。

指令集規(guī)模小編譯技術(shù)好處理器快存儲(chǔ)層次多

IC變多變少無(wú)影響無(wú)影響

P變多變少無(wú)影響無(wú)影響

M變多變少無(wú)影響變多

K無(wú)影響無(wú)影響變大變小

T無(wú)影響無(wú)影響變小無(wú)影響

5.處理器性能的一個(gè)普通度量是指令執(zhí)行的速率，表示為每秒百萬(wàn)條指令(MIPS1請(qǐng)用

時(shí)鐘速率和CPI來(lái)表示MIPS速率。

解：設(shè)時(shí)鐘頻率為f,平均每條指令周期數(shù)為CPI.所以平均每條指令所需要的時(shí)間為CPI/f

l/(CPI/f)*10A6=f/CPI*10A-6即每秒指令的百萬(wàn)條指令數(shù)

6.一個(gè)測(cè)試程序在一個(gè)40MHz的處理器上運(yùn)行，其目標(biāo)代碼有100000條指令，由如下

各

類(lèi)指令及其時(shí)鐘周期計(jì)數(shù)混合組成：

指令類(lèi)型指令計(jì)數(shù)時(shí)鐘周期計(jì)數(shù)

整數(shù)算術(shù)450001

數(shù)據(jù)傳送320002

浮點(diǎn)數(shù)150002

控制傳送80002

請(qǐng)確定這個(gè)程序的有效CPI、MIPS速率和執(zhí)行時(shí)間。

CPI=(45000+32000*2+15000*2+8000*2)/(45000+32000+15000+8000)

MIPS=f/CPI*10A-6

T=100000/MIPS

IIATop-LevelViewofComputerFunctionand

Interconnection總觀(guān)計(jì)算機(jī)功能及內(nèi)部聯(lián)系

馮諾依曼模型(thevonNeumannmachine):

計(jì)算機(jī)組成：I/O主存(Mainmemory)

系統(tǒng)總線(xiàn)(Systembus)CPU

內(nèi)存：數(shù)據(jù)和指令被存貯在內(nèi)存中內(nèi)存中的數(shù)據(jù)按地址尋找順序執(zhí)行指令

問(wèn)題：主存與CPU之間的傳輸速度差距越來(lái)越大

解決：包含寄存器(cache)緩沖數(shù)據(jù)減少對(duì)內(nèi)存訪(fǎng)問(wèn)量

增加每次讀取的字節(jié)數(shù)

I/O：和CPU/內(nèi)存交換數(shù)據(jù)

問(wèn)題：和CPU/內(nèi)存的速度差距越來(lái)越大

解決：緩沖新的接口技術(shù)

CPU:順序執(zhí)行指令數(shù)據(jù)和指令被存貯在內(nèi)存中按地址尋找數(shù)據(jù)

問(wèn)題：等待I/O設(shè)備時(shí)CPU的空閑問(wèn)題

解決中斷(Interrupt):

嵌套中斷處理(Nestedinterruptprocessing)

連續(xù)中斷處理(Sequentialinterruptprocessing)

總線(xiàn)：鏈接兩個(gè)或更多設(shè)備是一種共用的傳輸介質(zhì)

數(shù)據(jù)傳輸類(lèi)型：地址線(xiàn)數(shù)據(jù)線(xiàn)控制線(xiàn)

總線(xiàn)類(lèi)型:專(zhuān)用總線(xiàn)(高效傳輸/規(guī)模成本高)

復(fù)用總線(xiàn)(節(jié)省空間和成本/復(fù)雜的機(jī)制)

總線(xiàn)仲裁:總線(xiàn)可被多個(gè)設(shè)備監(jiān)聽(tīng)但每次只能由其中一個(gè)發(fā)出信息

集中式/分布式

計(jì)時(shí):同步/異步/半同步/分割

總線(xiàn)寬度(Buswidth):每次傳輸?shù)奈粩?shù)

IllCache寄存器

內(nèi)存設(shè)計(jì)瓶頸：容量速度價(jià)格成本

實(shí)際要求:大容量高速

解決方式:層次式設(shè)計(jì)

Cache基本思想：

運(yùn)用一個(gè)更小更快的寄存器來(lái)減少內(nèi)存的訪(fǎng)問(wèn)次數(shù)

是對(duì)主存的部分拷貝

處于CPU和主存之間可能集成在CPU或其他模塊中

Cache的基本工作機(jī)制

1.Check:當(dāng)處理器試圖從主存訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)時(shí)，先檢查該數(shù)據(jù)是否在Cache中

2.若命中，數(shù)據(jù)直接從Cache傳輸至Cpu

3.若沒(méi)有命中，Cpu訪(fǎng)問(wèn)主存，將一塊數(shù)據(jù)傳輸至Cache中，然后再?gòu)腃ache傳

輸?shù)紺pu

如何判斷命中

Cache中使用標(biāo)簽(tags)來(lái)判斷需要訪(fǎng)問(wèn)的數(shù)據(jù)在主存中的地址。

判斷丟失后為何將主存中的塊(block)傳輸至Cache

引用的局部性原理

L時(shí)間的局部性

2.空間的局部性

3.序列的局部性

傳回一塊利用空間局部性，提高命中率，節(jié)省時(shí)間

?Temporallocality

intfactorial=1;

for(inti=2;i<=n;i++){

factorial=factorial*i;

)

,Spatiallocality

for(inti=0;i<num;i++){

score[i]=final[i]*0.4+midterm[i]*0.3+assign[i]*0.2+activity[i]*0.1;

}

計(jì)算平均訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間

?Assumepishitrate,Tcisaccesstimeofcache,TMis

accesstimeofmainmemory,theaverageaccesstimewhen

usecacheis

TA=pxTc+(1—p)x(Tc+TM)

=Tc+(1-p)x

?ThelargerpandlessTcare,thebetterperformanceis

?IfwewantU<%,itisrequired

p>Tc/TM

?Difficulty:thecapacityofcacheismuchsmallerthanthe

capacityofmemory

Cache使用的一些策略

1.增加容量：缺點(diǎn)成本過(guò)高，且會(huì)增加Tc

2.映射函數(shù)：

-.直接映射：

設(shè)j為主存中的塊數(shù)，C為Cache中的行數(shù)，則主存中每塊對(duì)應(yīng)在Cache中的行

數(shù)i=jmodC

（Cache中每行存一塊）

?Tag

?Highestnbitsinaddress,n=log2M-log2c

TagUneWord

例：假設(shè)Cache中有四行，每行有8個(gè)字，主存中有128個(gè)字，因此需要7位來(lái)

表示地址。

每塊中有8個(gè)字，所以用3位來(lái)表示字（即字長(zhǎng)），Cache中有4行，因此中間用2

位來(lái)表示占據(jù)的是哪一行，M=16（主存中的塊數(shù)）C=4（Cache中的行數(shù)），所以n=4-2=2,2

位表示Tag即標(biāo)簽位。

優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，匹配快，查找快

缺點(diǎn)：抖動(dòng)

比如如果一個(gè)程序每次都輪流查找映射于同一行的兩個(gè)塊，會(huì)大大影響命中率

所以這種映射方法適用于大容量的Cache

二,關(guān)聯(lián)映射

規(guī)則：每個(gè)塊可以被載入任意一行

?Tag

?Highestnbitsinaddress,n=log2M

AddressTagWord

例：假設(shè)Cache有4行，每行有8個(gè)字，主存包含128個(gè)字，

那么主存用7位地址，3位為字長(zhǎng)，剩下四位作標(biāo)簽。

優(yōu)點(diǎn)：防止抖動(dòng)，

缺點(diǎn)：復(fù)雜而且浪費(fèi)資源。

三.組關(guān)聯(lián)映射（折衷）

策略：Cache被分為多個(gè)組，假設(shè)j為主存中的塊數(shù)，S是Cache中的組數(shù)，那么

相應(yīng)的塊對(duì)應(yīng)在Cache中的組號(hào)s=Smodj

K路組：k=C/S,每組的行數(shù)

組內(nèi)采用關(guān)聯(lián)映射

?Tag

?Highestnbitsinaddress,n=log2M一log2s

AddressTagSetWord

例：假設(shè)Cache中有4行且被分成2組，每行8個(gè)字，主存中含有128個(gè)字節(jié)，

所以7位地址。

三位表示字長(zhǎng)，因?yàn)榻M數(shù)=2,中間一位用來(lái)表示位于哪一組，最高3位用作Tag.

即M=16,S=2所以n=4-l=3.

比較：

K=1直接映射K=C關(guān)聯(lián)映射

關(guān)聯(lián)度（Correlation每塊對(duì)應(yīng)寄存器中行的可能數(shù)）：

直接映射1關(guān)聯(lián)映射C組關(guān)聯(lián)映射K

相關(guān)度越小，命中率越低，check時(shí)間更少，Tag長(zhǎng)度越短

3.替換機(jī)制

LRULeastRecentlyUsed最近最少用

FIFOFirstInFirstOut先進(jìn)先出

LFULeastFrequentlyUsed最不常用

4.寫(xiě)操作策略

一.寫(xiě)入

為保證Cache與主存的一致性，往Cache寫(xiě)入時(shí)同時(shí)也要往主存寫(xiě)入

但降低寫(xiě)入速度，容易產(chǎn)生瓶頸

二,寫(xiě)回

在Cache中增加一位（臟位）表示是否被修改過(guò)，若"臟"，則替換整個(gè)塊時(shí)前將

其寫(xiě)回

減少寫(xiě)入操作，但會(huì)有不必要的麻煩（如輸出時(shí)會(huì)取得主存中未修改的數(shù)據(jù)）

策略：輸出時(shí)候強(qiáng)制修改主存

5行的大小即每個(gè)塊的容量

行變大，提高命中率。

行再變大，也可能降低命中率（原因:Cache總大小不變時(shí)，行變大，減少了行數(shù)，使

得替換頻繁）

6.Cache的個(gè)數(shù)

單個(gè)：方便集成到處理器，簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)

層次式：LIL2

設(shè)計(jì)復(fù)雜：要保證3個(gè)之間數(shù)據(jù)的一致性

L2可以使用另外一條路，也可以放在處理器上

注意：L1與L2的關(guān)系可以類(lèi)比于單個(gè)Cache時(shí)候Cache與主存的關(guān)系

7.數(shù)據(jù)與指令是否分開(kāi)

例題分析：

關(guān)于Cache的映射關(guān)系

1.假設(shè)Cache有4K字，每行32字。對(duì)十六進(jìn)制主存地址：111111.666666、BBBBBB,

請(qǐng)

用十六進(jìn)制格式表示如下信息：

（1）直接映射Cache的地址格式，（2）全關(guān)聯(lián)映射Cache的地址格式，⑶兩路組關(guān)聯(lián)Cache

的地址格式。（提示：每個(gè)映射方式下，需要將標(biāo)記、

塊內(nèi)地址等分開(kāi)表示。）

解：Cache字?jǐn)?shù)：41<=4*2人10=2人12總共12位地址

塊的大小32=2人55位字長(zhǎng)行數(shù)2A7用7位表示

主存地址為6位16進(jìn)制即24位二進(jìn)制,其中5位表示字長(zhǎng).

--直接映射：

標(biāo)記位：19-7=12

行數(shù)：7

塊內(nèi)地址：5

二.全關(guān)聯(lián)映射

標(biāo)記為19

塊內(nèi)地址5

三.兩路組關(guān)聯(lián)映射

組數(shù)2A66位表示組數(shù)

標(biāo)記為19-6=13

塊內(nèi)地址5位

以BBBBBB為例化為二進(jìn)制位101110111011101110111011

直接映射101110111011101110111011

BBB5D1B

全關(guān)聯(lián)映射101110111011101110111011

5DDDD1B

兩路組關(guān)聯(lián)映射101110111011101110111011

1777IDIB

對(duì)命中的判斷以及LRU算法的應(yīng)用

2.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包含容量為32Kxl6位的主存，按字編址，每字16位。Cache采用4路組

關(guān)

聯(lián)的映射方式，數(shù)據(jù)區(qū)大小為4K字，主存塊大小為64字。假設(shè)Cache初始時(shí)是空的，

處理器順序地從存儲(chǔ)單元（每個(gè)存儲(chǔ)單元中包含1個(gè)字）0,1，…,4351中取數(shù)，然后再

重復(fù)這一順序9次，并且Cache的速度是主存的10倍，同時(shí)假設(shè)塊替換用LRU算法。

請(qǐng)說(shuō)明使用Cache后的改進(jìn)。

主存共321<=2人15個(gè)字，每塊2A6=64個(gè)字，所以一共2A9塊.

Cache共2A12字所以一共2A6=64行采用4路組關(guān)聯(lián)

組數(shù)=2人4=16

所以標(biāo)記位為9-4=5

組：4

設(shè)Cache的速度為t,則主存的速度為10t

采用cache:

第一次：0misslit

1-63hitlt*15

64misslit

64-127hitlt*15

4351/64=68

所以一共有68次miss.

第二次：因?yàn)榈谝淮沃?123行中的內(nèi)容被替換成了64656667塊.

根據(jù)LRU原則0123換下的是16171819那一路，以此類(lèi)推、

012316171819323334354849505164656667永遠(yuǎn)miss

所以綜上p=(4352*10-68-20*9)/43520=99.43%

時(shí)間10V/(V+10*(1-0.9943))=9.5倍

LRU算法與FIFO算法的應(yīng)用與比較

3.假設(shè)主存中的5個(gè)塊｛123,4,5｝映射到cache的同一組，對(duì)于主存塊訪(fǎng)問(wèn)地址流

(1,2,3,4,1,2,5,1,2,3,4,5｝,在3-路組關(guān)聯(lián)、4-路組關(guān)聯(lián)、5-路組關(guān)聯(lián)方式下，分別

說(shuō)明LRU算法和FIFO算法的命中情況。

下面只考慮3-路組關(guān)聯(lián)：

LRU算法

111444555333

22211111144

3332222225

最近最少使用的123412512

FIFO

111444555555

22211111333

3332222244

最先進(jìn)的11234111255

多層次Cache的計(jì)算

4:對(duì)一個(gè)有兩級(jí)Cache的系統(tǒng)，定義：TC1=第一級(jí)Cache存取時(shí)間；TC2=第二級(jí)

Cache

存取時(shí)間；H1=第一級(jí)Cache命中率；H2=組合的第一/二級(jí)Cache命中率。請(qǐng)給出讀

操作時(shí)間的表示。（提示：需要假設(shè)主存的存取時(shí)間）

解：設(shè)主存存取時(shí)間為T(mén)m

T=Tcl+（l-H2）Tm+（l-Hl）Tc2

5:假設(shè)某處理器的時(shí)鐘頻率為1.2GHz,當(dāng)LIcache無(wú)缺失時(shí)的CPI為1（即CPU可以快

速地從LIcache中讀取指令，并在1個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成）。訪(fǎng)問(wèn)一次主存的時(shí)間為100ns

（包括所有缺失處理），LIcache的局部缺失率為2%。若增加一個(gè)L2cache,并假定

L2cache的訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間為5ns,而且其容量足夠大到使全局缺失率僅為0.5%。分析增加

L2cache后處理器執(zhí)行程序的效率提高了多少？

解：1.2Ghz=1.2*10A9次/s所以處理一次需要1/1.2=0.833nm

未增加L2時(shí)平均讀取一條指令的時(shí)間為0.833+0.02*100=2.833nm

增力口L2后平均讀取一條指令的時(shí)間為0.833+0.005*100+0.02*5=1.433nm

2.833/1.433=1.97倍

IVInternalMemory主存

存儲(chǔ)位元：

有o/i兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)

可以至少被寫(xiě)入一次

可以讀取狀態(tài)

RAM（RandomAccessMemory,隨機(jī)訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器）：

特性：

可以簡(jiǎn)單迅速地讀取和寫(xiě)入數(shù)據(jù)

易失性（volatile）

類(lèi)型:

DRAM（DynamicRAM,動(dòng)態(tài)隨機(jī)訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器）:電容存儲(chǔ)需要刷新

SRAM（StaticRAM,靜態(tài)隨機(jī)訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器）:門(mén)

相似:

易失性都需要提供電能來(lái)維持?jǐn)?shù)據(jù)

區(qū)別：

DRAM設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單但是需要刷新

SRAM比DRAM更快，但是集成度低造價(jià)高

DRAM多用于主存SRAM多用于寄存器

ROM（ReadOnlyMemory,只讀存儲(chǔ)器）：

特性:

非易失性（Nonvolatile）

可讀取但是不可寫(xiě)入數(shù)據(jù)

應(yīng)用：

微編程系統(tǒng)程序函數(shù)表

問(wèn)題：

無(wú)出錯(cuò)空間成本高

PROM（ProgrammableROM,可編程只讀存儲(chǔ)器）：

特性:

非易失性（Nonvolatile）

只能寫(xiě)入一次:電子寫(xiě)入并且需要特殊的環(huán)境

與ROM的區(qū)別：

更加靈活方便

Read-MostlyMemory:

讀的次數(shù)比寫(xiě)的次數(shù)多很多非易失

類(lèi)型：EPROM（ErasablePROM,可擦除編程只讀存儲(chǔ)器）：

特性:可讀寫(xiě)紫外線(xiàn)擦除整塊比PROM更貴

EEPROM（ElectricallyEPROM,可電擦除編程只讀存儲(chǔ)器）：

特性:可寫(xiě)入并且無(wú)需擦除數(shù)據(jù)可按字節(jié)寫(xiě)入（覆蓋）比EPROM擦除

速度快但造價(jià)更高

FlashMemory（閃存）：

特性:電擦除可擦除幾塊集成度高

尋址單元（AddressingUnit）:

包含同樣類(lèi)型的幾個(gè)位元

尋址模式:字（Byte）更加常見(jiàn)/字節(jié)（Word）

存儲(chǔ)陣列:線(xiàn)的復(fù)用先行后列

刷新：集中刷新(CentralizedFresh)停止讀寫(xiě)，集中刷新，會(huì)有一段時(shí)間停止工作：

死區(qū)

分散刷新(DecentralizedFresh)不會(huì)出現(xiàn)死區(qū)但是時(shí)間過(guò)長(zhǎng)

異步刷新(AsynchronousFresh)高效

芯片的引腳：

Address/Data/Vcc(powersupply)/Vss(groundpin)/CE(chip

enable)/Vpp(programvoltage)

WE(writeenable)/OE(outputenable)/RAS(rowaddressselect)/CAS(column

addressselect)

模塊的擴(kuò)展:字?jǐn)U展/位擴(kuò)展/字位擴(kuò)展

位擴(kuò)展：增加數(shù)據(jù)量。

地址線(xiàn)數(shù)量不變，數(shù)據(jù)線(xiàn)數(shù)量增加

例如：使用8個(gè)4K*1的芯片來(lái)組成4K*8的芯片

字?jǐn)U展：增加尋址空間

地址線(xiàn)數(shù)目增加

數(shù)據(jù)線(xiàn)數(shù)目不變

例如：使用4個(gè)16K*8bit的芯片組成64K*8bit的主存

內(nèi)存是字?jǐn)U展

主存=RAM+ROM主存大小=RAM大小

其他的DRAM:

SDRAM（SynchronousDRAM,同步動(dòng)態(tài)訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器）:只允許在一個(gè)特定時(shí)刻傳輸

DDRSDRAM（Double-data-rateSDRAM,兩倍速率SDRAM）

RambusDRAM/CacheDRAM

糾錯(cuò)：

奇偶校驗(yàn)：

奇校驗(yàn)：校驗(yàn)位=所有位作異或后再與1異或若1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，則校驗(yàn)碼為0,

偶校驗(yàn)：校驗(yàn)位=所有位異或若1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，則校驗(yàn)碼為0

出錯(cuò)條件：比較C'（新讀出的校驗(yàn)碼）與C''（重新計(jì)算后得到的校驗(yàn)碼）（作異

或），注意，與原先的數(shù)據(jù)無(wú)關(guān)。結(jié)果為1時(shí)，有奇數(shù)位出錯(cuò)，為0,沒(méi)有出錯(cuò)或者偶數(shù)位

出錯(cuò)。

優(yōu)點(diǎn):成本低

缺點(diǎn):只能知道出錯(cuò)不能找出錯(cuò)誤之處

海明碼:分K組產(chǎn)生校驗(yàn)碼

將一個(gè)M字節(jié)的數(shù)據(jù)分成K組，則有K位校驗(yàn)碼

2Ak>=M+k+l

記八字節(jié)的數(shù)海明碼為4位.

規(guī)則：

1.將兩次海明碼作異或，若所有位上都是0,則沒(méi)有錯(cuò)誤

2.若有一位是1,則海明碼錯(cuò)誤,不需要糾正

3.超過(guò)一位是1,根據(jù)相應(yīng)規(guī)則可以判斷哪T立出錯(cuò)，并糾正。

記8字節(jié)數(shù)D=D8D7D6D5D4D3D2D1,它的四位校驗(yàn)碼是C=C4c3c2C1

C1=D1?D2?D4?D5?D7

C2=D1?D3?D4?D6?D7

C3=D2十D3十D4十D7

C4=D5十D6十D7十D8

糾錯(cuò)碼110010111010100110000111011001010100

001100100001

數(shù)據(jù)位D8D7D6D5D4D3D2D1

C4C3C2C1

D8D7D6D5C4D4D3D2C3D1C2C1包括校驗(yàn)碼的12彳立的6者存順序

例1:D=0U01010使用偶校驗(yàn)

C1=D1?D2?D4?D5?D7=1

C2=D1十D3十D4十D6十D7=1

C3=D2?D3?D4?D8=0

C4=D5?D6?D7?D8=0

所以為011001010011

例2:若取得時(shí)12位為011001010011

D'=01101010得到U=0011

C"=0011

S=C?C=0000

所以沒(méi)有出錯(cuò)

若取得時(shí)12位為011101010011

D'=01111010C=1010

C''=0011

S=C''十C'=1001所以第五位出錯(cuò)

SEC只能糾錯(cuò)一位

SEC-DEC增力口一位校驗(yàn)碼C5=D1十D2十D3十D5十D6十D8

如果有T立數(shù)據(jù)發(fā)生錯(cuò)誤，則有三位的校驗(yàn)碼將發(fā)生改變

CRC(CyclicRedundancyCheck循環(huán)冗余校驗(yàn)碼)：

例子說(shuō)明一切：

數(shù)據(jù)：100111。生成校驗(yàn)碼1001(xA3+l)校驗(yàn)碼111

loom

1001/100011000

/1001

0011

oooo

0111

0000

1110

1001

1110

1001

1110

1001

111

例題分析：

關(guān)于各種存儲(chǔ)器的比較以及應(yīng)用

1.說(shuō)明下面概念間的區(qū)別

RAM和ROM

RAM,隨機(jī)訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器，可讀可寫(xiě)，但是易失

ROM,只讀存儲(chǔ)器，只能讀不能寫(xiě)，不具有易失性

兩者的共同點(diǎn)都是半導(dǎo)體存儲(chǔ)器

SRAM和SDRAM

SRAM靜態(tài)隨機(jī)訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器，相對(duì)于動(dòng)態(tài)的DRAM,不需要刷新電路來(lái)維持位元的狀態(tài)

SDRAM是DRAM的一種，需要刷新來(lái)維持位元狀態(tài)，但是相比普通的DRAM,它采用外

部時(shí)鐘與處理器同步，具有更高的數(shù)據(jù)傳輸速率

PROM、EPROM、和EEPROM

PROM,可編程只讀存儲(chǔ)器，非易失，可以一次電寫(xiě)入，但之后無(wú)法修改

EPROM可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器，可以寫(xiě)入多次，但需要通過(guò)紫外光擦除整個(gè)芯片的信

息，時(shí)間長(zhǎng)，但是造價(jià)相對(duì)較低集成度高

EEPROM電子EPROM,可以擦除單個(gè)字節(jié)，消耗時(shí)間相對(duì)較短，但是造價(jià)貴且集成度低

SDRAM和DDR

DDR是一種特殊的SDRAM,也采用外部時(shí)鐘與處理器同步，但是與SDRAM相比，DDR

允許在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)讀/寫(xiě)兩次數(shù)據(jù)，可以加快數(shù)據(jù)傳輸速率

2.傳統(tǒng)的RAM組織成每芯片只有T立，而ROM通常組織成每芯片多位，請(qǐng)說(shuō)明原因。

當(dāng)RAM組織成每芯片只有一位時(shí)，所需要的地址線(xiàn)只要一根，這樣有利于減少芯片的

引腳數(shù)和出錯(cuò)的概率，提高芯片的集成度。

與RAM相比，ROM容量相對(duì)較小，集成度要求較低，組成每個(gè)芯片多位可以減少

芯片數(shù)量，有利于降低成本。

3.假設(shè)采用分散式刷新，下圖表示一個(gè)DRAM經(jīng)由總線(xiàn)的讀操作的簡(jiǎn)化時(shí)序，存取時(shí)間

認(rèn)為是由tl到t2.由t2到t3是刷新時(shí)間，此期間DRAM芯片必須再充電，然后處理器才

能再次存取它們。

a）假定存取時(shí)間是60ns,刷新時(shí)間是40ns。問(wèn)：存儲(chǔ)周期是多少？假定1位

輸出，這個(gè)DRAM所支持的最大數(shù)據(jù)傳輸率是多少？

解：60+40=100ns

V=l*10A9/100*l=10A7bit/s=0.125*10A7B/s=1.25MB/s

b）使用這些芯片構(gòu)成一個(gè)32位寬的存儲(chǔ)器系統(tǒng)，其產(chǎn)生的數(shù)據(jù)傳輸率是多

少？

解:V=1.25*32=40MB/s

對(duì)海明碼的應(yīng)用

4.一個(gè)8位字00111001,采用海明碼生成校驗(yàn)位后存儲(chǔ)。假定由存儲(chǔ)器讀出數(shù)據(jù)時(shí),

計(jì)算出的校驗(yàn)位是1101,那么由存儲(chǔ)器讀出的數(shù)據(jù)字是什么？

00111001產(chǎn)生的海明碼為

Cl=Dl?D2ffiD4ffiD5?D7=l

C2=D1十D3十D4十D6十D7=1

C3=D2十D3十D4十D8=1

C4=D5?D6?D7?D8=0

0111

與1101異或的結(jié)果是1010可知第十位出錯(cuò)

原來(lái)的是001101001111

第十位出錯(cuò)可知讀出的數(shù)據(jù)字是00011001

關(guān)于尋址單元以及字?jǐn)U展位擴(kuò)展

5.已知某機(jī)主存容量為64KB,按字節(jié)編址。假定用1KX4位的DRAM芯片構(gòu)成該存

儲(chǔ)器，

請(qǐng)問(wèn)：

a）需要多少個(gè)這樣的DRAM芯片？

lB=8bit

所以N=64KB/（lK*4it）=16*8=128個(gè)

b）主存地址共多少位？哪幾位用于選片？哪幾位用于片內(nèi)選址？

按字節(jié)選址的話(huà)64K=2A6*2A10=2A16B所以主存地址一共16位

一共有2A7個(gè)芯片

所以前七位用于選片，后9位用于片內(nèi)選址

6.假定用8Kx8位的EPROM芯片組成32Kxi6位的只讀存儲(chǔ)器，請(qǐng)問(wèn)

a）數(shù)據(jù)寄存器（用于存放數(shù)據(jù)）最少應(yīng)有多少位？

16位，與每個(gè)尋址單元中數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度相同

b）地址寄存器（用于存放地址）最少應(yīng)有多少位？

32K=225bit所以最少15位

c）共需要多少個(gè)EPROM芯片

32/8*16/8=8個(gè)

VExternalMemory外部存儲(chǔ)器

外存的需求

1.大容量.（不會(huì)一直被使用）

2.不易失

外存的種類(lèi)

包括磁盤(pán)、磁帶、光盤(pán)、USB、SSD

一.磁盤(pán)

類(lèi)型：軟盤(pán)、硬盤(pán)

物理特性：

1.襯底：鋁、鋁合金、玻璃

使用玻璃的好處：穩(wěn)定性高，減少讀寫(xiě)錯(cuò)誤、支持更低的飛行高度，不容易損壞

2.磁頭一讀寫(xiě)磁盤(pán)數(shù)據(jù)

?可運(yùn)動(dòng)

?不可運(yùn)動(dòng)（需要多個(gè)磁頭）

3磁盤(pán)

?可移動(dòng)

?不可移動(dòng)

（讀寫(xiě)過(guò)程中，磁頭做徑向運(yùn)動(dòng)，磁盤(pán)旋轉(zhuǎn)）

4.面

?雙面

?單面

5.盤(pán)片：?jiǎn)伪P(pán)、多盤(pán)

柱面：位于同一圓柱表面上的圈

影響多盤(pán)效率的因素：多盤(pán)的情況下，每個(gè)盤(pán)的磁頭只能位于盤(pán)面的同一個(gè)

柱面。

6.磁頭機(jī)制：接觸式（軟盤(pán)）固定懸空高度、可變懸空高度

磁頭通過(guò)電磁感應(yīng)進(jìn)行讀寫(xiě)，為增加數(shù)據(jù)量，可將圈變窄，相應(yīng)磁頭就得變小，此

時(shí)電磁感應(yīng)變?nèi)?，必須降低磁盤(pán)高度，即飛行高度）

關(guān)于Winchesterhead溫氏磁盤(pán)、磁頭封裝在一個(gè)無(wú)污染的密封裝置中。和常規(guī)

磁頭相比，可以更加貼近磁表面，數(shù)據(jù)密度更大。磁盤(pán)不動(dòng)時(shí)，以氣墊的形式使磁頭輕停在

磁盤(pán)表面。磁盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生的氣壓使氣墊升高而1各磁頭與盤(pán)面分離。

Read-writehead(1persurfacetDirectionof

\amimotKHi

A

Surface9

piatte「

Surface8

Surface7

Surface6T____

Surface5

Surface4T

Surface3

Surface2

Surface1

Surface0T

SpindleB<M)m

磁盤(pán)的工作機(jī)制：

?根據(jù)極性記錄數(shù)據(jù)

?讀寫(xiě)時(shí)，磁頭固定，磁盤(pán)旋轉(zhuǎn)

?寫(xiě)：正負(fù)電流產(chǎn)生不同的脈沖信號(hào)傳至磁頭，表面上產(chǎn)生不同磁性的磁化域，分

別代表0、1

?讀：磁場(chǎng)相對(duì)磁頭運(yùn)動(dòng)，在磁頭中產(chǎn)生電流，不同的極性產(chǎn)生不同方向的電流

磁盤(pán)的數(shù)據(jù)組織

?磁道：數(shù)據(jù)由同心圓組成，每個(gè)同心圓即磁道

?扇區(qū)：每個(gè)磁道被分隔為多個(gè)區(qū)域，存儲(chǔ)大小一定，一般為512B

?勻角速度：增加外圈數(shù)據(jù)間的空間，使得相同角度經(jīng)過(guò)的扇區(qū)數(shù)目相同（浪費(fèi)空間）

?多帶記錄數(shù)據(jù)：把磁盤(pán)分為多個(gè)帶，同一個(gè)帶中采取相同的劃分方式，不同帶之間

的劃分方式不同

優(yōu)點(diǎn)：增加存儲(chǔ)量缺點(diǎn)：需要更加復(fù)雜的電路。

扇區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)組織：GAP間隙：為磁頭提供反應(yīng)時(shí)間

IDFILED:同步信息，判斷是否到達(dá)新的扇區(qū)（格式化就

是劃分扇區(qū)，給IDField寫(xiě)入信息）

數(shù)據(jù)區(qū)域（515B）誓1B為同步信息，512

存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，2B為CPR產(chǎn)生校驗(yàn)碼

數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間的計(jì)算

1.尋道時(shí)間：移動(dòng)磁頭定位到要訪(fǎng)問(wèn)的磁道所花費(fèi)的時(shí)間

2.旋轉(zhuǎn)等待時(shí)間

3.傳輸時(shí)間：T=b/（rN）b為需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量，r為轉(zhuǎn)速,N為每個(gè)磁道上的數(shù)據(jù)

4.存取時(shí)間=尋道時(shí)間+旋轉(zhuǎn)等待時(shí)間+傳送時(shí)間Ta=Ts+l/2r+b/rN

例：假設(shè)一個(gè)磁盤(pán)的平均尋道時(shí)間為4ms，旋轉(zhuǎn)速度為15000rpm,每個(gè)扇區(qū)有512byte

每個(gè)磁道有500個(gè)扇區(qū)，如果我們需要讀一個(gè)文件包含2500個(gè)扇區(qū)共1.28Mbytes

1.假設(shè)是連續(xù)的：則文件占據(jù)了5個(gè)磁道

2.隨機(jī)分布的

對(duì)于情況1：15000rpm=2500rpsl/2500=4ms

所以t=2+4/2+4+4*(4/2+4)=34ms

對(duì)于情況2:因?yàn)槭请S機(jī)的t=2500*(4+4/2+0.008)=15020ms

二.光盤(pán)

CD/CD-ROM/CD-R/CD-RW/DVD/DVD-R/DVD-RW/Blue-Ray

1.CD與CD-ROM

母盤(pán)，用高強(qiáng)度激光燒盤(pán)

壓盤(pán)，臺(tái)、凹坑

激光打向背面，根據(jù)反射強(qiáng)弱讀取信息

不同點(diǎn)：CD有檢驗(yàn)碼而CD-ROM沒(méi)有

優(yōu)點(diǎn)：方便，成本低，便于攜帶

缺點(diǎn)：無(wú)法更新數(shù)據(jù)，讀取較慢

2.CD-R感光元器件，可寫(xiě)一次

CD-RW可擦寫(xiě)

3.DVD數(shù)字通用盤(pán)相匕瞰CD

L雙面讀，反射層在中間

2.半反射，同樣寫(xiě)記錄數(shù)據(jù)

3.對(duì)波長(zhǎng)要求更短，信號(hào)更密集

4.藍(lán)光運(yùn)用更短的波長(zhǎng)，使得刻錄更加密集

強(qiáng)調(diào)：光盤(pán)為螺旋線(xiàn)（光驅(qū)旋轉(zhuǎn)，線(xiàn)速度相同）（與磁盤(pán)不同）

三.磁帶

使用與磁盤(pán)相同的存儲(chǔ)機(jī)制

離線(xiàn)備份，容量大，存取快

使用磁性材料

并行&串行（蛇形排列）

例題：

1.考慮一個(gè)有N個(gè)磁道的磁盤(pán)，磁道編號(hào)由0到N-1,并假定所要求的扇區(qū)隨機(jī)均勻分

布

在盤(pán)上。

a）假設(shè)磁頭當(dāng)前位于磁道t上，計(jì)算越過(guò)的磁道數(shù)為j的概率。

b）假設(shè)磁頭可能出現(xiàn)在任意磁道上，計(jì)算越過(guò)的磁道數(shù)為k的概率。

c）計(jì)算越過(guò)的平均磁道數(shù)的期望：

N-1

E[x]=xPr[x=i]）

i=0

其中，i為跨越的磁道數(shù)，Pr[x=i]為跨越的磁道數(shù)為i的概率。

解：a）磁頭到達(dá)每個(gè)磁道的幾率為1/N

1:若j-l<t<N-j則概率為2/N

2:若t<=j-l或者t>=N-j則概率為1/N

b）令

N-l]N-l

P[k]=2曰3]xP[i]）=!乏PWi]

i=0i=0

由a）結(jié)論可知，取值1/N的有2k個(gè)磁道，取值2/N的有（N-2k）個(gè)磁道，所以有

,1/12\2（N-k）

「[r幻=^*（^*2上+小*（"_2乃）=-^^

c）由給出公式結(jié)合b）結(jié)論，得

酮=￡（-㈤）=￡卜罕AM

i=0i=0

2.為一個(gè)磁盤(pán)系統(tǒng)定義如下參數(shù)：

TS=尋道時(shí)間，即磁頭定位在磁道上的平均時(shí)間

r=磁盤(pán)的旋轉(zhuǎn)速度（單位：轉(zhuǎn)/秒）

n=每個(gè)扇區(qū)的位數(shù)

N=一個(gè)磁道的容量（單位：位）

TA=存取一個(gè)扇區(qū)的時(shí)間

請(qǐng)推導(dǎo)TA的表達(dá)式。

TA=TS+l/2r+n/rN

3.考慮一個(gè)單片磁盤(pán)，它有如下參數(shù)：旋轉(zhuǎn)速率是7200rpm,一面上的磁道數(shù)是30000,

每

道扇區(qū)數(shù)是600,尋道時(shí)間是每越過(guò)一百個(gè)磁道用時(shí)1ms。假定開(kāi)始時(shí)磁道位于磁道0,

收到一個(gè)存取隨機(jī)磁道上隨機(jī)扇區(qū)的請(qǐng)求。

a）平均尋道時(shí)間是多少？

b）平均旋轉(zhuǎn)延遲是多少？

c）一個(gè)扇區(qū)的傳送時(shí)間是多少？

d)完成存取請(qǐng)求的總的平均時(shí)間是多少？

解：a)平均尋道時(shí)間是越過(guò)一半磁道的時(shí)間也就是30000/2*100=150ms=0.15s

b)7200rpm=120rps所以平均旋轉(zhuǎn)延遲=l/2r=l/240s

c)1/120/600=1/72000S

d)T=0.15+1/240+1/72000

4.已知邏輯記錄是相關(guān)數(shù)據(jù)元素的集合，作為概念性的單位，它與信息如何存儲(chǔ)和在何處

存儲(chǔ)無(wú)關(guān)；物理記錄是由存儲(chǔ)設(shè)備特性和操作系統(tǒng)定義的存儲(chǔ)空間的一個(gè)連續(xù)區(qū)域。假

定在一個(gè)磁盤(pán)系統(tǒng)中，每個(gè)物理記錄容納30個(gè)120字節(jié)長(zhǎng)的邏輯記錄。若此磁盤(pán)系統(tǒng)

有8面，每面110個(gè)磁道，96扇/道,512B/扇。假設(shè)不考慮文件頭部記錄和磁道索引，

并認(rèn)為記錄不能跨越兩個(gè)扇區(qū)，請(qǐng)計(jì)算存儲(chǔ)300000個(gè)邏輯記錄需要多大的磁盤(pán)空間(用

扇區(qū)、磁道、面數(shù)來(lái)表示〉

解：每扇512/120=4個(gè)邏輯記錄

300000/4=75000扇750000/96=781余24

782/110=7余11一共需要7面11磁道24扇

5.假定一個(gè)程序重復(fù)完成1鈿盤(pán)上一個(gè)4KB的數(shù)據(jù)塊讀出，進(jìn)行相應(yīng)處理后,寫(xiě)回到磁

盤(pán)

的另外一個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)。各數(shù)據(jù)塊內(nèi)信息在磁盤(pán)上連續(xù)存放，并隨機(jī)地位于磁盤(pán)的一個(gè)磁道

上。磁盤(pán)轉(zhuǎn)速為7200rpm,平均尋道時(shí)間為10ms,磁盤(pán)最大數(shù)據(jù)傳輸率為40MBps,沒(méi)

有

其他程序使用磁盤(pán)和處理器，并且磁盤(pán)讀寫(xiě)操作和磁盤(pán)數(shù)據(jù)的處理時(shí)間不重疊。若程序

對(duì)磁盤(pán)數(shù)據(jù)的處理需要20000個(gè)時(shí)鐘周期，處理器時(shí)鐘頻率為500MHz,則該程序完成一

次數(shù)據(jù)塊"讀出-處理-寫(xiě)回"操作所需要的時(shí)間為多少？每秒鐘可以完成多少次這樣

的數(shù)據(jù)塊操作？

解:7200rpm=120rps

處理：t=l/500/10A6=2*10=9所以對(duì)磁盤(pán)數(shù)據(jù)的處理需要

20000*2*10A-9=4*10A-5s

讀出：10+1/240+4/（40*1024）

寫(xiě)入時(shí)間與讀出相同

計(jì)算略去。。。。

6.假設(shè)有一個(gè)磁盤(pán)，每面有200個(gè)磁道，盤(pán)面總存儲(chǔ)容量為L(zhǎng)6MB,磁盤(pán)旋轉(zhuǎn)一周時(shí)間

為

25ms,每道有4個(gè)區(qū)，每?jī)蓚€(gè)區(qū)之間有一個(gè)間隙，磁頭通過(guò)每個(gè)間隙需要1.25ms。請(qǐng)問(wèn)：

從該磁盤(pán)上讀取數(shù)據(jù)時(shí)的最大數(shù)據(jù)傳輸率是多少（單位：字節(jié)儂）?

解：1.6MB=1600KB所以每個(gè)磁道8KB旋轉(zhuǎn)一周需要時(shí)間25ms其中

25-1.25*4=20ms來(lái)讀取數(shù)據(jù)所以最大傳輸速率8*1000/20ms=4*10A5B/s

VIRAID磁盤(pán)冗余陣列

基本思想：?jiǎn)蝹€(gè)或者多個(gè)I/O處理任務(wù)被平均分配給多個(gè)盤(pán)（以一種較高的速度來(lái)處理，降

低各個(gè)磁盤(pán)負(fù)擔(dān)）

數(shù)據(jù)分布在多個(gè)盤(pán)上

特性：1.看上去像是一個(gè)盤(pán)

2.數(shù)據(jù)被分配在多個(gè)盤(pán)上

3.增加冗余信息，得到額外的好處（以空間換時(shí)間），多存一些東西來(lái)提高可靠性

恢復(fù)數(shù)據(jù)

RAID的七中技術(shù)

RAIDLevelO

將每個(gè)磁盤(pán)切成大小一樣的塊，每個(gè)磁盤(pán)上的同一行看成一個(gè)整體（條帶）同時(shí)工

作。

優(yōu)點(diǎn)：在數(shù)據(jù)量較大的情況下能夠達(dá)到更高的傳輸速度與響應(yīng)速率。

缺點(diǎn)：1.面臨更大的出錯(cuò)風(fēng)險(xiǎn)。（沒(méi)有提供任何規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的措施）

2.一塊地方掛，全部掛。

RAIDLevell（鏡像）

組成方式與RAID0相似

相比RAID0RAID1增加完全一樣的鏡像儲(chǔ)存部分，這樣就有一個(gè)完全一樣的備份。

好處：L提高安全性,非常可靠。

2.若出錯(cuò)，處理過(guò)程非常簡(jiǎn)單。

壞處：1.嚴(yán)重浪費(fèi)空間，冗余特別大。

2.有一個(gè)盤(pán)特別慢，帶動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)變慢。（木桶效應(yīng)，無(wú)法發(fā)揮所有硬盤(pán)的最

高效率）

RAIDLevel2（并發(fā)）

使用海明碼校驗(yàn)（2Ak>=m+k+l）

條帶被劃分得很細(xì)?。ㄒ粋€(gè)字或者一個(gè)字節(jié)），處理數(shù)據(jù)更精細(xì)

缺點(diǎn)：同一時(shí)刻只能支持一個(gè)I/O

隨著磁盤(pán)穩(wěn)定性的提高，逐漸被拋棄。

RAIDLevel3（并發(fā)）

同樣采用小的條帶。

校驗(yàn)盤(pán)更小（使用恒定數(shù)量的盤(pán)個(gè)盤(pán)）

p=bOoblOb2ob3

所以p0p=pOblob2ob3obO=O

b2o0=b2opOb0oblOb2ob3

b2=pobOoblOb3

無(wú)論哪個(gè)磁盤(pán)壞掉，都可以將它恢復(fù)。（但只能判斷一個(gè)磁盤(pán)壞掉的情況）

缺點(diǎn)：同一時(shí)刻只能支持一個(gè)I/O

（在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)中不適用）

RAIDLevel4

數(shù)據(jù)量更大

允許磁盤(pán)獨(dú)立寫(xiě)。

依然只用一個(gè)盤(pán)做校驗(yàn)。

當(dāng)只有一個(gè)盤(pán)上的數(shù)據(jù)（假設(shè)b2）發(fā)生改變時(shí)，校驗(yàn)碼進(jìn)行計(jì)算：

P'=b0oblob2'ob3

p=bOoblob2ob3

b2op=b0oblob3

p'=b2opob2'

數(shù)據(jù)盤(pán)進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)往往需要