计算机系统基础知识05
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存储系统
存取速度:CPU内部通用寄存器 > Cache > 主存储器 > 联机磁盘存储器 > 脱机光盘
存储大小:CPU内部通用寄存器 < Cache < 主存储器 < 联机磁盘存储器 < 脱机光盘
造价:CPU内部通用寄存器 > Cache > 主存储器 > 联机磁盘存储器 > 脱机光盘
内存编址
存储器由一块块的空间(存储单元)组成,为了方便寻找到每一块空间,我们需要对每一个空间进行标识——内存编址
芯片
此芯片:1个地址由4bit/位组成,共由8个地址组成。
8个地址用3位2进制就能表示。
存储器由若干个芯片构成
工作过程:根据地址总线找到指令或数据的存储单元,然后根据数据总线读出要找的数据或指令
内存总量
存储器的大小。内存容量=每个芯片容量 * 芯片个数
每个芯片的容量 = 一个地址代表的容量 * 编址总数
数据总线
计算机一次处理n位的数据,则数据总线的长度为n。注意的是:数据总线的长度,并不一定代表一个地址的长度
字
和数据总线紧密相关。数据总线有几位,则一个字就由多少位组成。如64位计算机,表示一次可以处理64位数据,则1个字就是64位、
地址总线
假如需要n位二进制数来表示所有的地址,则地址总线的个数为n
练习
ps:8bit位 = 1个byte字节 1kb = 1024byte
Cache
在CPU的所有操作中,访问内存是最频繁的操作。由于一般微机中的主存储器的工作速度比CPU低一个数量级,加上CPU的所有访问都要通过总线这个瓶颈,所以,缩短存储器的访问时间是提高计算机速度的关键。采用在CPU和内存之间加进高速缓冲存储器Cache的办法较好的办法较好地解决了这一问题。
简单来说cache是为了解决高速运行的cpu与主存储器之间速度不匹配的问题
Cache的地址映像方法:
(1)直接映像
ps:主存分区128个。每区有固定的16页数,cache分区1个,每个区16页。
特点:人为的划分第0区的第0页对应了cache的第0页,优点:固定划分好,找寻方便。缺点:不灵活,固定了一 一对应。
(2)全相连映像。
特点:主存的任意一页都可以存放到cache的任意一页。
优点:存放灵活
缺点:找寻麻烦
(3)组相联映像
特点:第0页和第1页分组。为第0组,对应cache的第0组。
第0组的第0页和第1页可以随便存放cache的第1也或第0页
优点:存放灵活,找寻方便。
缺点:增加开销
cache的性能
cpu在访问内存时,首先判断所要访问的内容是否在cache中,如果在,就称为“命中”,此时cpu直接从cache中调用该内容;否则,就称为“不命中”,cpu只好去内存中调用所需的子程或指令了。cpu不但可以直接从cache中读出内容,也可以直接往其中写入内容。由于cache的存取速率相当快,使得cpu的利用率大大提高,进而使整个系统的性能得以提升。
如果以Hc为代表对cache的访问命中率,tc为cache的存取时间,tm为主存的访问时间,则cache的平均访问时间ta为:
ta = Hctc + (1-Hc)tm
因为cache的内容是部分主存内容的副本,应该与主存存内容保持一致。而cpu对cache的写入更改了cache内容,如何与主存内容保持一致就有几种写操作工作方式可供选择,统称写策略。
1.写回法
当cpu对cache写命中时,只修改cache的内容不立即写入主存,只当此行被换出时才写回主存。这种策略使cache在CPU——主存之间,不仅在读方向而且在写方向上都起到高速缓存作用。
2.写直达法
又称写全法,写透。是当cache写命中时,cache与主存同时发生写修改
3.标记法
数据进入cache后,有效位置1,当cpu对该数据修改时,数据只写入主存并将该有效位置0。要从cache中读取数据时要测试其有效位,若为1则直接从cache中取数,否则从主存中取数。
磁盘存储器:
练习:
总线
总线是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线
按照总线相对应cpu或其他芯片的位置可分为:
(1)内部总线
寄存器之间和算数逻辑部件ALU与控制部件之间传输数据所用的线
(2)外部总线
cpu与内存和I/O设备接口之间通讯
按照总线功能划分:
(1)地址总线——传送地址信息
(2)数据总线——传送数据信息
(3)控制总线——传送控制信号和时序信号
按总线在微机中的位置,可以分为机内总线和机外总线两种
按总线功能划分,可以分为局部总线、系统总线、通信总线三种
按照总线数据线的多少,可以分为并行总线和串行总线。