计算机组成原理（3）三级存储 局部性原则 存储器性能指标 扩展 DRAM编址方式 cache 三种映射 替换策略

三级存储

RAM,随机存储
ROM,只读存储 ，MROM,PROM不可编程，可编程 EPROM，E^2PROM 紫外，电 擦除

三级存储内存，cache，外存

局部性原则

• 时间局部性：一条指令或数据，被执行后很可能会被再次访问
• 空间局部性：一条指令或数据，它附近得数据可能会被访问
  所以，会将访问过得内容或访问过内容得整个块放入cache
  cache对程序员不可见

存储器性能指标

• 存储容量
• 存取时间 ns
• 存储周期 ns（间隔）
• 存储带宽 —— 单位时间存储器存储得信息量 位/s 字节/s

扩展

• 位扩展
  
  8K1位变成8K8位
• 字扩展
  
  增加片选信号，增加译码器，所以有译码器的都是字扩展
  16K8->648

DRAM

四管动态存储单元

• 优缺点

  优点： 外围电路简单，刷新时不用加逻辑
  缺点：管子多，占用面积大

• 刷新
  采用读出方式刷新
  刷新分三种
  集中式刷新:正常读写与刷新操作分开进行，刷新集中完成。存在读写操作的死时间，适用于cache
  分散式刷新：将存储周期化为两个时间片，分别进行读写与刷新操作，不存在死时间，但是速度慢
  异步式刷新：结合， 每隔一段时间刷新一次，保证在刷新周期中对整个存储器刷新

编址方式

• 顺序方式
  某以模块工作，其他不工作，出错可有下一个替代，通过增加模块扩容，方便。由于串行，带宽受到影响

内存中，先选模块在选字

• 交叉存储
  连续地址分布在相邻不同模块内，可以多模块流水线并行存取，提高带宽
  
  多模交叉访问

t为总线传送周期，流水线每次启动都要延迟t

公式背下来，轻轻松松。容量不影响。
字长*模块数 为信息量

cache

解决速度不匹配
CPU与cache为字交换，cache与主存为块交换，块由若干字组成。当CPU在内存中读了个字，便把字的内存地址发到主存和cache，cache就会判断该字是否在cache中。如果是就直接送给CPU,如果不是就在读周期把从数据从主存中送CPU,然后把该字的整个数据块送到cache。这就是LRU替换算法。

• 命中率

h=Nc/Nc+Nm
访问cache次数与访问内存的次数

• 平均访问时间
  t=h*tc+(1-h)tm
• 访问效率
  e=tc/t

h=1900/200=95%
t=95%*50+5%*250

cache与主存映射

地址映射：把主存地址定位到cache中

• 全相联映射
  主存块地址与块内容都在cache的行中，这样主存中的一个块可直接拷贝到cache的任意一行。缺点就是电路难实现，适用于小cache
• 直接相联映射
  也是一对一映射，但是内存会放到cache中的固定位置，
  i=j mod m(cache i 行号= 主存块号j mod 总行数m)，电路简单，缺点就容易产生冲突， 适合大容量cache
• 组相连映射

将cache分成u组，每组v行。主存存放在那个组为固定的。
组号q=j mod u.灵活，冲突减少

容量不太会算，明天再说，

替换策略

• 最不经常使用LFU

将访问次数最少的换出
在每一行中加入计数器，每次访问加1，换出后清0，需要替换时，将最小值替换。不能反应近期情况

• 近期最少使用（LRU）
  每行设置计数器，每次命中清0.其他位加1。需要替换时将最大的替换。
  保护了刚拷贝的数据行
• 随即替换

随机，硬件处理快

• 先进先出（FIFO）
  类似于栈这种数据结构