计算机组成与体系结构-存储系统（6）

计算机系统五大基础部件之一：存储器

局部性原理

• 说明：是指CPU访问存储器时，无论是存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。

• 分类：
  空间局部性：如果某个位置的信息被访问，那和它相邻的信息也很有可能被访问到。
  时间局部性：如果某个信息这次被访问，那它有可能在不久的未来被多次访问。

• 工作集理论： 工作集是进程运行时被频繁访问的页面集合。

层次化存储结构

CUP：寄存器，存储最快，但容量小，成本高
Cache：按内容存取，是CUP之后，最快的存储器
主存储器：分两类，随机存储器(RAM) 只读存储器(ROM）速度第三，存储内容大
联机磁盘存储器(硬盘)：一般存储不经常运行的数据，存储容量大，速度慢
脱机光盘，磁盘存储器：移动硬盘

注：局部性原理是层次化存储结构的支撑

Cache(高速缓存)

• 概念
  Cache存储器部分用来存放主存的部分拷贝信息。
  在CPU想获取数据的时候，首先是判断数据在不在Cache上，
  如果在Cache上的话，直接就获取了数据，即命中
  如果不在，即未命中，那么就返回主存获取数据，然后更新到Cache中去。

使用Cache改善系统性能的依据是程序的局部性原理。(防止抖动，即黑屏)

• 命中率：
  如果以 h 代表对Cache的访问命中率，t1代表Cache的周期时间，
  t2代表主存储器周期的时间，以读操作为例,使用 “Cache＋主存储器” 的系统的平均周期为t3， 则
  t3＝h ∗ t1 + (1−h) ∗ t2
  其中（1－h）又称为失效率(未命中率)

• 映像：
  直接相联映像：硬件电路较简单，但冲突率最高 ，主存的块与cache块的关系是固定的
  全相联映像：电路难于设计和实现，只适用于小容量的cache，冲突率较低
  组相联映像：直接相联 和 全相联 的折中

主存储器

• 主存可以分：
  随机存储器(RAM)： 一旦断电，数据就会丢失。内存属于RAM
  只读存储器(ROM)：一旦断电，仍然可以储存数据
• 主存 - 编址：
  按字编址：存储体的存储单元是字存储单元，即最小寻址单元是一个字
  按字节编址：存储体的存储单元是字节存储单元,即最小寻址单元是一个字节

2的10次方为1024即1KB
2的20次方=（2的10次方）的平方即1MB

例一：内存地址从AC000H到C7FFFH，共有 ( 112 ) K个地址单元，如果该内存地址按字(16bit)编址，由28片存储器芯片构成。已知构成此内存的芯片每片有16K个存储单元，则该芯片每个存储单元存储 ( 4 ) 位。
注：C7FFFH 十六位进制(H单位) — 地址按字(16bit)编址

地址单元： 大 - 小 + 1

解：地址单元：
(C7FFFH + 1) - AC000H = C8OOOH - AC000H = 1C000H
转为十进制： 1C000H ===> 114688
114688 / 2¹⁰ = 112(k)

存储单元存储 :
(地址单元 * 内存地址按字编址(16bit)) / (存储芯片个数 * 存储单元 * 存储单元存储) = 1

存储单元存储：(112 * 16) / (28 * 16 * x) = 1 ====> x = 4