第5章 存儲器體系結構設計;5.1 存儲器概述5.2 Cache存儲器5.3 隨機存儲器與只讀存儲器5.4 外部存儲器和RAID5.5 虛擬存儲器技術5.6 網絡存儲與容災備份習題5;　　存儲器是計算機系統中的記憶設備，能夠儲存程序和數據。存儲器從不同角度可以分為不同的分類。;(1)存儲容量 是存儲器可以容納的二進制信息量。主存儲器的容量是指用地址寄存器(MAR)產生的地址能訪問的存儲單元的數量。如N位字長的MAR能夠編址最多達2N個存儲單元。存儲容量=字數×字長(5.1)內存空間：又稱為存儲空間、尋址范圍，是指微機的尋址能力，與CPU被使用的地址總線寬度有關。內存容量：指內存的物理容量，例如若某微機配置兩條2GB的SDRAM內存條，則其內存容量為4GB。芯片容量：是指一片存儲器芯片所具有的存儲容量。例如：某SRAM芯片的容量為128M×16bit，即它有128M個單元，每個單元存儲16位(兩個字節)二進制數據。;(2)存儲周期　　存儲周期TMC，指兩次獨立的存取操作之間所需的最短時間。取數時間TA，指存儲器從接到讀出命令，到被讀出信息穩定在MDR的輸出端為止的時間間隔。半導體存儲器的存儲周期一般為10ns左右。最大存取時間，指內存儲器從接到存儲單元的地址碼開始，到取出或存入數據為止所需的最長時間。(3)存儲器的可靠性　　一般指存儲器對電磁場及溫度等變化的抗干擾能力，存儲器的可靠性通常用平均故障間隔時間MTBF(Mean Time Between Failure)來衡量。MTBF越長，表示可靠性越高，即保持正確工作能力越強。目前所用的半導體存儲器芯片的MTBF約為5×l06~l×108小時左右。;(4)功耗 存儲器的功耗可分為內部功耗和外部功耗。內部功耗，就是存儲器內部電流消耗。雙極型工藝速度較快，但功耗大，密度小；MOS工藝正好相反。BiCMOS存儲器具有面積小、功耗低的優點。外部功耗，存儲器與外部電路進行工作時所產生的功耗。有效的寄存器管理可最大限度地降低功耗。(5)集成度 每片存儲器芯片上集成的基本存儲單元的個數。(6)性能價格比;;;5.2.1 Cache的基本結構;;　　(2)等效訪問時間　　Cache和主存的等效訪問時間是指當CPU訪問存儲系統時，Cache和主存的平均訪問時間。若tc表示命中時Cache的訪問時間，tm表示未命中時主存的訪問時間，1-h表示未命中率，則Cache-主存系統的等效訪問時間(又稱平均訪問時間)ta為：ta=htc+(1-h)tm(5.3) (3)訪問效率　　存儲器的訪問效率是指Cache的訪問時間占Cache和主存等效訪問時間的比值。存儲器的訪問效率用e表示，則有

(4)較復雜存儲系統的等效訪問時間　　設指令Cache和數據Cache的訪問時間均為tc，主存的訪問時間為tm，指令Cache的命中率為hi，數據Cache的命中率為hd，CPU訪存取指的比例為fi，則： ta=fi(hitc+(1-hi)tm)+(1-fi)(hdtc+(1-hd)tm)(5.5);(1)直接映射 這是一種多對一的映射關系，但一個主存塊只能拷貝到cache的一個特定行位置上去。　 cache的塊號J和主存的塊號I有如下函數關系： J=I mod C(2c)(C為cache中的總塊數) 主存地址： 主存字塊標記 - cache字塊地址 -字塊內地址;字塊2m-1;(2)全相聯映射方式　　全相聯映像方式的映像規則是主存的每一塊都可以映像到cache中的任何一個字塊上，允許從已被占滿的cache中替換出任何一個字塊。主存儲器中的第0塊可以映像到cache中的第0塊、第1塊，┅第2c–1塊；主存儲器中的第1塊可以映像到cache中的第0塊、第1塊，… ，第2c–1塊。 主存地址：主存字塊標記 – 塊內地址　　這種方法可使主存的一個塊直接拷貝到cache中的任意一塊上，非常靈活。　　;主存 中的 任一塊 可以映象到 緩存 中的 任一塊;(3)組相聯映像;圖5.8 組相聯映射;(1)先進先出(First In First Out，FIFO)算法　　FIFO算法選擇最早調入Cache的字塊進行替換，但沒有根據訪存的局部性原理，故不能提高Cache的命中率。(2)隨機法(RAND法)　　隨機法是隨機地確定被替換的塊，比較簡單，但它也沒有根據訪存的局部性原理，故不能提高Cache的命中率。(3)近期最少使用(Least Recently Used，LRU)算法　　LRU算法比較好地利用訪存局部性原理，替換出近

總結

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