02-存储系统层次结构 PPT

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存储器层次结构

存储器层次结构(memory hierarchy)
存储器层次结构中的缓存
• 高速缓存(cache)
–一个小而快速的存储设备 –作为存储在更大也更慢的设备中
的数据对象的缓冲区域
• 存储器层次结构的中心思想
–位于k层的更快更小的存储设备作为位于k+1层的更大更慢的存储设备的缓存
存储器层次结构中的数据传输
–增强时间局部性 –减少容量不命中
分块矩阵乘法
CAB
C11 C21
C C1222A A1211
A12B11 A22B21
B12 B22
提纲
• 导论 • 存储技术 • 局部性原理 • 存储器层次结构 • 高速缓存存储器 • 编写高速缓存友好的代码 • 利用程序中的局部性
在程序中利用局部性-小结
高速缓存性能参数
• 不命中率(miss rate)
–不命中数量/引用数量
• 命中率(hit rate) • 命中时间(hit time)
–L1 : 1~2个时钟周期
• 不命中处罚(miss penalty)
–L2 : 5~10个周期 –主存 : 25~100个周期
高速缓存参数的性能影响
• 高速缓存大小
• 局部性比较好的程序
–更低的不命中率 –运行的更快
• 基本方法
–让最常见的情况运行得更快 –在每个循环内部使缓存不命中数
量最小
• 对局部变量的反复引用 • 步长为1的应用模式
测量读带宽
void test(int elems, int stride) {
int i, result = 0; volatile int sink; for(i=0;i<elems;i+=stride)

西安电子科技大学_计算机组成与体系结构_第4章存储系统_课件PPT

的时间一样。
存取方式读写功能
随机读写：RAM 顺序(串行)访问：
顺序存取存储器 SAM 直接存取存储器 DAM
12
4.1 存储系统概述 4.1.2 存储器分类：不同的分类标准
存储信息的介质
在计算机中的用途
存放信息的易失(挥发)性
存取方式读写功能
读写存储器只读存储器
13
存储信息的介质
在计算机中的用途存放信息的易失(挥发)性存取方式读写功能
易失：RAM 非易失：
ROM 磁盘
……
11
4.1 存储系统概述 4.1.2 存储器分类：不同的分类标准
存储信息的介质在计算机中的用途存放信息的易失(挥发)性
存储器的存取时间与存储单元的物理地址无关，随机读写其任一单元所用
无
36
8086系统总线
D0～D7
A1～A13 MEMR MEMW
A0
D8～D15 A1～A13 MEMR MEMW
BHE
&
A19
A18
A17
&
A16 A15 A14
6264与8086系统总线的连接
6264
D0～D7
A0～A12
CS1
OE
WE
CS2
6264
D0～D7
A0～A12
CS1
OE
WE
CS2
74LS138
每次读出/写入的字节数存取周期
价格
体积、重量、封装方式、工作电压、环境条件
14
4.1 存储系统概述 4.1.2 存储器的性能指标
容量速度可靠性
可维修部件的可靠性：平均故障间隔时间（MTBF）

存储结构与管理硬盘ppt课件

02 区、格式化以及挂载等常用的硬盘管理操作，以便熟练掌握文件系统的使用方法。
在打下坚实的理论基础并完成一些相关的实践练习后，我们将进一步完整地部署交换
03 （SWAP）分区、配置quota磁盘配额服务、使用VDO（虚拟数据优化）技术，以及掌握ln命
令带来的软硬链接。
03
PART ONE
一切从“/”开始
开机所需文件—内核、开机菜单以及所需配置文件等以文件形式存放任何设备与接口配置文件用户主目录
存放单用户模式下还可以操作的命令开机时用到的函数库，以及/bin与/sbin下面的命令要调用的函数
开机过程中需要的命令用于挂载设备文件的目录
放置第三方的软件系统管理员的家目录一些网络服务的数据文件目录任何人均可使用的“共享”临时目录虚拟文件系统，例如系统内核、进程、外部设备及网络状态等用户自行安装的软件 Linux系统开机时不会使用到的软件/命令/脚本帮助与说明文件，也可放置共享文件主要存放经常变化的文件，如日志当文件系统发生错误时，将一些丢失的文件片段存放在这里
参数
m n d l t p w q
作用
查看全部可用的参数添加新的分区删除某个分区信息列出所有可用的分区类型改变某个分区的类型查看分区表信息保存并退出不保存直接退出
fdisk命令中的参数以及作用
27
PART SIX
添加交换分区
Add Swap Partition
添加交换分区
交换（SWAP）分区
01 “/dev/sd”开头。而一台主机上可以有多块硬盘，因此系统采用
a～z来代表26块不同的硬盘（默认从a开始分配），而且硬盘的分区编号也很有讲究：主分区或扩展分区的编号从1开始，到4结束；逻辑分区从编号5开始。

计算机组成原理4第四章存储器PPT课件精选全文

4.2
11
4.2
请问：主机存储容量为4GB，按字节寻址，其地址线位数应为多少位？数据线位数多少位？按字寻址（16位为一个字）,则地址线和数据线各是多少根呢？
12
数据在主存中的存放
设存储字长为64位（8个字节），即一个存取周期最多能够从主存读或写64位数据。
读写的数据有4种不同长度:
字节半字单字双字
34
3. 动态 RAM 和静态 RAM 的比较
主存
DRAM
SRAM
存储原理
电容
触发器
集成度
高
低
芯片引脚
少
多
功耗
小
大
价格
低
高
速度
慢
快
刷新
有
无
4.2
缓存
35
内容回顾: 半导体存储芯片的基本结构 4.2
…… ……
地
译
存
读
数
址
码
储
写
据
线
驱
矩
电
线
动
阵
路
片选线
读/写控制线
地址线（单向）数据线（双向）芯片容量
D0
…… D 7
22
(2) 重合法（1K*1位重合法存储器芯片）
0 A4
0,00
…
0,31
0 A3
X 地
X0
32×32
… …
0址
矩阵
A2
译
0码
31,0
…
31,31
A1
器 X 31
0 A0
Y0 Y 地址译码器 Y31 A 9 0A 8 0A 7 0A 6 0A 5 0

计算机组成原理第3章

*高速缓冲存储器(Cache)：CPU与主存间的缓冲MEM 构成—MOS型半导体、静态RAM
*控制存储器(CM)：CPU内部存放微程序的MEM 构成—MOS型半导体、ROM
*
二、存储器的主要性能指标
容量(S)：能存储的二进制信息总量，常以字节(B)为单位
01
速度(B)：常用带宽、存取时间或存取周期表示存取时间(TA)—指MEM从收到命令到结果输出所需时间；存取周期(TM)—指连续访存的最小间隔时间，TM=TA+T恢复
&
&
11
*
练习1—某SRAM芯片容量为4K位，数据引脚(双向)为8根，地址引脚为多少根？若数据引脚改为32根，地址引脚为多少根？
*芯片相关参数：存储阵列容量—
(2)SAM芯片参数与结构
数据引脚数量— 地址引脚数量—
*
*SRAM芯片结构组织： --以Intel 2114 SRAM芯片为例参数—容量=1K×4位，数据引脚=4根(双向)，地址引脚=10根
…
…
…
存储元
存储元
…
…
…
存储元
存储元
64行×64列
……
存储元
存储元
存储元
存储元
……
13
*
3、SRAM芯片的读写时序
*读周期时序： (存储器对外部信号的时序要求)
tA
tRC
地址
CS
I/O1~4
WE
tOTD
tCO
tCX
数据出
SRAM—CS有效时开始读操作、CS无效时结束读操作
13
*
*写周期时序：
*片选与控制电路：片选—MEM常由多个芯片组成，读/写操作常针对某个芯片

计算机组成原理-第3章_存储系统

存储周期 RW 刷新1 RW 刷新2 …
500ns 500ns
刷新间隔2ms
用在低速系统中
各刷新周期分散安排在存取周期中。
… RW 128 RW
例如上图所示的DRAM有128行，如果刷新周期为 2ms，则每一行必须每隔2ms÷128=62.5us进行一次。
5、存储器控制电路
DRAM刷新需要硬件电路支持，它们集成在一个芯片上，形成DRAM控制器，是CPU和DRAM间的接口电路。
写周期：实现写操作，要求CS和WE同时有效，有效期间地址和数据信号不能变化；为了保证CS和WE变为无效前能把数据可靠的写入，数据必须提前一段时间在数据总线上稳定存在；而在WE变为高电平后再经过一段时间地址信号才允许改变。
*** DRAM存储器
1、DRAM存储元的记忆原理
SRAM存储器的存储元是一个触发器，它具有两个稳定的状态。
外存储器：简称“外存”，大容量辅助存储器；磁表面存储
器或光盘存储器；存放需联机保存但暂时不需要的程序和数据。容量从几十MB到几百GB，甚至更大。存取速度为若干
ms。
其他功能的存储器：如微程序控制器的控存、在显示和印刷输出设备中的字库和数据缓冲存储器。
*** 主存储器的技术指标
主要性能指标：存储容量、存取时间、存储周期和存储器带宽。
地址信息到达时，使T5、T6、T7、T8导通，存储元的信息被送到I/O与I/O线上， I/O与I/O线接上一个差动读出放大器，从其电流方向，可以得出所存信息是“1”或“0”。也可I/O或I/O一端接到外部，看其有无电流通过，得出所存信息。
扩充：存储芯片规格的表示
在很多内存产品介绍文档中，都会用M×W的方式来表示芯片的容量。

系统架构图ppt

架构图的绘制工具
Visio
Lucidchart
微软公司开发的流程图、组织结构图、系统架构图等绘制工具，支持多种图形绘制和格式设置。
一款在线绘图工具，支持多种图形绘制，包括系统架构图、流程图、组织结构图等。
draw.io
其他工具
一款免费的开源绘图工具，支持多种图形绘制，包括系统架构图、流程图、组织结构图等。
数据流图
描述系统的数据流和数据处理流程，包括数据的来源、处理过程和去向。
组件架构图
描述系统的各个组件及其功能和接口，用于指导组件的开发
和集成。
02
逻辑架构图
表示系统的功能模块
总结词
逻辑架构图通过图形化的方式展示系统中的各个功能模块，帮助开发者和用户理解系统的主要组成部分和功能。
详细描述
逻辑架构图通常包括系统的主要功能模块，每个模块之间的关系以及模块之间的数据流。这些功能模块可以包括用户界面、业务逻辑、数据存储等部分，通过逻辑架构图可以清晰地了解每个模块的作用和相互关系。
恢复策略
描述在数据丢失或损坏的情况下，如何进行数据恢复，包括恢复的流程和恢复的数据版本。
05
安全架构图
描述系统的安全机制
访问控制机制
确定哪些用户或系统可以访问系统资源，以及访问级别和权限。
数据加密机制
确保数据在传输和存储时的机密性和完整性，防止未经授权的访问和窃取。
安全审计机制
对系统中的安全事件进行记录、监控和分析，及时发现和处理安全威胁。
TCP/IP协议族
系统主要使用的通信协议，包括TCP、UDP 、ICMP等。
FTP协议
用于文件传输的通信协议。
HTTP协议

微型计算机存储系统结构

半导体存储器的分类
主
随机存取存储器
要内
只读存储器
容
CPU与存储器的连接
微机中存储系统的结构
半
随机存取存储器
导
体
存
储
器
的
分类
读写存储器
静态RAM（SRAM)
典型的静态RAM芯片
随
6116（2KB×8位）、6264（8KB×8位）、
机
62256（32KB×8位）、628128（128KB×8位）
足系统存储容量需求的方法称为字位扩
充。
❖ 存储器芯片片选端的处理
➢线选法
CPU
与存储
地址的高位直接作为各个芯片的片选信号，在寻址时只有一位有效来使片选信号有效的方法称为线选法。
器
➢部分译码法
的
用部分高位地址进行译码产生片
连
选信号。
接
➢完全译码法
全部高位地址译码产生片选信号。
IBM PC/XT的存储系统连Βιβλιοθήκη 输出端中只有一个是０，其他７个
接
输出均为１。
❖ 存储器容量扩充技术
➢ 位扩充
CPU
当实际存储芯片每个单元的位数和系
与
统需要内存单元字长不等时采用的方法。
存
➢ 字扩充
储
当存储芯片上每个存储单元的字长已
器
满足要求，但存储单元的个数不够，需
的
要增加的是存储单元的数量，就称为字
连
扩展。
接
➢ 字位扩充
需要同时进行位扩充和字扩充才能满
实现方式：
在CPU和存储器之间放置高速缓冲
存
存储器，组成由高速缓冲存储器和主存
储

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计算机组成原理
第四章存储系统
4.1 存储系统层次结构
第三章 4.1存储系统层次结构
1
基本存储体系
存储程序
1)输入设备将程序与数据写入主存；
2) CPU取指令；
原
3) CPU执行指令期间读数据；
理
4) CPU写回运算结果；
5) 输出设备输出结果；
程序控制
第三章 4.1存储系统层次结构
1
基本存储体系
•目前使用哈佛结构的：PIC系列、摩托罗拉公司的MC68系列、Zilog公司的Z8系列、 ATMEL公司的AVR系列和ARM公司的ARM9、ARM10和ARM11。
第三章 4.1存储系统层次结构
5
存储体系层次化结构的理论基础
局部性原理 •时间局部性:
现在被访问的信息2在不久的将来还将再次被访问;
1
• 价格原因
/1/566/566721.htm
第三章 4.1存储系统层次结构
4
存储体系的层次化结构
Cache
CPU
冯·若依曼计算机体系结构
解决CPU与主存速度不匹配
的矛盾
主存储器
解决主存容量不足与高成本矛盾
辅助存储器（磁盘、磁带、网
络存储等）
3
主存容量不足的原因
•存在制约主存容量的技术因素由CPU、主板等相关技术指标确定
• 应用对主存的需求不断扩大
•Windows 98 8M/64M •Windows XP 64M/1005) •Windows 7 1G (2009) •Windows 8 1G/2G (2012)
2
时间局部性的程序结构体现：循环结构
3
4
•空间局部性：
5
现访问信息2 ，下一次访问2附近的信息。
空间局部性的程序结构体现：顺序结构
初步体会存储系统中的软件与硬件协同，后面还将会深入研究。
第三章 4.1存储系统层次结构
4
存储体系的层次化结构
Cache
辅存
CPU访问到的存储系统具有Cache的速度，辅存的容量和价格
第三章 4.1存储系统层次结构
4
存储体系的层次化结构
辅存
L1
Cache
L2 Cache
•L1 Cache集成在CPU中，分数据Cache(D-Cache)和指令Cache(I-Cache） •早期L2 Cache在主板上或与CPU集成在同一电路板上。随着工艺的提高L2 Cache被集成在CPU内核中，不分D-Cache和I-Cache
2
主存速度慢的原因
1000 100 10 1
CPU 60%/yr.
“Moore’s Law”
Processor-Memory Performance Gap: (grows50%/ year)
DRAM 7%/yr.
DRAM
•主存增速与CPU增速不同步； •指令执行期间多次访问存储器；
第三章 4.1存储系统层次结构
第三章 4.1存储系统层次结构
4
存储体系的层次化结构
哈佛结构
(Harvard architecture)
•是一种将指令储存和数据储存分开的存储器结构，可支持：数据和指令并行储存、指令预取，提高处理器的执行效率；另外，指令和数据可有不同的数据宽度，如Microchip 公司的PIC16芯片的程序指令是14位宽度，而数据是8位宽度。
1)主存速度够快吗？ 2)主存容量够大吗？ 3)存储器便宜吗？
Performance
1980 1981 11998823 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999
2000…
第三章 4.1存储系统层次结构