第5章 存储系统

• ⑶最佳适应算法
• 最佳适应算法的空闲链是按空闲区从小到大顺序排 列。为进程选择分区时总是寻找其大小最接近进程 所要求的存储区域。所谓“最佳”是指每次为进程 分配内存时，总是把能满足要求、又是最小的空闲 分区分配给进程，避免“大材小用”。
• 因为每次分配后所切割下来的剩余部分总是最小的， 这样将加速碎片的形成。
• ①如果被回收空闲分区没有空闲伙伴分区，那么保留该分区为一 个独立的空闲分区，否则执行②；
• ②合并回收分区及其伙伴分区，从而得到一个尺寸（2I+1）更大的 回收空闲分区，转移到①；
一个伙伴系统内存分配与回收的例子
• 伙伴系统克服了固定分区和动态分区存储管理技术的缺陷。但是伙伴 系统存在一个问题，即内存空间需要不断地进行分裂和合并，频繁的 伙伴分区合并操作会浪费很多时间。
• ③内存分配原则，以页帧为单位来分配内存，将进程若干个逻辑上连续的 页面装入若干个离散的页帧中，由页表提供进程的页号到存储空间帧号的 映射。
5.2.4伙伴系统
• 其实现原理如下： • 一个伙伴系统内存的用户可用空间为2U。进程申请存储空间时，
系统总是为其分配大小为2I的一个空闲分区。其中S≤I≤U，2S是系 统允许的最小分区尺寸。在实际操作系统中，最小分区尺寸一般 为212。 • 如果进程申请的存储空间大小为K，且2I-1<K≤2I，则将整个2I大小的 分区分配给该进程；否则，该分区被分割成两个大小相等的伙伴 分区，大小为2I-1；再判断K是否满足条件：2I-2<K≤2I-1，若满足条件， 则将两个伙伴中的任何一个分配给该进程。否则，将其中一个伙 伴又分成两个大小相等的伙伴分区；此过程一直继续进行，直到 产生的分区满足条件I-J≥S并2I-J-1<K≤2I-J，将2I-J大小的分区分配给该 进程；当I-J-1<S时，系统不再分割成两个大小相等的伙伴分区，将 2S大小的分区分配给该进程。 • 当进程执行完毕，释放一个尺寸为2I的分区时，系统用下面的算法 回收该分区。

哈尔滨学院2014年秋季学期单元测试试卷课程名称：计算机组成原理单元名称：第五章存储系统一、填空题1．在多级存储体系中，Cache的主要功能是________，虚拟存储器的主要功能是________。

2．SRAM靠________存储信息，DRAM靠________存储信息。

________存储器需要定时刷新。

3．动态半导体存储器的刷新一般有________、________和________。

4．一个512KB的存储器，其地址线和数据线的总和是________。

5．若RAM芯片内有1024个单元，用单译码方式，地址译码器有________条输出线；用双译码方式，地址译码器有________条输出线。

6．高速缓冲存储器中保存的信息是主存信息的________。

二、选择题1．在磁盘和磁带这两种磁介质存储器中，存取时间与存储单元的物理位置有关，按存储方式分____。

A．二者都是顺序存取B．二者都是直接存取C．磁盘是直接存取，磁带是顺序存取D．磁带是直接存取，磁盘是顺序存取2．存储器进行一次完整的读写操作所需要的全部时间称为____。

A．存取时间B．存取周期C．CPU周期D．机器周期3．若存储周期250ns，每次读出16位，则该存储器的数据传送率为____。

A．4×106B/s B．4MB/sC．8×106B/s D．8MB/s4．用户程序存放的贮存空间属于______。

A．随机存取存储器B．只读存储器C．顺序存取存储器D．直接存取存储器5．以下哪种类型的存储器速度最快______。

A．DRAM B．ROM C．EPROM D．SRAM6．以下说法中正确的是______。

A．半导体RAM信息可读可写，且断电后仍能保持记忆B．动态RAM是易失性RAM，而静态RAM中的存储信息是不易失的C．半导体RAM是易失性RAM，但只要电源不断电，所存信息时是不丢失的D．半导体RAM是非易失性的RAM7．若数据在存储器中采用以低字节地址为字地址的存放方式，则十六进制数H的存储字节顺序按地址由小到大依次为__________。

写入Cache的同时也写入主存（下一级存储器）
2. 回写法(write back)
只写入Cache，在被替换时才写回主存
系统结构
直写和回写的比较
存储层次
❖ 直写策略
优点：简单可靠 缺点：总线操作频繁、影响工作速度 解决方法：在Cache与主存间设置一级/多级缓
冲器，形成实用的“缓冲直写”方式，提高速 度
CPU时间＝ (CPU执行周期数＋存储器停顿周期数)×时钟周期时间
❖ 只考虑Cache失效引起停顿，并将Cache命中 所用时钟周期数归为CPU执行时钟周期数的部 分
存储器停顿时钟周期数＝访存次数×失效率×失效开销
系统结构
CPU执行时间
存储层次
CPU时间＝ IC（CPEIXECUTI＋ ON存储指器令停条顿数周） 期 时数钟周期时间
❖ 统一Cache结构的失效率低于分离Cache结构
系统结构
分离和统一Cache性能比较：例题5.1－2 存储层次
❖ 平均访存时间
＝取指比例×(指令命中时间＋指令失效率×失效开销) ＋数据比例×(数据命中时间＋数据失效率×失效开销)
❖ 分离Cache的平均访存时间
＝75%×(1＋0.64%×50)＋25%×(1＋6.47%×50) ＝2.05 （已知：命中时间＝1，失效开销＝50）
结束
向Cache传送含RA的主存块
系统结构
5.1.4 存储层次的四个问题
存储层次
1. 映像规则(block placement)
Where can a block be placed in the upper level?
2. 查找方法(block identification)
How is a block found if it is in the upper level?

· 读取CMOS-SRAM中的设备配置，确 定硬件运行环境。
· 系统引导、启动。


· 基本的输入输出控制程序。 · 存储一些重要的数据参数。 · 部分机器还含有硬化的部分操作系统。


ROM-BIOS一般为几十KB的容量，并 有逐渐加大的趋势，常为掩膜式ROM。 目前高档PC机已采用快速擦写存储器， 使ROM BIOS 的功能由软盘软件支撑升级。


5.4.5 页式虚拟存储器 页式虚拟存储器中的基本信息传送单 位为定长的页。


5.4.6 段页式虚拟存储器简介
段式虚拟存储器和页式虚拟存储器各有 其优缺点，段页式管理综合了两者的优点， 将存储空间仍按程序的逻辑模块分成段， 以保证每个模块的独立性及便于用户公用； 每段又分成若干个页。 页面大小与实存页相同，虚存和实存之 间的信息调度以页为基本传送单位。


2．CMOS-RAM 用于记录设备配置参数，如内存容量， 显示器类型，软硬磁盘类型及时钟信息等。 CMOS-RAM采用CMOS工艺制成，功耗很 少。


3．ROM-BIOS

ROM-BIOS用于存放基本的输入输出 系统程序，是操作系统驻留在内存中的最 基本部分，其主要用于以下几个方面。

· 开机后的自检。检测对象涉及计算机 系统的各主要功能部件包括CPU、ROM、 RAM、系统接口电路和键盘、软、硬磁 盘等外设。

5.1.1存储器的分类
1. 按存储介质分 按存储介质可以将存储器分为三种：半 导体存储器、磁表面存储器和光存储器。



2. 按存取方式分

按照存储器的存取可方式分为随机存取 （读写）存储器、只读存储器、顺序存取存 储器和直接存取存储器等。