存储系统答案.pptx
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1、 3.3.存储器的层次结构主要体现在什存储器的层次结构主要体现在什存储器的层次结构主要体现在什存储器的层次结构主要体现在什么地方?为什么要分这些层次?计算机么地方?为什么要分这些层次?计算机么地方?为什么要分这些层次?计算机么地方?为什么要分这些层次?计算机如何管理这些层次?如何管理这些层次?如何管理这些层次?如何管理这些层次?答:存储器的层次结构主要体现在答:存储器的层次结构主要体现在答:存储器的层次结构主要体现在答:存储器的层次结构主要体现在CacheCache主存主存主存主存和和和和主存主存主存主存辅存辅存辅存辅存这两个存储层这两个存储层这两个存储层这两个存储层次上。次上。次上。次上。C
2、acheCache主存层次在存储系统中主要主存层次在存储系统中主要主存层次在存储系统中主要主存层次在存储系统中主要对对对对CPUCPU访存起访存起访存起访存起加速加速加速加速作用,即从整体运行作用,即从整体运行作用,即从整体运行作用,即从整体运行的效果分析,的效果分析,的效果分析,的效果分析,CPUCPU访存速度加快,访存速度加快,访存速度加快,访存速度加快,接近接近接近接近于于于于CacheCache的速度,的速度,的速度,的速度,而寻址空间和位价却接而寻址空间和位价却接而寻址空间和位价却接而寻址空间和位价却接近于主存。近于主存。近于主存。近于主存。主存主存主存主存辅存层次在存储系统中主要辅
3、存层次在存储系统中主要辅存层次在存储系统中主要辅存层次在存储系统中主要起起起起扩容扩容扩容扩容作用,即从程序员的角度看,他作用,即从程序员的角度看,他作用,即从程序员的角度看,他作用,即从程序员的角度看,他所使用的存储器所使用的存储器所使用的存储器所使用的存储器其容量和位价接近于辅其容量和位价接近于辅其容量和位价接近于辅其容量和位价接近于辅存,存,存,存,而速度接近于主存。而速度接近于主存。而速度接近于主存。而速度接近于主存。第1页/共74页 综合综合综合综合上述两个存储层次的作用,从上述两个存储层次的作用,从上述两个存储层次的作用,从上述两个存储层次的作用,从整个整个整个整个存储系统来看,就
4、达到了速度快、存储系统来看,就达到了速度快、存储系统来看,就达到了速度快、存储系统来看,就达到了速度快、容量大、位价低的容量大、位价低的容量大、位价低的容量大、位价低的优化优化优化优化效果。效果。效果。效果。主存与主存与主存与主存与CACHECACHE之间的信息调度功能之间的信息调度功能之间的信息调度功能之间的信息调度功能全部由硬件自动完成全部由硬件自动完成全部由硬件自动完成全部由硬件自动完成。而主存。而主存。而主存。而主存辅存层辅存层辅存层辅存层次的调度目前广泛采用次的调度目前广泛采用次的调度目前广泛采用次的调度目前广泛采用虚拟虚拟虚拟虚拟存储技术实存储技术实存储技术实存储技术实现,即将主存
5、与辅存的一部份通过现,即将主存与辅存的一部份通过现,即将主存与辅存的一部份通过现,即将主存与辅存的一部份通过软硬软硬软硬软硬结合的技术结合的技术结合的技术结合的技术组成组成组成组成虚拟存储器虚拟存储器虚拟存储器虚拟存储器,程序员可,程序员可,程序员可,程序员可使用这个比主存实际空间(使用这个比主存实际空间(使用这个比主存实际空间(使用这个比主存实际空间(物理地址空物理地址空物理地址空物理地址空间间间间)大得多的虚拟地址空间()大得多的虚拟地址空间()大得多的虚拟地址空间()大得多的虚拟地址空间(逻辑地址逻辑地址逻辑地址逻辑地址空间空间空间空间)编程,当程序运行时,再由)编程,当程序运行时,再由
6、)编程,当程序运行时,再由)编程,当程序运行时,再由软、软、软、软、硬件自动配合完成硬件自动配合完成硬件自动配合完成硬件自动配合完成虚拟地址空间与主存虚拟地址空间与主存虚拟地址空间与主存虚拟地址空间与主存实际物理空间的实际物理空间的实际物理空间的实际物理空间的转换转换转换转换。因此,这两个层。因此,这两个层。因此,这两个层。因此,这两个层次上的调度或转换操作对于程序员来说次上的调度或转换操作对于程序员来说次上的调度或转换操作对于程序员来说次上的调度或转换操作对于程序员来说都是透明的。都是透明的。都是透明的。都是透明的。第2页/共74页 4.4.说明存取周期和存取时间的说明存取周期和存取时间的说
7、明存取周期和存取时间的说明存取周期和存取时间的区别区别区别区别。解:存取周期和存取时间的主要解:存取周期和存取时间的主要解:存取周期和存取时间的主要解:存取周期和存取时间的主要区别区别区别区别是:是:是:是:存取时间仅为完成一次操作的时间存取时间仅为完成一次操作的时间存取时间仅为完成一次操作的时间存取时间仅为完成一次操作的时间,而存取周期不仅包含操作时间,还包含操而存取周期不仅包含操作时间,还包含操而存取周期不仅包含操作时间,还包含操而存取周期不仅包含操作时间,还包含操作后线路的作后线路的作后线路的作后线路的恢复时间恢复时间恢复时间恢复时间。即:。即:。即:。即:存取周期存取周期存取周期存取周
8、期 =存取时间存取时间存取时间存取时间 +恢复时间恢复时间恢复时间恢复时间 5.5.什么是存储器的什么是存储器的什么是存储器的什么是存储器的带宽带宽带宽带宽?若存储器的?若存储器的?若存储器的?若存储器的数据总线宽度为数据总线宽度为数据总线宽度为数据总线宽度为3232位,存取周期为位,存取周期为位,存取周期为位,存取周期为200ns200ns,则存储器的带宽是多少?,则存储器的带宽是多少?,则存储器的带宽是多少?,则存储器的带宽是多少?解:存储器的带宽指解:存储器的带宽指解:存储器的带宽指解:存储器的带宽指单位时间内从存单位时间内从存单位时间内从存单位时间内从存储器进出信息的储器进出信息的储器
9、进出信息的储器进出信息的最大最大最大最大数量数量数量数量。存储器带宽存储器带宽存储器带宽存储器带宽 =1/200ns=1/200ns 32 32位位位位=160M=160M位位位位/秒秒秒秒 =20MB/S20MB/S=5M=5M字字字字/秒秒秒秒 注意字长(注意字长(注意字长(注意字长(3232位)不是位)不是位)不是位)不是1616位。位。位。位。(注:本题的兆单位来自时间(注:本题的兆单位来自时间(注:本题的兆单位来自时间(注:本题的兆单位来自时间=10=106 6)第3页/共74页 6.6.某机字长为某机字长为某机字长为某机字长为3232位,其存储容量是位,其存储容量是位,其存储容量是
10、位,其存储容量是64KB64KB,按字编址按字编址按字编址按字编址其寻址范围是多少?若主其寻址范围是多少?若主其寻址范围是多少?若主其寻址范围是多少?若主存存存存以字节编址以字节编址以字节编址以字节编址,试画出主存字地址和字节,试画出主存字地址和字节,试画出主存字地址和字节,试画出主存字地址和字节地址的分配情况。地址的分配情况。地址的分配情况。地址的分配情况。解:存储容量是解:存储容量是解:存储容量是解:存储容量是64KB64KB时,时,时,时,按字节编址按字节编址按字节编址按字节编址的寻址范围就是的寻址范围就是的寻址范围就是的寻址范围就是64KB64KB,则:,则:,则:,则:按字寻址范围按
11、字寻址范围按字寻址范围按字寻址范围 =64K=64K 8/32=16K8/32=16K字字字字 按字节编址时的主存地址分配图如下:按字节编址时的主存地址分配图如下:按字节编址时的主存地址分配图如下:按字节编址时的主存地址分配图如下:0 01 12 236 65 54 4655346553465532655327 765535655356553365533字地址字地址字地址字地址 HB HB 字节地址字节地址字节地址字节地址LBLB0 04 48 865528655286553265532第4页/共74页讨论:讨论:讨论:讨论:1 1、在按字节编址的前提下,按字在按字节编址的前提下,按字在按字节
12、编址的前提下,按字在按字节编址的前提下,按字寻址时,地址仍为寻址时,地址仍为寻址时,地址仍为寻址时,地址仍为1616位,即位,即位,即位,即地址编码范地址编码范地址编码范地址编码范围仍为围仍为围仍为围仍为064K-1064K-1,但字空间为,但字空间为,但字空间为,但字空间为16K16K字,字,字,字,字地址不连续。字地址不连续。字地址不连续。字地址不连续。2 2、字寻址的单位为字,字寻址的单位为字,字寻址的单位为字,字寻址的单位为字,不是不是不是不是B B(字(字(字(字节)节)节)节)。3 3、画存储空间分配图时要画出上限。画存储空间分配图时要画出上限。画存储空间分配图时要画出上限。画存储
13、空间分配图时要画出上限。第5页/共74页 7.7.一个容量为一个容量为一个容量为一个容量为16K16K 3232位的存储器,其位的存储器,其位的存储器,其位的存储器,其地址线和数据线的总和地址线和数据线的总和地址线和数据线的总和地址线和数据线的总和是多少?当选用下是多少?当选用下是多少?当选用下是多少?当选用下列不同规格的存储芯片时,各需要多少片列不同规格的存储芯片时,各需要多少片列不同规格的存储芯片时,各需要多少片列不同规格的存储芯片时,各需要多少片?1K1K 4 4位,位,位,位,2K2K 8 8位,位,位,位,4K4K 4 4位,位,位,位,16K16K 1 1位,位,位,位,4K4K
14、8 8位,位,位,位,8K8K 8 8位位位位 解:解:解:解:地址线和数据线的总和地址线和数据线的总和地址线和数据线的总和地址线和数据线的总和 =14+32=46=14+32=46根根根根;各需要的片数为:各需要的片数为:各需要的片数为:各需要的片数为:1K1K 4 4:16K16K 3232/1K1K 4=164=16 8=8=128128片片片片 2K2K 8 8:16K16K 32 32/2K 2K 8=8 8=8 4=4=3232片片片片 4K4K 4 4:16K16K 32 32/4K 4K 4=4 4=4 8=8=3232片片片片 16K16K 1 1:16K 16K 32 32
15、/16K 16K 1=1=3232片片片片 4K4K 8 8:16K16K 3232/4K4K 8=4 8=4 4=4=1616片片片片 8K8K 8 8:16K16K 32 32/8K 8K 8=2X4=8=2X4=8 8片片片片 第6页/共74页讨论:讨论:地址线根数与容量为地址线根数与容量为2的的幂的关系,在此为幂的关系,在此为214,14根;根;数据线根数与字长位数相数据线根数与字长位数相等,在此为等,在此为32根。(注:不是根。(注:不是2的幂的关系。的幂的关系。):32=25,5根根第7页/共74页8.8.试比较静态试比较静态试比较静态试比较静态RAMRAM和动态和动态和动态和动态
16、RAMRAM。答:静态答:静态答:静态答:静态RAMRAM和动态和动态和动态和动态RAMRAM的比较见下表:的比较见下表:的比较见下表:的比较见下表:特性特性特性特性SRAMSRAMDRAMDRAM存储信息存储信息存储信息存储信息触发器触发器触发器触发器电容电容电容电容破坏性读出破坏性读出破坏性读出破坏性读出非非非非是是是是需要刷新需要刷新需要刷新需要刷新不要不要不要不要需要需要需要需要送行列地址送行列地址送行列地址送行列地址同时送同时送同时送同时送分两次送分两次送分两次送分两次送运行速度运行速度运行速度运行速度快快快快慢慢慢慢集成度集成度集成度集成度低低低低高高高高发热量发热量发热量发热量大
17、大大大小小小小存储成本存储成本存储成本存储成本高高高高低低低低功耗功耗功耗功耗高高高高低低低低可靠性可靠性可靠性可靠性高高高高低低低低可用性可用性可用性可用性使用方便使用方便使用方便使用方便不方便不方便不方便不方便适用场合适用场合适用场合适用场合高速小容量存储器高速小容量存储器高速小容量存储器高速小容量存储器大容量主存大容量主存大容量主存大容量主存第8页/共74页 9.9.什么叫什么叫什么叫什么叫刷新刷新刷新刷新?为什么为什么为什么为什么要刷新?说明要刷新?说明要刷新?说明要刷新?说明刷新有刷新有刷新有刷新有几种方法几种方法几种方法几种方法。解:解:解:解:刷新刷新刷新刷新对对对对DRAMDR
18、AM定期定期定期定期进行的进行的进行的进行的全全全全部重写部重写部重写部重写过程;过程;过程;过程;刷新原因刷新原因刷新原因刷新原因因因因因电容泄漏电容泄漏电容泄漏电容泄漏而引起的而引起的而引起的而引起的DRAMDRAM所存信息的衰减需要所存信息的衰减需要所存信息的衰减需要所存信息的衰减需要及时补充及时补充及时补充及时补充,因,因,因,因此安排了定期刷新操作;此安排了定期刷新操作;此安排了定期刷新操作;此安排了定期刷新操作;常用的刷新方法常用的刷新方法常用的刷新方法常用的刷新方法有三种有三种有三种有三种集中式集中式集中式集中式、分散式、异步式分散式、异步式分散式、异步式分散式、异步式。集中式:
19、集中式:集中式:集中式:在最大刷新间隔时间内,在最大刷新间隔时间内,在最大刷新间隔时间内,在最大刷新间隔时间内,集集集集中安排中安排中安排中安排一段时间进行刷新;一段时间进行刷新;一段时间进行刷新;一段时间进行刷新;分散式:分散式:分散式:分散式:在每个读在每个读在每个读在每个读/写周期之后写周期之后写周期之后写周期之后插入一插入一插入一插入一个个个个刷新周期,无刷新周期,无刷新周期,无刷新周期,无CPUCPU访存死时间;访存死时间;访存死时间;访存死时间;异步式:异步式:异步式:异步式:是集中式和分散式的是集中式和分散式的是集中式和分散式的是集中式和分散式的折衷折衷折衷折衷。第9页/共74页
20、讨论:讨论:1)刷新与再生的比较:)刷新与再生的比较:共同点:共同点:动作机制一样。动作机制一样。都是利用都是利用DRAM存储元破坏性读操作时的重存储元破坏性读操作时的重写过程实现;写过程实现;操作性质一样。操作性质一样。都是属于重写都是属于重写操作。操作。第10页/共74页区别:区别:解决的问题不一样解决的问题不一样解决的问题不一样解决的问题不一样。再生再生再生再生主要解主要解主要解主要解决决决决DRAMDRAM存储元破坏性读出时的信息重存储元破坏性读出时的信息重存储元破坏性读出时的信息重存储元破坏性读出时的信息重写问题;写问题;写问题;写问题;刷新刷新刷新刷新主要解决长时间不访存时主要解决
21、长时间不访存时主要解决长时间不访存时主要解决长时间不访存时的信息衰减问题。的信息衰减问题。的信息衰减问题。的信息衰减问题。操作的时间不一样。操作的时间不一样。操作的时间不一样。操作的时间不一样。再生再生再生再生紧跟在读紧跟在读紧跟在读紧跟在读操作之后,时间上是随机进行的;操作之后,时间上是随机进行的;操作之后,时间上是随机进行的;操作之后,时间上是随机进行的;刷新刷新刷新刷新以以以以最大间隔时间最大间隔时间最大间隔时间最大间隔时间为周期定时重复进行。为周期定时重复进行。为周期定时重复进行。为周期定时重复进行。动作单位不一样。动作单位不一样。动作单位不一样。动作单位不一样。再生再生再生再生以存储
22、单元以存储单元以存储单元以存储单元为单位,每次仅重写刚被读出的一个字为单位,每次仅重写刚被读出的一个字为单位,每次仅重写刚被读出的一个字为单位,每次仅重写刚被读出的一个字的所有位;的所有位;的所有位;的所有位;刷新刷新刷新刷新以行为单位,每次重写以行为单位,每次重写以行为单位,每次重写以行为单位,每次重写整个存储器所有芯片内部存储矩阵的同整个存储器所有芯片内部存储矩阵的同整个存储器所有芯片内部存储矩阵的同整个存储器所有芯片内部存储矩阵的同一行。一行。一行。一行。第11页/共74页 芯片内部芯片内部芯片内部芯片内部I/OI/O操作不一样。操作不一样。操作不一样。操作不一样。读出读出读出读出再生再
23、生再生再生时芯片数据引脚上有读出数据输出;时芯片数据引脚上有读出数据输出;时芯片数据引脚上有读出数据输出;时芯片数据引脚上有读出数据输出;刷刷刷刷新新新新时由于时由于时由于时由于CASCAS信号无效,芯片数据引脚信号无效,芯片数据引脚信号无效,芯片数据引脚信号无效,芯片数据引脚上无读出数据输出(上无读出数据输出(上无读出数据输出(上无读出数据输出(唯唯唯唯RASRAS有效刷新,有效刷新,有效刷新,有效刷新,内部读内部读内部读内部读)。鉴于上述区别,为避免两种)。鉴于上述区别,为避免两种)。鉴于上述区别,为避免两种)。鉴于上述区别,为避免两种操作混淆,分别叫做操作混淆,分别叫做操作混淆,分别叫做
24、操作混淆,分别叫做再生再生再生再生和和和和刷新刷新刷新刷新。2 2)CPUCPU访存周期与存取周期的区别访存周期与存取周期的区别访存周期与存取周期的区别访存周期与存取周期的区别:CPUCPU访存周期访存周期访存周期访存周期是从是从是从是从CPUCPU一边看到的一边看到的一边看到的一边看到的存储器工作周期,他不一定是真正的存存储器工作周期,他不一定是真正的存存储器工作周期,他不一定是真正的存存储器工作周期,他不一定是真正的存储器工作周期;储器工作周期;储器工作周期;储器工作周期;存取周期存取周期存取周期存取周期是存储器速度是存储器速度是存储器速度是存储器速度指标之一,它反映了存储器真正的工作指标
25、之一,它反映了存储器真正的工作指标之一,它反映了存储器真正的工作指标之一,它反映了存储器真正的工作周期时间。周期时间。周期时间。周期时间。第12页/共74页 3)分散刷新分散刷新是在读写周期是在读写周期之之后后插入一个刷新周期,而不是在读插入一个刷新周期,而不是在读写周期写周期内内插入一个刷新周期,但此插入一个刷新周期,但此时读写周期和刷新周期合起来构成时读写周期和刷新周期合起来构成CPU访存周期。访存周期。4)刷新定时方式有)刷新定时方式有3种而不是种而不是2种,一定不要忘了最重要、性能种,一定不要忘了最重要、性能最好的最好的异步刷新方式异步刷新方式。第13页/共74页 10.10.半导体存
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