计算机系统结构第3章.ppt

第三章存储系统亦阳忍弛毁屎蝴勾电席缉瞬狮移样化裹虚睬蚤苔预抵匀跌搬苗堕综敢青温计算机系统结构第3章计算机系统结构第3章1第一节存储系统设计基本原理一、存储系统设计目标1、存储器性能指标容量:SM=W·l·m,其中W为字长、l和m为存储体字数和体数速度:用访问时间TA、存储周期TM和带宽Bm表示。TA为PE启动访存请求后的等待时间;TM为MEM连续启动访存的间隔时间,TM>TA;Bm=W·m/TM。价格:c=C/SM性能指标间的矛盾:大容量与高速度矛盾;高速度与低价格矛盾。怎特操哄拯贴括脓肃造拧惧蓑率亚角馒霓逢支谰孰尖仔含衣仁捧凝源淀右计算机系统结构第3章计算机系统结构第3章22、对存储系统的需求高速度、大容量、低价格。需求带来的问题:只用一种存储器无法解决上述需求;采用几种存储器组合来满足需求,如何组织?3、访存局部性原理时间局部性:已被访问的存储项,可能很快被再次访问。空间局部性:被访问存储项的相邻存储项,可能很快被访问。访存局部性原理是存储体系设计的基础。夹被短靛眩凉哆博端忽召饰肖掀放筏徽哇跑哼匣烟荐蔷痊疆礼棱言卢舒盘计算机系统结构第3章计算机系统结构第3章34、层次化存储系统层次结构:用多种类型的存储器组合实现存储器的大容量、高速度和低价格要求。CPUM1M2Mn…实现:ci>ci+1,TAi<TAi+1,SMi<SMi+1。设计目标:①;②T≈TA1。达到目标①②后,存储系统的容量要求已不是问题。哑众丈圃焚缔未鄂廖夕堡墒担晓董驻团撒正颈庆朱惕折局瞬瘴漓我瞒烧骏计算机系统结构第3章计算机系统结构第3章4二、存储系统设计原理1、主要的存储层次(1)Cache-主存存储层次--高速缓冲存储器目标:解决主存的速度不够问题。效果:CPU的速度,主存的容量。(2)主存-辅存存储层次--虚拟存储器目标:解决主存的容量不够问题。效果:主存的速度,辅存的容量。醛阅枪痔窜枚诧棠潮茸另彻猪度乃泞丽奋抑鲍榷簿妆枉些烟侦褥宗篱匆洲计算机系统结构第3章计算机系统结构第3章52、性能参数(1)每位平均价格c影响因素:c1、c2、SM1、SM2、各层间辅助开销(2)命中率HCPU产生的逻辑地址能在M1中访问到的概率。影响因素:地址流、预判算法、M1的存储粒度和容量等。(3)平均访问时间TATA=HTA1+(1-H)TA2影响因素:命中率H、各层的访问时间TA1和TA2。回下页程邪嫂叛敌值完洪扯热颧迟寂纱豆癌磺敢局轰凭缴雅泊寇梭杂保康夜驴爵计算机系统结构第3章计算机系统结构第3章63、层次存储系统总体设计(1)目标设计设计结果:①相邻级的容量差ΔSM较大;②价格差Δc(等同于速度差ΔTA)较大;相邻层访问时间比r=TA2/TA1,即r较大③层间辅助成本开销较小。(2)根据TA≈TA1目标设计访问效率:r=1r=2r=10r=:①命中率H很高(e≈1、r较大);②层间辅助时间开销较小。转上页山孪乞吁田康阶例峪峰讫校口党议肇镰丁肝制国***笨迄器即莎洲乃代歪兵计算机系统结构第3章计算机系统结构第3章74、层次存储系统详细设计需重点解决的问题:①如何实现层次结构;②如何提高命中率H;③如何减少层间辅助开销。(1)层次结构实现原理层次结构模型:CPU主存Cache虚拟地址辅存D/I(页)(a)理想模型MMUCMUOSCPUBusMemBusD/I(块)D/I(字/双字)I/OBusCPU主存Cache虚拟地址辅存D/I(页)(b)传统模型MMUOSCPUBusMemBusD/I(块)D/I(字/双字)I/OBus回下页屿洗寥吻株觅剑支渤生洛趾缎拈尽视糟痈帕漠鄂柜拭纪氓右波掳蜒兵轧丙计算机系统结构第3章计算机系统结构第3章8地址空间—CPU使用的是虚拟地址空间,各存储层次有自己的物理空间,均需要进行虚拟地址-物理地址的转换;传统模型节省了转换成本,增加了转换延迟传输粒度—为减少平均访问时间、充分利用访存空间局部性原理,离CPU越远的存储器间传输粒度越大;可分摊每字节传输代价,和提高命中率H层次存储器结构:组成--存储阵列、控制器、层次辅助机构;存储粒度—一般与传输粒度相同,如Cache为块,MEM为页,按上层粒度与上层通信,按本层粒度与下层通信;内部地址—为存储粒度号+存储粒度内偏移。转上页回下页卉潭决葱嗽续基瓶陛触芽颅狸跪货俐五狠甘魁刀腐憎视骇酷烂蝴吨兄朔鸽计算机系统结构第3章计算机系统结构第3章9层次存储器处理访问请求的过程:转上页回下页回13页内部地址粒度内偏移nr存储粒度号ng地址映像规则成功Y存储阵列有空存储粒度按本层存储粒度从下层取数据到存储阵列中读/写按本层存储粒度从存储阵列中替换数据到下层N替换算法更新策略按上层存储粒度从存储阵列取数据送到上层按上层存储粒度接收数据到存储阵列写读请求完成请求到达多用户虚拟地址页内偏移Nr