计算机组成原理学习笔记:三 存储系统
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发布时间:2024-04-13 18:47
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时间:2024-04-14 00:03
主存与Cache的默契协作
在现代计算机体系结构中,主存与高速缓存(Cache)之间的协作是至关重要的。它们之间的数据交换由硬件自动处理,程序员无需过多关注。CPU内部的MDR/MAR逻辑确保地址处理,而主存的地址译码器则负责数据传输。主存的世界里,半导体存储器分为SRAM和DRAM两种类型:SRAM以高速著称,但集成度较低;DRAM则以大容量和低功耗闻名,但需要定期刷新以保持信息的稳定性。刷新策略包括集中式、分散式和异步方式,这一切对CPU运行而言都是透明的。
存储器的差异与选择
RAM,特别是随机存取存储器,因其易失性,主要用于用户区;而ROM,如只读存储器,结构简单且非易失,常用于存放系统程序。主存与CPU之间的连接涉及芯片选择、地址线和数据/控制线的合理配置。片选技术有线选和译码片选,通过并行技术,如双端口RAM和多模块存储器,提升数据传输的带宽和速度,以提升系统的整体性能。
存储器访问与优化
顺序访问的存储器受制于吞吐率,低位交叉编址技术则能有效提高带宽。高速缓存Cache正是利用局部性原理,通过SRAM和替换算法来加速数据访问,常见的映射方式有直接、全相联和组相联。虚拟存储器,如页式和段式,通过程序局部性管理内存,但页式可能因固定长度而造成空间浪费,而段式虽然逻辑独立,但管理起来较为复杂,快表则进一步提升了页表查找的速度。
存储系统中的细节与示例
1. SRAM芯片引脚设计精细,如21根总线,10位地址,8位数据,2位读写控制,以及1个片选信号,确保高效通信。
2. 并行低位交叉存取器在200ns内可提供128位数据,展现其高速特性。
3. 主存地址映射表以64行*13位构建,包括64个行地址、12个标志位和1个脏位,确保精确地址定位。
4. 当我们分析字节地址1234567H的Cache Tag时,它被编码为048DH,揭示了数据在Cache中的位置。
5. 在一次主存35301H访问中,命中了Cache的第152字块,反映出高速缓存的命中效率。
6. 指令Cache与数据Cache的分离设计,旨在减少指令流水线中的冲突,提升指令处理效率。
7. 虚拟地址03FFF180H的实地址变换,经过虚拟到物理地址的映射,结果为0153180H,展示了虚拟内存管理的复杂性。
通过这些深入剖析,我们对计算机组成原理中的存储系统有了更全面的理解,它不仅是数据的仓库,更是系统性能的灵魂所在。
计算机组成原理学习笔记:三 存储系统
高速缓存Cache正是利用局部性原理,通过SRAM和替换算法来加速数据访问,常见的映射方式有直接、全相联和组相联。虚拟存储器,如页式和段式,通过程序局部性管理内存,但页式可能因固定长度而造成空间浪费,而段式虽然逻辑独立,但管理起来较为复杂,快表则进一步提升了页表查找的速度。存储系统中的细节与示...
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