Transcript 主存储器

计算机组成原理第四章
知识点一：存储系统层次结构和评价方法
主讲教师：吴非
问题引入
数据和指令存在哪里？计算机里为什么使用存储系统？
如何评价其性能？
学习建议
系统观：与指令系统的设计以及优化建立联系，程序局
部性原理是程序优化的指南，存储系统的设计正是局部性
原理的体现。
构造观：通过存储系统的设计思想，分析存储层次体系
架构，理解程序局部性原理，掌握存储性能评价方法。
1. 存储器分类

存储介质
半导体（MOS、TTL，易失）
磁性（非易失）、光盘（激光、非易失）

存储方式（存储时间与物理地址的关系）
随机：无关（随机存储器，只读存储器）
串行：有关（顺序存储器，直接存储器）

存储功能和速度
寄存器，主存储器、高速缓冲存储器、辅助存储
器 （外存储器）
2.存储系统的层次结构
存储器的目标： 大容量、高速度、低价格
存储容量
CPU寄存器
Cache(SRAM
)
主存(DRAM)
内存
磁盘
存储速度
访问频率
单位成本
磁带、光盘
外存/辅存
2.存储系统的层次结构
 三级存储架构：高速缓存，主存储器，辅存存储器
 目标：主存储器为核心，缓存（cache）速度，辅存容
量
CPU

主存：存储当前使
寄存器
用的程序和数据
 辅存：后备程序和
高速缓存
数据
主存
 高速缓存：存储当
前经常使用的数据
辅助存储系统 磁盘高速缓存
和程序
硬盘
磁带、光盘、网络存储
3.分层结构的理论基础：程序局部性原理

存储的内容：数据，指令



数据： 数组， 结构体， 变量， 指针
指令：顺序访问的指令， 循环体， 子函数
程序局部性：程序仅访问内存很小一部分空
间


空间局部性: 如果内存某个区域刚刚被访问，不
久的将来其相邻区域很有可能被访问 （顺序指令，
数组）
时间局部性：如果内存某个区域刚刚被访问，不久
的将来该区域可能会被重复访问（循环， 局部变量
）

例：假定数组元素在主存按行优先顺序顺序存放。试改变下列
函数中循环的顺序，使得其数组元素的访问与排列顺序一致，
并说明为什么修改后的程序比原来的程序执行时间短。
修改后：
修改前：
int sum_array ( int
int sum_array ( int
a[N][N])
a[N][N])
{
{
int i, j, sum=0;
int i, j, sum=0;
for (i=0; i < N; i++)
for (i=0; i < N; i++)
for (j=0; j < N; j++)
for (j=0; j < N; j++)
sum+=a[i][j];
sum+=a[j][i];
return sum;
return sum;
}
} 修改后程序的数组元素的访问与排列顺序一致，使得空间局部
性比原程序好，故执行时间更短。
4.存储器主要技术指标

存储容量


存储器所能存储的二进制信息的位数
存储速度

存储时间：存储器访问时间， 读出时间或写
入时间
存储周期：连续两次访问存储器所需要的最小
时间间隔
存储器带宽：单位时间内存储器存取的信息量

存储器的可靠性


知识点一 回顾

存储器的种类

存储层次结构和组织方式
 程序局部性原理
 存储器性能评价方法