清华大学电子工程系：《微机原理》第六章 存储器系统

第六章存储器系统 6储系统的基本概念 6半导体存储器 63高速缓冲存储器( Cache) 64微机的外部存储器

6.1存储系统的基本概念 6.2半导体存储器 6.3高速缓冲存储器（Cache） 6.4微机的外部存储器 第六章 存储器系统

61存储系统的基本概念 、存储系统的层次结构 微机存储系统有三个基本参数:容量、速度、成本 ⑦容量:以字节数表示 矿速度:以访问时间T、存储周期T或带宽BM 表示 TA—从接收读申请到读出信息到存储器输出端 的时间 TM连续两次启动存储器所需的最小时间间 隔

6.1 存储系统的基本概念 一、存储系统的层次结构 微机存储系统有三个基本参数：容量、速度、成本 容量：以字节数表示 速度：以访问时间TA、存储周期TM或带宽BM 表示 TA——从接收读申请到读出信息到存储器输出端 的时间 TM——连续两次启动存储器所需的最小时间间 隔 TM > TA

存储系统的基本概念 、存储系统的层次结构 B M 数据总线宽度 成本:以每位价格表示

M M T w B = 一、存储系统的层次结构 w——数据总线宽度 成本：以每位价格表示 存储系统的基本概念

存储系统的基本概念 、存储系统的层次结构 寄存器 Ia cache 半导体主存储器 长 磁盘 磁带 低 速度

一、存储系统的层次结构 速度 成本 低 磁带 磁盘 半导体主存储器 Cache 寄存器 存储系统的基本概念

存储系统的基本概念 、存储系统的层次结构 外存平均访问时间ms级 硬盘9~10ms 光盘80~120ms 内存平均访问时间ns级 SRAM Cachel-5ns SDRAM内存7~15ns EDO内存60-80ns EPROM存储器100400ns

一、存储系统的层次结构 存储系统的基本概念 外存平均访问时间ms级 硬盘9~10ms 光盘80~120ms 内存平均访问时间ns级 SRAM Cache1~5ns SDRAM内存7~15ns EDO内存60~80ns EPROM存储器100~400ns

存储系统的基本概念 、存储系统的层次结构 寄存器 Cache 内存储器 主存储器 辅助存储器(磁盘) 外存储器 大容量存储器(磁带)

一、存储系统的层次结构 存储系统的基本概念 寄存器 Cache 主存储器 辅助存储器(磁盘) 大容量存储器(磁带) 外存储器 内存储器

存储系统的基本概念 存储器访问的局部性原理 存储器访问的局部性指处理器访问存储器时,无论取 指令还是取数据,所访问的存储单元都趋向于聚集在 个较小的连续单元区域中。 时间上的局部性—最近的将来要用到的信息很可能 就是现在正在使用的信息。主要由循环造成 空间上的局部性—最近的将来要用到的信息很可能 与现在正在使用的信息在空间上是邻近的。主要由顺 序执行和数据的聚集存放造成

二、存储器访问的局部性原理 存储系统的基本概念 存储器访问的局部性指处理器访问存储器时，无论取 指令还是取数据，所访问的存储单元都趋向于聚集在 一个较小的连续单元区域中。 时间上的局部性——最近的将来要用到的信息很可能 就是现在正在使用的信息。主要由循环造成 空间上的局部性——最近的将来要用到的信息很可能 与现在正在使用的信息在空间上是邻近的。主要由顺 序执行和数据的聚集存放造成

存储系统的基本概念 存储器访问的局部性原理 存储器的层次结构是依靠存储器访问的局部性实现的 存储器的层次结构的性能由命中率来衡量: 命中率—对层次结构存储系统中的某一级存储器来 说,要访问的数据正好在这一级的概率

二、存储器访问的局部性原理 存储系统的基本概念 存储器的层次结构是依靠存储器访问的局部性实现的 存储器的层次结构的性能由命中率来衡量： 命中率——对层次结构存储系统中的某一级存储器来 说，要访问的数据正好在这一级的概率

存储系统的基本概念 存储器访问的局部性原理 例:两级存储系统 MI 访问时间TA1,命中率H M2 访问时间T2 则平均访问时间TA=HI1+(1-H A2 规定:访问时间比r A2 访问效率e=41 则e r+(1-r)H

二、存储器访问的局部性原理 存储系统的基本概念 例：两级存储系统 M1 访问时间TA1，命中率H M2 访问时间TA2 则平均访问时间 TA=HTA1+(1-H)TA2 规定：访问时间比 访问效率 1 2 A A T T r = A A T T e 1 = 则 r r H e (1 ) 1 + − =

存储系统的基本概念 存储器访问的局部性原理 追求e r+(1-r)H 1.0 r=10 100 1.0

r r H e (1 ) 1 + − = 二、存储器访问的局部性原理 存储系统的基本概念 追求 1 0 1.0 1.0 r=1 r=2 r=10 r=100 e H