计算机系统结构 存储体系

二级存储体系

• 虚拟存储器：为了解决容量太小的问题

通过逻辑关联主存和辅存，让其形成一套存储体系，这套存储体系也被称为主存辅存存储层次

虚拟存储器分类

• 段式管理
  

• 页式管理
  

• 段页式管理

段页式，其实就是把一个完整的程序先分成N个模块（段），然后每个模块又被分为M个页。其中模块的管理是使用段式管理，只不过里面的段的起始位置不再是随机的了，而是该模块下面第一个页的起始位置

例题

• 最后一道题需要用到下面表计算
  

关于偏移量，虚页偏移量等于实页偏移量，然后实地址=实页号*每页字数+偏移量
偏移量=虚地址%每页字数
虚页号=虚地址/每页字数，虚页号计算出来后，直接取整即可，比如4000/512=7.8125,取整后，虚页号得到7

页面替换算法

• 随机算法（RAND）
• 先进先出算法（FIFO）
• 近期最少使用算法（LRU）
• 优化算法（OPT）

其中近期最少使用算法和优化算法均是堆栈

一般情况下，OPT算法命中率>LRU算法命中率>FIFO算法命中率

• Cache存储器：为了解决速度太慢
  

Cache存储器

• 弥补速度不足
• Cache和主存分成相同大小的块
• 地址映像与变换
• 命中、未命中

地址映像与变换

• 全相联映像（段式）

主存映射到cache是不按照编号映射的，只会在cache满载后，才会替换下一个数据到块号为1的位置

优点是，空间利用率很高

缺点是比较难管理

• 直接映像（页式）

按照主存块的位置进行映射，比如cache中的1，对应到的就是主存中的1，2对应的就是2

优点是一一对应，查找更快速，管理更简单

这个缺点就是冲突概率很高，内存容易浪费，比如第0块被占用，后面其他区的块无法进入，这时候cache的空间就被浪费了，所以空间利用率低

• 组相联映像（段页式）
  

大的分组，小的分区

主存容量/Cache容量 = 区数

组与组之间采用全相联映像，组内块采用之间映像

Cache 性能分析

• 命中率
• 等效访问速度

在考虑命中率的情况下，cpu访问数据的平均时间

• 等效存储周期

在考虑Cache存在的情况下，cpu完成一次内存访问的平均时间

• Cache等效存储周期
  
• 等效访问速度提高的倍数
  

Cache改进

• 更换高速芯片
• 提高命中率（组的大小、块的大小、替换算法等）

作业

标量处理机是什么？

• 处理单个数据指令集的计算机架构
• 单指令流单数据流SISD
• 顺序执行
• 性能有限
• 并行度有限
• 多用于嵌入式系统和低功耗系统
• 重叠与流水是实现加快机器语言程序的解释的两种方式

流水的分类

• 按拓展思路
  • 向上扩展
  • 向下扩展
• 按处理级别
  • 部件级
  • 处理机级
  • 系统级
• 按功能多少
  • 单功能流水线
  • 多功能流水线
• 是否能同事用于不同功能
  • 静态流水线
  • 动态流水线

计算题题型

• 时空图
• 吞吐率（最大吞吐率，实际吞吐率）、效率
• 瓶颈处理方式
• 加速比
• 预约表（延迟禁止表、冲突向量）
• 状态转移图
• 调度方案（最小平均延迟、最佳调度方案、实际吞吐率）