计算机组成及系统结构-第七章 存储系统

存储系统

一、存储器

• 半导体存储器作为主存储器(主存或内存)
  • 存放当前正在执行的程序和数据
  • 半导体存储器可随机访问任一单元
• 用磁盘、磁带、光盘作为外存储器或辅助存储器（外存或辅存)
  • 存放当前不在运行的大量程序和数据
  • 辅助存储器一般为串行访问存储器，需要顺序地一位一位地进行，访问指定信息所需时间与信息所在位置有关
• 串行存储器分成顺序存取存储器和直接存取存储器
  • 磁带上的信息以顺序的方式存储在带上，读／写时要待磁带移动到合适位置后才能顺序读／写，需要耗费较多时间，称为顺序存取存储器
  • 磁盘存储器对信息的存取包括两个操作： ① 磁头直接移动到信息所在区域(磁道)；② 从该磁道的合适位置开始顺序读／写。比磁带要快得多，是直接存取存储器

二、存储系统的层次结构

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1.主存-辅存层次

2.cache-主存层次

3.cache-主存-辅存三级存储层次

4.主存—辅存层次与cache—主存层次的比较

三、高速缓冲存储器(cache)

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1.cache工作原理

• 相关概念：
  

• 基本结构：
  
  

• 效率：
  

  • 例：

• 写策略：
  

2.cache组织

• 地址映像：
  

  • 直接映像：
    
    

  • 全相联映像：
    

  • 组相联映像：
    

• 替换算法：
  

  • FIFO算法：
    
  • LRU算法：
    

• cache地址的监听：
  

3.多层次cache

• 指令cache和数据cache：
  
• 多层次cache结构：
  

四、虚拟存储器

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虚拟存储器指的是“主存辅存”层次，程序员可以按虚存空间编址

1.主存-辅存层次信息传送单位和存储管理

• 段式管理：
  
  
  

• 页式管理：
  
  

2.页式虚拟存储器

页表：
块表(TLB):

3.段页式虚拟存储器

多道程序：
例：

4.虚拟存储器工作的全过程

虚地址：
地址变换：
虚拟存储器工作全过程：

5.存储管理部件

五、相联存储器

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1.基本概念

2.基本构成

3.例

六、存储保护

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1.原因

2.存储区域保护

页表保护：

键保护方式：

环保护方式：

3.访问方式保护

4.管理状态和用户状态

参考-《计算机组成于结构》-清华大学 王爱英