第三章复习要点
Cache存储系统与虚拟存储系统的区别 主要地址映像方式（全相联映像、直接映 像、组相联映像）的映像原则和地址变换 过程 并行主存系统的两种组织方式单体多字存 储器和多体交叉存储器的特点 并行主存系统地址空间的划分 Cache存储系统的基本工作原理
第3章 存储系统结构
地址映像与变换 并行主存系统 高速缓冲存储器
Cache存储系统
虚拟存储系统
3.1 地址映像与变换
概念 全相联映像及其变换 直接映像及其变换 组相联映像及其变换
一、概念
在一个由M1和M2组成的两级存储系统中， M1和M2都划分成相同大小的存储块。 地址映像：将M2中的存储块按一定的规则 装入M1中的过程。 地址变换：每次访问M1时，将M2的地址变 换成M1地址的过程。
3.4 高速缓冲存储器
基本结构和工作原理 透明性
一、Cache存储系统的工作原理
程序访问局部化性质 Cache基本工作原理
1、程序访问局部化性质 工作集
一个运行程序在t-T到t这个时间间隔内所访问 的存储块的集合称为该程序在时间t的工作集， 记为W(t,T) 如果能够将工作集全部装入Cache，可以大大 减少程序访问主存的次数
内部碎片
478
0 1023
4095
M2
M2地址 块内地址 块号
000001 0111011110 + 0 000101 1 000110 2 011001
块表
000110 0111011110
M1地址
三、直接映像及其变换
概念：将M2存储空间按M1大小等分成区。区 内各块按位置一一对应到M1的相应块上。M2 中第i块只能映像到M1中第 i mod Cb块位置上。 Cb为M1中存储块的个数。 块表：记录M1块号和M2区号信息。 地址变换：将i mod Cb与块内地址拼接成M1 地址。 优点：实现简单，成本低 缺点：块冲突概率高
1K
M1
1K
M2 存储块
二、全相联映像及其变换
地址映像：M2中任意一个存储块可以装入M1中 任意一块的位置 地址组成 块号 块内地址 块表：记录M2块号、M1块号和装入位信息。 地址变换：以M2块号为索引查块表，得到该块在 M1中对应的块号 优点：块冲突概率低，M1空间利用率高 缺点：查块表时间长
BM = W / TM
分析
CPU一次能够并行读出的字越多，主存频 宽就越大，但二者并非线性关系。 原因：
读出的字越多，存储器数据总线越长，导致传 输延迟增加 遇到转移指令，系统效率会下降
结论
由于程序的转移概率不会很低，提高并行 主存系统的频宽是有限的。
二、单体多字存储器
多个并行存储器与同一个地址寄存器连接， 同时被一个单元地址驱动，一次访问读出 沿n个存储器顺序排列的n个字 实现简单，但访存效率不高
直接映像
M2
M1
M2地址
块号Nv 区号nd 块号nv
块内地址Nr 块内地址nr 块内地址nr
M1地址
块号nv
M1块号
M2地址
M1地址
M1
四、组相联映像及其变换
概念：各组之间直接映像，组内各块之间全相 联映像。M2中的每一块可以映像到M1中唯一 的一个组中的任何一个位置 块表：记录M2区号、M2组内块号和M1块号 信息。 地址变换：将M2组号、组内块号与块内地址 拼接成M1地址。 优点：块冲突概率低
三、多体交叉存储器
在包含多个能够独立编址的多体并行主存 系统中，各分体间的地址编号采用交叉方 式。
1、多体交叉编址
2、多体交叉存储体分时工作原理 Nhomakorabea每个存储体的启动间隔为 其中：Tm为每个存储体的访问周期， n为存储体个数
三、并行主存系统地址空间的划分
三、并行主存系统地址空间的划分
按高位地址划分 按低位地址划分
全相联地址映像
M2 M1
M2地址 M1地址
块号Nv 块号nv
块内地址Nr 块内地址nr
全相联地址变换
M2地址
M1地址
M2块号
M1块号
设每个块长1KB
M2地址＝1502 块号＝1 块内地址＝478
0000 0101 1101 1110
0
000001 0111011110
0#块 1#块 2#块 3#块 M2
按高位地址划分
实现方法：用地址码的高位部分区分存储体号， 低位部分是各存储体的体内地址 参数计算方法： m：每个存储体的容量 n：存储体的个数 j：存储体的体内地址，j=0，1，2，…，m-1 k：存储体的体号，k=0，1，2，…，n-1 主存地址A=m×k+j 存储器的体内地址Aj=A mod m 存储体体号：
2、 Cache基本结构
组相联地址映像
M2 M1
组相联地址变换
M2地址
M1地址
M2块号
M1块号
3.2 并行主存系统
并行主存系统频宽分析 单体多字存储器 多体交叉存储器 并行主存系统地址空间的划分
一、并行主存系统频宽分析
• 并行主存系统：通过引入并行和重叠技术，在保 持每位价格不变的情况下，使得主存的频宽得到 较大的提高 • 频宽：设某存储器的访问周期为TM，存储器字长 为W位，则频宽为：
按低位地址划分
实现方法：用地址码的低位部分区分存储体号， 高位部分是各存储体的体内地址 参数计算方法： m：每个存储体的容量 n：存储体的个数 j：存储体的体内地址，j=0，1，2，…，m-1 k：存储体的体号，k=0，1，2，…，n-1 主存地址A=n×j+k 存储器的体内地址 存储体体号： Ak=A mod m