基本概念

通信是信息在空间上的传递,存储是信息在时间上的传递.

MRAM,STT-MRAM也为磁性介质.存储容量大.

光介质寿命最长.玻璃即为光存储.

电介质,快但小.有

  • 半导体(SRAM,DRAM)
  • 电荷存储(Flash闪存)
  • 阻变存储(PC-RAM),R-RAM,忆阻器

量子存储,DNA存储.

存储介质又可以分为内存和外存两种.

存储的需求:大快便宜,高可靠,低能耗

三个指标:

  • 带宽(GB/s)
  • 吞吐率(IOPS)
  • 存取时间

高速缓冲Cache:Cache和主存组成

虚拟存储器:主存储器和磁盘

由快到慢:

  1. SRAM
  2. DRAM
  3. SCM
  4. NAND(SSD)
  5. Magnetic Disk(HDD)

主要指标:容量,速度,成本

存储性能分析

假设在一个两级存储系统中， M1的访问时间为T1，命中率为H； M2的访问时间为T2，从M2传送一个信息块到M1所需的时间为TB。则整个存储系统的平均访问时间是$T1 + (1-H) \times (T2+TB)$

Cache映像规则

全相联映像

  • 主存与缓存分成相同大小的数据块。
  • 主存的某一数据块可以装入缓存的任意一块的空间中

直接映像

组相联映像

假设在某个计算机系统中cache容量为64k字节，数据块大小是16个字节，主存容量是4m，地址映像为直接相联方式，问：
一：主存地址多少位？如何分配？
二：cache地址多少位？如何分配？
三：目录表的格式和容量

提高命中率

三种类型的不命中

  • 强制性不命中
  • 容量不命中
  • 冲突不命中

强制命中

虚拟存储器

特点:

  • 多个进程可以共享主存空间
  • 程序员不必做存储管理工作
  • 采用动态再定位,简化了程序的装入

虚拟存储器可以分为两类:

  • 页式
  • 段式

四个问题:

  • 映像规则: 全相联
  • 查找算法: 页表,段表,TLB
  • 替换算法: LRU
  • 写策略: 写回法

用页表实现虚拟地址到物理地址的映射:

  • 虚拟地址划分为: 虚页号+页内位移
  • 虚页号对应页表,最后加上页内位移实现主存的物理地址的查找

虚拟地址由编译程序生成,其对应的存储空间称为虚存空间或逻辑地址空间

计算机物理内存的访问地址则称为实地址或物理地址,对应的存储空间称为物理存储空间.

程序进行虚地址到实地址的转换过程称为程序的再定位

快表TLB:

  • 专用的高速缓冲器,用于存放近期经常使用的页表项
  • TLB中的内容是页表部分内容的一个副本
  • TLB也利用了局部性原理

TLB一般比Cache的标是存储器更小更快

以Alpha AXP 21064举例

虚页号30位,页内位移13位.

多路选择器将虚页号和TLB中30位标识做比较,读出结果输出至多路选择器,最后加到页内位移即可.

进程保护机制

  • 界地址寄存器:基地址+地址不超过上界地址
  • 虚拟存储器:给每个页面增加访问权限标识
  • 环形保护
  • 加锁
  • 解锁
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