3.0 零散点
易错点
- 存取时间和存取周期的区别
- Cache 全写法 和 写回法
- 虚拟存储中主存和辅存的数据调动需要操作系统和硬件共同完成
- DRAM密度比SRAM高，集成度也比SRAM高
- 支持 随机存取 的不一定是 随机存取存储器，ROM通常也支持随机存取
- DRAM 刷新占用一个存储周期（一次访存）
- 提高刷新存储器的带宽方式：采用DRAM或SRAM(如果需求空间小)；采用多体交叉存储结构；内部总线宽度提升；用双端口存储器将刷新与更新端口分开
- DRAM中存取周期对应于一行，所以计算刷新时间则乘以行数
- Cache 直接映射下，物理地址划分为：主存字块标记+Cache字块标记+块内地址
- 仅 主存字块标记 需要保存在 Chache 中
- LRU 记录使用的位数=\(log_2(n)\) n为相联路数，这样可以区分出唯一的最近使用者
- MAR位数由设计的主存地址空间大小决定，不受主存储器大小影响
- 减少DRAM刷新开销应减少行数
名词概念
- TLB命中、Page命中、Cache命中
- 虚拟地址、实地址、虚页号、叶框号、标记位
3.1 存储器概述
分类
- 按作用或层次分类
- 主存储器：内存
- 辅助存储器：外存
- 高速缓冲存储器：缓存
- 按介质分类
- 磁表面存储器
- 磁心存储器
- 半导体存储器
- 光存储器
- 按存取方式分类
- 随机存储器 RAM
- 只读存储器 ROM
- 串行访问存储器 DAM
- 顺序存取存储器（磁带）
- 直接存取存储器（磁盘）
- 介于顺序和随机之间
- 按信息保存性分类
- 易失性存储器
- 非易失性存储器
性能指标
- 存储容量
- 单位成本
- 存储速度
- 存取时间：启动至完成操作的时间
- 存取周期：两次操作之间需要的最短时间，可能会相比于存取时间再多一个恢复时间
- 主存带宽：传输速率
3.2 存储器的层次化结构
多级存储器
3.3 半导体随机存储器
DRAM和SRAM
- SRAM (Static RAM)
- 六晶体管MOS
- DRAM(Dynamic RAM)
- 电容
- 刷新（2ms丢失）
- 刷新方式
- 集中刷新
- 分散刷新
- 异步刷新
- 对CPU透明
- 刷新方式
- 存储器的读写周期
- RAM读时间(\(t_A\))
- 从给出有效地址到所选内容稳定出现的读时间 \(t_A\) 。期间地址信号和 \(overline{CS}\) 需保持稳定
- 读周期(t_{RC})
- 两次连续读操作的必要间隔时间，大于读时间
- RAM读时间(\(t_A\))
- RAM 的写周期
ROM
- 特性
- 通常结构简单，存储密度通常比可读可写存储器高
- 支持随机存写
- 分类
- MROM(Mask ROM)
- PROM(Programmable ROM)
- EPROM(Erasable Programmable ROM)
- Flash Memory
- SSD(Solid State Drives)
主存的组成
- 编址方式
- 按字
- 按字节（通常方式）
- 容量
- 地址线数量 \(N_{AD}\) 与数据线数量 \(N_D\) 共同决定芯片容量：2^{N_{AD}}*N_D
- 引脚
- 数据线
- 地址线
- 片选 CS
- 或 行选通+列选通 （在地址复用的情况下）
- 写使能 $latex topline{WE}
- 读使能 RD
3.4 主存储器与 CPU 的连接
连接方式
- 数据总线
- 位数与频率正比于数据传输率
- 地址总线
- 决定最大寻址空间
- 控制总线
- 读/写
主存容量扩展
- 位扩展法
- 同一个地址，但代表不同位，使位变多
- 字扩展法
- 由片选信号区分各地址范围，不同地址对应不同存储器的字，使字变多
- 字位同时扩展法
存储芯片的地址分配和片选
- CPU 访问
- 首先选择芯片，即片选
- 然后选择相应的存储单元，即字选
- 线选法
- 优点
- 不需要译码器
- 缺点
- 地址不连续
- 优点
- 译码片选法
存储器与CPU的连接
- 合理选择存储芯片
- 地址线的连接
- 数据线的连接
- 读写命令线的连接
- 片选线的连接
3.5 双端口 RAM 和多模块存储器
双端口 RAM
- 有左右两个独立的端口，允许两个独立的控制器同时异步访问存储单元，当两个端口的地址不同时，不会发生冲突
多模块存储器
- 单体多字存储器
- 一次性读出连续的多个字
- 多体并行存储器
- 高位交叉编址
- 仅仅扩展了字，但还是串行存取
- 低位交叉编址
- 流水线存取，提高读取效率
- 批量读取耗时 \(T+(n-1)t\)，其中 T 为存取周期，t 为总线传输周期
- 高位交叉编址
3.6 高速缓冲存储器
程序访问的局部性原理
Cache 基本工作原理
- 块：若干字节组层
- 命中率
Cache 和主存的映射方式
- 直接映射
- 主存中的每一块只能装入 Cache 中的唯一位置
- 可以直接取余
- 全相联映射
- 通常需要按内容寻址
- 组间相联映射
- 组间采取直接映射，组内采取全相联映射
Cache 中主存块的替换算法
- 针对于全相联映射和组相联映射
- 常用算法
- RAND 随机算法
- FIFO 先进先出算法
- LRU 最近最少使用算法
Cache 写策略
- 命中
- 全写法
- 可配合写缓冲
- 写回法
- 每个 Cahce 块需要设置一个脏位标志
- 全写法
- 失效
- 写分配法
- 非写分配法
3.7 虚拟存储器
基本概念
- 将主存与辅存统一编址
- 编程允许涉及的地址为虚地址或逻辑地址
页（Page）式虚拟存储器
- 以页为基本单位
- 名词
- 实页：主存中的页
- 虚页：不在主存中的页
- 页表：实页号和虚页号的对照关系
- 带有效位、脏位、引用位、物理或磁盘地址
快表(TLB:Translation lookaside buffer)
- 将主存中的部分页表存于Cache中
段式存储器
- 根据程序实际需要长度进行记录
段页式虚拟存储器
- 用以页为最小单位的段
- 优点
- 便于管理，不易浪费
- 缺点
- 需要两次查表