第2章 存儲(chǔ)系統(tǒng)(第09講).ppt

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1、計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第二章存儲(chǔ)系統(tǒng)（第09講）12.1.1對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能要求1.存儲(chǔ)系統(tǒng)的成本:每位成本:P=C/S;C—總價(jià),S—容量2.存取速度：存取時(shí)間TA、存儲(chǔ)周期TM3.存儲(chǔ)器帶寬BM：BM=W/TM(存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)寬度/存儲(chǔ)周期)4.存儲(chǔ)容量C：表示了在一個(gè)存儲(chǔ)器中可以容納的存儲(chǔ)單元總數(shù)。5.信息的可靠保存性,非易失性和可更換性（非）易失性的、有源（無(wú)源）存儲(chǔ)器6.存取方式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、順序存取存儲(chǔ)器2處理器寄存器高速緩沖存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器（SRAM,DRAM)輔助存儲(chǔ)器（磁盤(pán)存儲(chǔ)器等）大容量（海量）存儲(chǔ)

2、器（光盤(pán)、磁帶存儲(chǔ)器）圖2.2存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)CPU芯片內(nèi)主機(jī)內(nèi)外部設(shè)備聯(lián)機(jī)存儲(chǔ)聯(lián)機(jī)文件可卸存儲(chǔ)2.1.2存儲(chǔ)系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)3(1)存儲(chǔ)系統(tǒng)層次解決了哪3個(gè)基本指標(biāo)之間的矛盾？容量、速度、價(jià)格(2)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)的先決條件（基礎(chǔ)）是什么？存儲(chǔ)器訪問(wèn)的局部性原理(3)用什么度量存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣？存儲(chǔ)系統(tǒng)的命中率2.1.2存儲(chǔ)系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)4處理器寄存器高速緩沖存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器（SRAM,DRAM)輔助存儲(chǔ)器（磁盤(pán)存儲(chǔ)器等）大容量（海量）存儲(chǔ)器（光盤(pán)、磁帶存儲(chǔ)器）圖2.2存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)CPU芯片內(nèi)主機(jī)內(nèi)外部

3、設(shè)備聯(lián)機(jī)存儲(chǔ)聯(lián)機(jī)文件可卸存儲(chǔ)Cache-主存虛擬存儲(chǔ)器(主存-輔存)5透明性概念：本身存在的事務(wù)或者屬性，從某種角度來(lái)看似乎是不存在的。例如：浮點(diǎn)數(shù)表示、乘法指令對(duì)高級(jí)語(yǔ)言程序員、應(yīng)用程序員透明對(duì)匯編語(yǔ)言程序員、機(jī)器語(yǔ)言程序員不透明6虛擬存儲(chǔ)器（主存-輔存層次）和cache-主存層次遵循的原則：（1）把程序中最近常用的部分駐留在高速的存儲(chǔ)器中。（2）一旦這部分變得不常用了，把它們送回到低速的存儲(chǔ)器中。（3）這種換入換出是由硬件或操作系統(tǒng)完成的，對(duì)用戶(hù)是透明的。（4）力圖使存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能接近高速存儲(chǔ)器，價(jià)格接近低速存

4、儲(chǔ)器。72.1.3虛擬存儲(chǔ)器(virtualmemory)1、什么是虛擬存儲(chǔ)器舉例：電視機(jī)屏幕主存虛擬存儲(chǔ)器是以存儲(chǔ)器訪問(wèn)局部性原理為基礎(chǔ)，建立在主—輔存體系上的存儲(chǔ)器管理技術(shù)。基本思想:通過(guò)某種策略,把輔存中信息的一部分調(diào)入主存,在用戶(hù)面前呈現(xiàn)的是比主存大得多的地址空間。82.1.3虛擬存儲(chǔ)器(virtualmemory)所謂虛擬存儲(chǔ)器,是指以透明方式提供給用戶(hù)一個(gè)比實(shí)際內(nèi)存大得多的作業(yè)地址空間。它不是任何實(shí)際的物理存儲(chǔ)器，而是一個(gè)容量非常大的存儲(chǔ)器的邏輯模型。以處理機(jī)提供的邏輯地址訪問(wèn)虛擬存儲(chǔ)器，用戶(hù)可在非常大

5、的地址空間中放心地安排自己的程序和數(shù)據(jù)，就仿佛真有這么大的內(nèi)存空間一樣。92.1.3虛擬存儲(chǔ)器(virtualmemory)虛擬存儲(chǔ)的關(guān)鍵在于將進(jìn)程訪問(wèn)的地址空間與物理存儲(chǔ)器的實(shí)際地址空間分離開(kāi)來(lái)。被進(jìn)程訪問(wèn)的地址稱(chēng)為虛擬地址(VirtualAddresses)，而在物理存儲(chǔ)器中的可用地址稱(chēng)為物理地址(RealAddresses)。雖然進(jìn)程運(yùn)行時(shí)訪問(wèn)的是虛擬地址，但它們實(shí)際上是運(yùn)行于物理存儲(chǔ)器中。因此，在進(jìn)程運(yùn)行過(guò)程中，虛擬地址必須能夠被轉(zhuǎn)化為物理地址，這可以通過(guò)動(dòng)態(tài)地址轉(zhuǎn)換(DynamicaddressTrans

6、lation，DAT)機(jī)制來(lái)完成，如下圖所示：102.1.3虛擬存儲(chǔ)器(virtualmemory)112.1.3虛擬存儲(chǔ)器(virtualmemory)虛擬(虛、邏輯)地址:是訪問(wèn)虛擬空間的指令地址碼。物理(實(shí)、實(shí)存)地址:實(shí)際主存的地址。虛擬地址空間：程序的邏輯地址空間。物理地址空間：主存地址空間。122.1.3虛擬存儲(chǔ)器(virtualmemory)2、存儲(chǔ)器管理主存—輔存的基本信息傳送單位：段、頁(yè)。頁(yè)式管理--定長(zhǎng),以頁(yè)為單位裝入程序。段式管理--不定長(zhǎng),以程序模塊大小分割。段頁(yè)式管理132.1.3虛擬存儲(chǔ)

7、器(virtualmemory)3、頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器(1)特點(diǎn)：虛擬存儲(chǔ)器(虛存)與實(shí)存的空間劃分是等長(zhǎng)的塊,稱(chēng)虛頁(yè)和實(shí)頁(yè)。每頁(yè)長(zhǎng)度是2的整數(shù)冪,從512B幾KB.(2)地址:由頁(yè)號(hào)和頁(yè)內(nèi)地址兩部分組成.虛存地址：邏輯頁(yè)號(hào)+頁(yè)內(nèi)地址實(shí)存地址：物理頁(yè)號(hào)+頁(yè)內(nèi)地址(3)虛--實(shí)地址轉(zhuǎn)換:虛頁(yè)號(hào)實(shí)頁(yè)號(hào)（虛頁(yè)號(hào)>>實(shí)頁(yè)號(hào))頁(yè)表虛頁(yè)號(hào)頁(yè)內(nèi)地址頁(yè)表實(shí)頁(yè)號(hào)頁(yè)內(nèi)地址=高低142.1.3虛擬存儲(chǔ)器(virtualmemory)(4)頁(yè)表機(jī)制?頁(yè)表:它是一張?zhí)摰刂讽?yè)號(hào)與實(shí)地址頁(yè)號(hào)的對(duì)照表。它是存儲(chǔ)管理軟件在主存運(yùn)行時(shí)，為每個(gè)程序自動(dòng)建立

8、的。存放在主存特定區(qū)域。對(duì)程序員是透明的.?頁(yè)表信息字:它是按虛頁(yè)號(hào)排列來(lái)描述每張?zhí)擁?yè)的狀況.含實(shí)頁(yè)號(hào)和其它信息,是虛頁(yè)號(hào)實(shí)頁(yè)號(hào)對(duì)照152.1.3虛擬存儲(chǔ)器(virtualmemory)實(shí)頁(yè)號(hào)實(shí)空間0123456012301程序A虛頁(yè)程序X虛頁(yè)25630虛頁(yè)號(hào)1實(shí)頁(yè)號(hào)23其他信息(a)程序A地頁(yè)表(b)虛-實(shí)頁(yè)號(hào)對(duì)應(yīng)關(guān)系圖2.4頁(yè)表及其用法162.1.3虛擬