计算机系统结构第四章.ppt

第四章存贮体系1.存贮体系的形成与性能存贮器的速度可用访问时间TA、存贮周期TM、频宽（也称带宽）BM来描述。频宽这三个指标相互矛盾:2.并行主存系统频宽的分析并行主存系统：
能并行读出多个CPU字的单体多字和多体单字或多体多字的交叉存贮系统。采用多种存贮器技术，构成存贮层次:一般来说：
“Cache－主存”层次：由Cache和主存贮器构成。 主要目的：提高存贮器速度。
“主存－辅存”层次：由主存和磁盘存贮器构成 主要目的：扩大存贮器容量。
“Cache-主存”层次的实现：主要借助于辅助硬件“主－辅存”层次的实现：主要借助于辅助软硬件主要由软件实现,硬件为辅4.程序局部性原理165.存贮体系的性能参数②命中率定义：在M1存贮器中访问到的概率。存贮系统的访问效率e：4.2虚拟存贮器（VirtualMemory）虚拟存贮器管理方式

地址的映象和变换方法

页面替换算法及其实现方法

提高主存命中率的方法1.虚拟存贮器管理方式①段式虚拟存储贮器
地址映象方法：每个程序段都从0地址开始编址，长度可长可短，可以在程序执行过程中动态改变程序段的长度。段式虚拟存贮器的主要优点：(1)程序的模块化性能好。(2)便于程序和数据的共享。(3)便于实现信息保护。页式虚拟存贮器把虚拟地址空间划分成一个个固定大小的块,每块称为一页,把主存贮器的地址空间也按虚拟地址空间同样的大小划分为页。
页是一种逻辑上的划分，它可以由系统软件任意指定。一个主存地址A由两部分组成，实页号p和页内偏移d。
一个虚地址Av由三部分组成，程序号U、虚页号P和页内偏移D。页式虚拟存贮器的主要优点：(1)主存贮器的利用率比较高。(2)页表相对比较简单。(3)地址变换的速度比较快。(4)对磁盘的管理比较容易。③段页式虚拟存贮器
用户程序按段编写，每个程序段分成几个固定大小的页。段页式虚拟存贮器的地址变换方法：(1)先查段表，得到该程序段的页表起始地址和页表长度；(2)再查页表找到要访问的主存实页号；(3)最后把实页号p与页内偏移d拼接得到主存的实地址。2.地址映像和变换目录表的主要优点：
①与页表放在主存中相比，查表速度快。
②不用设置装入位。对虚拟存储器来说

这个虚地址也仅是辅存的逻辑地址,辅存的实地址如下

外部地址变换过程：
在操作系统中，把页面失效当作一种异常故障来处理。
每个用户程序有一张外页表，虚拟地址空间中的每一页，在外页表中都有对应的一个存储字。
每一个存储字除了磁盘存储器的地址之外，至少还包括一个装入位。3.页面替换算法页面替换发生时间：当发生页面失效时，要从磁盘中调入一页到主存。如果主存所有页面都已经被占用，必须从主存储器中淘汰掉一个不常使用的页面，以便腾出主存空间来存放新调入的页面。①随机算法(RANDRandomalgorithm)：
用随机数确定要替换的块。③近期最少使用算法(LFULeastRecentlyUsed)
依据各块使用的情况，选择最近最少使用的块替换。
举例说明：存储单元替换时应注意防止出现颠簸现象，即调入一块时将另一块调出，紧接着又需要访问刚刚调出块的数据，而将该块调入时又将上一块调出，即颠簸。例3：对于一个全相联Cache，假定访问的地址块号序列为1，2，3，4，1，2，5，1，2，3，4，5，在FIFO替换方式下，分别写出分配给程序的主存页面是3页和4页的情况下，其队列的变化情况，并得出结论。4.堆栈型替换算法5.虚拟存储器工作的全过程6.提高虚拟存贮器等效访问速度的措施②散列函数(1)程序执行过程中的页地址流分布情况。
(2)所采用的页面替换算法。(3)页面大小。
(4)主存储器的容量。
(5)所采用的页面调度算法。
以下，对后三个因素进行分析。页面大小为某个值时，命中率达到最大。②主存容量与命中率的关系③页面调度方式与命中率的关系4.3高速缓冲存贮器（Cache）1基本工作原理Cache存贮器基本结构2Cache-主存地址映象与变换方法①全相联映象②直接映象：(循环分配)③组相联映象方式组相联：主存中的每一块可以被放置到Cache中唯一的一个组中的任何一个位置。组相联是直接映象和全相联的一种折衷组相联映象方式的优点：
块的冲突概率比较低。
块的利用率大幅度提高。
块失效率明显降低。④段相联映象方式由于多个用户对主存的共享,就有多个用户程序和系统软件存于主存中.
要防止由于一个用户程序出错而破坏其他用户的程序和系统软件,还要防止一个用户程序不合法地访问不是分配给它的主存区域.为此,系统应提供存贮保护.非虚拟存储区域保护虚拟存储系统存储区域保护⑵键方式环保护方式是按系统程序和用户程序的重要性及对整个系统的正常运行的影响程度进行分层,每一层叫做一个环。环号大小表示保护的级别,环号越大,等级越低。访问方式保护Ⅰ访问方式保护ⅡTh