計算機組成原理--存儲系統


寫這篇博客時,我對這部分知識並不是理解,我真的不太喜歡硬件,寫這篇博客的目的是重新復習一下這里的知識(說成是預習其實也可以),方便以后期末考試或在學這部分知識時有可視化的東西可回憶,就這樣吧╮(╯▽╰)╭

層次結構

基本存儲體系

主存的特點:容量不夠大,不夠便宜,速度比輔存較快

主存速度慢和容量不足

主存增速與CPU增速不同步;指令執行期間多次訪問存儲器;存在制約主存容量的技術因素由CPU、主板等相關技術指標確定,應用對主存的需求不斷擴大

存儲系統的層次話結構


CPU訪問到的存儲系統具有Cache的速度,輔存的容量和價格

L1 Cache集成在CPU中,分數據Cache(D-Cache)和指令Cache(I-Cache)

早期L2 Cache在主板上或與CPU集成在同一電路板上。隨着工藝的提高L2Cache被集成在CPU內核中,不分D-Cache和I-Cache

哈佛結構是一種將指令儲存和數據儲存分開的存儲器結構,可支持:數據和指令並行儲存、指令預取,提高處理器的執行效率;另外,指令和數據可有不同的數據寬度,如Microchip公司的PIC16芯片的程序指令是14位寬度,而數據是8位寬度

目前使用哈佛結構的:PIC系列、摩托羅拉公司的MC68系列、Zilog公司的Z8系列、ATMEL公司的AVR系列和ARM公司的ARM9、ARM10和ARM11。

層次化的理論基礎

  • 局部性原理
  • 時間局部性:
    • 現在被訪問的信息2在不久的將來還將再次被訪問;
    • 時間局部性的程序結構體現: 循環結構
  • 空間局部性 :
    • 現訪問信息2 ,下一次訪問2附近的信息。
    • 空間局部性的程序結構體現:順序結構

數據組織

存儲字長

主存的一個存儲單元所包含的二進制位數

目前大多數計算機的主存按字節編址,存儲字長也不斷加大,如16位字長、32位字長和64位字長

ISA設計時要考慮的兩個問題::

a)如何根據字節地址讀取一個32位的字?- 字的存放問題

b)一個字能否存放在主存的任何字節邊界?- 字的邊界對齊問題

數據存儲與邊界的關系

1)按邊界對齊的數據存儲

2)未按邊界對齊的數據存儲

雖節省了空間,但增加了訪存次數!需要在性能與容量間權衡!

3)邊界對齊與存儲地址的關系(以32位為例)

•雙字長數據邊界對齊的起始地址的最末三位為000(8字節整數倍;

•單字長邊界對齊的起始地址的末二位為00(4字節整數倍);

•半字長邊界對齊的起始地址的最末一位為0(2字節整數倍)。

大端與小端存儲方式

靜態存儲器工作原理

SRAM存儲單元結構和工作原理





靜態存儲器的結構


動態存儲器工作原理

SRAM存儲單元的不足:晶體管過多,存儲密度低,功耗大

DRAM存儲單元的基本結構

DRAM存儲單元的工作原理

DRAM存儲單元的刷新


DRAM與SRAM的對比

其它結構的DRAM存儲單元

存儲拓展

存儲擴展的基本概念及類型

無論哪種類型的存儲擴展都要完成CPU與主存間地址線、數據線、控制線的連接

位擴展舉例

字擴展舉例



字位同時擴展舉例


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