微处理器结构与设计--第12次课-2013-05-22_68401895.pdf

微处理器结构与设计 存储器组织结构 第12次课 2013.05.22 1 微电子学研究所李树国 存储器结构的建立及其原理 • 人们总是渴望一个无限量的快速存储器， 可以存储你想知道的任何信息。 • 存储器组织结构类似于图书馆书库结构 • 程序的局部性原理 – 时间的局部性 • 如果一个数据块被访问，则在短时间内这个数据块 很可能被再访问 – 空间的局部性 • 如果一个数据块被访问，则与其相邻数据块也会不 久被访问。 2 微电子学研究所李树国 举例 • 例如：程序的语言中的loop语句的执行 – Loop中的指令和数据，在短的时间内，被重复的执 行，体现了时间局部性原理 – Loop中的数据通常以数组或记录的格式存放，数组 或记录的格式都是以相邻的单元存放，因此体现空 间的局部性。 • 存储器组织结构概念（Memory hierarchy) – 使用多级不同速度和容量的存储器，存储器与处理 器距离越远，则存储时间越长和容量就越大。 3 微电子学研究所李树国 主存储器(main memory)，cache，磁盘 • 主存储器（main memory）由DRAM来实现 • 紧挨着处理器的存储器称之为cache，由SRAM来实现 • 离处理器最远，访问时间最长，容量最大的由磁盘来实现 • DRAM与SRAM相比成本低，容量大，访问时间长 • SRAM具有成本高，容量小，访问时间短 • 磁盘容量巨大，成本最低，访问时间长 4 微电子学研究所李树国 Memory hierarchy的基本结构 5 微电子学研究所李树国 存储器访问的概念 • 存储器的组织结构包含多级 存储器，但数据的复制仅发 生在相邻的2级之间。 • 通常，上一级存储器比下一 级存储器容量小，速度快。 • Block 块（或行）： – Block是两级存储器中交换的 的最小信息单元，其中或存 信息或不存信息 block 6 微电子学研究所李树国 存储器访问的概念 • hit （命中） – 在当前级的存储器中找到目标 • Miss (缺失） – 在当前级存储器中没找到 • Hit rate （命中率） – 在cache 中命中（hit）的比例 • Miss rate （缺失率） – 在一个存储层次结构中未找到的比例 • Hit time (命中时间) – 访问某层存储器的时间，包括判断访问是否命中的时间 • Miss penalty （缺失弥补时间） – 发生缺失时，将目的块从底层取出传送到发生缺失的层，并插入到 发生缺失的层所花的时间 7 微电子学研究所李树国 Memory hierarchy的组织结构 1、如果一个数据块不在第i＋1层， 那么肯定就不会在第i层 2、如果命中率足够的高，那么它 就有最高