计算机组成原理第三章——存储系统与结构知识点摘要

1.存储器分类

按存储器在计算机系统中的作用：高速缓冲存储器(Cache，位于主存与CPU之间)；主存；辅存

按存取方式：随机存取器(RAM,Random Access Memory，用于主存与Cache)，只读存储器(ROM,Read Only Memory，随机)，顺序存取器(SAM,Sequential)，直接存取器(DAM,当要存取所需信息时，第一步直接指向整个存储器中的某个小区域，第二步在小区域内顺序检索)。SAM与DAM统称为串行访问存储器。

按存储介质：磁芯存储器，半导体存储器（有MOS,双极型），磁表面存储器(多辅存)，光存储器(辅存)

按信息的可保存性：易失性存储器(断电后存储信息消失，半导体RAM)；非易失性存储器(ROM，磁芯存储器，磁表面存储器，光存储器)。破坏性读出（信息被读出时，原信息被破坏），非破坏性读出。

2.存储系统层次结构：Cache存储系统(Cache与主存之间，为解决主存速度不足，增加辅助硬件，对系统程序员与应用程序员都是透明的)；虚拟存储系统（主存与辅存之间，为解决主存容量不足，增加软硬件，需操作系统调度，对系统程序员不透明，对应用程序员透明）

3.主存通常由存储体，地址译码驱动电路，I/O和读写电路组成

4.存储字，存储单元(存放存储字或存储字节的主存空间称为存储单元，存储单元是CPU对主存可访问操作的最小存储单位)，存储体（存储单元集合）

5.大端方案，高字节在低地址，地址顺序从左到右依次变大；小端方案，高字节在高地址，地址顺序从右到左依次变大。以0x12345678为例，大端模式(0,1,2,3)->(12,34,56,78)；小端模式(3,2,1,0)->(12,34,56,78)。

6.存取时间(访问时间或读写时间)：启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间(例：读出时间是指从CPU发出有效地址和读命令开始，直到将被选单元的内容读出为止所用时间)。存取周期(读写周期，访问周期)：连续2次访问存储器操作之间所用最短时间（一般情况下存取周期>存取时间，对于破坏性读出的RAM甚至存取周期=2*存取时间）。主存带宽：每秒从主存进出信息的最大数量，提高带宽措施：缩短存取周期，增加存储字长，增加存储体。

7.SRAM的存取速度快，集成度低，功耗大，用于高速缓冲存储器和小容量主存系统；DRAM存取速度慢，集成度高，功耗小，用于大容量主存系统。

8.刷新方式：集中式(刷新时间=存储矩阵行数*刷新周期，集中安排刷新时间，刷新时停止读写，这一段时间称为“死区”)，分散式(存取完就刷新，增加了存取周期，刷新过于频繁，不存在死区)，异步式(把刷新操作平均分配到最大刷新间隔时间内，相邻两行的刷新间隔=最大刷新间隔时间/行数)

9.刷新对CPU是透明的（由外部刷新控制电路控制或芯片内部自动）；刷新通常是一行一行的，所以只需行地址，不需片选信号。

10.RAM芯片通过地址线(单向)，数据线(双向)和控制线(包括读写控制线与片选线)与外部连接。DRAM采用地址复用技术，把地址分为行地址与列地址，分两次从相同引脚送入.

11.RAM地址译码方式：单译码方式，所对应存储器是字结构的，每行对应一个字，结构简单，适用于容量不大的存储器。双译码方式，K位地址线分为相等2段（X,Y），对于位结构的存储芯片4096*1，X与Y各6位，若M*b位，则把b片芯片放到Z方向，并联。

12.RAM外接引脚：地址线，数据线，片选线，读写控制线，电源线，地线。（DRAM地址线减半，但增加了行选通与列选通用以替换片选线）

13.ROM分为：MROM(掩膜式ROM，直接写入，无法更改)；PROM(一次可编程ROM，用户可写入一次)；EPROM(可擦除可编程ROM，用户可以多次修改，但寿命有限，写入时间比RAM长)；闪速存储器（Flash Memory，不加电可保存，在线快速擦除与写）

14.ROM外接引脚：地址线，数据线，片选线，编程线，工作电源线，编程电源线，地线。

15.半导体存储器的封装：DIP存储芯片，内存条（SIMM,DIMM,RIMM），闪存（MOS管）

16.片选方法：线选法（除片内寻址外的高位地址线直接分别接至各个存储芯片；不需地址译码器，线路简单；把地址空间分成相互隔离的区域，给编程带来一定困难）。全译码法（除片内寻址外的全部高位地址线都作为地址译码器的输入，输出为片选信号；芯片的地址范围是唯一确定的，连续的；对译码电路要求较高）。部分译码（除片内寻址外的高位地址的一部分来译码产生片选信号；比全译码简单；存在地址重叠）接入各芯片地址端的是地址线的低位。

17.主存与CPU直接有三组线：地址总线（AB），数据总线(DB)，控制总线(CB)。MAR可以接收来自PC的指令地址与操作数地址。MDR向主存中写入数据或读出数据的缓冲部件，MAR与MDR从功能上属于主存，但小·微型计算机常放在CPU内。

18.双通道内存技术：芯片组里制作两个内存控制器，这两个内存控制器可以是相互独立工作的，CPU可以分别寻址，读取数据，从而使内存带宽增加一倍。

19.时间局部性：如果一个存储单元被访问，可能该单元会很快被再次访问。空间局部性：如果一个存储单元被访问，该单元临近的单元很可能很快被访问。

20.Cache写操作：如果Cache命中，写直达法（数据同时写入Cache与内存；准确但会降低存取速度）与写回法（数据只写入Cache，仅当需要替换时，才把修改过的Cache块写入主存；快，但可能出错）。Cache未命中，不按写分配法（只把所要写的内容写入主存）和按写分配法（把所写内容写入主存后还把这个块从主存读入Cache中）。Cache读操作：如果Cache命中，就直接对Cache进行读操作，与主存无关；如果Cache不命中，则仍需访问主存，并把该块信息从主存调入Cache中。

21.全相联映像，让主存中任何一个块可以装入到Cache中任何位置；块冲突率最低，空间利用率最高，但慢，成本高。                直接映像：主存中每一个块只能放到Cache中唯一指定位置；块冲突率最高，空间利用率最低，但快，成本低。                            组相联映像：将Cache分成大小相同的组，让主存中每一块装入对应组的任何一块位置。组间直接映像，组内全相联。

22.替换算法：随机算法，先进先出(FIFO)，近期最少使用（LRU）。

23.多个Cache：增加Cache级数；将统一的Cahe变成分开的Cache（指令与数据分别存放在两个Cache中，一个叫指令Cache一个叫数据Cache）

24.虚拟存储器：程序运行时，CPU以虚地址来访问主存，由虚拟硬件找出虚地址和实地址之间的对应关系，并判断这个虚地址指示的存储单元是否已装入主存，如果已装入主存，则通过地址变换可直接访问，如果不在主存，则把包含这个字的一页或一个程序段调入主存后再由CPU实现。

25.页表，段表均存放于主存

26.段页式虚拟存储器：虚存与实存之间以页为基本传送单位，每个程序对应一个段表，每段对应一个页表。虚地址包括：段号，段内页号，页内地址。首先将段表起始地址与段号合成，得到段表地址；然后从段表中取出该段的页表起始地址，与段内页号合成，得到页表地址，最后从页表中取出实页号，与页内地址拼接形成主存实地址。

27.快表（TLB）：当前最常用的页表信息存放在一个小容量的高速存储器中。快表只是慢表(存放在主存中的页表)的一个副本，且只存放了慢表中很少的一部分。

28.磁盘属于直接存储器，其速度介于随机存取存储器与顺序存取存储器之间

29.某计算机系统，其操作系统保存在硬盘上，其内存储器应采用RAM与ROM。引导程序位于ROM中，程序位于RAM。

30.直接映射的地址结构：主存字块标记，Cache字块地址，字块内地址。全相联映射：主存字块标记，字块内地址。组相联映射：主存字块标记，组地址，字块内地址

31.

32.Cache总容量包括：存储容量和标记阵列容量（有效位，标记位，一致性维护位和替换算法控制位）

最后

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