计算机存储

一、计算机层次化结构存储

计算机层次化结构存储是基于 存储速度、内存大小、成本高低等条件的综合性价比考量的结构理念。

 1.Cache

Cache：

        存在于CPU与内存之间，提高CPU的输入输出速率，突破冯诺依曼瓶颈（即CPU与存储系统之间数据传送的带宽限制）

        在计算机测存储体系中Cache是除寄存器外访问速度最快的层次

        使用Cache改善系统性能的依据是程序的局部性原理

2.Cache相关计算

t1：表示Cache的周期时间

t2：表示主存储器的周期时间

h：表示对Cache的访问命中率（1-h）表示失效率或未命中率

t3：表示Cache+主存储器的系统的平均周期

t3 = h*t1+（1-h）*t2

例如：Cache的访问命中率为 h=95%，Cache的周期时间为 t1=1s，主存储器的周期时间为 t2=1000s，Cache+主存储器的体统平均周期 t3 为？ 

        t3=95%*1s+（1-95%）*1000s=50.95s

3.局部性原理

局部性原理分为 时间局部性 和 空间局部性 

工作集理论：进程运行时被频繁访问的部分集合，即将频繁运行的部分打包调入高速运算存储中短时间内内不被替换

由上述可知，速度快的部件往往成本高所以一般只能用于操作小容量，例如寄存器，而存储容量大且成本低的部件往往速度慢，所以出于最佳性价比考虑，引入局部性原理，将需要频繁访问的局部调到速度快的部件中参与快速运算，以此提高效率。

时间局部性：例如循环体中，条件部分需要频繁执行，所以将其放入Cache中快速调取参与计算以提高效率。

        （可理解为刚刚访问完的部分后面需要紧接着多次访问）。

空间局部性：例如数组 a[ ] 中，将数组 a[ ] 初始化，将a[0]初始化后紧接着需要将a[1],a[2],a[3]等紧邻部分分别初始化，

        （可以理解为访问部分空间后紧接着访问多个邻近空间）。

二、主存（又称 内存/主存储器）

1.编址

将单个存储器组成相应大小的存储器（什么规格的存储器，需要多少块，组成多大的存储器）

 例题

内存地址从AC000 H到C7FFF H，共有__112___K个地址单元，如果该内存地址按字（16bit）编址，由28片存储器芯片构成。已知构成此内存的芯片每片16K个存储单元，则该芯片每个存储单元存储__4___位。

解：

此题中AC000 H，C7FFF H为地址编号

求地址单元个数（存储单元个数）= （最大地址编号+1）- 最小地址编号

地址单元个数 = (C7FFF+1) - AC000 = C8000-AC000 = 1C000 H（十六进制运算）

1C000（十六进制）=1 * +C * =1*65536 + 12 * 4096 = 114688（十进制）

注：题中单位是K需进行转化 114688 B / 1024 = 112K

地址单元个数 = 112K

内存有112K个存储单元，每个存储单元字长是16bit（即编址内容为16）

题中需求存储器总容量=存储单元个数*编址内容 = 112K*16

设每片存储器芯片存储单元有x位（xbit）

此存储器芯片每片16K个存储单元

一片存储器芯片总容量=存储单元个数*编址内容=16K*x

28片存储器芯片总容量=28*16K*x

自题目中知：题中需求芯片由28片16K*x容量的存储器芯片构成，所以

题中需求存储器总容量=28片存储器芯片总容量

即112K*16=28*16K*x

解得x=4