0002计算机组成原理与体系结构02

12 计算机层次化存储结构

1.层次化存储整体结构

了解基本的层次是如何划分的，哪些存储器性能比较好，那些存储器容量比较大，为什么要用层次化的形式来组织？

整个层次化的结构中速度最快，效率最高的是寄存器，存在于 CPU当中，CPU当中有运算器，寄存器，寄存器的容量极小，但速度非常快，它属于存储结构的最高层。

2.Cache相关知识

高速缓存寄存器

3.内存需要掌握的知识

越是上层速度越快，容量最小的是寄存器。

整个体系结构当中，不同存储器各有优势，基于性价比的考虑。

Cache不是必须要有的，CPU相关数据可以直接和内存交换，缺点速度极慢。

Cache一般是以k，M字节来衡量的。

内存是以G来衡量的。

Cache存的所有内容均来自内存，存的内存的一部分。

时间局部性，刚用完的指令，再一次执行，比如循环结构。这时候CPU和cache频繁交互，速度极大提升。

需要东西都是从外存先调到内存。

引入Cache 是一种性价比方案，提高素的同时没有增加成本，他是按内存存取的。

不同内容存到不同区域，读取内容的时候通过运算，效率会远高于按地址存储的。

13Cache的基本概念

效率最高的，有寄存器选寄存器，没有就选cache。

命中率表示不是所有的都由cache运行

14局部性原理

计算机在处理相关数据和程序的时候，一般都会有某个时段集中的去访问某些值，或者去访问某些空间。

采用多级存储体系来解决存储量，速度矛盾的一种解决方案（速度快的成本高）。

利用局部性原理得到性价比最高的存储方式。

时间局部性

空间局部性，对于数组的处理比较明显，对数组的操作，是对空间操作。

工作集理论：工作集是进程运行时被频繁访问的页面集合

int i,s=0;   //初始化的语句执行一遍就行了
for(i=1;i<1000;i++){for(j=1;j<1000;j++){s+=j;printf("结果为：%d",s)}//两层循环体频繁执行，把语句调入cache，直接在cache里面执行。这是时间局部性
}

15随机存储器与只读存储器

主存的分类分为随机存取存储器RAM 和只读存储器ROM

内存就是随机存取存储器，把内存断电，内存中所有数据，信息丢失不能保存

ROM断电后仍然可以存储信息

主存的编址

芯片组成存储器的时候，需要分析什么样规格（多少块）的芯片能够组成按什么方式编址的存储空间。

8*4位的存储空间 8个byt空间，每个byte空间存储4个byte位信息

大地址加1减去小地址

C7000H+1=C8000HC8000H-AC000H=1C000H1C000 /2^10= 112k(112k*16bit)  /(28*16k*  X)=1  求X

16磁盘工作原理

磁盘结构和参数

磁盘是特殊的盘片，上面涂特殊的数据保存数据，磁头用来读取数据

每个盘面存信息，首先定位磁道上面，需要耗费时间（存取时间），再读取扇区。

旋转延迟时间是磁盘转一圈的时间，也就是读取一个盘块需要花多久。

单缓存区，只有一个缓存区，把记录读出来放到缓存区，对记录进行处理。

读取R0需要3ms，处理3ms，此时磁头位置到了R2开始处，因为是顺序执行，磁头需要指向R1开始处，从R2开始处到R1开始处需要30ms。

则处理完R0并且磁头到R1开始处，需要30+3+3=36ms

则到R10，需要36*10+3+3 =366ms

如果需要速度快，调整物理块位置，看右下图。

一般出题是调整物理块数目和周期时间。

17计算机总线

根据总线所处的位置不同，通常分为3种类型，分别是

1.内部总线：往往指微机内部各个外围的芯片与处理器之间的总线，芯片级别

2.系统总线：微机中各个插线板和系统板之间的总线，PCI接口,WGA接口

2.1数据总线 : 传输数据，计算机32位（字是32byte位）和64位，意思是总线的宽度是32byte ，一个周期能够传输的数据量是32byte。

2.2地址总线：它代表的地址空间是2^32 ,相当于4G，超过就要考虑64位的。

2.3控制总线;发送相应的控制信号的总线

3.外部总线：微机和外部设备的总线。

选择题考察基本概念，了解基本描述

18串联系统与并联系统可靠度计算

系统可靠性分析-串联系统与并联系统

计算方面的问题，给一个串并联交织的模型，计算可靠度

串联模型

n个子系统串联形成一个大的系统

总可靠度相当于在R1卡考的及基础上，同时R2,R3----都要可靠。

失效率也累加起来，可能不准确。一个简化公式，简单运算的

并联模型

只有当所有子系统同时失效，系统才失效

可靠度=1-所有系统同时失效

m- 子系统的个数

几乎不会考到。

常考题

计算可靠度

19校验码的概念

差错控制-主要掌握CRC和校验码

检错：检查出错误，纠错：检查出并纠正

要达到目的，往往需要加冗余信息才能实现

20循环校验码（CRC）

CRC 定性，一种可以检错不能纠错的编码。

基本原理：信息编码时，在尾部加入一些校验信息，让编码后的数据能够与循环校验码的生成多项式相除，余数为0。（用模2除法）

如果不能让余数为0，那就说明传输中出现了错误。

参与运算的形式是2进制形式。

模2除法，两个数按位取反，异或操作。

在原始报文后面加生成多项式减1个0

多项式的意思是x的几次方位置有个1

最终收到报文尾部为 0011，与多项式，模2除结果为0

21海明校验码(难点，考得比较多)

海明码编码的基本规则

如何编码

计算多少位信息位需要多少校验位

海明码编码完成后哪些位置是校验位和信息位？

编码体系当中规定整个信息编码完成的校验位是2^n 位。校验位位置固定的，其他位置是信息位

如果有一个信息位，最终编码有多长？

3个位长度，因为第一，二位置只能放校验位。

两个信息位，会有5位长度

5个信息位，9个长度

信息位直接填进去，复杂的是校验位怎么填写进去，校验位如何就算？

海明校验码可以检错和纠错