第5章 存储器体系结构设计;5.1 存储器概述5.2 Cache存储器5.3 随机存储器与只读存储器5.4 外部存储器和RAID5.5 虚拟存储器技术5.6 网络存储与容灾备份习题5;　　存储器是计算机系统中的记忆设备，能够储存程序和数据。存储器从不同角度可以分为不同的分类。;(1)存储容量 是存储器可以容纳的二进制信息量。主存储器的容量是指用地址寄存器(MAR)产生的地址能访问的存储单元的数量。如N位字长的MAR能够编址最多达2N个存储单元。存储容量=字数×字长(5.1)内存空间：又称为存储空间、寻址范围，是指微机的寻址能力，与CPU被使用的地址总线宽度有关。内存容量：指内存的物理容量，例如若某微机配置两条2GB的SDRAM内存条，则其内存容量为4GB。芯片容量：是指一片存储器芯片所具有的存储容量。例如：某SRAM芯片的容量为128M×16bit，即它有128M个单元，每个单元存储16位(两个字节)二进制数据。;(2)存储周期　　存储周期TMC，指两次独立的存取操作之间所需的最短时间。取数时间TA，指存储器从接到读出命令，到被读出信息稳定在MDR的输出端为止的时间间隔。半导体存储器的存储周期一般为10ns左右。最大存取时间，指内存储器从接到存储单元的地址码开始，到取出或存入数据为止所需的最长时间。(3)存储器的可靠性　　一般指存储器对电磁场及温度等变化的抗干扰能力，存储器的可靠性通常用平均故障间隔时间MTBF(Mean Time Between Failure)来衡量。MTBF越长，表示可靠性越高，即保持正确工作能力越强。目前所用的半导体存储器芯片的MTBF约为5×l06~l×108小时左右。;(4)功耗 存储器的功耗可分为内部功耗和外部功耗。内部功耗，就是存储器内部电流消耗。双极型工艺速度较快，但功耗大，密度小；MOS工艺正好相反。BiCMOS存储器具有面积小、功耗低的优点。外部功耗，存储器与外部电路进行工作时所产生的功耗。有效的寄存器管理可最大限度地降低功耗。(5)集成度 每片存储器芯片上集成的基本存储单元的个数。(6)性能价格比;;;5.2.1 Cache的基本结构;;　　(2)等效访问时间　　Cache和主存的等效访问时间是指当CPU访问存储系统时，Cache和主存的平均访问时间。若tc表示命中时Cache的访问时间，tm表示未命中时主存的访问时间，1-h表示未命中率，则Cache-主存系统的等效访问时间(又称平均访问时间)ta为：ta=htc+(1-h)tm(5.3) (3)访问效率　　存储器的访问效率是指Cache的访问时间占Cache和主存等效访问时间的比值。存储器的访问效率用e表示，则有

(4)较复杂存储系统的等效访问时间　　设指令Cache和数据Cache的访问时间均为tc，主存的访问时间为tm，指令Cache的命中率为hi，数据Cache的命中率为hd，CPU访存取指的比例为fi，则： ta=fi(hitc+(1-hi)tm)+(1-fi)(hdtc+(1-hd)tm)(5.5);(1)直接映射 这是一种多对一的映射关系，但一个主存块只能拷贝到cache的一个特定行位置上去。　 cache的块号J和主存的块号I有如下函数关系： J=I mod C(2c)(C为cache中的总块数) 主存地址： 主存字块标记 - cache字块地址 -字块内地址;字块2m-1;(2)全相联映射方式　　全相联映像方式的映像规则是主存的每一块都可以映像到cache中的任何一个字块上，允许从已被占满的cache中替换出任何一个字块。主存储器中的第0块可以映像到cache中的第0块、第1块，┅第2c–1块；主存储器中的第1块可以映像到cache中的第0块、第1块，… ，第2c–1块。 主存地址：主存字块标记 – 块内地址　　这种方法可使主存的一个块直接拷贝到cache中的任意一块上，非常灵活。　　;主存 中的 任一块 可以映象到 缓存 中的 任一块;(3)组相联映像;图5.8 组相联映射;(1)先进先出(First In First Out，FIFO)算法　　FIFO算法选择最早调入Cache的字块进行替换，但没有根据访存的局部性原理，故不能提高Cache的命中率。(2)随机法(RAND法)　　随机法是随机地确定被替换的块，比较简单，但它也没有根据访存的局部性原理，故不能提高Cache的命中率。(3)近期最少使用(Least Recently Used，LRU)算法　　LRU算法比较好地利用访存局部性原理，替换出近