地址映像是指某一數(shù)據(jù)在主存中的地址與在緩存中的地址兩者之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。下面介紹三種地址映像方式:
1.全相聯(lián)方式
全相聯(lián)方式的地址映像規(guī)則是:主存儲(chǔ)器中的任意一塊可以映像到Cache中的任意一塊。其基本實(shí)現(xiàn)思路是:1)主存與緩存分成相同大小的數(shù)據(jù)塊;2)主存的某一數(shù)據(jù)塊可以裝入緩存的任意一塊空間中。
目錄表存放在聯(lián)想存儲(chǔ)器中,包括三個(gè)部分:數(shù)據(jù)塊在主存的塊地址、存入緩存后的塊地址及有效位(也稱裝入位)。由于是全相聯(lián)方式,因此目錄表的容量應(yīng)當(dāng)與緩存的塊數(shù)相同。
全相聯(lián)方式的優(yōu)點(diǎn)是命中率比較高,Cache存儲(chǔ)空間利用空間率高;缺點(diǎn)是訪問(wèn)相關(guān)存儲(chǔ)器時(shí),每次都要與全部?jī)?nèi)容比較,速度低且成本高,因而應(yīng)用少。
2.直接相聯(lián)方式
直接相聯(lián)方式的地址映像規(guī)則是主存儲(chǔ)器中某一塊只能映像到Cache的一個(gè)特定的塊中。其基本實(shí)現(xiàn)思路是:
1)主存與緩存分成相同大小的數(shù)據(jù)塊;
2)主存容量應(yīng)是緩存容量的整數(shù)倍,將主存空間按緩存的容量分成區(qū),主存中每一區(qū)的塊數(shù)與緩存的總塊數(shù)相等;
3)主存中某區(qū)的一塊存入緩存時(shí)只能存入緩存中塊號(hào)相同的位置。
主存中各區(qū)內(nèi)相同塊號(hào)的數(shù)據(jù)塊都可以分別調(diào)入緩存中塊號(hào)相同的地址中,但同時(shí)只能有一個(gè)區(qū)的塊存入緩存。由于主、緩存的塊號(hào)及塊內(nèi)地址兩個(gè)字段完全相同,因此,目錄登記時(shí),只記錄調(diào)入塊的區(qū)號(hào)即可。目錄表存放在高速小容量存儲(chǔ)器中,包括兩個(gè)字段:數(shù)據(jù)塊在主存的區(qū)號(hào)和有效位。目錄表的容量與緩存的塊數(shù)相同。
直接相聯(lián)方式的優(yōu)點(diǎn)是地址映像方式簡(jiǎn)單,數(shù)據(jù)訪問(wèn)時(shí),只需檢查區(qū)號(hào)是否相等即可,因而可以得到比較快的訪問(wèn)速度,且硬件設(shè)備簡(jiǎn)單;缺點(diǎn)是置換操作頻繁,命中率比較低。
3.組相聯(lián)映像方式
組相聯(lián)映像方式的地址映像規(guī)則是主存儲(chǔ)器中某一塊只能存入緩存的同組號(hào)的任一塊中。其基本實(shí)現(xiàn)思路是:
1)主存和緩存按同樣大小劃分成塊;
2)主存和緩存按同樣大小劃分成組:
3)主存容量是緩存容量的整數(shù)倍,將主存空間按緩存區(qū)的大小分成區(qū),主存中每一區(qū)的組數(shù)與緩存的組數(shù)相同;
4)當(dāng)主存的數(shù)據(jù)調(diào)入緩存時(shí),主存與緩存的組號(hào)應(yīng)相等,也就是各區(qū)中的某一塊只能存入緩存的同組號(hào)的空間內(nèi),但組內(nèi)各塊之間可任意存放,即從主存的組到緩存的組之間采用直接映像方式:在兩個(gè)對(duì)應(yīng)的組內(nèi)部采用全相聯(lián)映像方式。
主存地址與緩存地址的轉(zhuǎn)換由兩部分構(gòu)成:組地址采用的是直接映像方式,按地址進(jìn)行訪問(wèn);而塊地址采用的是全相聯(lián)方式,按內(nèi)容訪問(wèn)。
組相聯(lián)映像方式的優(yōu)點(diǎn)是塊的沖突概率比較低,塊的利用率大幅度提高,塊的失效率明顯降低:而缺點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)難度和造價(jià)要比直接映像方式高。
內(nèi)存
內(nèi)存(Memory))又被稱為內(nèi)存儲(chǔ)器或主存儲(chǔ)器,由半導(dǎo)體器件制成,是計(jì)算機(jī)的重要部件之一,是CPU能直接尋址的存儲(chǔ)空間, 其特點(diǎn)是存取速率快。計(jì)算機(jī)中所有程序的運(yùn)行都是在內(nèi)存中進(jìn)行的, 因此內(nèi)存的性能對(duì)計(jì)算機(jī)的影響非常大。內(nèi)存的作用是暫時(shí)存放CPU中的運(yùn)算數(shù)據(jù)以及與硬盤(pán)等外部存儲(chǔ)器交換的數(shù)據(jù)。只要計(jì)算機(jī)在運(yùn)行中, CPU就會(huì)把需要運(yùn)算的數(shù)據(jù)調(diào)到內(nèi)存中進(jìn)行運(yùn)算, 當(dāng)運(yùn)算完成后CPU再將結(jié)果傳送出來(lái)。
我們平常使用的程序, 如Windows操作系統(tǒng)、打字軟件、游戲軟件等, 一般都是安裝在硬盤(pán)等外存上的,但僅此是不能使用其功能的,必須把它們調(diào)入內(nèi)存中運(yùn)行,才能真正使用其功能,我們平時(shí)輸入一段文字,或玩一個(gè)游戲,其實(shí)都是在內(nèi)存中進(jìn)行的。就好比在一個(gè)書(shū)房里,存放書(shū)籍的書(shū)架和書(shū)柜相當(dāng)于電腦的外存,而我們工作的辦公桌就是內(nèi)存。通常我們把要永久保存的、大量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在外存上,而把一些臨時(shí)的或少量的數(shù)據(jù)和程序放在內(nèi)存中,當(dāng)然,內(nèi)存的性能會(huì)直接影響電腦的運(yùn)行速度。
內(nèi)存包括只讀存儲(chǔ)器(ROM)和隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)兩類。
只讀存儲(chǔ)器(ROM)
只讀存儲(chǔ)器即ROM(ReadOnly Memory))。在制造ROM的時(shí)候,信息(數(shù)據(jù)或程序)就被存入并永久保存。這些信息只能讀出,不能寫(xiě)入,即使機(jī)器停電,數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失。ROM一般用于存放計(jì)算機(jī)的基本程序和數(shù)據(jù), 如BIOS ROM。其物理外形一般是雙列直插式(DIP)的集成塊。
隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)
隨機(jī)存儲(chǔ)器即RAM(Random Access Memory) , 表示既可以從中讀取數(shù)據(jù), 也可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)。當(dāng)機(jī)器電源關(guān)閉時(shí), 存于其中的數(shù)據(jù)就會(huì)丟失。我們通常購(gòu)買(mǎi)或升級(jí)的內(nèi)存條(SIMM)就是用作電腦的內(nèi)存, 它是將RAM集成塊集中在一起的一小塊電路板, 插在計(jì)算機(jī)中的內(nèi)存插槽上, 以減少RAM集成塊占用的空間。
最后介紹物理存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)地址空間這兩個(gè)概念。它們是兩個(gè)不同的概念,但因?yàn)閮烧唛g有十分密切的關(guān)系,且都使用B、KB、MB及GB來(lái)度量其容量大小,因此容易產(chǎn)生認(rèn)識(shí)上的混淆。物理存儲(chǔ)器是指實(shí)際存在的具體存儲(chǔ)器芯片。如主板上裝插的內(nèi)存條和裝載有系統(tǒng)的BIOS的ROM芯片, 顯示卡上的顯示RAM芯片和裝載顯示BIOS的ROM芯片, 以及各種適配卡上的RAM芯片和ROM芯片都是物理存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)地址空間是指對(duì)存儲(chǔ)器編碼(編碼地址)的范圍。所謂編碼,就是對(duì)每一個(gè)物理存儲(chǔ)單元(一個(gè)字節(jié))分配一個(gè)號(hào)碼,通常叫作“編址”。分配一個(gè)號(hào)碼給一個(gè)存儲(chǔ)單元的目的是為了便于找到它,完成數(shù)據(jù)的讀寫(xiě),這就是所謂的“尋址”,因此有人也把存儲(chǔ)地址空間稱為尋址空間。
存儲(chǔ)地址空間的大小和物理存儲(chǔ)器的大小并不一定相等。舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題:某層樓共有17個(gè)房間,其編號(hào)為801~817。這17個(gè)房間是物理的,而其地址空間采用了三位編碼,其范圍是800~899共100個(gè)地址,可見(jiàn)地址空間是大于實(shí)際房間數(shù)量的。對(duì)于386以上檔次的微機(jī),其地址總線為32位,因此地址空間可達(dá)2B,即4GB。
非易失性存儲(chǔ)(NVM)
近年來(lái)出現(xiàn)的非易失性存儲(chǔ)(Non-Volatile memory,NVM)以其高集成度、低能耗、非易失性、字節(jié)尋址等特性得到了廣泛關(guān)注。學(xué)術(shù)界和工業(yè)界已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一些新型非易失存儲(chǔ)介質(zhì)和技術(shù), 例如磁存儲(chǔ)器(Magnetic RAM,MRAM) 、自旋磁存儲(chǔ)器(Spin Transfer TorqueRAM,STT-RAM)、相變存儲(chǔ)器(Phase Change Memory, PCM) 、阻變存儲(chǔ)器(Resistive RAM,RRAM)、鐵電存儲(chǔ)器(Ferroelectric RAM, FeRAM)等。表中列舉了幾種主流新型存儲(chǔ)器件的主要參數(shù),從表中可以看出,非易失性存儲(chǔ)在集成度、讀速度方面具有較好的表現(xiàn),是構(gòu)建潛在新型存儲(chǔ)器件的候選對(duì)象。但是非易失性存儲(chǔ)也有幾個(gè)明顯的缺點(diǎn):1)具有較大的寫(xiě)延時(shí),其寫(xiě)延時(shí)比相應(yīng)的存儲(chǔ)介質(zhì)大1個(gè)數(shù)量級(jí),并且寫(xiě)延時(shí)大于讀延時(shí),即讀寫(xiě)不一致;2)雖然非易失性存儲(chǔ)的讀操作比寫(xiě)操作快,但是仍然比傳統(tǒng)存儲(chǔ)介質(zhì)的讀操作慢;3)非易失性存儲(chǔ)的寫(xiě)壽命有限,在連續(xù)寫(xiě)的情況下,存儲(chǔ)單元很快會(huì)失效。
審核編輯:符乾江
-
存儲(chǔ)
+關(guān)注
關(guān)注
13文章
4180瀏覽量
85506 -
內(nèi)存
+關(guān)注
關(guān)注
8文章
2952瀏覽量
73757 -
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)
+關(guān)注
關(guān)注
5文章
951瀏覽量
50818
發(fā)布評(píng)論請(qǐng)先 登錄
相關(guān)推薦
評(píng)論