1/154▲5.1存储器的层次结构5.2Cache基本知识5.3降低Cache失效率的方法5.4减少Cache失效开销5.5减少命中时间5.6主存第5章存储层次2/154▲1.从用户的角度来看，存储器的三个主要指标：容量、速度和价格（指每位价格）如何以合理的价格，设计容量和速度都满足计算机系统要求的存储器系统？2.对这三个指标的要求容量大、速度快、价格低3.三个要求相互矛盾速度越快，每位价格就越高；容量越大，每位价格就越低；容量越大，速度越慢。5.1存储器的层次结构5.1.1从单级存储器到多级存储器3/154▲5.1存储器的层次结构4.解决方法采用多种存储器技术，构成所谓的存储层次。(局部性原理)多级存储层次4/154▲第1层第2层第3层第4层第5层第6层CPU内部通用寄存器堆联机外部存储器（磁盘存储器等）脱机外部存储器（磁带，光盘存储器等）指令和数据缓冲栈Cache（静态随机存储器）SRAM）主存储器（动态随机存储器DRAM）存储容量越来越大每位的价格越来越便宜访问速度越来越快5/154▲各级存储器的主要性能特性CPU与主存储器的速度差距越来越大目前相差两个数量级,今后CPU与主存储器的速度差距会更大存储器层次通用寄存器缓冲栈Cache主存储器磁盘存储器脱机存储器存储周期<10ns<10ns10～60ns60～300ns10～30ms2～20min存储容量<512B<512B8KB～2MB32MB～1GB1GB～1TB5GB～10TB价格$C/KB1200803.20.360.010.0001访问方式直接译码先进先出相联访问随机访问块访问文件组材料工艺ECLECLSRAMDRAM磁表面磁、光等分配管理编译器分配硬件调度硬件调度操作系统系统/用户系统/用户带宽(MB/S)400～8000400～1200200～80080～16010～1000.2～0.66/154▲5.1存储器的层次结构1980年以来存储器和CPU性能随时间而提高的情况（以1980年时的性能作为基准）7/154▲5.1存储器的层次结构C，H，TA假设：S：容量TA：访问时间C：每位价格下面仅考虑由M1和M2构成的两级存储层次：M1的参数：S1，TA1，C1M2的参数：S2，TA2，C25.1.2存储层次的性能参数8/154▲5.1存储器的层次结构1.每位价格C2.命中率H和失效率F命中率：CPU访问存储系统时，在M1中找到所需信息的概率。N1：访问M1的次数N2：访问M2的次数失效率：F＝1－H212211SSSCSCC＋＋＝211NNNH＋＝9/154▲5.1存储器的层次结构3.平均访问时间TA分两种情况来考虑CPU的一次访存：当命中时，访问时间即为TA1（命中时间）当不命中时，情况比较复杂。不命中时的访问时间为：TA2＋TB＋TA1＝TA1＋TMTM＝TA2＋TB失效开销TM：从向M2...
