计算机三级存储体系 PPT
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纪禄平-计算机组成原理(第四版)PPT-4-6存储子系统-三级存储体系
主存和外存统一分页后进行管理。 ※页表 记录虚地址页号与实地址页号的对应关系，即虚页面 调入主存时被安排在主存中的位置（实页号） 页表中的每一行，称为页表项；
虚页号 0000 有效位 1 实页号 0101 … …
0001 0010 …
1 0 …
1011 0010 …
… … …
←页表项 ←页表项 ←页表项
定位Cache的分组：直接映射；
定位Cache数据块：全相联映射；
→直接映射和全相联映射的折衷 速度快、硬件简单、成本低、易实现 （图4-49示）
10/24
0组
标记
0块
0块
标记
标记 标记 … 标记 标记 标记
1块
2块 3块 … 12块 13块 14块
1块
… 7块 8块 9块 … 15块
主存 0组 地址
255组
据此判断所在内存块 是否已映射到缓存中
图4-49 组相联映射 Na=20，每块512字节
11/24
[ 举例 ] 某计算机的 Cache 共有 16块，采用 2路 - 组相联映 射方式 ( 即每组包括 2 块 ) 。存储器按字节编址，每个主 存块大小为 32字节，那么 129号主存单元所在的主存块 应装入到的Cache组号是( )：
5/24
（1）直接映射
Cache：只分块、不分组 主存：既分块、也分组（每组的块数 = Cache块数）
[映射规则]主存的每一个数据块，只能映射到 与其组内序号相同的Cache数据块位置。
如果：K为Cache的块序号，J为主存块的序号，C为 Cache块号的位数。
则 K=J mod 2c =J mod 24
2046块
2047块
主存
将主存块的块号与Cache 块的标记字段比较，判 断主存块是否已映射到 缓存中
虚页号 0000 有效位 1 实页号 0101 … …
0001 0010 …
1 0 …
1011 0010 …
… … …
←页表项 ←页表项 ←页表项
定位Cache的分组：直接映射；
定位Cache数据块：全相联映射；
→直接映射和全相联映射的折衷 速度快、硬件简单、成本低、易实现 （图4-49示）
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0组
标记
0块
0块
标记
标记 标记 … 标记 标记 标记
1块
2块 3块 … 12块 13块 14块
1块
… 7块 8块 9块 … 15块
主存 0组 地址
255组
据此判断所在内存块 是否已映射到缓存中
图4-49 组相联映射 Na=20，每块512字节
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[ 举例 ] 某计算机的 Cache 共有 16块，采用 2路 - 组相联映 射方式 ( 即每组包括 2 块 ) 。存储器按字节编址，每个主 存块大小为 32字节，那么 129号主存单元所在的主存块 应装入到的Cache组号是( )：
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（1）直接映射
Cache：只分块、不分组 主存：既分块、也分组（每组的块数 = Cache块数）
[映射规则]主存的每一个数据块，只能映射到 与其组内序号相同的Cache数据块位置。
如果：K为Cache的块序号，J为主存块的序号，C为 Cache块号的位数。
则 K=J mod 2c =J mod 24
2046块
2047块
主存
将主存块的块号与Cache 块的标记字段比较，判 断主存块是否已映射到 缓存中
5章-三级结构的存储器
φ2=0，T5截止，位线上的一个很小的信号就 使触发器翻转产生输出。 D=0 D=1 CS=0=1 C
S
=1 =1
=1 =0
=0 =1 0 1 截止 导通 见191页图5.4 高灵敏放大器
假如电容CS已经充满电，为“1”状态，就使 D端为“1”，T4导通，D1=0。 假如电容CS未充电，为“0”状态，就使 D端为“0”，T4截止，D1=1。
写数据过程如下：
写“1”： 使字线为“1”，T管 导通，当数据线为“0” 时，电源向电容Cs冲电， Cs冲满电时，为写“1”。 写“0”：
为“1” 为 “1”
T导通 T导通
使字线为“1”，T管 导通，当数据线为“1” 时，电容Cs经T管、数据 线、电源进行放电，Cs 放完电时，为写“0”。
Cs放电 电容充电
控制总线：用来传送控制命令。控制总线的工作周期可以包
括：主存储器读周期、主存储器写周期、I/O设备读周期、 I/O 设备写周期。 如果计算机系统中使用了不同读写速度的主存储器，在 CPU发出读写主存储器的命令后，CPU不知道读写操作完成的 时刻，可以由主存储器本身提供读写完成的回答信号。称异 步运行方式。
如：SDRAM 的 PC100、PC133；
还有 DDR SDRAM 的 PC1600、PC2100、PC2700、PC3200、PC3500、PC3700； 以及 RDRAM 的 PC600、PC800 和 PC1066 等。
一、SDRAM 传输标准
1) PC100 PC100 是 JEDEC 和英特尔共同制订的一个 SDRAM 内存条的标准， 符合该标准的内存都称为 PC100，其中的 100 代表该内存工作频率可达 100MHz。 2) PC133 PC133 是威盛公司联合了三星、现代、日立、西门子、和 NEC 等数家著 名 IT 厂商联合推出的内存标准，其中的 133 指的是该内存工作频率可达 133MHz。PC133 SDRAM 的数据传输速率，可以达到 1.06GB/s。
S
=1 =1
=1 =0
=0 =1 0 1 截止 导通 见191页图5.4 高灵敏放大器
假如电容CS已经充满电，为“1”状态，就使 D端为“1”，T4导通，D1=0。 假如电容CS未充电，为“0”状态，就使 D端为“0”，T4截止，D1=1。
写数据过程如下：
写“1”： 使字线为“1”，T管 导通，当数据线为“0” 时，电源向电容Cs冲电， Cs冲满电时，为写“1”。 写“0”：
为“1” 为 “1”
T导通 T导通
使字线为“1”，T管 导通，当数据线为“1” 时，电容Cs经T管、数据 线、电源进行放电，Cs 放完电时，为写“0”。
Cs放电 电容充电
控制总线：用来传送控制命令。控制总线的工作周期可以包
括：主存储器读周期、主存储器写周期、I/O设备读周期、 I/O 设备写周期。 如果计算机系统中使用了不同读写速度的主存储器，在 CPU发出读写主存储器的命令后，CPU不知道读写操作完成的 时刻，可以由主存储器本身提供读写完成的回答信号。称异 步运行方式。
如：SDRAM 的 PC100、PC133；
还有 DDR SDRAM 的 PC1600、PC2100、PC2700、PC3200、PC3500、PC3700； 以及 RDRAM 的 PC600、PC800 和 PC1066 等。
一、SDRAM 传输标准
1) PC100 PC100 是 JEDEC 和英特尔共同制订的一个 SDRAM 内存条的标准， 符合该标准的内存都称为 PC100，其中的 100 代表该内存工作频率可达 100MHz。 2) PC133 PC133 是威盛公司联合了三星、现代、日立、西门子、和 NEC 等数家著 名 IT 厂商联合推出的内存标准，其中的 133 指的是该内存工作频率可达 133MHz。PC133 SDRAM 的数据传输速率，可以达到 1.06GB/s。
纪禄平-计算机组成原理(第4版)PPT 4.6-三级存储体系
※为解决CPU和主存速度不匹配而采用的一项 技术，使访问主存的平均速度接近于访问 Cache的速度。 ※由硬件系统实现，对用户透明。 ※已在CPU内集成，两级以上的Cache系统。
3/24
2. Cache的前提条件
※指令的执行具有局部性特征：
CPU从主存中取指令、数据，在一定时间内地址范围 常局限于主存的某个小区域。 因此可以将正在使用的部分（热点区指令和数据）， 提前预取并存储到一个高速的、小容量的Cache中。
CPU访存 [技术效果]
CPU访问Cache
能使CPU读写指令、数据的速度大大提高。
4/24
3. 主存与Cache的地址映射
[说明] 主存↔Cache之间是以固定大小的数据块为单 位进行整体调度（交换）； 基于下列条件，分析3种主存↔Cache映射： 存储器均按字节编址：1B/每个地址； 数据块大小：512B； Cache容量：8KB →分成16块（213/29） 主存容量大小：1MB →分成2048块（220/29）
A. 0 B. 2 C. 4
D.6
[解题分析]
Cache如何分组、分块？ Cache分8组，每组2块，每块32B 主存如何分组、分块？ 主存分若干组，每组又分成8块
129=10000001
（组内块序号100） 0…010000001
12/24
4.常用的替换算法
（1）最不经常使用(LFU, Least-Frequently Used) 将一段时间内被访问次数最少的那块从Cache中 置换出去。 （2）近期最久未使用(LRU, Least-Recently Used) 将近期内最久末被访问过的Cache块置换出去。 （3）随机替换 随机确定将哪块从Cache中替换出去。
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2. Cache的前提条件
※指令的执行具有局部性特征：
CPU从主存中取指令、数据，在一定时间内地址范围 常局限于主存的某个小区域。 因此可以将正在使用的部分（热点区指令和数据）， 提前预取并存储到一个高速的、小容量的Cache中。
CPU访存 [技术效果]
CPU访问Cache
能使CPU读写指令、数据的速度大大提高。
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3. 主存与Cache的地址映射
[说明] 主存↔Cache之间是以固定大小的数据块为单 位进行整体调度（交换）； 基于下列条件，分析3种主存↔Cache映射： 存储器均按字节编址：1B/每个地址； 数据块大小：512B； Cache容量：8KB →分成16块（213/29） 主存容量大小：1MB →分成2048块（220/29）
A. 0 B. 2 C. 4
D.6
[解题分析]
Cache如何分组、分块？ Cache分8组，每组2块，每块32B 主存如何分组、分块？ 主存分若干组，每组又分成8块
129=10000001
（组内块序号100） 0…010000001
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4.常用的替换算法
（1）最不经常使用(LFU, Least-Frequently Used) 将一段时间内被访问次数最少的那块从Cache中 置换出去。 （2）近期最久未使用(LRU, Least-Recently Used) 将近期内最久末被访问过的Cache块置换出去。 （3）随机替换 随机确定将哪块从Cache中替换出去。
计算机系统结构课件：第三章 存储系统
Computer Architecture
第三章 存储系统
缺点：由于程序局部性的原理，近期所用到的指令和数据往往都 集中在一个体内，就会出现并行访问冲突，只有一个存储模块在 不停地忙碌，其他空闲。只有当指令跨越两个存储模块时，才并 行工作。
优点：扩大存储容量非常方便。如果在多任务或多用户的应用状 态下，可以将不同的任务分别存放在不同的体内，减少了访问冲 突，发挥了并行访问的优点。
计算机系统结构
Computer Architecture
组相联地址映像
组0 组1
块0
块b－1 块b
块2b－1
组C/B－1
Cache
第三章 存储系统
块0
块b－1
组0
块b
区0
块2b－1
组1
组C/B－1
组C/B(Me－1) 组C/BMe－C/B+1 区Me－1
组C/BMe－1
计算机系统结构
Computer Architecture
高速缓冲存储器：存在于主存与CPU之间的一级存储器，由静态存储芯
片(SRAM)组成，容量比较小但速度比主存高很多， 接近于CPU的速度。
Cache 的 功 能：存放那些近期需要运行的指令与数据。
目
的：提高CPU对存储器的访问速度。
计算机系统结构
Computer Architecture
第三章 存储系统
存储器管理部件
主存与cache地址的映像和转换 替换方法
CPU
MMU
D或 I
Cache
D或 I
MS
(主存)
CPU与Cache、主存的关系
计算机系统结构
Computer Architecture
第三章 存储系统
缺点：由于程序局部性的原理，近期所用到的指令和数据往往都 集中在一个体内，就会出现并行访问冲突，只有一个存储模块在 不停地忙碌，其他空闲。只有当指令跨越两个存储模块时，才并 行工作。
优点：扩大存储容量非常方便。如果在多任务或多用户的应用状 态下，可以将不同的任务分别存放在不同的体内，减少了访问冲 突，发挥了并行访问的优点。
计算机系统结构
Computer Architecture
组相联地址映像
组0 组1
块0
块b－1 块b
块2b－1
组C/B－1
Cache
第三章 存储系统
块0
块b－1
组0
块b
区0
块2b－1
组1
组C/B－1
组C/B(Me－1) 组C/BMe－C/B+1 区Me－1
组C/BMe－1
计算机系统结构
Computer Architecture
高速缓冲存储器：存在于主存与CPU之间的一级存储器，由静态存储芯
片(SRAM)组成，容量比较小但速度比主存高很多， 接近于CPU的速度。
Cache 的 功 能：存放那些近期需要运行的指令与数据。
目
的：提高CPU对存储器的访问速度。
计算机系统结构
Computer Architecture
第三章 存储系统
存储器管理部件
主存与cache地址的映像和转换 替换方法
CPU
MMU
D或 I
Cache
D或 I
MS
(主存)
CPU与Cache、主存的关系
计算机系统结构
Computer Architecture
计算机三级存储体系(1)ppt课件
5
只有一级缓存是在CPU中的，一级缓存的读取需 要2-4个时钟周期；二级缓存的读取需要10个左右的 时钟周期；而三级缓存需要30-40个时钟周期，但是 容量一次增大。
6
• 目前，计算机系统中常用的三级存储体系是 Cache、主存、辅存。 • 三级存储结构包括高速缓冲存储器（Cache）、 主存储器（MM）和辅助存储器（外存储器）。 • 高速缓冲存储器用来改善主存储器与中央处 理器的速度匹配问题；辅助存储器用来扩大 存储空间。
7
8
CPU、处理器、内存、外 存、寄存器、缓存的区别
1、CPU：Central Process Unit中央处理器单元，即CPU属于处理器。 2、CPU中有寄存器，因此寄存“器外的存速”度。最快！内存、外存统称为CPU的 3、高速们缓之存间是速存度放不在匹C配P的U中矛的盾，，它使是得介内于存C访P问U与CP内U存的知时己候的较，快以。缓解它 4、缓存是指在以内缓存解中C划P分U与出外一设块处区理域速用度于不存匹放配常的使问用题的。输入输出数据， （ 内5存内、具存CP有、U“外与掉存（电）内信是存息指、全对外部存存消储）失器是”的不的划同特分的性，概，内念而存，外的C存速PU则度是具较一有外个“存独掉的立电速的信度概息快念也，，不并而会且
4
三级缓存是为读取二级缓存后未命中的数据设 计的—种缓存，在拥有三级缓存的CPU中，只有约5% 的数据需要从内存中调用，这进一步提高了CPU的效 率。其运作原理在于使用较快速的储存装置保留一 份从慢速储存装置中所读取数据且进行拷贝，当有 需要再从较慢的储存体中读写数据时，缓存(cache) 能够使得读写的动作先在快速的装置上完成，如此 会使系统的响应较为快速。
丢失”的特性。
9
QUESTION:
只有一级缓存是在CPU中的，一级缓存的读取需 要2-4个时钟周期；二级缓存的读取需要10个左右的 时钟周期；而三级缓存需要30-40个时钟周期，但是 容量一次增大。
6
• 目前，计算机系统中常用的三级存储体系是 Cache、主存、辅存。 • 三级存储结构包括高速缓冲存储器（Cache）、 主存储器（MM）和辅助存储器（外存储器）。 • 高速缓冲存储器用来改善主存储器与中央处 理器的速度匹配问题；辅助存储器用来扩大 存储空间。
7
8
CPU、处理器、内存、外 存、寄存器、缓存的区别
1、CPU：Central Process Unit中央处理器单元，即CPU属于处理器。 2、CPU中有寄存器，因此寄存“器外的存速”度。最快！内存、外存统称为CPU的 3、高速们缓之存间是速存度放不在匹C配P的U中矛的盾，，它使是得介内于存C访P问U与CP内U存的知时己候的较，快以。缓解它 4、缓存是指在以内缓存解中C划P分U与出外一设块处区理域速用度于不存匹放配常的使问用题的。输入输出数据， （ 内5存内、具存CP有、U“外与掉存（电）内信是存息指、全对外部存存消储）失器是”的不的划同特分的性，概，内念而存，外的C存速PU则度是具较一有外个“存独掉的立电速的信度概息快念也，，不并而会且
4
三级缓存是为读取二级缓存后未命中的数据设 计的—种缓存，在拥有三级缓存的CPU中，只有约5% 的数据需要从内存中调用，这进一步提高了CPU的效 率。其运作原理在于使用较快速的储存装置保留一 份从慢速储存装置中所读取数据且进行拷贝，当有 需要再从较慢的储存体中读写数据时，缓存(cache) 能够使得读写的动作先在快速的装置上完成，如此 会使系统的响应较为快速。
丢失”的特性。
9
QUESTION:
计算机硬件基础存储系统PPT课件
• 虚拟存储器的概念与虚拟存储器管理方式 • 高速缓冲存储器逻辑结构与读写操作方式
35
第35页/共50页
6.4.1 虚拟存储器
• 虚拟存储器是在主存-辅存层次结构上的进一步发展 和完善。
• 主存和辅存之间数据的调入调出工作是由计算机系 统的辅助硬件和操作系统的软件统一管理的。
• 虚拟存储系统允许使用比主存容量大得多的地址空 间来访问主存（有虚地址与实地址之分）
定的块。 • 组组相连：主存和Cache都分组，组间直接映像，组内
的块全相连映像。
41
第41页/共50页
Cache的读写操作 - Cache与主存存取一致性
贯穿读出式 读操作
旁路读出式 直写式（写贯穿） 写操作 缓存直写式 回写式
42
第42页/共50页
读操作：贯穿读出式
• CPU对主存的所有数据请求都首先送到Cache，在Cache中查找。若命 中，将数据从 Cache中取出 ；如果不命中，则将数据请求传给主存。
第33页/共50页
应用举例
D0~D7
A0
系
••• A12
统
总 MEMW
线
MEMR
A19 A17 A16 A15 A18
A14 A13
6264
D0~D7
A0
•• •
••• A12
WE
OE
&
G1 G2A
Y0 CS1
+5V
&
G2B
CS2
C
B
A
74LS138
34
第34页/共50页
§6.4 虚拟存储器与高速缓存
49
第49页/共50页
段分成页。兼有段式和页式的优点。
35
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6.4.1 虚拟存储器
• 虚拟存储器是在主存-辅存层次结构上的进一步发展 和完善。
• 主存和辅存之间数据的调入调出工作是由计算机系 统的辅助硬件和操作系统的软件统一管理的。
• 虚拟存储系统允许使用比主存容量大得多的地址空 间来访问主存（有虚地址与实地址之分）
定的块。 • 组组相连：主存和Cache都分组，组间直接映像，组内
的块全相连映像。
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第41页/共50页
Cache的读写操作 - Cache与主存存取一致性
贯穿读出式 读操作
旁路读出式 直写式（写贯穿） 写操作 缓存直写式 回写式
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第42页/共50页
读操作：贯穿读出式
• CPU对主存的所有数据请求都首先送到Cache，在Cache中查找。若命 中，将数据从 Cache中取出 ；如果不命中，则将数据请求传给主存。
第33页/共50页
应用举例
D0~D7
A0
系
••• A12
统
总 MEMW
线
MEMR
A19 A17 A16 A15 A18
A14 A13
6264
D0~D7
A0
•• •
••• A12
WE
OE
&
G1 G2A
Y0 CS1
+5V
&
G2B
CS2
C
B
A
74LS138
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第34页/共50页
§6.4 虚拟存储器与高速缓存
49
第49页/共50页
段分成页。兼有段式和页式的优点。
《存储器管理》PPT课件
地址转换过程是：
CPU获得的逻辑地址首先与下限寄存器 的值相加，产生物理地址；然后与上限寄存 器的值比较。 1、若大于上限寄存器的值，产生“地址越界” 中断信号，由相应的中断处理程序处理； 2、若不大于上限寄存器的值，则该物理地址 就是合法地址，它对应于内存中的一个存储 单元。
案例分析
【例3-1】在某系统中采用固定分区分配管理 方式，内存分区(单位字节)情况如图3-10a所 示。现有大小为1KB、9KB、33 KB、121KB 的多个作业要求进人内存，试画出它们进入 内存后的空间分配情况，并说明内存浪费有 多大?
内存的在系统中的地位
CPU
内存
I/O 系统
外设
内存在计算机系统中的地位
3.1.1 存储体系
存储器存取 时间减少 存储器存取 速度加快 每位存储器 成本增加 存储器容量 减少 外 存 高速缓存器
程序和数据 可以被CPU 直接存取 内 存
程序和数据必 须先移到内存， 才能被CPU访问
三级存储器结构
存储器管理
单一连续分配仅适用于 单道程序设计环境，处 理机、主存都不能得到 充分的利用。
操作系统
32 KB
作业 分配给用户作 业的空间 未用
64 KB
1 60 KB
浪费
单一连续分配
特点：
（ 1 ）管理简单。它把主存分为两个区，用户区一 次只能装入一个完整的作业，且占用一个连续的 存储空间。它需要很少的软硬件支持，且便于用 户了解和使用。 （ 2 ）在主存中的作业不必考虑移动的问题，并且 主存的回收不需要任何操作。 （ 3 ）资源利用率低。不管用户区有多大，它一次 只能装入一个作业，这样造成了存储空间的浪费， 使系统整体资源利用率不高。 （4）这种分配方式不支持虚拟存储器的实现。
计算机存储系统(课件).ppt
I/O2
I/O3 I/O4
8
9
WE*
5.1.2 半导体存储器芯片的结构
地 地 读 数 址 址 写 据 存储体 ① 存储体 寄 译 电 寄 存 码 路 存 DB AB 存储器芯片的主要部分，用来存储信息
② 地址译码电路
根据输入的地址编码来选中芯片内某个特 控制电路
定的存储单元
③ 片选和读写控制逻辑 OE WE CS
+5V WE* CS2 A8 A9 A11 OE* A10 CS1* D7 D6 D5 D4 D3
SRAM 6264的功能
工作方式 未选中 未选中 读操作 写操作 CS1* CS2 WE* OE* 1 × 0 0 × 0 1 1 × × 1 0 × × 0 1 D7～D0 高阻 高阻 输出 输入
动态RAM（DRAM)
静态RAM
只读存储器
掩膜式ROM(read
only memory)
可编程ROM(PROM,Programmable ROM) 可擦除的PROM（EPROM，Erasable
Programmable ROM）
电可擦除的PROM（E2PROM，Electrically
Erasable Programmable ROM）
选中存储芯片，控制读写操作
① 存储体
每个存储单元具有一个唯一的地址，
可存储1位（位片结构）或多位 （字片结构）二进制数据 存储容量与地址、数据线个数有关： 芯片的存储容量＝2M×N ＝存储单元数×存储单元的位数 M：芯片的地址线根数 N：芯片的数据线根数
② 地址译码电路
0 A5 A4 A3 A2 A1 A0
存储容量为8K×8 28个引脚：
计算机三级考试资料课件-微型计算机的主要部件
发展历程
自20世纪70年代初诞生以来，微型计算机经历了多个发展阶 段。从最初的4位、8位微处理器，到后来的16位、32位，再 到现在的64位微处理器，微型计算机的性能不断提升，应用 领域也不断扩展。
微型计算机的特点与应用领域
特点 体积小、重量轻，便于携带和移动； 功耗低，节能环保；
微型计算机的特点与应用领域
固定主板
将主板固定在机箱内，确 保主板不会晃动或倾斜。
连接线路
正确连接主板上的电源、 数据线等线路，确保连接 牢固、无松动。
04
内存储器
内存储器的类型及特点
随机存取存储器（RAM） 可读写，断电后数据丢失 分为静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）
内存储器的类型及特点
01
SRAM速度快、价格高，常用于高速缓冲存储器（Cache）
VS
固态硬盘（SSD）
以闪存芯片为存储介质，通过控制芯片进 行读写操作。具有读写速度快、抗震能力 强、功耗低等优点，但价格相对较高。
固态硬盘（SSD）与机械硬盘（HDD）比较
读写速度
SSD的读写速度远高于HDD，尤其在随机读 写方面表现更为突出。
抗震能力
SSD由于没有机械运动部件，因此抗震能力 更强，适用于移动设备等场景。
主板的选购与安装注意事项
兼容性
选择与CPU、内存等部件兼容的主板。
扩展性
考虑主板提供的接口数量和类型，以 满足未来升级和扩展的需求。
主板的选购与安装注意事项
• 稳定性：选择品牌知名度高、质量可靠的主板，以确保计 算机的稳定运行。
主板的选购与安装注意事项
防静电
在安装主板前，要确保工 作环境的防静电措施到位， 避免静电对主板造成损害。
自20世纪70年代初诞生以来，微型计算机经历了多个发展阶 段。从最初的4位、8位微处理器，到后来的16位、32位，再 到现在的64位微处理器，微型计算机的性能不断提升，应用 领域也不断扩展。
微型计算机的特点与应用领域
特点 体积小、重量轻，便于携带和移动； 功耗低，节能环保；
微型计算机的特点与应用领域
固定主板
将主板固定在机箱内，确 保主板不会晃动或倾斜。
连接线路
正确连接主板上的电源、 数据线等线路，确保连接 牢固、无松动。
04
内存储器
内存储器的类型及特点
随机存取存储器（RAM） 可读写，断电后数据丢失 分为静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）
内存储器的类型及特点
01
SRAM速度快、价格高，常用于高速缓冲存储器（Cache）
VS
固态硬盘（SSD）
以闪存芯片为存储介质，通过控制芯片进 行读写操作。具有读写速度快、抗震能力 强、功耗低等优点，但价格相对较高。
固态硬盘（SSD）与机械硬盘（HDD）比较
读写速度
SSD的读写速度远高于HDD，尤其在随机读 写方面表现更为突出。
抗震能力
SSD由于没有机械运动部件，因此抗震能力 更强，适用于移动设备等场景。
主板的选购与安装注意事项
兼容性
选择与CPU、内存等部件兼容的主板。
扩展性
考虑主板提供的接口数量和类型，以 满足未来升级和扩展的需求。
主板的选购与安装注意事项
• 稳定性：选择品牌知名度高、质量可靠的主板，以确保计 算机的稳定运行。
主板的选购与安装注意事项
防静电
在安装主板前，要确保工 作环境的防静电措施到位， 避免静电对主板造成损害。
4.7 计算机的三级存储体系[25页]
![4.7 计算机的三级存储体系[25页]](https://img.taocdn.com/s3/m/e7c042fb2b160b4e777fcf53.png)
如果：K为Cache的块序号，J为主存块的序号，C为 Cache块号的位数。
则 K=J mod 2c =J mod 24
直接映射的规则，如图4-47示
6/25
标记 标记
… 标记
0块 1块 … 15块
块内字节偏移；
0块 0
分组的 组内块 块内字
1块 1 第0组 组号 序号 节地址
基于下列条件，分析3种主存↔Cache映射： ✓ 存储器均按字节编址：1B/每个地址； ✓ 数据块大小：512B； ✓ Cache容量：8KB →分成16块（213/29） ✓ 主存容量大小：1MB →分成2048块（220/29）
5/25
（1）直接映射
Cache：只分块、不分组 主存：既分块、也分组（每组的块数 = Cache块数） [映射规则]主存的每一个数据块，只能映射到 与其组内序号相同的Cache数据块位置。
7/25
（2）全相联映射
Cache：只分块、不分组 主 存：只分块、不分组
[映射规则]主存任何一个块都可以映射到Cache 的任何一个数据块位置上，如图4-48示。
存在的缺点： ✓Cache标记太长，判断时间太长。 ✓硬件复杂、成本高、实现相对困难。
8/25
标记 0块 标记 1块
…… 标记 15块 11位 Cache块
主存
0组 地址
组号
组内 块号
块内地址
8位 3位 9位
00000011 111 000001110
=3 =7
1组
定位到Cache的第7组
比较Cache组内 的各标记字段
255组
据此判断所在内存块 是否已映射到缓存中
2047块
图4-49 组相联映射 Na=20，每块512字节
则 K=J mod 2c =J mod 24
直接映射的规则，如图4-47示
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标记 标记
… 标记
0块 1块 … 15块
块内字节偏移；
0块 0
分组的 组内块 块内字
1块 1 第0组 组号 序号 节地址
基于下列条件，分析3种主存↔Cache映射： ✓ 存储器均按字节编址：1B/每个地址； ✓ 数据块大小：512B； ✓ Cache容量：8KB →分成16块（213/29） ✓ 主存容量大小：1MB →分成2048块（220/29）
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（1）直接映射
Cache：只分块、不分组 主存：既分块、也分组（每组的块数 = Cache块数） [映射规则]主存的每一个数据块，只能映射到 与其组内序号相同的Cache数据块位置。
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（2）全相联映射
Cache：只分块、不分组 主 存：只分块、不分组
[映射规则]主存任何一个块都可以映射到Cache 的任何一个数据块位置上，如图4-48示。
存在的缺点： ✓Cache标记太长，判断时间太长。 ✓硬件复杂、成本高、实现相对困难。
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标记 0块 标记 1块
…… 标记 15块 11位 Cache块
主存
0组 地址
组号
组内 块号
块内地址
8位 3位 9位
00000011 111 000001110
=3 =7
1组
定位到Cache的第7组
比较Cache组内 的各标记字段
255组
据此判断所在内存块 是否已映射到缓存中
2047块
图4-49 组相联映射 Na=20，每块512字节
计算机组成与体系结构课件 第3章 存储系统
存放一个机器字的存储单元,通常称为字存储单元,相应 的单元地址称为字地址;
存放一个字节的单元,称为字节存储单元,相应的地址称 为字节地址。
存储器可按字节或字寻址,单位有KB( 210)、MB( 220 )、
GB( 230 ),TB(240)。地址线的数目决定了最大直接寻址空间
的大小(n 位地址: 2n 个存储单元)。
图3.4 256×1位静态存储器结构图
说明
T1~T6:存储单元（1bit） 256个存储单元排列成16*16矩阵的形式，每个存储单元被 连接到不同字线、列线的交叉处，并加上读/写控制电路，用 地址编译器提供字线、列线选择信号。
要访问256个存储单元，需要8位地址A0~A7,A0~A3:行地址， 经X译码器产生16个译码信号来选择16行。
内存 条
3.1.2 主存储器的主要性能指标
主存的存取速度直接影响计算机的运算速度。 目前,大多数主存由半导体器件制成,具有容量 小、存取速度快、断电后数据丢失的特点。 主存储器的主要性能指标包括存储容量、存取 时间和存储周期。
3.1.2 主存储器的主要性能指标
• 1.存储容量
存储容量是指存储器可以容纳的二进制信息量。
3.1.3 存储系统的层次结构
存储系统是指把两种或者两种以上不同存储容 量、不同存取速度、不同价格的存储器组成层次 结构,并通过管理软件和辅助硬件将不同性能的存 储器组合成有机的整体,又称为计算机的存储层次 或存储体系。
现代计算机采用的典型存储结构有'主存—辅存' 和'Cache—主存'两种,如图3.2所示。
• 按存储器在计算机系统中的作用 主存储器、辅助存储器、高速缓冲存储器、控制存储器等
随机读写
存放一个字节的单元,称为字节存储单元,相应的地址称 为字节地址。
存储器可按字节或字寻址,单位有KB( 210)、MB( 220 )、
GB( 230 ),TB(240)。地址线的数目决定了最大直接寻址空间
的大小(n 位地址: 2n 个存储单元)。
图3.4 256×1位静态存储器结构图
说明
T1~T6:存储单元（1bit） 256个存储单元排列成16*16矩阵的形式，每个存储单元被 连接到不同字线、列线的交叉处，并加上读/写控制电路，用 地址编译器提供字线、列线选择信号。
要访问256个存储单元，需要8位地址A0~A7,A0~A3:行地址， 经X译码器产生16个译码信号来选择16行。
内存 条
3.1.2 主存储器的主要性能指标
主存的存取速度直接影响计算机的运算速度。 目前,大多数主存由半导体器件制成,具有容量 小、存取速度快、断电后数据丢失的特点。 主存储器的主要性能指标包括存储容量、存取 时间和存储周期。
3.1.2 主存储器的主要性能指标
• 1.存储容量
存储容量是指存储器可以容纳的二进制信息量。
3.1.3 存储系统的层次结构
存储系统是指把两种或者两种以上不同存储容 量、不同存取速度、不同价格的存储器组成层次 结构,并通过管理软件和辅助硬件将不同性能的存 储器组合成有机的整体,又称为计算机的存储层次 或存储体系。
现代计算机采用的典型存储结构有'主存—辅存' 和'Cache—主存'两种,如图3.2所示。
• 按存储器在计算机系统中的作用 主存储器、辅助存储器、高速缓冲存储器、控制存储器等
随机读写
计算机存储器的层次结构ppt课件
2020/4/16
计算机系统结构
14
3.3.2 直接相联(P176)
直接相联是一种最强的约束关系，规定每个虚页只对应唯一实页。为便 于虚实变换，用求模运算作为变换关系式：将虚页号对实页总数求模得到实 页号。实现简单，二进制中，任何数X对2的整次幂n求模等价于截取X的最低 log2n位。
• 例 已知虚页号 = 7，实页总数 = 4，用直接相联求实页号。 解：可用十进制形式求：7 mod 4 = 3； 也可用二进制形式求：由于n = 4，所以log2n = 2， 取7的二进制形式111B的最低2位，得11B，即3。
2020/4/16
计算机系统结构
6
段式虚拟存储器的缺点：
1. 地址变换所花费的时间比较长。从多用户虚地址变换到主存实地址需 要查两次，做两次加法运算。
2. 主存储器的利用率往往比较低。由于每个程序段的长度不同的，一个 程序段通常要装在一个连续的主存空间中，程序段在主存储器中不断 地调入调出，有些程序段在执行过程中还要动态增加长度，从而使得 主存储器中有很多的空隙存在。当然，也可以采用一些好的算法来减 少空隙的数量，或者通过定时运行回收程序来合并着这些空隙，但这 无疑增加了系统的开销。
2020/4/16
计算机系统结构
8
页式虚拟存储器的优点是：
1. 主存储器的利用率比较高。每个用户程序只有不到一页（平均为半页） 的浪费，与段式虚拟存储器每两个程序段之间都有浪费相比要节省许多。
2. 页表相对比较简单。它需要保存的字段数比较少，一些关键字段的长度 要短许多，因此，节省了页表的存储器容量。
计算机系统结构
12
4种常见的地址映象方式
3.3.1 全相联(P174)
全相联就是无约束对应，或者说是一个完全关系，意思就是一个虚页 可以调入任何一个实页。
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缓存与内存之间的速度。二级缓存比一级缓 存速度更慢，容量更大，主要就是做一级缓 存和内存之间数据临时交换的地方用。实际 上，现在Intel和AMD处理器在一级缓存的逻 辑结构设计上有所不同，所以二级缓存对CPU 性能的影响也不尽相同。
大家好
4
三级缓存是为读取二级缓存后未命中的数据设 计的—种缓存，在拥有三级缓存的CPU中，只有约 5%的数据需要从内存中调用，这进一步提高了CPU 的效率。其运作原理在于使用较快速的储存装置保 留一份从慢速储存装置中所读取数据且进行拷贝， 当有需要再从较慢的储存体中读写数据时，缓存 (cache)能够使得读写的动作先在快速的装置上完 成，如此会使系统的响应较为快速。
“外存”。
3、高速缓存是存放在CPU中的，它是介于CPU与内存知己的，以缓解它 们之间速度不匹配的矛盾，使得内存访问CPU的时候较快。
4、缓存是指在内存中划分出一块区域用于存放常使用的输入输出数据， 以缓解CPU与外设处理速度不匹配的问题。
5、CPU与（内存、外存）是不同的概念，CPU是一个独立的概念，而 （内存、外存）是指对存储器的划分，内存的速度较外存的速度快，并且 内存具有“掉电信息全部消失”的特性，而外存则具有“掉电信息也不会
• 高速缓冲存储器用来改善主存储器与中央处 理器的速度匹配问题；辅助存储器用来扩大 存储空间。
大家好
7
大家好
8
CPU、处理器、内存、外 存、寄存器、缓存的区别
1、CPU：Central Process Unit中央处理器单元，即CPU属于处理器。 2、CPU中有寄存器，因此寄存器的速度最快！内存、外存统称为CPU的
丢失”的特性。
大家好
9
QUESTION:
大家好
10
second
大家好
11
计算机的三级存储系统解决 存储器速度、容量、价格三者之 间的矛盾，并且提升了CPU访存速 度，改善了系统的总体性能。
大家好
12
谢谢观看！
大家好
ห้องสมุดไป่ตู้13
Bye Bye
大家好
14
四小组第二次讨论报告
计算机三级存储体系
大家好
1
first
大家好
2
Introduction:
一级缓存都内置在CPU内部并与CPU同 速运行，可以有效的提高CPU的运行效率。 一级缓存越大，CPU的运行效率越高，但 受到CPU内部结构的限制，一级缓存的容 量都很小。
大家好
3
二级缓存(L2 CACHE)出现是为了协调一级
大家好
5
只有一级缓存是在CPU中的，一级缓存的读取需 要2-4个时钟周期；二级缓存的读取需要10个左右 的时钟周期；而三级缓存需要30-40个时钟周期， 但是容量一次增大。
大家好
6
• 目前，计算机系统中常用的三级存储体系是 Cache、主存、辅存。
• 三级存储结构包括高速缓冲存储器（Cache）、 主存储器（MM）和辅助存储器（外存储器）。
大家好
4
三级缓存是为读取二级缓存后未命中的数据设 计的—种缓存，在拥有三级缓存的CPU中，只有约 5%的数据需要从内存中调用，这进一步提高了CPU 的效率。其运作原理在于使用较快速的储存装置保 留一份从慢速储存装置中所读取数据且进行拷贝， 当有需要再从较慢的储存体中读写数据时，缓存 (cache)能够使得读写的动作先在快速的装置上完 成，如此会使系统的响应较为快速。
“外存”。
3、高速缓存是存放在CPU中的，它是介于CPU与内存知己的，以缓解它 们之间速度不匹配的矛盾，使得内存访问CPU的时候较快。
4、缓存是指在内存中划分出一块区域用于存放常使用的输入输出数据， 以缓解CPU与外设处理速度不匹配的问题。
5、CPU与（内存、外存）是不同的概念，CPU是一个独立的概念，而 （内存、外存）是指对存储器的划分，内存的速度较外存的速度快，并且 内存具有“掉电信息全部消失”的特性，而外存则具有“掉电信息也不会
• 高速缓冲存储器用来改善主存储器与中央处 理器的速度匹配问题；辅助存储器用来扩大 存储空间。
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7
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8
CPU、处理器、内存、外 存、寄存器、缓存的区别
1、CPU：Central Process Unit中央处理器单元，即CPU属于处理器。 2、CPU中有寄存器，因此寄存器的速度最快！内存、外存统称为CPU的
丢失”的特性。
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计算机的三级存储系统解决 存储器速度、容量、价格三者之 间的矛盾，并且提升了CPU访存速 度，改善了系统的总体性能。
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四小组第二次讨论报告
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Introduction:
一级缓存都内置在CPU内部并与CPU同 速运行，可以有效的提高CPU的运行效率。 一级缓存越大，CPU的运行效率越高，但 受到CPU内部结构的限制，一级缓存的容 量都很小。
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3
二级缓存(L2 CACHE)出现是为了协调一级
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只有一级缓存是在CPU中的，一级缓存的读取需 要2-4个时钟周期；二级缓存的读取需要10个左右 的时钟周期；而三级缓存需要30-40个时钟周期， 但是容量一次增大。
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• 目前，计算机系统中常用的三级存储体系是 Cache、主存、辅存。
• 三级存储结构包括高速缓冲存储器（Cache）、 主存储器（MM）和辅助存储器（外存储器）。