计算机组成原理第十二课.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,计算机组成原理第十二课,计算机组成原理第十二课计算机组成原理第十二课【例4.11】设某主机内存容量为16MB，Cache的容量为8KB。每字块有8个字，每字32位，设计一个四路组相联映射的Cache组织。,1画出主存地址字段中各段的位数,2设Cache初态为空，CPU依次从主存第0,1,2,99号单元读出100个字主存一次读出一个字，并重复此次序读10次，问命中率是多少？,3假设Cache的速度是主存速度的5倍，试问有Cache和无Cache相比，速度提高多少倍？,4系统的效率为多少？,第一页，编辑于星期三：十五点 二十一分。,【例4.11】设某主机内存容量为16MB，Cache的容量为8KB。每字块有8个字，每字32位，设计一个四路组相联映射的Cache组织。,1画出主存地址字段中各段的位数,2设Cache初态为空，CPU依次从主存第0,1,2,99号单元读出100个字主存一次读出一个字，并重复此次序读10次，问命中率是多少？,3假设Cache的速度是主存速度的5倍，试问有Cache和无Cache相比，速度提高多少倍？,4系统的效率为多少？,第二页，编辑于星期三：十五点 二十一分。,【例4.11】设某主机内存容量为16MB，Cache的容量为8KB。每字块有8个字，每字32位，设计一个四路组相联映射的Cache组织。,1画出主存地址字段中各段的位数,解：,1组相联映射方式下，主存地址格式如下图,每个字块8个字，每个字32位，那么字块容量为832=32B，字块内地址b为2b=32，得b=5,Cache容量为8KB，那么一共含有8KB/32B=256块,四路组映射，那么一共分成256/4=64组，因而组地址q满足2q=64，得q=6,又由于主存容量为16MB=224B，因而主存地址线为24，24-b-q=13，得主存字块标记为13,主存字块标记,组地址,字块内地址,13,6,5,第三页，编辑于星期三：十五点 二十一分。,【例4.11】设某主机内存容量为16MB，Cache的容量为8KB。每字块有8个字，每字32位，设计一个四路组相联映射的Cache组织。,2设Cache初态为空，CPU依次从主存第0,1,2,99号单元读出100个字主存一次读出一个字，并重复此次序读10次，问命中率是多少？,解：,2每个字块有8个字，初态Cache 为空，因此CPU读第0号单元时，未命中，必须访问内存，同时将该字所在的主存块调入Cache的第0组中的任何一块内，接着CPU读1-7号单元时均命中。同理，CPU读第8，16，96号单元时均未命中。可见CPU在连续100个字中共有13次未命中，而后9次循环读100个字全部命中，命中率为,10010-13,10010,=0.987,第四页，编辑于星期三：十五点 二十一分。,【例4.11】设某主机内存容量为16MB，Cache的容量为8KB。每字块有8个字，每字32位，设计一个四路组相联映射的Cache组织。,3假设Cache的速度是主存速度的5倍，试问有Cache和无Cache相比，速度提高多少倍？,解：,3设Cache的存取周期为t，主存的存取周期为5t，命中率为0.987，那么参加Cache后的系统平均访问时间ta为,第五页，编辑于星期三：十五点 二十一分。,【例4.11】设某主机内存容量为16MB，Cache的容量为8KB。每字块有8个字，每字32位，设计一个四路组相联映射的Cache组织。,4系统的效率为多少？,解：,那么系统的效率e为,e,=,t,c,/,t,a,100%=,tt,100%=95%,第六页，编辑于星期三：十五点 二十一分。,三、替换算法,1.先进先出 FIFO 算法,2.近期最少使用 LRU算法：一般采用简化方法，只记录每个块最近一次使用的时间,小结,某一,主存块,只能固定,映射到,某一,缓存块,直接,全相联,组相联,某一,主存块,能,映射到,任一,缓存块,某一,主存块,只能,映射到,某一,缓存,组,中的,任一块,不灵活,本钱高,第七页，编辑于星期三：十五点 二十一分。,4.4 辅助存储器,一、概述,1.特点,不直接与,CPU,交换信息,2.磁外表存储器的技术指标,道密度,D,t,位密度,D,b,C,=,n,k,s,寻道时间+等待时间,(1)记录密度,(2)存储容量,(3)平均寻址时间,(4)数据传输率,(5)误码率,辅存的速度,寻址时间,磁头读写时间,D,r,=,D,b,V,出错信息位数与读出信息的总位数之比,第八页，编辑于星期三：十五点 二十一分。,二、磁记录原理和记录方式,1.磁记录原理,写,局部磁化单元,载磁体,写线圈,S,N,I,局部磁化单元,写线圈,S,N,铁芯,磁通,磁层,写入“0”,写入“1”,I,第九页，编辑于星期三：十五点 二十一分。,N,读线圈,S,读线圈,S,N,铁芯,磁通,磁层,运动方向,运动方向,s,s,t,t,f,f,e,e,读出,“0”,读出“1”,读,1.磁记录原理,第十页，编辑于星期三：十五点 二十一分。,2.磁外表存储器的记录方式,0,1,1,1,0,0,0,1,0,数据序列,RZ,NRZ,NRZ1,PM,FM,MFM,T,位周期,第十一页，编辑于星期三：十五点 二十一分。,例,NRZ1,的读出代码波形,0,1,1,0,0,1,0,数据序列,驱动电流,磁通变化,感应电势,同步脉冲,读出代码,第十二页，编辑于星期三：十五点 二十一分。,三、硬磁盘存储器,1.硬磁盘存储器的类型,(1)固定磁头和移动磁头,(2)可换盘和固定盘,2.硬磁盘存储器构造,磁 盘 控 制 器,磁 盘 驱 动 器,盘 片,主 机,第十三页，编辑于星期三：十五点 二十一分。,磁盘,磁,盘,组,主轴,磁头,音圈,电机,位置检测,定位驱动,模拟控制,放,大,闭环自动控制系统,由磁盘控制,器送来的目,标磁道信号,测,速,输,出,读写臂,传动机构,主轴,定位驱动,数据控制,(1)磁盘驱动器,第十四页，编辑于星期三：十五点 二十一分。,(2)磁盘控制器,接收主机发来的命令，转换成磁盘驱动器的控制命令,实现主机和驱动器之间的数据格式转换,控制磁盘驱动器读写,通过总线,(3)盘片,对主机,对硬盘（设备）,磁盘控制器,是,主机与磁盘驱动器之间的,接口,由硬质铝合金材料制成,第十五页，编辑于星期三：十五点 二十一分。,P135,例,4.12,例,第十六页，编辑于星期三：十五点 二十一分。,四、软磁盘存储器,1.概述,速度,磁头,盘片,价格,环境,硬盘,软盘,高,低,固定、活动,活动,固定盘、盘组,大部分不可换,可换盘片,苛刻,浮动,接触盘片,高,低,第十七页，编辑于星期三：十五点 二十一分。,2.软盘片,由聚酯薄膜制成,保护套,主轴孔,实际的软盘片,写保护口,读/写磁头访问槽,衬里/清洁材料,第十八页，编辑于星期三：十五点 二十一分。,4.4.6 循环冗余校验码CRC,基于模,2,运算而建立编码规律的校验码,【模2四那么运算】,模,2,加法,(,按位加，不考虑进位,),：,0+0=0,，,0+1=1,，,1+0=1,，,1+1=0(mod 2),；,模2减法按位减，不考虑借位：,0-0=0，1-0=1，0-1=1，1-1=0(mod 2)；,模2乘法：按二进制乘法求出局部积，再用模2加法求局部积之和，不考虑进位。,模2除法：按模2减法求局部余数，不借位。,上商规那么：余数最高位为1，商为1，余数最高位为0，商为0；余数位数少于除数位数即为最后余数。,模2加法和模2减法的结果是一样的，,即：模2减法可用模2加法代替,两个一样数的模2和恒为0,第十九页，编辑于星期三：十五点 二十一分。,【,例,】,(1)x=1010，y=101，求xy(mod 2),(2)x=10000，y=101，求xymod 2,【,解,】,1010,101,1010,0000,1010,100010,10000,101,101,101,010,000,100,101,01,第二十页，编辑于星期三：十五点 二十一分。,1.CRC,码的编码方式,设待编的信息码组为,D,n-1,D,n-2,D,2,D,1,D,0,，共,n,位，可用多项式,M(x),表示：,M(x)=D,n-1,x,n-1,+D,n-2,x,n-2,+D,1,x,1,+D,0,x,0,将信息码组左移,k,位，得,M(x)x,k,，即成,n+k,位信息组,D,n-1+k,D,n-2+k,D,2+k,D,1+k,D,0+k,00000,k,位,空出的,k,位用来接,k,位校验位,CRC校验码就是用多项式M(x)xk除以生成多项式G(x)即产生校验码的多项式，所得余数作为校验位,第二十一页，编辑于星期三：十五点 二十一分。,为了得到k位余数校验位，G(x)必须是k+1位,设所得余数为R(x)，商为Q(x)，那么有,M(x),x,k,=Q(x),G(x)+R(x),将余数拼接在左移了位后的信息位后面，就构成了这个有效信息的,CRC,码。这个,CRC,码用多项式表示为,M(x)xk+R(x)=Q(x)G(x)+R(x)+R(x),=Q(x)G(x)+R(x)+R(x),=Q(x)G(x)模2和,CRC码是一个可被生成多项式G(x)除尽的数码,假设CRC码在传输过程中不出错，其余数必为0；假设出错，那么余数不为0，由该余数指出哪一位出错，即可纠正,第二十二页，编辑于星期三：十五点 二十一分。,【例4.15】有效信息为1100，试用生成多项式G(x)=1011将其编成CRC码,解：,有效信息,M(x)=1100,，得,n=4,G(x)=1011,，得,k+1=4,，从而,k=3,，即需加,3,位校验位,有效信息左移,3,位后再被,G(x),模,2,除，即,有效信息,M(x)x,3,=1100000,M(x)x3/G(x)=1100000/1011=1110+010/1011 模2除,所以,M(x)x,3,+R(x)=1100000+010=1100010,为,CRC,校验码,R(x),总的信息位为7位，有效信息位为4位，故上述1100010码又称为7，4码,第二十三页，编辑于星期三：十五点 二十一分。,循环码的纠错原理,【,以,G(x)=1011,为例,】,假设接收到的循环校验码V(x)能被G(x)整除，那么无错，余数非0那么出错,余数为101时是左起第一位出错；余数非0又非101时，继续做模2除，假设除p次后得余数101，那么左起p+1位出错，将出错位变反得到正确数据码。,第二十四页，编辑于星期三：十五点 二十一分。,解：,【例】设G(x)=1011，判断校验码V(x)=1101010时是否出错，假设出错那么纠正,又除了,3,次，即左起第,4,位出错，正确码：,V(x)=1100010,第二十五页，编辑于星期三：十五点 二十一分。,五、光盘存储器,1.概述,采用光存储技术,采用非磁性介质,采用磁性介质,第一代光存储技术,第二代光存储技术,不可擦写,可擦写,2.光盘的存储原理,只读型和只写一次型,可擦写光盘,热作用物理或化学变化,热磁效应,利用激光写入和读出,第二十六页，编辑于星期三：十五点 二十一分。,谢谢欣赏！,第二十七页，编辑于星期三：十五点 二十一分。,2021/11/5,27,