计算机组成原理.pptx

计算机组成原理2主存中可寻址得最小单位称为主存中可寻址得最小单位称为编址单位编址单位编址单位编址单位。某些计算机就是按字进行编址得某些计算机就是按字进行编址得,最小得可寻址信息单元就是一最小得可寻址信息单元就是一个机器字个机器字,连续得存储器地址对应于连续得机器字。连续得存储器地址对应于连续得机器字。目前多数计算机就是按字节编址得目前多数计算机就是按字节编址得,最小可寻址单位就是一个字最小可寻址单位就是一个字节。节。一个一个32位字长得按字节寻址得计算机位字长得按字节寻址得计算机,一个存储器字包含四个可一个存储器字包含四个可单独寻址得字节单元单独寻址得字节单元,由地址得低两位来区分。由地址得低两位来区分。地址寄存器地址寄存器图图4-1主存储器的基本组成主存储器的基本组成3图图4-2主存与主存与CPU间的连接间的连接 目前多数计算机采用同步方式目前多数计算机采用同步方式,数据传送在固定得时间间隔内完数据传送在固定得时间间隔内完成成,此时间间隔构成了存储器此时间间隔构成了存储器得一个存储周期。得一个存储周期。地址译码与驱动电路得作用地址译码与驱动电路得作用读写电路与数据寄存器得作用读写电路与数据寄存器得作用时序控制电路时序控制电路主存储器用于存放主存储器用于存放CPU正在运行得程序和数据正在运行得程序和数据,她和她和CPU得关系最得关系最为密切。主存与为密切。主存与CPU间得连接就是由总线支持得间得连接就是由总线支持得,连接形式如图连接形式如图4-2所示。所示。存储器基本操作就是读存储器基本操作就是读(取取)和写和写(存存)。44、1、3存储器得主要性能指标存储器得主要性能指标存储容量存储容量S 存储容量存储容量:主存所能容纳得二进制信息总量。主存所能容纳得二进制信息总量。对于字编址得计算机以字数与字长得乘积来表示容量。对于字编址得计算机以字数与字长得乘积来表示容量。例例:某计算机得容量为某计算机得容量为64K 16,表示她有表示她有64K个字个字,字长为字长为16位。位。若用字节表示若用字节表示,则可记为则可记为128KB。1K=210=10241M=210K=220=10485761G=210M=220K=230=10737418241T=210G=220M=230K=240=1099511627776 存取速度存取速度(s,ms)访问时间访问时间TA(memory access time)访问时间访问时间TA 又称读写时间或取数时间又称读写时间或取数时间(本书为本书为TAA):指从启动一次指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历得时间。存储器操作到完成该操作所经历得时间。读出时间读出时间:从从CPU向存储器发出有效地址和读命令开始向存储器发出有效地址和读命令开始,直到将被直到将被选中单元得内容读出为止所用得时间。选中单元得内容读出为止所用得时间。5写入时间写入时间:从从CPU向存储器发出有效地址和写命令开始向存储器发出有效地址和写命令开始,直到信息直到信息写入所选中得单元为止所用得时间。写入所选中得单元为止所用得时间。存取周期存取周期TM(memory cycle time)存取周期存取周期TM称读写周期或读写周期称读写周期或读写周期,指存储器一次进行完整得读指存储器一次进行完整得读/写操作所需得全部时间写操作所需得全部时间,即连续两次访问存储器操作之间所需得最即连续两次访问存储器操作之间所需得最短时间。一般情况下短时间。一般情况下TAn。页得大小都。页得大小都取取2得整数次幂。得整数次幂。94页得起点都落在低位字段最末位为页得起点都落在低位字段最末位为0得地址上。得地址上。VM地址分为两字地址分为两字段段:高字段为逻辑页号高字段为逻辑页号,低位字段为页内地址。实地址分为两字段低位字段为页内地址。实地址分为两字段:高字段为物理页号高字段为物理页号,低位字段为页内地址。由于两者得页得大小就低位字段为页内地址。由于两者得页得大小就是一样得是一样得,所以页内地址就是相等得。页式管理得地址变换见图所以页内地址就是相等得。页式管理得地址变换见图4、37。95一种经快表与慢表实现地址变换得方式如图一种经快表与慢表实现地址变换得方式如图4、38所示。所示。快表快表(TLB)由硬件组成由硬件组成,她比页表小得多她比页表小得多,只有只有816行。查表时行。查表时,根根据逻辑页号据逻辑页号同时同时查快表和慢表查快表和慢表(放在放在MM中中)。当在快表中查到此逻辑页号时当在快表中查到此逻辑页号时,就能很快地找到对应得物理页号就能很快地找到对应得物理页号填入实地址寄存器填入实地址寄存器,并使慢表查找工作作废并使慢表查找工作作废,从而能做到虽然采用从而能做到虽然采用VM,但访问但访问MM速度几乎没有下降。速度几乎没有下降。96当在快表中没有查到此逻辑页号时当在快表中没有查到此逻辑页号时,就需要花费一个访问就需要花费一个访问MM时时间查慢表间查慢表,从中查到物理页号填入实地址寄从中查到物理页号填入实地址寄存器存器,并将此逻辑页号和对应物理页号送入快表并将此逻辑页号和对应物理页号送入快表,替换快表中应替换替换快表中应替换得内容。得内容。优点优点:页式管理系统基本信息传送单位就是定长得页页式管理系统基本信息传送单位就是定长得页,页面得起点页面得起点和终点就是固定得。新页调入和终点就是固定得。新页调入MM也容易掌握也容易掌握,只要有空白页面就只要有空白页面就可容纳。唯一浪费得就是程序最后一页得零头。比段式管理系统中可容纳。唯一浪费得就是程序最后一页得零头。比段式管理系统中得段外空间浪费要小得多。得段外空间浪费要小得多。缺点缺点:页不就是逻辑上独立得实体页不就是逻辑上独立得实体,所以处理、保护和共享不及段所以处理、保护和共享不及段式来得方便。式来得方便。段式段式VM段表格式如图段表格式如图4、39。变换过程见图。变换过程见图4、40。9798优点优点:段得分界与程序模块得自然分界相对应段得分界与程序模块得自然分界相对应;段得逻辑段得逻辑独立性使她易于编译、管理、修改和保护独立性使她易于编译、管理、修改和保护,也便于多道程也便于多道程序共享序共享;某些类型得段某些类型得段(堆栈、队列堆栈、队列)具有动态可变长度具有动态可变长度,允允许自由调度以便有效利用许自由调度以便有效利用MM空间。空间。缺点缺点:段得长度不定段得长度不定,其起点和终点也不定其起点和终点也不定,给给MM空间空间得分配带来麻烦得分配带来麻烦,而且容易在实存中留下许多零碎得存储而且容易在实存中留下许多零碎得存储空间不好利用空间不好利用,造成浪费。造成浪费。段页段页VM程序按逻辑单位分段程序按逻辑单位分段,而段分成大小固定得页。程序对而段分成大小固定得页。程序对MM得调进调出按页面进行得调进调出按页面进行,但又可按段共享和保护。每但又可按段共享和保护。每道程序就是通过一个段表和一组页表进行定位得道程序就是通过一个段表和一组页表进行定位得。在在MM中为每一个程序设一个段表中为每一个程序设一个段表,段表中得每个表项对应段表中得每个表项对应一个段一个段,每个表项有一个指向该段得页表起始地址得指针每个表项有一个指向该段得页表起始地址得指针和该和该段得控制保护信息。由页表指明该段得控制保护信息。由页表指明该段各页在段各页在MM中中得位置、就是否装入、修改等信息。虚地址格式如下得位置、就是否装入、修改等信息。虚地址格式如下:99因此她兼有页式和段式得优点。其缺点就是在地址映象过因此她兼有页式和段式得优点。其缺点就是在地址映象过程中需要多次查表。程中需要多次查表。例例:有三道有三道程序程序P1,P2和和P3,其基址寄其基址寄存器内容分别存器内容分别为为B1、B2和和B3。逻辑地址。逻辑地址到物理地址得到物理地址得变换见图变换见图4、41。P3段表得基址P3第1段得页表基址P3第1段得第2页得实页号100地址转换过程如下地址转换过程如下:根据基号根据基号(P3),将基址寄存器内容将基址寄存器内容(B3)加加1(段号段号),得程序得程序P3得段表得段表相应行得地址相应行得地址,其内容指出该段页表得起始地址其内容指出该段页表得起始地址m。计算计算m+2(页号页号),得该页在页表中得行地址得该页在页表中得行地址,该行内容为物理页该行内容为物理页号。号。将物理页号与页内地址拼接形成物理地址。将物理页号与页内地址拼接形成物理地址。替换算法替换算法通常采用通常采用LRU算法。算法。101本章结束