PC机中的主机（一）_xiaochuhe的博客-CSDN博客

复习：内存与外存的关系及比较

• 内存储器(简称内存或主存)

1. 存取速度快
2. 成本高、容量相对较小
3. 直接与CPU连接，CPU(指令)可以对内存中的指令及数据进行读、写操作
4. 属于挥发性存储器(volatile)，用于临时存放正在运行的程序和数据

• 外存储器(简称外存或辅存)

1. 存取速度慢
2. 成本低、容量很大
3. 不与CPU直接连接，计算机运行程序时，外存中的程序及相关数据必须先传送到内存，然后才能被CPU使用。
4. 属于不挥发性存储器(Nonvolatile)，用于长久存放系统中几乎所有的信息

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二、内存储器

（一）计算机中存储器的层次结构

 

• 分析：速度越快，成本较高。 为了获得好的性能/价格比，计算机中各种存储器组成一个层状的塔式结构，取长补短，协调工作
•  工作过程：

1. CPU运行时，需要的操作数大部分来自寄存器
2. 如需要从(向)存储器中取(存) 数据时，先访问cache，如在，取自cache
3. 如操作数不在cache，则访问RAM，如在RAM中，则取自RAM
4. 如操作数不在RAM，则访问硬盘，操作数从硬盘中读出→RAM →cache

（二）内存储器的分类及应用

• 内存由半导体存储器芯片组成，芯片有多种类型：

 （三）主存储器(RAM)的功能与原理

主存是CPU可直接访问的存储器，用于存放供CPU处理的指令和数据
特点：

• 以字节为单位进行连续编址，每个存储单元为1个字节（8个二进位）
• 存储容量：主存储器中所包含的存储单元的总数（单位：MB或GB）
• 存取时间：从CPU送出内存单元的地址码开始，到主存读出数据并送到CPU（或者是把CPU数据写入主存）所需要的时间（单位：ns，1 ns = 10-9 s）

（四）PC机主存储器的物理结构

• 主存储器由1～4个内存条组成
• 内存条的组成：把若干片DRAM芯片焊装在一小条印制电路板上制成
• 内存条必须插在主板上的内存条插槽中才能使用

• 目前流行的是DDR2和DDR3内存条：

1. 均采用双列直插式，其触点分布在内存条的两面
2. DDR2 和DDR3均有240个引脚，但不可互换使用
3. PC机主板中一般都配备有2个或4个DIMM插槽 

 （五）DDR存储器的类型、速率及相关参数

 

 (六）存储器与CPU速度差距愈来愈大

• DRAM, 硬盘与CPU 之间的速度差距愈来愈大：

 

 

由于CPU工作速度很快，内存速度比较慢（差1～2个数量级），从内存取数或向内存写数时，CPU往往需要等待。

（七）cache(高速缓存)

•  cache是一种小容量高速缓冲存储器，它由SRAM组成
• cache直接制作在CPU芯片内，速度几乎与CPU一样快
• 程序运行时，CPU使用的一部分数据/指令会预先成批拷贝在cache中，cache的内容是主存储器中部分内容的映象
• 当CPU需要从内存读(写)数据或指令时，先检查cache中有没有，若有，就直接从cache中读取，而不用访问主存储器

 

Cache 的操作过程

 

 

•  命中率H是CPU需要的指令或数据在cache中能直接找到的概率，通常在95％以上
•  设平均访问时间T ：

T = HTc+ (1 - H)(Tc+ TM)
   = Tc+ (1 - H)TM
例1，H=0.95, Tc=1 ns,
                 TM =20ns
则： T = 2ns
例2，若命中率提高为0.99,
则:   T = 1.2ns

（八）如何提高cache的命中率？

• 增大cache容量
• 采用多级cache技术(2级或3级等)
• cache中采用快速的查找算法，判定是否命中
• 不能命中时，采用有效的算法将读入的内容替换cache中暂时不使用的内容
• 编译器优化目标程序
• 程序员写出cache-friendly的程序