计算机组成原理个人笔记（二）

SRAM(Static Random Access Memory)：它是一种具有静止存取功能的内存，不需要刷新电路即能保存它内部存储的数据。
DRAM(Dynamic Random Access Memory)：最为常见的系统内存。DRAM 只能将数据保持很短的时间。为了保持数据，DRAM使用电容存储，所以必


须隔一段时间刷新（refresh）一次，如果存储单元没有被刷新，存储的信息就会丢失。 （关机就会丢失数据）


SRAM不需要刷新电路即能保存它内部存储的数据。而DRAM（Dynamic Random Access Memory)每隔一段时间，要刷新充电一次，否则内部的数据


即会消失，因此SRAM具有较高的性能，功耗较小，但是SRAM也有它的缺点，即它的集成度较低，相同容量的DRAM内存可以设计为较小的体积，但


是SRAM却需要很大的体积。同样面积的硅片可以做出更大容量的DRAM，因此SRAM显得更贵。


FLASH(Flash Memory)：它属于内存器件的一种，是一种非易失性（ Non-Volatile ）内存。
闪存的物理特性与常见的内存有根本性的差异：目前各类 DDR 、 SDRAM 或者 RDRAM 都属于挥发性内存，只要停止电流供应内存中的数据便无法


保持，因此每次电脑开机都需要把数据重新载入内存；闪存在没有电流供应的条件下也能够长久地保持数据，其存储特性相当于硬盘，这项特性


正是闪存得以成为各类便携型数字设备的存储介质的基础。


Cache存储器：电脑中为高速缓冲存储器，是位于CPU和主存储器DRAM(DynamicRandomAccessMemory)之间，规模较小，但速度很高的存储器，通


常由SRAM(StaticRandomAccessMemory静态存储器)组成。


引入高速缓冲存储器的目的是什么？

高速缓冲存储器Cache是位于CPU与内存之间的临时存储器，它的容量比内存小但交换速度快。在Cache中的数据是内存中的一小部分，但这一小部分是短时间内CPU即将访问的，当CPU调用大量数据时，就可避开内存直接从Cache中调用，从而加快读取速度。由此可见，在CPU中加入Cache是一种高效的解决方案，这样整个内存储器（Cache+内存）就变成了既有Cache的高速度，又有内存的大容量的存储系统了。Cache对CPU的性能影响很大，主要是因为CPU的数据交换顺序和CPU与Cache间的带宽引起的。

下面给出一道例题：

1. 全相联映射方式

全相联映射是指主存中任意一个块都可以映射到cache中任意一个块的方式，也就是说，当主存中的某一块需调入cache时，可根据当时cache的块占用或分配情况，选择一个块给主存块存储，所选的cache块可以是cache中的任意一个块。例如，设cache共有2^C块，主存共有2^M块，当主存的某一块j需调进cache中时，它可以存入cache的块0、块1、…、块i、…或块2^C - 1的任意一块上。如下图所示： 

优点：命中率比较高，cache存储空间利用率高；

缺点：存储映射信息的相联存储器庞大，比较电路复杂，查询相联存储器时，每次都要与全部内容比较，速度低，成本高，因而只适合于小容量的cache之用，应用少。

2、直接相联映射方式

直接相联映射方式是指主存的某块j只能映射到满足如下特定关系的cache块i中：

i＝j mod 2^C

上图中，主存的第0、2^C、2^(C＋1)、…块只能映射到cache的第0块，主存的第1、2^C+1、2^(C＋1)+1、…块只能映射到cache的第1块，……，主存的第2^C-1、2^(C＋1)-1、…2^M-1块只能映射到cache的第2^C-1块。即：对2^C求余后余数相同的主存块对应cache中同一个块。如下图所示： 

优点：比较电路最简单，地址映射方式简单，数据访问时，只需检查区号是否相等即可，因而可以得到比较快的访问速度，硬件设备简单。

缺点：cache块冲突率较高，余数相同的主存块无法同时进入cache，从而降低了cache的利用率。由于主存的每一块只能映射到cache的一个特定块上，当主存的某块需调入cache时，如果对应的cache特定块已被占用，而cache中的其它块即使空闲，主存的块也只能通过替换的方式调入特定块的位置，不能放置到其它块的位置上，替换操作频繁，命中率比较低。

3、组相联映射方式

组相联映射方式下，将cache分成2^u组，每组包含2^v块。主存的块与cache的组之间采用直接相联映射，而与组内的各块则采用全相联映射。也就是说，主存的某块只能映射到cache的特定组中的任意一块。主存的某块j与cache的组k之间满足如下关系：k＝j mod 2^u

设主存共有2^s×2^u块（即M＝s+u），则它们的映射关系如下图所示：

图中，主存的块0、2^u、2^(u＋1)、…、[2^(s-1)]2^u可以映射到cache的第0组的任意一块，主存的块1、2^u+1、2^(u＋1)+1、…、[2^(s-1)]2^u+1可以映射到cache的第1组的任意一块，……，主存的块2^u-1、2^(u＋1)-1、…、2^M-1可以映射到cache的第2^u-1组的任意一块。

优点：块的冲突概率比较低，块的利用率大幅度提高，块失效率明显降低。

缺点：实现难度和造价要比直接映射方式高。