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相联映射:将主存中一个块的地址与块的内容一起存于Cache的行中。速度更快,但控制复杂。
组相联映射:是前两种方式的折中方案。它将Cache中的块再分成组。然后通过直接映射方式决定组号,再通过相联映射的方式决定Cache中的块号。
要注意的是,在Cache映射中,主存和Cache存储器将均分成容量相同的块。 例如:容量为64块的Cache采用组相联方式映像,字块大小为128个字,每4块为一组。若主存容量为4096块,且以字编址,那么主存地址应该为多少位?主存区号为多少位?这样的题目,首先根据主存与Cache块的容量需一致,因此内存也是128个字,因此共有12*4096个字,即219(27+212)个字,因此主存地址需要19位;而内存所需要分为4096/64块,即26,因此主存区号需要6位。 (3)Cache淘汰算法
当Cache数据已满,并且出现未命中情况时,就是淘汰一些老的数据,更新一些新的数据。而选择淘汰什么数据的方法就是淘汰算法,常见的方法有三种:随机淘汰、先进先出(FIFO)淘汰(淘汰最早调入Cache的数据)、最近最少使用(LRU)淘汰法。其中平均命中率最高的是LRU算法。 (4)Cache存储器的写操作
在使用Cache时,需要保证其数据与主存一致,因此在写Cache时就需要考虑与主存间的同步问题,通常使用以下三种方法:写直达(写Cache时,同时写主存)、写回(写Cache时不马上写主存,而是等其淘汰时回写)、标记法。 2. 主存(内存)
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(1)主存储器的种类
RAM:随机存储器,可读写,断电后数据无法保存,只能暂存数据。 SRAM:静态随机存储器,在不断电时信息能够一直保持。 DRAM:动态随机存储器,需要定时刷新以维持信息不丢失。
ROM:只读存储器,出厂前用掩膜技术写入,常用于存放BIOS和微程序控制。 PROM:可编程ROM,只能够一次写入,需用特殊电子设备进行写入。
EPROM:可擦除的PROM,用紫外线照射15~20分钟可擦去所有信息,可写入多次。 E2PROM:电可擦除ERPOM,可以写入,但速度慢。 闪速存储器:现在U盘使用的种类,可以快速写入。
记忆时,抓住几个关键英文字母。A,即Access,说明读写都行;O,即Only,说明只读;P,即Programmable,说明可通过特殊电子设备写入;E,即Erasable,说明可擦写;E平方说明是两个E,第二个E是电子。 (2)主存储器的组成
实际的存储器总是由一片或多片存储器配以控制电路构成的(如图1-6所示)。其容量为WxB,W是存储单元(word,即字)的数量,B表示每个word由多少bit(位)组成。如果某一芯片规格为w?b,则组成W?B的存储器需要用(W/w)x(B/b)个芯片。
图1-6 主存储器组成示意图
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(3)主存储器的地址编码
主存储器(内存)采用的是随机存取方式,需对每个数据块进行编码,而在主存储器中数据块是以word来标识的,即每个字一个地址,通常采用的是16进制表示。例如,按字节编址,地址从A4000H到CBFFFH,则表示有(CBFFF-A4000)+1个字节,28000H个,也就是163840个字节,等于160KB.
要注意的是,编址的基础可以是字节,也可以是字(字是由1个或多个字节组成的),要算地址位数,首先应计算要编址的字或字节数,然后求2的对数即可得到。
1.1.4 可靠性与系统性能评测
可靠性计算在软件设计师考试中出现频度较高,出题方式也较为单一,主要是计算,是一个很好得分的知识点,而系统性能评测要求了解一组概念,本节将详细介绍这部分内容。 1. 可靠性计算
可靠性计算主要涉及三种系统,即串联系统、并联系统和冗余系统,其中串联系统和并联系统的可靠性计算都非常简单,只要了解其概念,公式很容易记住。冗余系统要复杂一些,有些学员常常搞不清楚。 (1)串联系统
假设一个系统由n个子系统组成,当且仅当所有的子系统都能正常工作时,系统才能正常工作,这种系统称为串联系统,如图1-7所示。
图1-7 串联系统
设系统各个子系统的可靠性分别用表示,则系统的可靠性:
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如果系统的各个子系统的失效率分别用来表示,则系统的失效率:
(2)并联系统
假如一个系统由n个子系统组成,只要有一个子系统能够正常工作,系统就能正常工作,如图1-8所示。
图1-8 并联系统
设系统各个子系统的可靠性分别用
表示,则系统的可靠性
。
假如所有子系统的失效率均为l,则系统的失效率为u:
在并联系统中只有一个子系统是真正需要的,其余n-1个子系统都被称为冗余子系统。该系统随着冗余子系统数量的增加,其平均无故障时间也会增加。 (3)模冗余系统
m模冗余系统由m个(m=2n+1为奇数)相同的子系统和一个表决器组成,经过表决器表决后,m个子系统中占多数相同结果的输出可作为系统的输出,如图1-9所示。
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图1-9 模冗余系统
在m个子系统中,只有n+1个或n+1个以上的子系统能正常工作,系统就能正常工作并输出正确结果。假设表决器是完全可靠的,每个子系统的可靠性为R0,则m模冗余系统的可靠性为:
2.系统性能评价
无论是生产厂商还是用户,都需要某种方法来衡量计算机系统的性能,但由于系统很复杂、体系结构和实现的策略多样,因此很难采用统一的标准去评测所有的计算机。 (1)常用方法
时钟频率:即主频(常听到的CPU主频1.8GHz等),通常主频越高,速度越快。但这种比较只能够在相同体系结构的机器上比较,对于异构系统而言,难以保证其有效性。 指令执行速度:在早期,我们经常使用每秒执行的加法指令(由于当时各种指令的速度大致相同或等比例)总数来作为衡量其性能的重要指标,其单位为KIPS(每秒千条指令)、MIPS(每秒百万条指令)。
等效指令法:随着计算机指令系统的发展,使用单种指令的MIPS值的局限性日益暴露,后来就出现了改进的吉普森混合指令速度法。它通过统计各类指令在程序中所占的比例,进行折算。
数据处理速率(PDR)法:它采用固定的比例法来计算数据处理的速度,而且还仅对