计算机体系结构与存储系统（软考数据库）

计算机体系结构分类

1. 按处理机的数量进行分类：

1. 单处理系统

     2. 并行处理与多处理系统

     3. 分布式处理系统

2. 微观上按并行程度分类：Flynn分类法、Handler分类法等等

CISC和RISC

流水线技术*

流水线划分 1.取指令 2.分析指令 3.执行指令

流水线周期：各自任务中执行时间最长的（最慢的）自任务的执行时间。

流水线执行完n条指令所需要的时间：

T（n）=执行一条指令所需时间+（n-1）*流水线周期

吞吐率：是指单位时间流水线处理机流出的结果数。对指令而言，就是单位时间执行的指令数。

实际吞吐率=n  /T（n）     #n为执行指令的条数

最大吞吐率=1/max（每个自任务的时间） #首选

存储系统

1. 存储器分类

• 按存储器所处的位置：可分为内存和外存。
• 按构成存储器的材料：可分为磁存储器、半导体存储器和光存储器。
• 按存储器的工作方式：可分为读写存储器和只读存储器。
• 按访问方式：可分为按地址访问的存储器和按内容访问的存储器。•按寻址方式：可分为随机存储器、顺序存储器和直接存储器。

2、随机访问存储器：

• 静态随机访问存储器（SRAM）
• 动态随机访问存储器（DRAM）

3、高速缓存*

• Cache是介于CPU与主存之间的一级存储器，其容量较小，但速度较快，一般比主

存快5~10倍。

• 它的主要作用是：调和CPU的速度与内存存取速度之间的差异，从而提升系统性能。
• 它使用的是程序的局部性原理，其内容是主存局部域的副本。
• 当CPU需要读取数据时，首先判断要访问的信息是否在Cache中，如果在即为命中，

如果不在，就要按替换算法把主存中的一块信息调入Cache中。

• 替换算法有：随机替换算法、先进先出替换算法、近期最少使用替换算法、优化

替换算法等。

CPU工作时给出的是主存的地址，要从Cache存储器中读写信息，就需要将主存地

址转换成Cache存储器的地址，这种地址的转换叫作地址映像。

地址映像

（1）直接映像：主存的块与Cache块的对应关系是固定的，主存中的块只能存放在Cache存储器的相同块号中。

优点：地址变换简单、访问速度快。

缺点：块冲突率高、Cache空间得不到充分利用。

主存地址：

例：主存容量为1MB，高速缓存容量为16KB，块的

大小为512B。

（2）全相联映像：主存与Cache存储器均分成容量相同的块。允许主存的任一块可以调入Cache存储器的任何一个块的空间中。

优点：灵活，块冲突率低，只有在Cache中的块全

部装满后才会出现冲突，Cache利用率高。

缺点：无法从主存块号中直接获得所对应Cache的块号，变换比较复杂，地址变换速度慢，成本高。

主存地址：

（3）组相联映像：是前两种方式的折衷。将Cache中的块再分成组。组采用直接映像方式而块采用全相联映像方式。主存的任何区的0组只能存到Cache的0组中，1组只能存放到1组中，依此类推。而组内的块可以存入Cache中相同组的任一块中。

公式：

主存地址位数=区号+组号+主存块号+块内地址

Cache地址位数一组号+级内块号+块内地址