计算机体系结构

计算机体系结构(一)虚拟存储器

堆栈型替换算法

1定义：

2特点：随着分配给程序的主存页面增加，主存的命中率也要提高，至少不减少

命中率

命中率与程序页面的访问顺序（页地址流）有关，和页面数目有关

程序的页地址流与程序员编写的程序有关

页式虚拟存储器实现中的问题

1页面失效的问题：

出现原因：页面的划分是机械的等分，与程序的逻辑结构无关，可能造成跨页

发生时间：一条指令的分析或执行过程中，是一种故障，必须马上处理

2后援寄存器：

把发生页面失效时指令的现场全部保存下来

有的机器采用预判技术

提高虚拟存储器等效访问速度的措施

1提高主存命中率

2尽可能短的主存访问时间

快慢表

快表：小容量，硬件实现

慢表：快表中查不到，从慢表中查找按地址访问，软件实现

散列函数

目的：把相邻访问改成按地址访问

影响主存命中率和CPU效率的某些因素

颠簸现象：刚调出的页就被访问到了

影响主存命中率的因素：

1程序执行过程中的页地址流分布情况

2所采用的页面替换算法

3页面大小：页面大小为某个值的时候，命中率最大

4主存储器的容量：命中率随主存容量增大单调上升，到某个值后停止

5所采用的页面调度算法：

请求式（微机使用：用到的时候进行调入）

预取式（大型计算机：把程序上次停止前用到的页面调入）

高速缓冲存储器

主要弥补主存速度的不足

地址的映像与变换

全相联映像

cache为什么快？cache全由硬件实现

LRU硬件算法实现替换：

堆栈法

比较对法

计算机系统结构(二)Cache

堆栈法

用一个堆栈来记录组相联

栈顶的是最近访问的，栈底是最久访问的

寄存器堆栈可以从中间抽出，从上边压入，元素能依次下移（个人感觉类似双链表）

堆栈的内容必须动态更新

所需的硬件

相联比较

能全部下移

速度较低，成本较高

比较对法

T_AB = 1则A比B先访问，否则B比A先访问

需要触发器来实现，个数与比较对的数目相同

Cache存储器的透明性及性能分析

Cache存储器的透明性及性能分析

写策略

写直达法

执行写的操作时，不仅写入Cache，也写入一级存储器

写回法

执行写操作时，只写入Cache，仅当块被改动的时候才写回主存，需要标志位

减少写停顿的方法：写缓冲器

按写分配

写不命中，先写到Cache，再调入

不按写分配

2.Cache的取算法

3.预取：

按需取：Cache不命中，取下一块

恒预取：无论Cache是否命中，都把下一块去到Cache中

不命中预取：Cache不命中，取本块和下一块

Cache的性能分析：

与命中率有关，命中率越高，提升的速度倍数越大

4.4三级存储体系

4.5存储系统的保护

区域保护：

防止一个用户程序破坏其它程序或系统软件

实现方法：

界限寄存器方式：每个用户区域设置上下界

特点：适用于用户区连续的情况

页表保护：

特点：是一种没有形成主存实地址前

访问方式的保护：保证数据合法访问

重叠原理

重叠原理与一次重叠

访问主存的冲突

（1）操作数和指令分别存在两个独立编

多体交叉

指令缓冲寄存器