一、層次結構概述

1、儲存器的效能指標

儲存容量

SM＝w·l·m，w、l、m為儲存體的字長、字數、個數

存取速度

訪問時間(TA)—接收命令-操作完成的時間
存取週期(TM)—兩次操作請求的最短間隔時間
TM＝TA＋T恢復，如DRAM重新整理∈T恢復

傳輸速度

MEM頻寬(BM)—最大資料傳輸率(最小資料間隔的倒數)
BM＝m·w/TM

2、層次結構的引入

MEM的使用者需求為大容量、高速度、低價格。
程式訪問的區域性性原理：程式執行時，指令和資料訪問所呈現出的相對簇聚現象有時間區域性性和空間區域性性。

時間區域性性—最近訪問過的資訊，將再次被訪問。

空間區域性性—最近訪問資訊的相鄰資訊，將很快被訪問。

通過層次結構的小容量快速MEM和大容量慢速MEM來解決使用者需求。根據區域性性原理，將近期常用資料放快速MEM中，近期未用資料放在慢速MEM。

3、儲存系統的層次結構

結構與組成

多種MEM級聯，按速度分層、協調工作。

工作方式

資訊儲存—上級MEM中資訊為下級MEM中資訊的副本
資訊傳遞—外部只訪問M1，內部各級MEM間透明地傳遞資訊

預期目標

① c≈cn ② TA≈TA1
注：—目標①和②實現後，容量S與TA及c已無矛盾

4、儲存系統的效能引數

儲存容量

有效容量S＝S_{M_n }

每位平均價格(c )

c＝(c1SM1＋c2SM2＋…＋cnSMn)/(SM1＋SM2＋…＋SMn)

命中率H

H＝N1/(N1＋N2＋…＋Nn)，Ni為Mi中訪問到的次數
缺失率(F)— F＝1－H

平均訪問時間(TA )

TA＝H·T1＋(1－H)(TA2＋T1)＝T1＋(1－H)TA2
＝T命中＋F·T缺失

層次結構的實現要求

目標①要求—SM1<<SM2<<…<<SMn，TM1<<TM2<<…<<TMn
目標②要求—H 較大

二、層次結構組織

1、儲存系統的層次數量

常見的層次數量—Cache-主存-輔存，以主存為中心。

Cache-主存層次

解決主存速度問題。層次管理、地址變換全部由硬體實現。

主存-輔存層次

解決主存容量問題。層次管理由軟體實現，地址變換由硬體實現
常實現虛擬儲存器(CPU按程式MEM順序執行 含訪問主存)

2、層次管理單元的組織

主要功能：實現層次管理、地址變換。

儲存器訪問地址型別

主存、輔存為虛地址，Cache可為實地址或虛地址。
採用虛擬Cache的話，雖然可以減少一次地址變換，但是程序切換需清空Cache、資料共享困難、I/O麻煩。故Cache常為實體地址。

層間資訊的交換單位

一次交換多個字，採用猝發傳送(成組傳送)。
Tn個字＝T地址+T存取+n*T傳輸。MEM離CPU越遠，n越大；n通過量化分析得到。

層次管理的實現方式

Cache-主存用硬體實現，主存-輔存用軟體實現，地址變換均用硬體實現。

3、層次MEM的結構

未完待續