層次存儲器技術(shù)課件

層次存儲器技術(shù)分析典型層次存儲器的存儲特性和操作性質(zhì)。

一、存儲部件的特性存儲時間存儲容量傳輸速率和帶寬

二、存儲器層次性質(zhì)1.包含性2.數(shù)據(jù)傳輸單位3.訪問局部性層次存儲器結(jié)構(gòu)是基于訪問局部性這一程序特性為基礎(chǔ)而發(fā)展起來的。這些存取在時間、空間和順序上往往集中在一定范圍內(nèi)進(jìn)行。(1)時間局部性最近的訪問項(指令或數(shù)據(jù))很有可能在不久的將來被再次訪問。(2)空間局部性指進(jìn)程趨向于訪問地址接近的數(shù)據(jù)，例如：對表和數(shù)據(jù)的操作會引起對某一地址空間的集中訪問。(3)順序局部性對程序而言，除了跳轉(zhuǎn)指令會導(dǎo)致執(zhí)行順序的打亂之外，指令串行總是按照一定的串行順序進(jìn)行的。4.

局部性對存儲器設(shè)計的影響時間局部性導(dǎo)致LRU替換算法等的使用；空間局部性有利于確定相鄰存儲器層次間的數(shù)據(jù)傳輸單位，也有利于確定相鄰層次的存儲器容量。順序局部性影響最佳調(diào)度的顆粒度大小(顆粒度組合)。預(yù)取技術(shù)也受這些局部性的影響。5.一致性問題是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面一個重要的問題。三、存儲器容量的規(guī)劃存儲器層次結(jié)構(gòu)的性能由所有層次的有效存取時間Teff(effectiveaccesstime)決定，Teff由下述量決定：相鄰層次的命中率(hitratios)訪問頻率(accessfrequencies)1.命中率hi定義:存儲器層次結(jié)構(gòu)中人以兩個相鄰層當(dāng)在Mi找到某一信息項時的概率，成為命中率。對Mi的訪問頻率fi(Accessfrequency)定義為：fi=(1-h1)(1-h2)(1-hn-1)tn2.有效存取時間Teff=h1t1+(1-h1)h2.t2+(1-h1)(1-h2)h3t3+．．．+(1-h1)(1-h2)(1-hn-1)tn3.層次結(jié)構(gòu)的優(yōu)化已知：每一層Mi的單位價格ci、容量si;存儲器層次結(jié)構(gòu)的總成本可作如下估計：優(yōu)化的方法：由于c1>c2>c3>…>cn，必須選擇s1<s2<s3…<sn

。優(yōu)化的層次存儲器設(shè)計應(yīng)當(dāng)使Teff盡量接近于t1，而總成本接近于cn。優(yōu)化過程可以表達(dá)為一個由總成本上限為C0(取上整值)線性規(guī)劃問題。也就是在如下限制，使Teff最小化：

例題.存儲器層次結(jié)構(gòu)的設(shè)計

利用下列存儲器特性來設(shè)計一個3層的層次結(jié)構(gòu)存儲器。設(shè)計目標(biāo)是使Teff

=10.04μs，而高速緩存命中率h1=0.98，主存命中率h2=0.9。同時，存儲器總成本上限是$15,000。總成本是按:C=c1s1+c2s2+c3s3<15,000來計算的。

由上參數(shù)可得在不超過預(yù)算的前提下，磁盤的最大容量為s3=39.8GB。求主存的存取時間t2。已知有效存取時間計算如下：Teff=h1t1+(1-h1)h2t2+(1-h1)（1-h2)h3t3

代入已知量，有：10.04x10-6=0.