计算机组成原理第四章 知识点一：存储系统层次结构和评价方法 主讲教师：吴非
问题引入 学习建议 数据和指令存在哪里？计算机里为什么使用存储系统？如何评价其性能？ 系统观：与指令系统的设计以及优化建立联系，程序局部性原理是程序优化的指南，存储系统的设计正是局部性原理的体现。 构造观：通过存储系统的设计思想，分析存储层次体系架构，理解程序局部性原理，掌握存储性能评价方法。
存储介质 存储方式（存储时间与物理地址的关系） 存储功能和速度 1. 存储器分类 半导体（MOS、TTL，易失） 磁性（非易失）、光盘（激光、非易失） 存储方式（存储时间与物理地址的关系） 随机：无关（随机存储器，只读存储器） 串行：有关（顺序存储器，直接存储器） 存储功能和速度 寄存器，主存储器、高速缓冲存储器、辅助存储器 （外存储器）
2.存储系统的层次结构 存储器的目标： 大容量、高速度、低价格 磁带、光盘 磁盘 Cache(SRAM) 主存(DRAM) CPU寄存器 存储速度 访问频率 单位成本 存储容量 外存/辅存 内存
2.存储系统的层次结构 目标：主存储器为核心，缓存（cache）速度，辅存容量 主存：存储当前使用的程序和数据 辅存：后备程序和数据 三级存储架构：高速缓存，主存储器，辅存存储器 目标：主存储器为核心，缓存（cache）速度，辅存容量 CPU 寄存器 高速缓存 主存 磁盘高速缓存 硬盘 磁带、光盘、网络存储 辅助存储系统 主存：存储当前使用的程序和数据 辅存：后备程序和数据 高速缓存：存储当前经常使用的数据和程序
程序局部性：程序仅访问内存很小一部分空间 3.分层结构的理论基础：程序局部性原理 存储的内容：数据，指令 数据： 数组， 结构体， 变量， 指针 指令：顺序访问的指令， 循环体， 子函数 程序局部性：程序仅访问内存很小一部分空间 空间局部性: 如果内存某个区域刚刚被访问，不久的将来其相邻区域很有可能被访问 （顺序指令， 数组） 时间局部性：如果内存某个区域刚刚被访问，不久的将来该区域可能会被重复访问（循环， 局部变量）
例：假定数组元素在主存按行优先顺序顺序存放。试改变下列函数中循环的顺序，使得其数组元素的访问与排列顺序一致，并说明为什么修改后的程序比原来的程序执行时间短。 修改后： 修改前： int sum_array ( int a[N][N]) { int i, j, sum=0; for (i=0; i < N; i++) for (j=0; j < N; j++) sum+=a[i][j]; return sum; } int sum_array ( int a[N][N]) { int i, j, sum=0; for (i=0; i < N; i++) for (j=0; j < N; j++) sum+=a[j][i]; return sum; } 修改后程序的数组元素的访问与排列顺序一致，使得空间局部性比原程序好，故执行时间更短。
存储容量 存储速度 存储器的可靠性 4.存储器主要技术指标 存储器所能存储的二进制信息的位数 存储时间：存储器访问时间， 读出时间或写入时间 存储周期：连续两次访问存储器所需要的最小时间间隔 存储器带宽：单位时间内存储器存取的信息量 存储器的可靠性
知识点一 回顾 存储器的种类 存储层次结构和组织方式 程序局部性原理 存储器性能评价方法