2019-计算机组织与结构-存储结构的解释

1. 存储结构

1. 存储器由一定数量的单元构成，每个单元可以被唯一标识，每个单元都有存储一个数值的能力。
   1. 地址：单元的唯一标识符(采用二进制)
   2. 地址空间：可唯一标识的单元总数
   3. 寻址能力：存储在每个单元中的信息的位数
      • 大多数存储器是字节寻址的，而执行科学计算的计算机通常是64位寻址的，也就是2⁶⁴
2. 寻址能力的影响因素:归根结底是因为设计时的地址的长度。
   1. 地址总线的根数
   2. 寻址机制的不同
3. 计算机的内存真正能真正使用的内存大小的影响因素:
   1. 地址空间
   2. 寻址能力
   3. 最终是由上面两个之一来决定的。
   4. 例子:4G内存的电脑加上8G的内存条，不会变快，因为寻址能力不会变强，被制约。
4. 地址空间越大，容量会越大吗？
   • 不一定，每个单元(屋子)的大小一定。
   • 容量是指

2. 主存结构

1. 主存存储器由多达2ⁿ个可寻址的字组成，每个字有一个n位的地址。
2. 比如一个存储器是64M *16位的，那么就是16位的数据，64MB是容量(地址数量)。
3. 一个字节(1 B = 8 b),(1KB = 2¹⁰B = 2¹³b)
4. 1K * 4 位的DRAM，其中1K是存储单元个数(1024)、大小4位

3. 概念汇总

1. 位:数据存储的最小单位，一个位只能存储0或1。
2. 字节:(B/Byte)
   • 1 B = 8 b
3. 字:在计算机中，一串数码是作为一个整体来处理或运算的，称为一个字。字的位数称为字长;字通常分若干个字节。
   • 表示机器CPU的处理能力:也就是CPU在单位时间内能处理的最大二进制数的位数
   • Eg.如果字长为32位，则1字 = 32bit = 4B，指令长度为
4. 存储单元:CPU访问存储器的最小单位，每个存储单元都有一个地址。
5. 存储字长:存储器中一个存储单元(存储地址)所存储的二进制代码的位数。
6. 存储容量:存储容量是主存中能存放二进制代码的总位数，即存储容量 = 存储单元个数 * 存储字长，也可以用字节总数来表示。
7. 地址线:存储单元的个数 = 2^{地址线的条数}
8. 数据线:数据线确定存储字长，数据线的条数=字长的位数。
9. 寻址范围:寻址范围是一个数字范围，不带有单位
10. 寻址空间:寻址空间的大小是寻址范围的大小。
11. 按字节寻址:一组地址线的不同状态对应一个字节的地址，存储空间的最小编址单位是字节。
12. 按字寻址:一组地址线的每个不同状态对应一个字的地址，存储空间的最小编址单位是字。
    • 一个字由若干个字节构成，因此计算机在寻址过程中会区分字里面的字节，所以需要占用一根地址线，来字内寻址。(不是重点)

3.1. 一些例子

1. 对于24位地址线的主存，若字长为32位，则按字节寻址的范围为16M(2²⁴B = 16M),按字寻址的范围为4M(16M * 8 / 32)

4. Cache和主存储器之间的映射

1. 注意每一行中的读取哪一个字是地址中最后一个字地址的作用。

4.1. 如何计算不同情况下的标签

1. 对于word的长度，每一块多少字，每一行多少字有关。
2. 对于Line的长度:
   1. 容量除以上面的字长
   2. 直接告诉
3. 对于set的长度:
   1. 直接告诉结果
   2. 总行数/组行数
   3. 数据区大小/路数/字大小
4. 对于tag的长度:容量必须的长度-set的长度-Line的长度。
5. 总长度位数计算:
   1. 主存地址空间大小
   2. 容量
   3. 主存块数*每块大小

4.1.1. 直接映射

1. 直接映射的标签组成
   • Tag + Line + Word

4.1.2. 全相联映射

1. 全相联映射的标签组成
   • Tag + Word

4.1.3. 组相联映射

1. 组相联映射的标签组成
   • Tag + Set + Word

4.2. 替换策略

1. 对于LRU:就是看最近被用到次数最少的进行替换
2. 对于FIFO:就是先进先出，哪怕刚被用到。

5. 参考

1. 按字寻址与按字节寻址