存储系统

计算机存储系统层次及存储介质

结论：容量由小到大，速度由高到低，单位存储价格由高到低

cache篇

为什么会提出cache？

避免 CPU “空等” 现象
CPU 和主存（DRAM）的速度差异

利用原理

程序访问的局部性原理

重要概念

地址映像：信息从主存装入cache时，主存地址要按一定规则映像为cache地址。
地址转换：程序根据用户提供的主存地址访问cache中对应内容时，要完成主存地址转换为cache地址。

地址映像方式

直接映像

主存字块标记	cache字块地址	字块内地址
t位	c位	b位

全相联映像

主存字块标记	字块内地址
m=t+c位	b位

组相联映像

主存字块标记	组地址	块内地址
t+r位	c位	b位

例题
一个组相联映象Ｃache由６４个存储块构成，每组包含４个存储块，主存包含４０９６个存储块，每块由此１２８字组成，访存地址为字地址。

写出主存地址的位数和地址格式？
初始CACHE为空，在直接映像方式下若CPU依次访问主存块0，1，2，…，63，循环执行10次，问命中率多少？

解：由题可知为四路组相联
（1）因为主存包含 $2^{12}$ (4096)个存储块，每块由 $2^{7}$ (128)个字组成，可得主存容量为 $2^{12}$ * $2^{7}$ = $2^{19}$ ，所以主存地址位数为19，块内地址为7位。
又组数为 $2^{6}$ / $2^{2}$ = $2^{4}$ ，则组号为4位，则可得标记需8位。

主存字块标记(8位)	组号（4位）	块内地址（7位）
A18—-A11	A10—-A7	A6—-A0

（2）因为由题可得，刚开始cache无内容，则第一轮全部不命中，之后九次命中，则命中率：9/10=90%

辅存篇

重要概念

存储密度 ：

定义：单位长度或单位面积磁层表面磁层所存储的二进制信息量

道密度 ：

沿磁盘半径方向单位长度的磁道数称为道密度，单位为道/英寸tpi或道/毫米tpmm

位密度或线密度：

单位长度磁道所能记录二进制信息的位数叫位密度或线密度，单位为位/英寸bpi或位/毫米bpmm

存储容量 ：

C = n × k × s

寻址时间：

平均寻址时间Ta=平均找道时间Ts+平均等待时间Tw

例题：
假设某磁盘存储器的平均找道时间为Ts，转速为每分钟r转，每磁道容量为N个字，每信息块为n个字。试推导读写一个信息块所需要总时间Tb的计算公式：
Tb=平均寻址时间+传送时间
平均寻道时间=寻道时间+等待时间
=Ts+转一圈的时间/2
=Ts+（60S/r）/2
=Ts+30/r
令传送n个字所需的传送时间为X，则由数据传输率可得：
N*（r/60）=n/X
计算可得，X= $\frac{60n}{rN}$
则Tb=Ts+ $\frac{30}{r}$ + $\frac{60n}{rN}$

假设磁盘组有11个盘面，每片有两个记录面；存储区域内直径2.36in，外直径5.00in；道密度为1250tpi，内层位密度为52400bpi，转速为2400rpm。问：

共有多少个存储面可用？
由题可得，共有11个盘片，但最上面及最下面将用于封装，无法用于存储，故共有20个存储面。
共有多少柱面？
每个盘面上的磁道侧面即为柱面，故磁道数即为柱面数。
而磁道数=道密度*（（存储区域外直径-内直径）/2）
=1250tpi*（（5-2.36）/2）
=1650个
每道存储多少字节？盘组总存储容量是多少？
（3）已知，各磁道上道容量相等，故：
内层道容量=道容量=（内层位密度л内直径）
=（52400bpi*л*2.36）bit
=（52400bpi*л*2.36）/8B
=48538B=48.538KB
盘组总存储容量=存储面数磁道数磁道容量
=20*1650*48.538KB
=1.6GB
数据传送率是多少？
数据传输率Dr=磁道容量*转速
=48.538*（2400rpm/60）rps
=1941520B/S=1.9MB/S
每扇区存储2KB数据，在寻址命令中如何表示磁盘地址？
已知确定磁盘地址，需确认存储面号、磁道号及扇区号，故磁盘地址需分成三部分。
存储面：因有20个存储面，故需至少5位用于表示
磁道号：因有1650个磁道，故至少需11位用于表示
扇区：因有磁道容量/扇区容量=48538/2048=24个扇区，故至少需5位用于表示
即可得：

存储面（磁头）号	磁道号	扇区号
5位	11位	5位

6. 如果某文件长度超过了一个磁道的容量，应将它记录在同一个存储面上，还是记录在同一个柱面上？
柱面上
因为如果记录在一个存储面上，则需要重新寻道，而直接记录在同一个柱面上就不用，则可以节约寻道时间。

存储系统的笔记

存储系统

cache篇

辅存篇

猜你喜欢