數(shù)據(jù)的表示

計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)

Flynn分類法

CISC與RISC

流水線技術(shù)

存儲(chǔ)系統(tǒng)

總線系統(tǒng)

可靠性

校驗(yàn)碼

存儲(chǔ)系統(tǒng)

1、存儲(chǔ)的層次化結(jié)構(gòu)

CPU(寄存器) <=>Cache(按內(nèi)容存取) <=> 內(nèi)存(主存) <=> 外存(輔存)

存取速度從左向右依次遞減，存儲(chǔ)容量從左向右依次變大。常用的外存有硬盤、光盤、U盤等。

2、Cache

(1)功能：提高CPU數(shù)據(jù)輸入輸出的速率，突破馮.諾依曼瓶頸，即CPU與存儲(chǔ)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)傳送帶寬限制。

(2)在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)系統(tǒng)體系中，Cache是訪問速度最快的層次。

(3)使用Cache改善系統(tǒng)性能的依據(jù)是程序的局部性原理。

3、?？加?jì)算題

使用Cache+主存儲(chǔ)器的系統(tǒng)平均周期。

如果以

代表對(duì)Cache的訪問命中率，

表示Cache的周期時(shí)間，

表示主存儲(chǔ)器周期時(shí)間，以讀操作為例，使用“Cache+主存儲(chǔ)器”的系統(tǒng)的平均周期為

，則：

其中，

稱為失效率(未命中率)。

4、局部性原理

(1)概念

局部性原理是指CPU訪問存儲(chǔ)器時(shí)，無(wú)論是存取指令還是存取數(shù)據(jù)，所訪問的存儲(chǔ)單元都趨于聚集在一個(gè)較小的連續(xù)區(qū)域中。

(2)分類

時(shí)間局部性：如果一個(gè)信息項(xiàng)正在被訪問，那么在近期它很可能會(huì)被再次訪問；

空間局部性：在最近的將來(lái)將用到的信息很可能與正在使用的信息在空間地址上是臨近的；

順序局部性。

程序循環(huán)、堆棧等是產(chǎn)生時(shí)間局部性的原因；

指令的順序執(zhí)行、數(shù)組的連續(xù)存放等是產(chǎn)生順序局部性的原因。

工作集理論：工作集是進(jìn)程運(yùn)行時(shí)被頻繁訪問的頁(yè)面集合。

5、主存

(1)分類

隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)，如內(nèi)存，特點(diǎn)：斷電數(shù)據(jù)丟失

只讀存儲(chǔ)器(ROM)，特點(diǎn)：斷電數(shù)據(jù)不丟失

(2)編址

存儲(chǔ)器地址(Memory address)是存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)單元的編號(hào)。由于存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)單元數(shù)量很多，為了進(jìn)行查找，需要給每個(gè)存儲(chǔ)單元賦予一個(gè)存儲(chǔ)器地址。每個(gè)存儲(chǔ)單元存放一個(gè)字節(jié)量的數(shù)據(jù)：一個(gè)字節(jié)B(Byte)= 8個(gè)二進(jìn)制位b(bit)。

(3)例子

內(nèi)存地址從AC000H到C7FFFH，共有(1)K個(gè)地址單元，如果該內(nèi)存地址按字(16bit)編址，由28片存儲(chǔ)器芯片構(gòu)成。已知構(gòu)成此內(nèi)存的芯片每片有16K個(gè)存儲(chǔ)單元，則該芯片每個(gè)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)(2)位。

(1)A.96? ?B.112? ?C.132? ? ? D.156

(2)A.4? ? ?B.8? ? ? ?C.16? ? ? ?D.24

解析：內(nèi)存地址中的H或h表示十六進(jìn)制。從AC000H到C7FFFH共有地址單元(C7FFF-AC000+1)H個(gè)=(C7FFF+1-AC000)H個(gè)=(C8000-AC000)H個(gè)=1C000H個(gè)地址單元，即1C000H個(gè)B，換算成K，則除以1024，即

，

1C000 =

地址單元：

?K。

內(nèi)存地址從AC000H到C7FFFH有112K個(gè)地址單元，每個(gè)地址單元存儲(chǔ)16bit，則總?cè)萘渴?12K*16bit，

所以該芯片每個(gè)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)112K*16bit/(28*16K)bit=4bit

6、磁盤

(1)磁盤結(jié)構(gòu)

磁盤由磁道和扇區(qū)構(gòu)成。

(2)磁盤的存取時(shí)間

存取時(shí)間 = 尋道時(shí)間 + 等待時(shí)間(平均定位時(shí)間 + 轉(zhuǎn)動(dòng)延遲)

其中，尋道時(shí)間是指磁頭移動(dòng)到磁道所需的時(shí)間；等待時(shí)間是等待讀寫的扇區(qū)轉(zhuǎn)到磁頭下方所用的時(shí)間。

(3)例子

假設(shè)某磁盤的每個(gè)磁道劃分成11個(gè)物理塊，每塊存放1個(gè)邏輯記錄。邏輯記錄

存放在同一個(gè)磁道上，記錄的存放順訊如下表所示：

物理塊

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

邏輯記錄

???????

???????

如果磁盤的旋轉(zhuǎn)周期為33ms，磁頭當(dāng)前處在

的開始處。若系統(tǒng)使用單緩沖區(qū)順序處理這些記錄，每個(gè)記錄處理時(shí)間為3ms，則處理這11個(gè)記錄的最長(zhǎng)時(shí)間為(1)；若對(duì)信息存儲(chǔ)進(jìn)行優(yōu)化分布后，處理11個(gè)記錄的最少時(shí)間為(2)。

(1)A.33ms? B.336ms? C.366ms? D.376ms

(2)A.33ms? B.66ms? ? C.86ms? ? D.93ms

解析：旋轉(zhuǎn)周期為33ms，則旋轉(zhuǎn)一個(gè)物理塊所需時(shí)間3ms，磁盤是勻速不停歇的旋轉(zhuǎn)，所以最差(即用時(shí)最長(zhǎng))是磁盤旋轉(zhuǎn)一周處理一個(gè)物理塊，最差的物理塊排序如下圖所示，

這種情況下，當(dāng)磁盤從

的開始位置旋轉(zhuǎn)時(shí)，耗時(shí)3ms磁盤旋轉(zhuǎn)到

的結(jié)束位置，然后耗時(shí)3ms處理

中的記錄，處理完成后，磁盤剛好旋轉(zhuǎn)到

的結(jié)束位置。因?yàn)橄到y(tǒng)使用單緩沖區(qū)順序處理這些記錄，這時(shí)系統(tǒng)應(yīng)該處理

物理塊的內(nèi)容，所以磁盤需要旋轉(zhuǎn)到

的結(jié)束位置，用時(shí)33ms，這時(shí)

物理塊的內(nèi)容讀取出來(lái)了，然后再耗時(shí)3ms處理

中的記錄，這時(shí)磁盤已旋轉(zhuǎn)至

的結(jié)束位置...

這種情況下，處理這11個(gè)記錄的耗時(shí)為(3+3)+(33+3)*10=366ms。

最好的情況是處理完一個(gè)物理塊后，正好磁盤旋轉(zhuǎn)到下一個(gè)要處理的物理塊，即物理塊的分布如下圖所示，

這種情況下，總耗時(shí)為(3+3)*11=66ms。

所以，答案是C，B。

總結(jié)

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