系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)師 之 總線與存儲(chǔ)器

昨天關(guān)于指令結(jié)構(gòu)與指令集的內(nèi)容社牲,今天接著學(xué)習(xí)總線與存儲(chǔ)器系統(tǒng)肝谭。

Part 1:

總線這一部分是承接昨天的學(xué)習(xí)內(nèi)容。

總線是一組能為多個(gè)部件分時(shí)共享公共信息傳送的線路穴肘。其中歇盼,分時(shí)是指同一時(shí)間,只允許一個(gè)發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)的形式评抚,即一發(fā)多收豹缀。共享伯复,是指多個(gè)部件掛接在總線上,可以相互交換信息的方式邢笙。

總線根據(jù)所在的位置劃分為以下兩種:

[if !supportLists]一啸如、[endif]內(nèi)部總線:是指在CPU寄存器與ALU+controller之間,數(shù)據(jù)傳輸總線鸣剪。

[if !supportLists]二组底、[endif]外部總線:是指在CPU與內(nèi)存RAM/ROM、與I/O設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)的通信總線筐骇。

總線速度是制約計(jì)算機(jī)整體性能的最大因素债鸡,因?yàn)镃PU是通過(guò)總線與存儲(chǔ)器取指令,進(jìn)行I/O與內(nèi)存數(shù)據(jù)交換的铛纬,即計(jì)算機(jī)運(yùn)行的信息通路是總線厌均,總線一旦慢戈稿,則整體運(yùn)行速度慢违诗。

總線根據(jù)功能類型劃分為以下三種:

[if !supportLists]一缝其、[endif]AB:地址總線勤晚,用于傳送地址信息

[if !supportLists]二、[endif]CB:控制總線摊唇,用于傳送控制信號(hào)

[if !supportLists]三努潘、[endif]DB:數(shù)據(jù)總線扛禽,用于傳送數(shù)據(jù)信號(hào)

Part2:

存儲(chǔ)器系統(tǒng)懂牧,是指多個(gè)存放程序與數(shù)據(jù)的記憶部件系統(tǒng)侈净。

若干存儲(chǔ)器之所以稱之為系統(tǒng),是因?yàn)閮?nèi)部存在層級(jí)關(guān)系僧凤。根據(jù)速度答題劃分為三層:高速緩沖寄存器cache畜侦、主存、輔存躯保。

各級(jí)存儲(chǔ)器特點(diǎn)如下:

主存:CPU可直接訪問(wèn)旋膳,存取數(shù)據(jù)快,容量較小途事,主要存放當(dāng)前正在執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)验懊。

輔存:CPU不可直接訪問(wèn),存取數(shù)據(jù)慢尸变,容量大鲁森。

Cache:在CPU和主存之間,速度極快振惰,可以CPU相匹配,但是容量最小垄懂,主要存放最急需骑晶、高頻使用的程序和數(shù)據(jù)痛垛。

Part3:

程序局部性原理:由于在執(zhí)行程序的時(shí)候,呈現(xiàn)出時(shí)間和空間的局部性規(guī)則桶蛔,使得多層級(jí)的存儲(chǔ)體系可以低投入換來(lái)更高的存取效率匙头。

時(shí)間局部性:由于程序中存在大量的循環(huán)操作,使得指令一旦執(zhí)行后有很高的概率再次被使用仔雷;空間局部性原理:由于大多數(shù)程序滿足順序執(zhí)行蹂析,所以導(dǎo)致一段時(shí)間內(nèi)訪問(wèn)地址可能集中在一片較為連續(xù)的區(qū)間。

Part4:

數(shù)據(jù)常用存儲(chǔ)方式:

[if !supportLists]一碟婆、[endif]順序存儲(chǔ):訪問(wèn)數(shù)據(jù)按照特定的現(xiàn)行順序執(zhí)行电抚,磁帶為例。

[if !supportLists]二竖共、[endif]直接存儲(chǔ):是一種特殊的順序存儲(chǔ)蝙叛,對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)塊有唯一的地址表示,讀寫裝置可以直接移動(dòng)到目標(biāo)數(shù)據(jù)塊訪問(wèn)公给,存取時(shí)間長(zhǎng)度相對(duì)順序存儲(chǔ)是可變得借帘,磁盤為例。

[if !supportLists]三淌铐、[endif]隨機(jī)存儲(chǔ):每個(gè)可尋址單元都有唯一的地址和讀寫裝置肺然。可在相同的時(shí)間對(duì)任意存儲(chǔ)單元訪問(wèn)腿准,與原訪問(wèn)序列無(wú)關(guān)际起,如主存。

[if !supportLists]四释涛、[endif]相聯(lián)存儲(chǔ):一種特殊的隨機(jī)存儲(chǔ)方式加叁,對(duì)所有存儲(chǔ)單元特定位進(jìn)行對(duì)比,對(duì)滿足條件的單元進(jìn)行訪問(wèn)唇撬,效率最高它匕,如cache。

今天同樣整理了關(guān)于三級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)窖认,但是由于涉及到部分計(jì)算內(nèi)容豫柬,打算明天統(tǒng)一整合發(fā)出來(lái)~

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