计算机组成原理 第四章 存储系统(3)

4.10 替换算法

需要替换算法的原因

程序运行一段时间后,Cache存储空间被占满,当再有新数据要调入时,就需要通过某种机制决定替换的对象。

几种常见的替换算法

  • 新进先出法FIFO(First in First out)
  • 最不经常使用法LFU(Least Frequently Used)
  • 近期最少使用法LRU(Least recently used)
  • 随机替换法

1.先进先出法FIFO
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类似于队列,最先进Cache的,Cache满时最先出。

2.最不经常使用法LFU
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命中则标号加一,Cache满时按照标号大小来决定替换,标号最小的被替换。

3.近期最少使用法LRU
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不同参考书上写的不一样,有的是命中则标号减一,未命中的标号加一。有的是命中则标号清零。最后依据标号大小来决定替换,标号最大的被换出。

替换算法的抖动

以FIFO为例
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在FIFO算法中,在22被替换出去之后,再次命中22,又要向Cache里面重新载入22,造成了算法的抖动。

替换算法的实现

硬件实现
需要考虑成本问题
LRU算法软件实现
要考虑查找效率如何优化


4.11 高速缓冲存储器例题选讲

例题1

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处理器物理内存地址的划分:
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例题2

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例题3

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4.12 虚拟存储器

虚拟存储器概述

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虚拟存储器必须解决的问题

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虚拟存储器地址划分

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逻辑地址与物理地址的转换

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举例
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4.13 TLB(Translation Lookaside Buffer,地址转化后备缓冲器)

虚实地址转换过程中存在的问题

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TLB的工作原理

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4.14 RAID

RAID提出的背景

  • 很多人都有因磁盘故障而导致数据丢失的经历
  • 磁盘访问速度过慢
  • 多磁盘管理不方便

RAID 定义

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将多个物理磁盘合并成一个大的逻辑盘

RAID的核心技术

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常见的几种RAID技术

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磁盘一半放数据,一半放镜像,空间利用率只有50%

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RAID 实现方式

  • 软件RAID

功能都依赖于主机CPU完成,没有第三方的控制处理器和I/O芯片

  • 硬件RAID

专门RAID控制处理器和I/O处理芯片处理RAID任务,不占用主机CPU资源

RAID技术总结

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