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1、计算机组成原理,唐朔飞,第版,高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,【例4.11】设某主机内存容量为16MB，Cache的容量为8KB。每字块有8个字，每字32位，设计一个四路组相联映射的Cache组织。 （1）画出主存地址字段中各段的位数 （2）设Cache初态为空，CPU依次从主存第0,1,2,99号单元读出100个字（主存一次读出一个字），并重复此次序读10次，问命中率是多少？ （3）若Cache的速度是主存速度的5倍，试问有Cache和无Cache相比，速度提高多少倍？ （4）系统的效率为多少？,【例4.11】设某主机内存容量为16MB，Cache的容量为8KB。每字块有8个字，每字
2、32位，设计一个四路组相联映射的Cache组织。 （1）画出主存地址字段中各段的位数,解：,（1）组相联映射方式下，主存地址格式如图所示,每个字块8个字，每个字32位，则字块容量为832=32B，字块内地址b为2b=32，得b=5 Cache容量为8KB，则一共含有8KB/32B=256块 四路组映射，则一共分成256/4=64组，因而组地址q满足2q=64，得q=6 又由于主存容量为16MB=224B，因而主存地址线为24，24-b-q=13，得主存字块标记为13,【例4.11】设某主机内存容量为16MB，Cache的容量为8KB。每字块有8个字，每字32位，设计一个四路组相联映射的Cach
3、e组织。 （2）设Cache初态为空，CPU依次从主存第0,1,2,99号单元读出100个字（主存一次读出一个字），并重复此次序读10次，问命中率是多少？,解：,（2）每个字块有8个字，初态Cache 为空，因此CPU读第0号单元时，未命中，必须访问内存，同时将该字所在的主存块调入Cache的第0组中的任何一块内，接着CPU读1-7号单元时均命中。同理，CPU读第8，16，96号单元时均未命中。可见CPU在连续100个字中共有13次未命中，而后9次循环读100个字全部命中，命中率为,【例4.11】设某主机内存容量为16MB，Cache的容量为8KB。每字块有8个字，每字32位，设计一个四路组相
4、联映射的Cache组织。 （3）若Cache的速度是主存速度的5倍，试问有Cache和无Cache相比，速度提高多少倍？,解：,（3）设Cache的存取周期为t，主存的存取周期为5t，命中率为0.987，则加入Cache后的系统平均访问时间ta为,ta=0.987t+（1-0.987）5t=1.052t,则有Cache和没有Cache相比，速度提高的倍率为3.75倍,加入Cache后，速度是原来的5t/1.052t = 4.75倍,【例4.11】设某主机内存容量为16MB，Cache的容量为8KB。每字块有8个字，每字32位，设计一个四路组相联映射的Cache组织。 （4）系统的效率为多少？,
5、解：,则系统的效率e为,（4）Cache的存取周期tc=t，系统平均访问时间ta=1.052t,e = tc/ta100% = t/1.052t100% = 95%,三、替换算法,1. 先进先出 （ FIFO ）算法,2. 近期最少使用（ LRU）算法：一般采用简化方法，只记录每个块最近一次使用的时间,小结,某一 主存块 只能固定 映射到 某一 缓存块,某一 主存块 能 映射到 任一 缓存块,某一 主存块 只能 映射到 某一 缓存 组 中的 任一块,不灵活,成本高,4.3,4.4 辅助存储器,一、概述,1. 特点,不直接与 CPU 交换信息,2. 磁表面存储器的技术指标,C = n k s,寻
6、道时间 + 等待时间,辅存的速度,Dr = Db V,出错信息位数与读出信息的总位数之比,二、磁记录原理和记录方式,1. 磁记录原理,写,4.4,4.4,读,1. 磁记录原理,2. 磁表面存储器的记录方式,4.4,例 NRZ1 的读出代码波形,4.4,三、硬磁盘存储器,1. 硬磁盘存储器的类型,(1) 固定磁头和移动磁头,(2) 可换盘和固定盘,2. 硬磁盘存储器结构,4.4,(1) 磁盘驱动器,4.4,(2) 磁盘控制器,接收主机发来的命令，转换成磁盘驱动器的控制命令,实现主机和驱动器之间的数据格式转换,控制磁盘驱动器读写,通过总线,(3) 盘片,由硬质铝合金材料制成,4.4,P135 例4
7、.12 例4.14,四、软磁盘存储器,1. 概述,速度,磁头,盘片,价格,环境,苛刻,4.4,2. 软盘片,由聚酯薄膜制成,4.4,4.4.6 循环冗余校验码（CRC）,基于模2运算而建立编码规律的校验码,【模2四则运算】, 模2加法(按位加，不考虑进位)： 0+0=0，0+1=1，1+0=1，1+1=0 (mod 2)；, 模2减法（按位减，不考虑借位）： 0-0=0，1-0=1，0-1=1，1-1=0 (mod 2)；, 模2乘法：按二进制乘法求出部分积，再用模2加法求部分积之和，不考虑进位。, 模2除法：按模2减法求部分余数，不借位。,上商规则：余数最高位为1，商为1，余数最高位为0，商
8、为0； 余数位数少于除数位数即为最后余数。,模2加法和模2减法的结果是相同的， 即：模2减法可用模2加法代替,两个相同数的模2和恒为0,【例】,(1)已知 x=1010，y=101，求xy(mod 2) (2) x=10000，y=101，求xy（mod 2）,【解】,1. CRC码的编码方式,设待编的信息码组为Dn-1Dn-2D2D1D0，共n位，可用多项式M(x)表示：,M(x)=Dn-1xn-1 + Dn-2xn-2 + + D1x1 + D0x0,将信息码组左移k位，得M(x)xk，即成n+k位信息组,空出的k位用来接k位校验位,CRC校验码就是用多项式M(x)xk除以生成多项式G(x
9、)（即产生校验码的多项式），所得余数作为校验位,为了得到k位余数（校验位），G(x)必须是k+1位,设所得余数为R(x)，商为Q(x)，则有,M(x)xk= Q(x)G(x)+R(x),将余数拼接在左移了位后的信息位后面，就构成了这个有效信息的CRC码。这个CRC码用多项式表示为,M(x)xk + R(x) = Q(x)G(x) + R(x) + R(x) = Q(x)G(x) + R(x)+R(x) = Q(x)G(x) （模2和）,CRC码是一个可被生成多项式G(x)除尽的数码 若CRC码在传输过程中不出错，其余数必为0；若出错，则余数不为0，由该余数指出哪一位出错，即可纠正,【例4.15
10、】 已知有效信息为1100，试用生成多项式G(x)=1011将其编成CRC码,解：,有效信息M(x)=1100，得n=4,G(x)=1011，得k+1=4，从而k=3，即需加3位校验位,有效信息左移3位后再被G(x)模2除，即,有效信息M(x)x3=1100000,M(x)x3/G(x)=1100000/1011=1110+010/1011 （模2除）,所以M(x)x3+R(x)=1100000+010=1100010为CRC校验码,R(x),总的信息位为7位，有效信息位为4位，故上述1100010码又称为（7，4）码,循环码的纠错原理【以G(x)=1011为例】,若接收到的循环校验码V(x)能被G(x)整除，则无错，余数非0则出错,余数为101时是左起第一位出错；余数非0又非101时，继续做模2除，若除p次后得余数101，则左起p+1位出错，将出错位变反得到正确数据码。,解：,【例】设G(x)=1011，判断校验码V(x)=1101010时是否出错，若出错则纠正,又除了3次，即左起第4位出错，正确码：V(x)=1100010,五、光盘存储器,1. 概述,采用光存储技术,采用非磁性介质,采用磁性介质,不可擦写,可擦写,2. 光盘的存储原理,只读型和只写一次型,可擦写光盘,热作用（物理或化学变化）,热磁效应,4.4,利用激光写入和读出,
