數據的表示

計算機結構

Flynn分類法

CISC與RISC

流水線技術

存儲系統

總線系統

可靠性

校驗碼

存儲系統

1、存儲的層次化結構

CPU(寄存器) <=>Cache(按內容存取) <=> 內存(主存) <=> 外存(輔存)

存取速度從左向右依次遞減，存儲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數據輸入輸出的速率，突破馮.諾依曼瓶頸，即CPU與存儲系統間數據傳送帶寬限制。

(2)在計算機的存儲系統體系中，Cache是訪問速度最快的層次。

(3)使用Cache改善系統性能的依據是程序的局部性原理。

3、常考計算題

使用Cache+主存儲器的系統平均周期。

如果以

代表對Cache的訪問命中率，

表示Cache的周期時間，

表示主存儲器周期時間，以讀操作為例，使用“Cache+主存儲器”的系統的平均周期為

，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訪問存儲器時，無論是存取指令還是存取數據，所訪問的存儲單元都趨于聚集在一個較小的連續區域中。

(2)分類

時間局部性：如果一個信息項正在被訪問，那么在近期它很可能會被再次訪問；

空間局部性：在最近的將來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、堆棧等是產生時間局部性的原因；

指令的順序執行、數組的連續存放等是產生順序局部性的原因。

工作集理論：工作集是進程運行時被頻繁訪問的頁面集合。

5、主存

(1)分類

隨機存取存儲器(RAM)，如內存，特點：斷電數據丟失

只讀存儲器(ROM)，特點：斷電數據不丟失

(2)編址

存儲器地址(Memory address)是存儲器中存儲單元的編號。由于存儲器中存儲單元數量很多，為了進行查找，需要給每個存儲單元賦予一個存儲器地址。每個存儲單元存放一個字節量的數據：一個字節B(Byte)= 8個二進制位b(bit)。

(3)例子

內存地址從AC000H到C7FFFH，共有(1)K個地址單元，如果該內存地址按字(16bit)編址，由28片存儲器芯片構成。已知構成此內存的芯片每片有16K個存儲單元，則該芯片每個存儲單元存儲(2)位。

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

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

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

，

1C000 =

地址單元：

?K。

內存地址從AC000H到C7FFFH有112K個地址單元，每個地址單元存儲16bit，則總容量是112K*16bit，

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

6、磁盤

(1)磁盤結構

磁盤由磁道和扇區構成。

(2)磁盤的存取時間

存取時間 = 尋道時間 + 等待時間(平均定位時間 + 轉動延遲)

其中，尋道時間是指磁頭移動到磁道所需的時間；等待時間是等待讀寫的扇區轉到磁頭下方所用的時間。

(3)例子

假設某磁盤的每個磁道劃分成11個物理塊，每塊存放1個邏輯記錄。邏輯記錄

存放在同一個磁道上，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

???????

???????

如果磁盤的旋轉周期為33ms，磁頭當前處在

的開始處。若系統使用單緩沖區順序處理這些記錄，每個記錄處理時間為3ms，則處理這11個記錄的最長時間為(1)；若對信息存儲進行優化分布后，處理11個記錄的最少時間為(2)。

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

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

解析：旋轉周期為33ms，則旋轉一個物理塊所需時間3ms，磁盤是勻速不停歇的旋轉，所以最差(即用時最長)是磁盤旋轉一周處理一個物理塊，最差的物理塊排序如下圖所示，

這種情況下，當磁盤從

的開始位置旋轉時，耗時3ms磁盤旋轉到

的結束位置，然后耗時3ms處理

中的記錄，處理完成后，磁盤剛好旋轉到

的結束位置。因為系統使用單緩沖區順序處理這些記錄，這時系統應該處理

物理塊的內容，所以磁盤需要旋轉到

的結束位置，用時33ms，這時

物理塊的內容讀取出來了，然后再耗時3ms處理

中的記錄，這時磁盤已旋轉至

的結束位置...

這種情況下，處理這11個記錄的耗時為(3+3)+(33+3)*10=366ms。

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

這種情況下，總耗時為(3+3)*11=66ms。

所以，答案是C，B。

總結

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