⑴ 高速緩沖存儲器
首先 這個詞語已經被事實上的淘汰了,現在的稱之為「緩存」 「cache memory」或者直接稱之為cache。
以下內容截取自:
蘇東庄:《計算機系統結構》,國防工業出版社,北京,1981年!!!
在計算機存儲系統的層次結構中,介於中央處理器和主存儲器之間的高速小容量存儲器。它和主存儲器一起構成一級的存儲器。高速緩沖存儲器和主存儲器之間信息的調度和傳送是由硬體自動進行的,程序員感覺不到高速緩沖存儲器的存在,因而它對程序員是透明的。
作用 在計算機技術發展過程中,主存儲器存取速度一直比中央處理器操作速度慢得多,使中央處理器的高速處理能力不能充分發揮,整個計算機系統的工作效率受到影響。有很多方法可用來緩和中央處理器和主存儲器之間速度不匹配的矛盾,如採用多個通用寄存器、多存儲體交叉存取等,在存儲層次上採用高速緩沖存儲器也是常用的方法之一。很多大、中型計算機以及新近的一些小型機、微型機也都採用高速緩沖存儲器。
高速緩沖存儲器的容量一般只有主存儲器的幾百分之一,但它的存取速度能與中央處理器相匹配。根據程序局部性原理,正在使用的主存儲器某一單元鄰近的那些單元將被用到的可能性很大。因而,當中央處理器存取主存儲器某一單元時,計算機硬體就自動地將包括該單元在內的那一組單元內容調入高速緩沖存儲器,中央處理器即將存取的主存儲器單元很可能就在剛剛調入到高速緩沖存儲器的那一組單元內。於是,中央處理器就可以直接對高速緩沖存儲器進行存取。在整個處理過程中,如果中央處理器絕大多數存取主存儲器的操作能為存取高速緩沖存儲器所代替,計算機系統處理速度就能顯著提高。
原理 高速緩沖存儲器通常由高速存儲器、聯想存儲器、替換邏輯電路和相應的控制線路組成(見圖)。在有高速緩沖存儲器的計算機系統中,中央處理器存取主存儲器的地址劃分為行號、列號和組內地址三個欄位。於是,主存儲器就在邏輯上劃分為若干行;每行劃分為若乾的存儲單元組;每組包含幾個或幾十個字。高速存儲器也相應地劃分為行和列的存儲單元組。二者的列數相同,組的大小也相同,但高速存儲器的行數卻比主存儲器的行數少得多。聯想存儲器用於地址聯想,有與高速存儲器相同行數和列數的存儲單元。當主存儲器某一列某一行存儲單元組調入高速存儲器同一列某一空著的存儲單元組時,與聯想存儲器對應位置的存儲單元就記錄調入的存儲單元組在主存儲器中的行號。當中央處理器存取主存儲器時,硬體首先自動對存取地址的列號欄位進行解碼,以便將聯想存儲器該列的全部行號與存取主存儲器地址的行號欄位進行比較:若有相同的,表明要存取的主存儲器單元已在高速存儲器中,稱為命中,硬體就將存取主存儲器的地址映射為高速存儲器的地址並執行存取操作;若都不相同,表明該單元不在高速存儲器中,稱為脫靶,硬體將執行存取主存儲器操作並自動將該單元所在的那一主存儲器單元組調入高速存儲器相同列中空著的存儲單元組中,同時將該組在主存儲器中的行號存入聯想存儲器對應位置的單元內。
當出現脫靶而高速存儲器對應列中沒有空的位置時,便淘汰該列中的某一組以騰出位置存放新調入的組,這稱為替換。確定替換的規則叫替換演算法,常用的替換演算法有:最近最少使用法(LRU)、先進先出法(FIFO)和隨機法(RAND)等。替換邏輯電路就是執行這個功能的。另外,當執行寫主存儲器操作時,為保持主存儲器和高速存儲器內容的一致性,對命中和脫靶須分別處理:①寫操作命中時,可採用寫直達法(即同時寫入主存儲器和高速存儲器)或寫回法(即只寫入高速存儲器並標記該組修改過。淘汰該組時須將內容寫回主存儲器);②寫操作脫靶時,可採用寫分配法(即寫入注存儲器並將該組調入高速存儲器)或寫不分配法(即只寫入主存儲器但不將該組調入高速存儲器)。
高速緩沖存儲器的性能常用命中率來衡量。影響命中率的因素是高速存儲器的容量、存儲單元組的大小、組數多少、地址聯想比較方法、替換演算法、寫操作處理方法和程序特性等。
採用高速緩沖存儲器技術的計算機已相當普遍。有的計算機還採用多個高速緩沖存儲器,如系統高速緩沖存儲器、指令高速緩沖存儲器和地址變換高速緩沖存儲器等,以提高系統性能。隨著主存儲器容量不斷增大,高速緩沖存儲器的容量也越來越大。
⑵ 什麼是高速緩沖存儲器
高速緩沖存儲器意義:指存取速度比一般隨機存取記憶體(RAM)來得快的一種RAM。
一般而言它不像系統主記憶體那樣使用DRAM技術,而使用昂貴但較快速的SRAM技術,也有快取記憶體的名稱。
高速緩沖存儲器是存在於主存與CPU之間的一級存儲器, 由靜態存儲晶元(SRAM)組成,容量比較小但速度比主存高得多, 接近於CPU的速度。
在計算機存儲系統的層次結構中,是介於中央處理器和主存儲器之間的高速小容量存儲器。它和主存儲器一起構成一級的存儲器。高速緩沖存儲器和主存儲器之間信息的調度和傳送是由硬體自動進行的。
(2)常用的高速存儲器擴展閱讀:
高速緩沖存儲器的作用:
在計算機技術發展過程中,主存儲器存取速度一直比中央處理器操作速度慢得多,使中央處理器的高速處理能力不能充分發揮,整個計算機系統的工作效率受到影響。
有很多方法可用來緩和中央處理器和主存儲器之間速度不匹配的矛盾,如採用多個通用寄存器、多存儲體交叉存取等,在存儲層次上採用高速緩沖存儲器也是常用的方法之一。
很多大、中型計算機以及新近的一些小型機、微型機也都採用高速緩沖存儲器。
高速緩沖存儲器的容量一般只有主存儲器的幾百分之一,但它的存取速度能與中央處理器相匹配。根據程序局部性原理,正在使用的主存儲器某一單元鄰近的那些單元將被用到的可能性很大。
因而,當中央處理器存取主存儲器某一單元時,計算機硬體就自動地將包括該單元在內的那一組單元內容調入高速緩沖存儲器。
於是,中央處理器就可以直接對高速緩沖存儲器進行存取。在整個處理過程中,如果中央處理器絕大多數存取主存儲器的操作能為存取高速緩沖存儲器所代替,計算機系統處理速度就能顯著提高。
⑶ 選擇題:下列存儲器中,存取速度最快的是()
1、答案:應選擇B
2、解析:
存儲速度從快到慢排列:內存儲器>高速緩沖存儲器>計算機的主存>大容量磁碟
拓展內容:
1、CD-ROM
CD-ROM(Compact Disc Read-Only Memory)即只讀光碟,是一種在電腦上使用的光碟。這種光碟只能寫入數據一次,信息將永久保存在光碟上,使用時通過光碟驅動器讀出信息。CD的格式最初是為音樂的存儲和回放設計的,1985年,由SONY和飛利浦制定的黃皮書標准使得這種格式能夠適應各種二進制數據。有些CD-ROM既存儲音樂,又存儲計算機數據,這種CD-ROM的音樂能夠被CD播放器播放,計算機數據只能被計算機處理。
2、內存儲器
內存儲器是計算機中重要的部件之一,它是與CPU進行溝通的橋梁。計算機中所有程序的運行都是在內存儲器中進行的,因此內存儲器的性能對計算機的影響非常大。內存儲器(Memory)也被稱為內存,其作用是用於暫時存放CPU中的運算數據,以及與硬碟等外部存儲器交換的數據。只要計算機在運行中,CPU就會把需要運算的數據調到內存中進行運算,當運算完成後CPU再將結果傳送出來,內存的運行也決定了計算機的穩定運行。 內存是由內存晶元、電路板、金手指等部分組成的。
3、硬碟
硬碟是電腦主要的存儲媒介之一,由一個或者多個鋁制或者玻璃制的碟片組成。碟片外覆蓋有鐵磁性材料。
高速緩沖存儲器是存在於主存與CPU之間的一級存儲器, 由靜態存儲晶元(SRAM)組成,容量比較小但速度比主存高得多, 接近於CPU的速度。在計算機存儲系統的層次結構中,是介於中央處理器和主存儲器之間的高速小容量存儲器。它和主存儲器一起構成一級的存儲器。高速緩沖存儲器和主存儲器之間信息的調度和傳送是由硬體自動進行的。高速緩沖存儲器最重要的技術指標是它的命中率。
參考內容:
1、網路_高速緩沖存儲器
2、網路_CD-ROM
3、網路_內存儲器
4、網路_硬碟
⑷ 什麼是高速緩存存儲器
高速緩存英文是cache。一種特殊的存儲器子系統,其中復制了頻繁使用的數據,以利於CPU快速訪問。存儲器的高速緩沖存儲器存儲了頻繁訪問的 RAM 位置的內容及這些數據項的存儲地址。當處理器引用存儲器中的某地址時,高速緩沖存儲器便檢查是否存有該地址。如果存有該地址,則將數據返回處理器;如果沒有保存該地址,則進行常規的存儲器訪問。因為高速緩沖存儲器總是比主RAM 存儲器速度快,所以當 RAM 的訪問速度低於微處理器的速度時,常使用高速緩沖存儲器。
L1高速緩存,也就是我們經常說的一級高速緩存。在CPU裡面內置了高速緩存可以提高CPU的運行效率。內置的L1高速緩存的容量和結構對CPU的性能影響較大,不過高速緩沖存儲器均由靜態RAM組成,結構較復雜,在CPU管芯面積不能太大的情況下,L1級高速緩存的容量不可能做得太大。採用回寫(Write Back)結構的高速緩存。它對讀和寫*作均有可提供緩存。而採用寫通(Write-through)結構的高速緩存,僅對讀*作有效。在486以上的計算機中基本採用了回寫式高速緩存。在目前流行的處理器中,奔騰Ⅲ和Celeron處理器擁有32KB的L1高速緩存,奔騰4為8KB,而AMD的Duron和Athlon處理器的L1高速緩存高達128KB。
L2高速緩存,指CPU第二層的高速緩存,第一個採用L2高速緩存的是奔騰 Pro處理器,它的L2高速緩存和CPU運行在相同頻率下的,但成本昂貴,市場生命很短,所以其後奔騰 II的L2高速緩存運行在相當於CPU頻率一半下的。接下來的Celeron處理器又使用了和CPU同速運行的L2高速緩存,現在流行的CPU,無論是AthlonXP和奔騰4,其L2高速緩存都是和CPU同速運行的。除了速度以外,L2高速緩存容量也會影響CPU的性能,原則是越大越好,現在家庭用CPU容量最大的是512KB,而伺服器和工作站上用CPU的L2高速緩存更高達1MB-3MB。
——》1,高速緩存(Cache),全稱「高速緩沖存儲器」。
——》2,例如:當CPU處理數據時,它會先到高速緩存中去尋找,如果數據因之前的操作已經讀取而被暫存其中,就不需要再從主內存中讀取數據——由於CPU的運行速度一般比主內存快,因此若要經常存取主內存的話,就必須等待數個CPU周期從而造成浪費。
——》3,提供「高速緩存」的目的是為了讓數據存取的速度適應CPU的處理速度,其基於的原理是內存中「程序執行與數據訪問的局域性行為」。
——》4,現在Cache的概念已經被擴充了:不僅在CPU和主內存之間有Cache,而且在內存和硬碟之間也有Cache(磁碟高速緩存),乃至在硬碟與網路之間也有某種意義上的「Cache」(Internet臨時文件夾)。
——》5,凡是位於速度相差較大的兩種硬體之間的,用於協調兩者數據傳輸速度差異的結構,均可稱之為Cache。
——》6,所以硬碟和內存之間的Cache就叫做磁碟高速緩存。它是在內存中開辟一塊位置,來臨時存取硬碟中的數據。這項技術可使計算機讀寫時的存儲系統平均數據傳輸率提高5-10倍,適應了當前激增的海量數據存儲需求。
——》7,在DOS時代,我們用:
smartdrv 內存容量
命令來載入硬碟高速緩存。自從有了Windows後,我們就不需要載入硬碟高速緩存了,因為Windows本身有自己的高速緩存管理單元,如果強行使用smartdrv命令載入,反而會影響Windows的性能。
——》8,我們在用硬碟安裝Win2000/XP時候,系統會提示載入高速緩存,這是因為在安裝的初期還是DOS操作,所以為了達到讀存的速度,安裝程序要求載入高速緩存。
⑸ 簡述sram和dram的主要區別
DRAM,動態隨機存取存儲器,需要不斷的刷新,才能保存數據。
而且是行列地址復用的,許多都有頁模式。
SRAM,靜態的隨機存取存儲器,加電情況下,不需要刷新,數據
不會丟失,而且,一般不是行列地址復用的。
SDRAM,同步的DRAM,即數據的讀寫需要時鍾來同步。
DRAM和SDRAM由於實現工藝問題,容量較SRAM大。但是讀寫速度不如SRAM,但是現在,SDRAM的速度也已經很快了,時鍾好像已經有150兆的了。那麼就是讀寫周期小於10ns了。SDRAM雖然工作頻率高,但是實際吞吐率要打折扣。以PC133為例,它的時鍾周期是7.5ns,當CAS latency=2 時,它需要12個周期完成8個突發讀操作,10個周期完成8個突發寫操作。不過,如果以交替方式訪問Bank,SDRAM可以在每個周期完成一個讀寫操作(當然除去刷新操作)。其實現在的主流高速存儲器是SSRAM(同步SRAM)和SDRAM(同步DRAM)。目前可以方便買到的SSRAM最大容量是8Mb/片,最大工作速度是166MHz;可以方便買到的SDRAM最大容量是128Mb/片,最大工作速度是133MHz。
SRAM是Static Random Access Memory的縮寫,中文含義為靜態隨機訪問存儲器,它是一種類型的半導體存儲器。「靜態」是指只要不掉電,存儲在SRAM中的數據就不會丟失。這一點與動態RAM(DRAM)不同,DRAM需要進行周期性的刷新操作。 然後,我們不應將SRAM與只讀存儲器(ROM)和Flash Memory相混淆,因為SRAM是一種易失性存儲器,它只有在電源保持連續供應的情況下才能夠保持數據。「隨機訪問」是指存儲器的內容可以以任何順序訪問,而不管前一次訪問的是哪一個位置。
SRAM中的每一位均存儲在四個晶體管當中,這四個晶體管組成了兩個交叉耦合反向器。這個存儲單元具有兩個穩定狀態,通常表示為0和1。另外還需要兩個訪問晶體管用於控制讀或寫操作過程中存儲單元的訪問。因此,一個存儲位通常需要六個MOSFET。對稱的電路結構使得SRAM的訪問速度要快於DRAM。SRAM比DRAM訪問速度快的另外一個原因是SRAM可以一次接收所有的地址位,而DRAM則使用行地址和列地址復用的結構。
SRAM不應該與SDRAM相混淆,SDRAM代表的是同步DRAM(Synchronous DRAM),這與SRAM是完全不同的。SRAM也不應該與PSRAM相混淆,PSRAM是一種偽裝成SRAM的DRAM。
從晶體管的類型分,SRAM可以分為雙極性與CMOS兩種。從功能上分,SRAM可以分為非同步SRAM和同步SRAM(SSRAM)。非同步SRAM的訪問獨立於時鍾,數據輸入和輸出都由地址的變化控制。同步SRAM的所有訪問都在時鍾的上升/下降沿啟動。地址、數據輸入和其它控制信號均於時鍾信號相關。
DRAM:動態隨機存取存儲器,需要不斷的刷新,才能保存數據。而且是行列地址復用的,許多都有頁模式 。
SRAM:靜態的隨機存取存儲器,加電情況下,不需要刷新,數據不會丟失,而且,一般不是行列地址復用的。
SDRAM:同步的DRAM,即數據的讀寫需要時鍾來同步。
主要是存儲單元結構不同導致了容量的不同。一個DRAM存儲單元大約需要一個晶體管和一個電容(不包括行讀出放大器等),而一個SRAM存儲單元大約需要六個晶體管。DRAM和SDRAM由於實現工藝問題,容量較SRAM大,但是讀寫速度不如SRAM。
一個是靜態的,一個是動態的,靜態的是用的雙穩態觸發器來保存信息,而動態的是用電子,要不時的刷新來保持。
內存(即隨機存貯器RAM)可分為靜態隨機存儲器SRAM,和動態隨機存儲器DRAM兩種。我們經常說的「 內存」是指DRAM。而SRAM大家卻接觸的很少。
SRAM其實是一種非常重要的存儲器,它的用途廣泛。SRAM的速度非常快,在快速讀取和刷新時能夠保持數據完整性。SRAM內部採用的是雙穩態電路的形式來存儲數據。所以SRAM的電路結構非常復雜。製造相同容量的SRAM比DRAM的成本高的多。正因為如此,才使其發展受到了限制。因此目前SRAM基本上只用於CPU 內部的一級緩存以及內置的二級緩存。僅有少量的網路伺服器以及路由器上能夠使用SRAM。