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多体并行存储器读取时间

发布时间: 2023-02-27 03:07:49

‘壹’ 存储器读写的工作周期是指什么

存储器是具有“记忆”功能的设备,它用具有两种稳定状态的物理器件来表示二进制数码“0”和“1”,这种器件称为记忆元件或记忆单元。记忆元件可以是磁芯,半导体触发器、MOS电路或电容器等。
位(bit)是二进制数的最基本单位,也是存储器存储信息的最小单位,8位二进制数称为一个字节(byte)。当一个数作为一个整体存入或取出时,这个数叫做存储字。存储字可以是一个字节,也可以是若干个字节。若干个忆记单元组成一个存储单元,大量的存储单元的集合组成一个存储体(MemoryBank)。
为了区分存储体内的存储单元,必须将它们逐一进行编号,称为地址。地址与存储单元之间一一对应,且是存储单元的唯一标志。应注意存储单元的地址和它里面存放的内容完全是两回事。
存储器在计算机中处于不同的位置,可分为主存储器和辅助存储器。在主机内部,直接与CPU交换信息的存储器称主存储器或内存储器。在执行期间,程序的数据放在主存储器内,各个存储单元的内容可通过指令随机访问,这样的存储器称为随机存取存储器(RAM)。另一种存储器叫只读存储器(ROM),里面存放一次性写入的程序或数据,仅能随机读出。RAM和ROM共同分享主存储器的地址空间。
因于结构、价格原因,主存储器的容量受限。为满足计算的需要而采用了大容量的辅助存储器或称外存储器,如磁盘、光盘等。
存储器的主要技术指标
存储器的特性由它的技术参数来描述。
一、存储容量:存储器可以容纳的二进制信息量称为存储容量。主存储器的容量是指用地址寄存器(MAR)产生的地址能访问的存储单元的数量。如N位字长的MAR能够编址最多达2N个存储单元。一般主存储器(内存)容量在几十K到几M字节左右;辅助存储器(外存)在几百K到几千M字节。
二、存储周期:存储器的两个基本操作为读出与写入,是指将信息在存储单元与存储寄存器(MDR)之间进行读写。存储器从接收读出命令到被读出信息稳定在MDR的输出端为止的时间间隔,称为取数时间TA;两次独立的存取操作之间所需的最短时间称为存储周期TMC。半导体存储器的存储周期一般为100ns-200ns。
三、存储器的可靠性:存储器的可靠性用平均故障间隔时间MTBF来衡量。MTBF可以理解为两次故障之间的平均时间间隔。MTBF越长,表示可靠性越高,即保持正确工作能力越强。
四、性能价格比:性能主要包括存储器容量、存储周期和可靠性三项内容。性能价格比是一个综合性指标,对于不同的存储器有不同的要求。对于外存储器,要求容量极大,而对缓冲存储器则要求速度非常快,容量不一定大。因此性能/价格比是评价整个存储器系统很重要的指标

‘贰’ 计算机存储器的存取时间和存取周期,能不能详细地介绍一下,不懂啊!!!先谢谢啦

这个是特别专业的问题了,除了设计计算机硬件,特别是CPU和存储部件的人员以外,使用的人们不用关注这个问题的。
因为现在计算机存储的周期都是用毫秒级别和Kbit来计算的,日常使用中存储时间已经不是问题了。

大概是这样的。

‘叁’ 关于计算机组成原理的交叉存储器问题

低位交叉多体并行存储器的特点 :每个模块都有相同的容量和存取速度。其实就是从每个模块读取一个字是并行的,而从一个模块继续读取下一个字,才有时间间隔,这也就是为什么它的带宽比顺序存取大。总而言之,模块间并行,模块内部串行。

‘肆’ 计算机组成原理(三)存储系统

辅存中的数据要调入主存后才能被CPU访问

按存储介质,存储器可分为磁表面存储器(磁盘、磁带)、磁心存储器半导体存储器(MOS型存储器、双极型存储器)和光存储器(光盘)。

随机存取存储器(RAM):读写任何一个存储单元所需时间都相同,与存储单元所在的物理位置无关,如内存条等

顺序存取存储器(SAM):读写一个存储单元所需时间取决于存储单元所在的物理位置,如磁盘等

直接存取存储器(DAM):既有随机存取特性,也有顺序存取特性。先直接选取信息所在区域,然后按顺序方式存取。如硬盘

相联存储器,即可以按内容访问的存储器(CAM)可以按照内容检索到存储位置进行读写,“快表”就是一种相联存储器

读写存储器—即可读、也可写(如:磁盘、内存、Cache)
只读存储器—只能读,不能写(如:实体音乐专辑通常采用CD-ROM,实体电影采用蓝光光盘,BIOS通常写在ROM中)

断电后,存储信息消失的存储器——易失性存储器(主存、Cache)
断电后,存储信息依然保持的存储器——非易失性存储器(磁盘、光盘)
信息读出后,原存储信息被破坏——破坏性读出(如DRAM芯片,读出数据后要进行重写)
信息读出后,原存储信息不被破坏——非破坏性读出(如SRAM芯片、磁盘、光盘)

存储器芯片的基本电路如下

封装后如下图所示

图中的每条线都会对应一个金属引脚,另外还有供电引脚、接地引脚,故可以由此求引脚数目

n位地址对应2 n 个存储单元

假如有8k×8位的存储芯片,即

现代计算机通常按字节编址,即每个字节对应一个地址

但也支持按字节寻址、按字寻址、按半字寻址、按双字寻址

(Dynamic Random Access Memory,DRAM)即动态RAM,使用栅极电容存储信息
(Static Random Access Memory,SRAM)即静态RAM,使用双稳态触发器存储信息

DRAM用于主存、SRAM用于Cache,两者都属于易失性存储器

简单模型下需要有 根选通线,而行列地址下仅需 根选通线

ROM芯片具有非易失性,断电后数据不会丢失

主板上的BIOS芯片(ROM),存储了“自举装入程序”,负责引导装入操作系统(开机)。逻辑上,主存由 辅存RAM+ROM组成,且二者常统一编址

位扩展的连接方式是将多个存储芯片的地址端、片选端和读写控制端相应并联,数据端分别引出。

字扩展是指增加存储器中字的数量,而位数不变。字扩展将芯片的地址线、数据线、读写控制线相应并联,而由片选信号来区分各芯片的地址范围。

实际上,存储器往往需要同时扩充字和位。字位同时扩展是指既增加存储字的数量,又增加存储字长。

两个端口对同一主存操作有以下4种情况:

当出现(3)(4)时,置“忙”信号为0,由判断逻辑决定暂时关闭一个端口(即被延时),未被关闭的端口正常访问,被关闭的端口延长一个很短的时间段后再访问。

多体并行存储器由多体模块组成。每个模块都有相同的容量和存取速度,各模块都有独立的读写控制电路、地址寄存器和数据寄存器。它们既能并行工作,又能交义工作。多体并行存储器分为高位交叉编址(顺序方式)和低位交叉编址(交叉方式)两种.

①高位交叉编址

②低位交叉编址

采用“流水线”的方式并行存取(宏观上并行,微观上串行),连续取n个存储字耗时可缩短为

宏观上,一个存储周期内,m体交叉存储器可以提供的数据量为单个模块的m倍。存取周期为T,存取时间/总线传输周期为r,为了使流水线不间断,应保证模块数

单体多字系统的特点是存储器中只有一个存储体,每个存储单元存储m个字,总线宽度也为m个字。一次并行读出m个字,地址必须顺序排列并处于同一存储单元。

缺点:每次只能同时取m个字,不能单独取其中某个字;指令和数据在主存内必须是连续存放的

为便于Cache 和主存之间交换信息,Cache 和主存都被划分为相等的块,Cache 块又称Cache 行,每块由若干字节组成。块的长度称为块长(Cache 行长)。由于Cache 的容量远小于主存的容盘,所以Cache中的块数要远少于主存中的块数,它仅保存主存中最活跃的若干块的副本。因此 Cache 按照某种策略,预测CPU在未来一段时间内欲访存的数据,将其装入Cache.

将某些主存块复制到Cache中,缓和CPU与主存之间的速度矛盾

CPU欲访问的信息已在Cache中的比率称为命中率H。先访问Cache,若Cache未命中再访问主存,系统的平均访问时间t 为

同时访问Cache和主存,若Cache命中则立即停止访问主存系统的平均访问时间t 为

空间局部性:在最近的未来要用到的信息(指令和数据),很可能与现在正在使用的信息在存储空间上是邻近的

时间局部性:在最近的未来要用到的信息,很可能是现在正在使用的信息

基于局部性原理,不难想到,可以把CPU目前访问的地址“周围”的部分数据放到Cache中

直接映射方式不需要考虑替换算法,仅全相联映射和组相联映射需要考虑

①随机算法(RAND):若Cache已满,则随机选择一块替换。实现简单,但完全没考虑局部性原理,命中率低,实际效果很不稳定

②先进先出算法(FIFO):若Cache已满,则替换最先被调入Cache的块。实现简单,依然没考虑局部性原理

③近期最少使用算法(LRU):为每一个Cache块设置一个“计数器”,用于记录每个Cache块已经有多久没被访问了。当Cache满后替换“计数器”最大的.基于“局部性原理”,LRU算法的实际运行效果优秀,Cache命中率高。

④最不经常使用算法(LFU):为每一个Cache块设置一个“计数器”,用于记录每个Cache块被访问过几次。当Cache满后替换“计数器”最小的.并没有很好地遵循局部性原理,因此实际运行效果不如LRU

现代计算机常采用多级Cache,各级Cache之间常采用“全写法+非写分配法”;Cache-主存之间常采用“写回法+写分配法”

写回法(write-back):当CPU对Cache写命中时,只修改Cache的内容,而不立即写入主存,只有当此块被换出时才写回主存。减少了访存次数,但存在数据不一致的隐患。

全写法(写直通法,write-through):当CPU对Cache写命中时,必须把数据同时写入Cache和主存,一般使用写缓冲(write buffer)。使用写缓冲,CPU写的速度很快,若写操作不频繁,则效果很好。若写操作很频繁,可能会因为写缓冲饱和而发生阻塞访存次数增加,速度变慢,但更能保证数据一致性

写分配法(write-allocate):当CPU对Cache写不命中时,把主存中的块调入Cache,在Cache中修改。通常搭配写回法使用。

非写分配法(not-write-allocate):当CPU对Cache写不命中时只写入主存,不调入Cache。搭配全写法使用。

页式存储系统:一个程序(进程)在逻辑上被分为若干个大小相等的“页面”, “页面”大小与“块”的大小相同 。每个页面可以离散地放入不同的主存块中。CPU执行的机器指令中,使用的是“逻辑地址”,因此需要通“页表”将逻辑地址转为物理地址。页表的作用:记录了每个逻辑页面存放在哪个主存块中

逻辑地址(虚地址):程序员视角看到的地址
物理地址(实地址):实际在主存中的地址

快表是一种“相联存储器”,可以按内容寻访,表中存储的是页表项的副本;Cache中存储的是主存块的副本

地址映射表中每一行都有对应的标记项

主存-辅存:实现虚拟存储系统,解决了主存容量不够的问题

Cache-主存:解决了主存与CPU速度不匹配的问题

‘伍’ 什么是指计算机一次能并行存取

随着计算机应用领域的不断扩大,处理的信息量越来越多,并且现代计算机的I/O设备也在不断增加,因此,提高访存的速度已经成为了迫不及待的任务。于是就出现了并行存储器。
在介绍并行存储器之前,先来介绍一个概念:
**存储器的带宽:表示单位时间内存储器存取的信息量,可用字/秒或者位/秒表示。是衡量数据传输率的重要技术指标。**存储器的带宽是决定了以存储器为中心的机器获得信息的速度。可以通过下面的几种方式提高:

1.缩短存取周期
2.增加存储字长
3.增加存储体
双口RAM
为了提高CPU访问存储体的速度,可以采用双端口的存储器,多模块存储器等技术,它们同属于并行技术。前者为空间并行,后者为时间并行。

多模块存储器
我们还可以从时间上并行并行存取。我们知道CUP的速度要比存储器要快,如果我们同时从存储器中取出几条指令,那么我们就可以充分利用CPU资源,提高运行效率。

多体并行存储器
由多体模块构成,每个模块都有相同的容量和存取速度,有独立的读写控制电路,地址寄存器和数据寄存器。
多体并行存储器分为高位交叉编址和低位交叉编址两种。

高位交叉编址
当程序按体内地址顺序存放,即一个体存满之后,再存入下一个体时,这种方式称为顺序存储,

低位交叉编址
对应于高位交叉编址,低位交叉编址指的是将程序连续存放在相邻体中,又称交叉存储。

访存冲突
但是低位交叉存储可能导致访存冲突,当访存地址在相邻的四次访存中,出现在同一存储块内,就会发生访存冲突。

两种并行存储器的访问时间
设存储器的模块数为n,存取周期为T,总线传输周期为i,当采用流水线方式存取的时候,:

若采用高位交叉编址,那么连续读取n个字节所需的时间t1为: t1 = nT
若采用低位交叉编址,那么连续读取n个字节所需的时间t2为:t2 = T +(n - 1 )i
存储器的交叉模块数 m >= T/i

‘陆’ 存储器的存取时间是指什么

数据存储 和 读取时间,简单对于硬盘来说 就是读写速度

‘柒’ 内存正常读取速度是多少硬盘读取速度是多少

硬盘的读取速度没多大用处,一般机械硬盘用专业软件测得的读取速度在60-120MB/s。但这个数值没多大用处,正常使用中是达不到这个速度的。

好比用U盘向电脑传输一部电影,若电脑USB接口是2.0的,U盘也是2.0的,那么速度也就是10MB/S。若U盘是3.0的,那么速度可达到25MB/S,当电脑和U盘接口都是3.0的,那么速度更快,可到达45MB/S以上。以上数值本人亲测。至于固态硬盘,就一句话,那是相当快。一般都在200MB/S以上。所以说硬盘读取速度只能当参考。接口、文件类型等因素都会影响硬盘速度。

再说内存,平时所说的内存速度是指它的的存取速度,一般用存储器存取时间和存储周期来表示。存储器存取时间(memory access time)又称存储器访问时间,是指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间。存储周期(memory cycle time)指连续启动两次独立的存储器操作(例如连续两次读操作)所需间隔的最小时间。通常,存储周期略大于存取时间,其差别与主存器的物理实现细节有关。

内存的速度一般用存取时间衡量,即每次与CPU间数据处理耗费的时间,以纳秒(ns)为单位。目前大多数SDRAM内存芯片的存取时间为5、6、7、8或10ns。可以这么说,内存主频越高,内存的速度越快。

‘捌’ 在计算机中什么是内存存取时间和存储周期

存取时间,指的是CPU读或写内存内数据的过程时间。

以读取为例,从CPU发出指令给内存时,便会要求内存取用特定地址的数据,内存响应CPU后便会将CPU所需要的数据送给CPU,一直到CPU收到数据为止,便成为一个读取的流程。

存储周期:连续启动两次读或写操作所需间隔的最小时间

内存的存取周期一般为60ns-120ns。单位以纳秒(ns)度量,换算关系1ns=10-6ms=10-9s,常见的有60ns、70ns、80ns、120ns等几种,相应在内存条上标为-6、-7、-8、-120等字样。这个数值越小,存取速度越快。

(8)多体并行存储器读取时间扩展阅读

存储器的两个基本操作为“读出”与“写入”,是指将存储单元与存储寄存器(MDR)之间进行读写。存储器从接收读出命令到被读出信息稳定在MDR的输出端为止的时间间隔,称为“取数时间TA”。两次独立的存取操作之间所需最短时间称为“存储周期TMC”。半导体存储器的存取周期一般为6ns~10ns。

其中存储单元(memory location)简称“单元”。为存储器中存储一机器字或一字节的空间位置。一个存储器划分为若干存储单元,并按一定顺序编号,称为“地址”。如一存储单元存放一有独立意义的代码。即存放作为一个整体来处理或运算的一组数字,则称为“字”。

字的长度,即字所包含的位数,称为“字长”。如以字节来划分存储单元,则一机器字常须存放在几个存储单元中。存储单元中的内容一经写入,虽经反复使用,仍保持不变。如须写入新内容,则原内容被“冲掉”,而变成新写入的内容。

‘玖’ 多体交叉存储器

地址顺序存放(一个体存满后,再存入下一个体),故又有顺序存储之称。高位地址可表示体号,低位地址为体内地址。

高位地址:又称片选地址

串行工作:并没有提高访问速度,一个一个访问,读m个字仍需 m个周期时间

设存储周期为 T ,总线传送周期为 t ,交叉模数为m。

1、一个4体并行低位交叉存储器,每个模块的容量是64K×32位,存取周期为200ns,在以下说法中,( )是正确的。
A. 在200ns内,存储器能向CPU提供256位二进制信息
B. 在200ns内,存储器能向CPU提供128位二进制信息
C. 在50ns内,每个模块能向CPU提供32位二进制信息
D. 都不对
解:对CPU来说,它可以在一个存取周期内连续访问4个模块,32位×4=128位。本题答案为B

2、采用4体并行低位交叉存储器,每个模块的容量是32K×16位,存取周期为400ns,在以下说法中, 是正确的。
A. 在0.1µs内,存储器能向CPU提供 2 6 位二进制信息
B. 在0.1µs内,存储器能向CPU提供 1 6 位二进制信息
C. 在0.4µs内,存储器能向CPU提供 2 6 位二进制信息
D. 都不对
解:400ns=0.4µs,16位×4=64位= 2 6 位。本题答案为C

3、多体并行方式有两种,其中高位交叉编址的多体存储器中,程序 ① 存放,而低位交叉编址的多体存储器中,程序 ② 。
解:本题答案为:① 按体内地址顺序 ② 连续存放在相邻体中。

采用多体交叉存储器时,主要由地址的低位部分来选择各个存储体。
采用多体交叉存储器时,当连续访问的存储单元位于不同的存储体时可获得较高的存取速度。

有M个存储体的低位交叉编址的多体存储器是采用模M编址方式

4、为了通过交叉访问提高存储系的访问速率,必须满足

5、一个4体低位交叉的存储器,假设存取周期为T,CPU每隔1/4存取周期启动一个存储体,试问依次访问64个字需多少个存取周期?

答:

本题中,只有访问第一个字需一个存取周期,从第二个字开始,每隔1/4存取周期即可访问一个字,因此,依次访问64个字需:

存取周期个数 =(64-1)×(1/4)T+T =(63/4+1)T =15.75+1 =16.75T