计算机体系结构：Lecture-07 Memory Hierarchy Design.pdf

计算机体系结构 - 内存层次设计 计算机体系结构是计算机科学中一个重要的分支，内存层次设计是其中一个关键组件。本文将从内存层次设计的角度，探讨计算机体系结构的重要知识点。 内存墙和功率墙 在现代计算机系统中，CPU 的速度增加速度远远快于内存带宽的增加，这使得内存墙和功率墙问题变得越来越严重。特别是在多处理器系统中，这个问题变得更加复杂。缓存占用了总CPU功率的25%到50%，这也增加了功率墙问题的复杂度。 典型的PC组织 典型的PC组织包括中央处理单元（CPU）、缓存、主存储器和输入/输出 devices。其中，缓存是位于CPU和主存储器之间的高速小型存储器，用于存储经常访问的数据，以提高系统性能。 DSP风格的内存系统 DSP风格的内存系统是一种特殊的内存组织形式，常用于数字信号处理（DSP）系统。该系统包括双标签的SRAM、可编程的ROM或FLASH、DRAM等组件。这种组织形式可以提高系统的性能和灵活性。 内存技术 内存技术是计算机的核心组件，包括各种类型的内存，例如DRAM、SRAM、ROM、Flash Memory等。这些内存技术的发展对计算机的成功起着至关重要的作用。 内存延迟度量 内存延迟度量是衡量内存性能的重要指标，包括访问时间和周期时间。访问时间是指从请求读取内存到获取数据所需的时间，而周期时间是指两个请求之间的最小时间间隔。 DRAM技术 DRAM是动态随机存储器，使用一个晶体管来存储一个位。为了防止数据丢失，DRAM需要周期性地刷新每个位。DRAM访问时需要refresh所有位，导致大约5%的时间不可用。为了限制封装成本，地址线被多路复用。 Wide Data-Out DRAMs Wide Data-Out DRAMs是一种特殊的DRAM组织形式，可以输出多个位数据。这种组织形式使用多个阵列，每个阵列提供一个位数据，以实现更高的输出速率。 DIMMs、Ranks、Banks和Arrays DIMMs（Dual In-Line Memory Modules）是计算机系统中的一种内存模块，Ranks和Banks是DIMM中的组件，Arrays是银行中的组件。这些概念是计算机体系结构中非常重要的知识点。 SRAMs SRAM是静态随机存储器，内存单元比DRAM大，通常需要6个晶体管来存储一个位。SRAM的访问速度比DRAM快，但造价较高。SRAM常用于高速缓存和其他高速存储器应用中。 计算机体系结构中的内存层次设计是一个关键组件，涉及多个知识点，包括内存墙和功率墙、典型的PC组织、DSP风格的内存系统、内存技术、内存延迟度量、DRAM技术、Wide Data-Out DRAMs、DIMMs、Ranks、Banks和Arrays、SRAMs等。