CPU与主存储器性能差异及多体结构解析

该资源是关于“主存地址”和“存储器系统”的PPT，主要探讨了主存地址的组织结构，CPU与主存性能的差距，以及为解决这一问题而采用的多层次存储器系统，包括高速缓存(CACHE)、虚拟存储器和多体结构的主存储器。 在计算机组成原理中，主存地址是CPU访问主存储器时的定位标识，通常由主存字块标记、块内地址和组地址等部分构成。主存字块标记用于识别特定的数据块，块内地址则指示块内具体哪个字节或数据单元，而组地址则是在分组存储器组织形式下，对内存进行进一步细分的地址层次。 CPU性能与主存储器性能的发展速度差异显著，根据描述，CPU性能每年大约增长60%，而动态随机存取存储器(DRAM)性能每年仅增长9%。这种差异导致了所谓的“内存墙”问题，即CPU的速度远超主存，造成处理速度的瓶颈。为了解决这个问题，采用了多层次存储器系统的设计理念，其中高速缓存(CACHE)被引入作为CPU和主存之间的缓冲，以减少等待时间。 多体结构的主存储器是一种提高读写速度的方法，通过构建多个可独立操作的存储体，实现并行读写，以提升整体性能。这种结构可以应用于静态和动态存储器，通常按照低位地址交叉编址的方式组织，确保地址分配的连续性，提高访问效率。 层次存储器系统是现代计算机架构的关键组成部分，它包括高速缓存(CACHE)、主存储器(MAIN)和虚拟存储器等。高速缓存是位于CPU和主存之间的高速小容量存储，存储最近频繁访问的数据，以减少CPU访问主存的次数。主存储器是系统的主要数据和程序存储区，虽然较慢但容量较大。虚拟存储器则是利用硬盘空间模拟内存，通过页面替换算法，使得程序可以使用超过物理内存大小的地址空间。 此外，存储保护是存储器系统中的另一个重要方面，它确保程序只能访问分配给它们的存储区域，防止数据的非法篡改或破坏。存储系统的层次性和一致性（数据在不同层次间的一致性）以及包含性（高速缓存中的数据是主存数据的子集）是保证系统正常运行的关键原则。 该PPT涵盖了计算机组成原理中的核心概念，包括主存地址的层次结构、多层次存储器系统的设计和优化策略，以及高速缓存、虚拟存储器在解决性能差距中的作用。这些内容对于理解计算机系统的工作原理至关重要。