"高等计算机体系结构第十讲：Cache与分层存储体系结构研究"

在"高等计算机体系结构-第十讲-预习版1"中，讨论了第五章的内容，包括5.1到5.3节。此外，还介绍了Maurice Wilkes早期关于cache的论文以及Wilkes在“Slave Memories and Dynamic Storage Allocation”中的研究成果。本讲还介绍了分层存储体系结构和Cache的概念，重点参考了Patterson的观点。 第五章的内容主要涵盖了存储器的层次结构和主存储器的设计。在计算机系统中，存储器的层次结构是为了解决处理器与主存之间速度差异的问题，即速度更快但容量更小的存储器层次可以提供更快的访问速度，而速度较慢但容量更大的存储器层次可以提供更大的存储容量。该章的内容主要围绕存储器层次结构的设计原则、各层次存储器的特点和功能以及访问时间的计算公式展开。 Maurice Wilkes是计算机领域的重要人物，他为计算机体系结构和存储器设计做出了重要贡献。他在早期关于cache的论文中，研究了如何利用cache存储器提高计算机的性能。他发现，通过将主存中经常被访问的数据块存储在速度更快的cache中，并通过预取算法提前将可能被访问的数据块加载到cache中，可以显著减少处理器等待数据的时间，从而提高计算机的执行效率。 Wilkes在“Slave Memories and Dynamic Storage Allocation”一文中，主要研究了动态存储分配的技术。他提出了一种新的存储器管理方案，通过动态地将存储器分割成可变大小的块，并使用一种叫做“地址转换表”的数据结构来管理这些块，从而提高了存储器的利用率和灵活性。这一研究成果为后来的操作系统和存储器管理提供了重要的启示。 此外，本讲还介绍了分层存储体系结构和Cache的概念。在计算机系统中，分层存储体系结构是一种将存储器划分为多层的设计，其中每一层都有不同的访问速度和容量特点。主存和cache是分层存储体系结构中两个重要的层次。Cache是由一块相对较小但速度更快的存储器组成的，它作为处理器与主存之间的缓冲区，在提高数据访问速度的同时，减轻了主存的负载压力。 Patterson在他的著作中进一步深化了Cache的概念。他提出了一种基于“命中（hit）”和“不命中（miss）”的Cache设计方法，重点考虑了Cache的命中率和容量。他指出，提高Cache的命中率可以减少对主存的访问，并且通过增加Cache的容量也可以进一步提高命中率。他还介绍了一些常用的Cache优化技术，如多级Cache和Cache替换算法等。 综上所述，本讲主要讨论了存储器的层次结构和主存储器的设计，以及Maurice Wilkes在cache和动态存储分配方面的研究成果。此外，还介绍了分层存储体系结构和Cache的概念，并着重参考了Patterson的观点。通过学习这些内容，可以更好地理解和设计计算机体系结构中的存储器子系统，提高计算机的性能和效率。