计算机组成原理：MESI协议与存储系统解析

"MESI协议-计算机组成原理第三章课件(白中英版)" MESI协议是多处理器系统中管理高速缓存(Cache)一致性的一种重要机制，它用于跟踪Cache块的状态，确保多个处理器间数据的一致性。协议中，Cache块可以处于四种状态：修改(M)、唯一(E)、共享(S)和无效(I)。 1. 修改(M)状态：当Cache块中的数据已被修改，与主存中的数据不同，且这个修改仅存在于当前Cache中。这种状态下，其他处理器的Cache中如果也有相同地址的数据，则应标记为无效。 2. 唯一(E)状态：Cache块的数据与主存相同，并且这个数据只存在于当前Cache中，不存在于其他任何处理器的Cache中。 3. 共享(S)状态：Cache块的数据与主存相同，可能存在于其他处理器的Cache中，表示有多个Cache副本持有该数据。 4. 无效(I)状态：Cache块中的数据无效，不能使用，需要从主存重新加载。 在计算机组成原理中，存储系统是至关重要的部分，它分为多个层次以平衡容量、速度和成本。存储器按照不同的分类方式有多种类型： - 按存储介质：如半导体存储器（如RAM、SRAM、DRAM）、磁表面存储器（如硬盘）。 - 按存取方式：随机存储器(RAM)允许随机存取，顺序存储器则需要按照特定顺序存取。 - 按存储器的读写功能：只读存储器(ROM)、随机读写存储器(RAM)等。 - 按信息的可保存性：非永久记忆（断电丢失数据，如RAM）和永久记忆（如ROM、EEPROM）。 - 按在计算机系统中的作用：主存、辅存、高速缓存、控制存储器等。 存储系统的分级结构通常包括寄存器、高速缓存、主存储器和辅助存储器。寄存器是微处理器内部最快的存储单元，而高速缓存（如MESI协议管理的Cache）用来缓解主存速度和处理器速度之间的差距。主存储器（通常由DRAM组成）用于存储当前运行的程序和数据，而辅助存储器（如硬盘）则提供更大的容量，但速度较慢。 主存储器的技术指标包括： - 存储容量：通常以字节(B)为单位，芯片内部以位(b)为单位。 - 存取时间：从发出读写命令到数据传输完成所需的时间。 - 存取周期：两次连续存取操作的最小间隔时间。 - 存储器带宽：单位时间内存储器能处理的数据量。 这些技术指标直接影响了计算机的整体性能，特别是在现代多核处理器系统中，有效的缓存一致性协议如MESI协议对于提升系统效率至关重要。