计算机组成原理课件第二章存储系统

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1、第二章存储系统计划学时：10学时主要内容概述主存储器高速存储器CACHE存储器虚拟存储器重点内容了解存储系统的层次结构以及各个层次的作用，了解各类存储器的工作原理和结构以及存储器和CPU的连接.§2.1概述一、基本概念存储元件：用一个具有两种稳定状态，并且在一定条件下状态可相互转换的物理器件来表示二进制数码0和1，这种器件称为存储元件。存储单元：由若干个存储元组成一个存储单元。存储器：由若干个存储单元组成了存储器。存储单元地址：每个存储单元的编号。存储器分辩率：指存储器能被区分、识别与操作的精细程度。§2.1概述二、存储器分类按存储介质分（1）磁存储器：磁表面存储器（2）  电子介

2、质：半导体存储器（3）  纸介质存储器（4）  光介质：激光存储器§2.1概述按存取方式分(1)随机存储器ＲＡＭ(2)只读存储器ＲＯＭＭＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ(3)串行访问存储器ＳＡＭ访问指定信息所花费的时间和信息所在的地址或位置有关。①顺序存储器：完全串行访问存储器，信息以顺序的方式从存储介质的始端开始写入（或读出），其读／写时间是顺序与位置的函数，不同位置的单元，其读／写时间是不同的，一般只能用平均读／写时间作为参数，如磁带；②直接存取存储器：是部分串行访问存储器，它介于顺序存取和随机存取之间。对信息的存取包括两个逻辑操作：指向整个存储器的一个区域（磁道或磁头），接着对这

3、一小部分区域顺序存取，如磁盘存储器。磁盘和磁带都是磁表面存储器。§2.1概述按信息的可保护性分类（1）易失性存储器断电后信息将消失的存储器是易失性存储器，如半导体存储器，可以分为动态（DRAM）和静态（SRAM）两种。动态存储器需要在使用过程中经常刷新以保持存储单元内电荷的稳定性，静态存储器由于有电源的支持，不需要。（2）  非易失性存储器。断电后仍保持信息的存储器称为非易失性存储器。如磁带和磁盘等磁表面存储器。非易失性存储器的内容可以不依赖于计算机的运行而存在，因此，这类磁表面存储器一般作外存使用。除磁表面存储器外，ROM也是一种特殊的非易失性存储器。按在计算机系统中的作用分寄存

4、器、高速缓存、主存、辅助存储§2.1概述三、存储器的组成存储器是由存储体、地址寄存器、数据寄存器、和读/写控制线路组成§2.1概述贮存信息的存储体。信息的寻址机构，即读出和写入信息的地址选择机构。这包括：地址寄存器（ＭＡＲ）和地址译码器。存储器数据寄存器ＭＤＲ。写入信息所需的能源，即写入线路、写驱动器等。读出所需的能源和读出放大器，即读出线路、读驱动器和读出放大器。存储器控制部件。无论是读或写操作，都需要由一系列明确规定的连续操作步序来完成，这就需要主存时序线路、时钟脉冲线路、读逻辑控制线路，写或重写逻辑控制线路以及动态存储器的定时刷新线路等，这些线路总称为存储器控制部件。§2.1

5、概述四、存储系统的层次结构存储器系统是计算机中用于存储程序和数据的部件，很重要。对其要求是：尽可能快的读写速度尽可能大的存储容量尽可能低的费用成本怎样才能更好地实现这些要求呢？解决方案用生产成本、运行成本不同、存储容量不同，读写速度不同的多种存储介质，组成一个统一的存储器系统，使每种介质都处于不同的地位，发挥不同的作用，充分发挥各自在速度、容量、成本等方面的优势，从而达到最优性能价格比，满足使用要求。§2.1概述存取速度容量成本存储成本CPU10ns512B1800(美分/KB)缓存20－40ns128KB72主存60－100ns512MB5.6虚存10－20ms60－228GB0

6、.23后援2－20M512GB－2TB0.01若能使CPU大部分时间访问高速缓存，只有当从高速缓存中读不到时访问主存，当从主存中还读不到时才去成批量读虚存，此时CPU转去完成其它作业而不是空闲等待，以提高运行效率。§2.1概述层次间应满足的原则1.一致性原则：处在不同层次的同一个信息应保持相同的值。2.包含性原则：处在内层的信息一定被包含在其外层的存储器中，反之则不成立，即内层存储器的全部信息，是其相邻外层信息的一部分的复制品。§2.1概述§2.1概述CPUCacheMemory辅存虚拟存储器软件、硬件硬件计算机存储系统的层次结构§2.1概述五、数据在存储器中的存放顺序存放一个机器

7、字的存储单元，称为字存储单元。相应的单元地址为字地址。存放一个字节的单元，称为字节单元。相应的地址称为字节地址。§2.1概述一个16位二进制的字存储单元可存放两个字节，可以按字地址寻址，也可以按字节地址寻址。数据在存储器中的存放顺序§2.1概述六、主要技术指标存储容量：在一个存储器中可以容纳的存储单元总数通常称为该存储器的存储容量。即可存储多少位二进制信息代码。存储容量＝存储字数×字长1KB=210B，1MB=220B,1GB=230B，1TB=240B要求：大容量。