存储系统和结构.ppt

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1、存储系统和结构1本章学习内容一、存储系统的组成二、主存储器的组织三、半导体随机存储器和只读存储器四、主存储器的连接与控制2一、存储系统的组成存储系统和存储器是两个不同的概念，下面首先介绍各种不同用途的存储器，然后讨论它们是如何构成一个存储系统的。3（一）存储器分类1.按存储器在计算机系统中的作用分类⑴高速缓冲存储器高速缓冲存储器用来存放正在执行的程序段和数据。高速缓冲存储器的存取速度可以与CPU的速度相匹配，但存储容量较小，价格较高。⑵主存储器主存用来存放计算机运行期间所需要的程序和数据，CPU可直接随机地进行读/写访

2、问。41.按存储器在计算机系统中的作用分类（续）⑶辅助存储器辅助存储器用来存放当前暂不参与运行的程序和数据以及一些需要永久性保存的信息。辅存设在主机外部，CPU不能直接访问它。辅存中的信息必须通过专门的程序调入主存后，CPU才能使用。5⑴随机存取存储器RAMCPU可以对存储器中的内容随机地存取，CPU对任何一个存储单元的写入和读出时间是一样的，即存取时间相同，与其所处的物理位置无关。⑵只读存储器ROMROM可以看作RAM的一种特殊形式，其特点是：存储器的内容只能随机读出而不能写入。这类存储器常用来存放那些不需要改变的信

3、息。2.按存取方式分类6⑶顺序存取存储器SAMSAM的内容只能按某种顺序存取，存取时间的长短与信息在存储体上的物理位置有关，所以SAM只能用平均存取时间作为衡量存取速度的指标。⑷直接存取存储器DAMDAM既不像RAM那样能随机地访问任一个存储单元，也不像SAM那样完全按顺序存取，而是介于两者之间。当要存取所需的信息时，第一步直接指向整个存储器中的某个小区域；第二步在小区域内顺序检索或等待，直至找到目的地后再进行读/写操作。2.按存取方式分类（续）7⑴磁芯存储器采用具有矩形磁滞回线的磁性材料，利用两种不同的剩磁状态表示“

4、1”或“0”。磁芯存储器的特点是信息可以长期存储，不会因断电而丢失；但磁芯存储器的读出是破坏性读出，即不论磁芯原存的内容为“0”还是“1”，读出之后磁芯的内容一律变为“0”。⑵半导体存储器采用半导体器件制造的存储器，主要有MOS型存储器和双极型存储器两大类。MOS型存储器集成度高、功耗低、价格便宜、存取速度较慢；双极型存储器存取速度快、集成度较低、功耗较大、成本较高。半导体RAM存储的信息会因为断电而丢失。3.按存储介质分类8⑶磁表面存储器在金属或塑料基体上，涂复一层磁性材料，用磁层存储信息，常见的有磁盘、磁带等。由于

5、它的容量大、价格低、存取速度慢，故多用作辅助存储器。⑷光存储器采用激光技术控制访问的存储器，一般分为只读式、一次写入式、可读写式3种，它们的存储容量都很大，是目前使用非常广泛的辅助存储器。3.按存储介质分类（续）9断电后，存储信息即消失的存储器，称易失性存储器。断电后信息仍然保存的存储器，称非易失性存储器。如果某个存储单元所存储的信息被读出时，原存信息将被破坏，则称破坏性读出；如果读出时，被读单元原存信息不被破坏，则称非破坏性读出。具有破坏性读出的存储器，每当一次读出操作之后，必须紧接一个重写（再生）的操作，以便恢复被

6、破坏的信息。4.按信息的可保存性分类10（二）层次化存储系统根据容量和工作速度把几种不同特性的存储器件构成分成一个多层次的存储系统：将速度较慢、价格/容量比较低的存储器件实现较低层次的大容量存储器；用少量的速度较快、容量较小、价格/容量比较高的存储器件实现高速的存储层次；这样可以用较低的成本实现大容量存储，又使存储器具有较高的平均访问速度。现代计算机系统中的层次化存储系统结构图如下图所示。11其中，最高层次的存储部件是CPU中的寄存器，是一个高速存储部件，其存取速度最快，存储容量最小，价格/容量比最大；最低层次的存储部

7、件是辅助存储器，由磁盘（软磁盘和硬磁盘）、磁带和光盘等组成，是一个大容量存储部件，其存取速度慢、存储容量大、价格/容量比小，12目前多数计算机系统采用Cache、主存储器、辅助存储器三级存储器系统构成两个存储层次：Cache-主存存储层次（Cache存储系统）主存-辅存存储层次（虚拟存储系统）。如图所示。13■Cache-主存存储层次用来解决主存速度低的问题，弥补CPU与主存在速度上的差异。CPU访问Cache存储系统时，速度接近Cache速度，而容量是主存容量，价格/容量比接近主存。在主存和Cache之间增加辅助硬件

8、使主存和Cache构成一个整体，CPU对Cache和主存层次的调度全部由硬件实现。Cache存储系统对系统程序员和应用程序员都是透明的。14Cache－主存存储层次（Cache存储系统）Cache存储系统是为解决主存速度不足而提出来的。从CPU看，速度接近Cache的速度，容量是主存的容量，每位价格接近于主存的价格。由于Cache