计算机系统的存储体系结构 论文

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1、计算机系统的存储器体系结构【摘要】：存储器是信息存放的载体，是计算机系统的重要组成部分。有了存储器计算机才有记忆的功能，才能把要计算和处理的数据以及程序存入计算机，使计算机能够脱离人的直接干预，自动工作。显然，存储器的容量越大，存放的信息就越多，计算机体系的功能也就越强。在计算机中，大量的操作是CPU与存储器交换信息。但是，存储器的工作速度相对于CPU总是要低1至2个数量级。因此，存储器的工作速度又是影响计算机系统数据处理速度的主要因素。为了使容量，速度与成本适当折衷，现代计算机系统都是采用多级存储体系结构：主存储器（内存储器），辅助

2、）（外）存储器以及网络存储器。【关键词】：内存（memory）,MPU(寄存器Register)，外存设备，RAM，ROM,Cache存储器。随着计算机和微电子技术的发展，存储器无论是其器件还是体系结构都发生了很大的变化。存储器是计算机的主要部件之一，其容量，速度，价格是存储器设计时所要考虑的三个要素现在有的速度快，但容量小；有的容量大，但速度慢。一般而言，速度快的存储器容量小，位价格高。存储器一般分为内存（memory）,MPU(寄存器Register),外存设备。寄存器（Register）存在于CPU中，直接服务于运算器和控制器，

3、是CPU工作的直接对象，是工作最繁忙的存储器。寄存器的数据存储也是以字节为单位，但根据CPU的字长及工作需要，也可以操作某个位或多个字节。寄存器和运算器，控制器等集成在一起，通过CPU内部总线连接在一起，它们同步工作，寄存器是工作速度最快的存储器。内存Memory和CPU之间通过系统总线直接连接在一起，由CPU直接控制内存的读写操作。内存的基本存储方式是存储单元(MemoryUnit)一个字节Byte长度，8个二进制位Bit。一个计算机系统的所有内存构成一个完整的连续的存储空间，物理地址从0开始连续编址。CPU在访问内存空间中的存储单

4、元时可以随机访问，只需指定其物理地址即可。CPU在读写内存时总是以1/2/4个字节为单位进行，在此基础上可通过寄存器获取其中某个二进制位的数据/状态。单个字节Byte的数据由8位数据构成，D7~D0（最高位~最低位）。两个字节数据合在一起称为字Word,由D15~D0（最高位~最低位）共16位数据构成。四个字节数据合在一起称为双字DWord，由D31~D0（最高位~最低位）共32位数据构成。从低字节到最高字节依次存放在模4地址开始的四个存储单元中，用低字节的地址访问整个双字的所有4字节数据。，存储器有可靠性（MTBF），工作电压和功率

5、消耗低。内存的分类：RAM———RandomAccessMemory随机访问存储器———计算机的主要场所。主要特点：可读写，临时性，易失性，容量大，低电压，速度快，低功耗。主要类型：SRAM(静态)和DRAM（动态）。SRAM：速度快，容量限制，构成复杂，功耗大，成本高——用作Cache。DRAM：速度慢，容量大，构成复杂，功耗大，成本低——用作主存。ROM———ReadOnlyMemory只读存储器——计算机不可缺少的辅助内存。只读，永久性，非易失性，容量小，速度慢，功耗大，使用不便。主要类型：掩模式ROM,PROM,EPROM,E

6、2PROM,FlashROM——数据的擦除和写入方式不同。外存和外设：外存通过外存接口连接到系统总线，在CPU的控制下完成数据的读写操作。不同的外存工作原理不同，具体的数据读写过程和方式也不相同，但外存属于块存储器，一般采用特定方式通过总线与内存交换数据。各种外设【I/O设备】也可以看作是特定的外存。反之，各种外设也属于I/O设备。内存是动态存储器，不能永久大量数据，必须通过外存实现更大容量数据的永久性保存。Cache存储器：多级Cache技术——L1Cache，L2Cache,L3Cache。衡量Cache工作效率的主要指标---命

7、中率---控制策略，数据查找模式等。为了提高Cache的效率，当前在L1Cache中普遍实现了数据（D-Cache）和（L-Cache）分开缓存的技术，L2和L3大多还是数据和指令混合缓存。大幅度提高Cache的容量也能明显改善系统效率。有些外设设备也采用了Cache技术，用来提高和内存之间交换数据的效率，如硬盘等。Intel从1985年为80386CPU提供Cache支持，如今在至强系列XEONCPU中Cache技术发挥到极致。文中主要介绍了存储器体系结构，它是计算机的存储器件，它可以与CPU连接交换数据，也可以用来保存数据。计算机

8、每执行完一条指令，至少都要访问一次存储器。还有它的分类、层次结构、随机存储器RAM和只读存储器ROM的基本知识结构、工作原理等内容，还要从应用的角度介绍存储器容量的形成与CPU的连接，还有辅助存储器及一些新的的技术。【参