存储器及存储系统

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1、第3章存储器及存储系统2本章学习内容存储器的分类及层次结构半导体存储器的工作原理以及与CPU的连接高速缓冲存储器Cache的工作原理虚拟存储器的工作原理3.1存储体系概述二进制位（bit）是构成存储器的最小单位；字节（8bits）是数据存储的基本单位。单元地址是内存单元的唯一标志。存储器具有两种基本的访问操作：读和写。存储器的分类主存储器的性能指标存储器的层次结构一二三一、存储器的分类--主存储器主存储器：又称内存，为主机的一部分，用于存放系统当前正在执行的数据和程序，属于临时存储器。主要由半导体存储器构成，常采用并行方式进行读写访问。ROM（MROM、PROM、EPRO

2、M、E2PROM、FlashROM）：具有非易失性，结构简单，成本低等优点，常用于保存关键、重要的系统程序，如BIOS；RAM（SRAM、DRAM）：具有易失性，可随机读写，用于保存临时程序与数据，其中SRAM与DRAM相比具有集成度低、速度快。价格高、不需刷新等特点；常有TTL和CMOS两种不同的工艺。Cache（一级、二级）：具有高速、小容量、成本高的特点，采用高速SRAM制成，具有多级结构，重点掌握哈佛结构。一、存储器的分类--辅助存储器辅助存储器：又称外存，为外部设备，用于存放暂不用的数据和程序，属于永久存储器。主要由磁表面和激光存储器构成，常用串行或串并结合（直

3、接存取）访问。磁带存储器；磁盘（软、硬）存储器；激光存储器：具有容量大、速度慢、价格低等特点；以上存储器若与存储器管理软件结合可构成虚拟存储器。一、存储器的分类--综述主存储器辅助存储器存储器RAMROMSRAMDRAM磁盘光盘软盘硬盘→Cache磁带MROMPROMEPROME2PROMCD-ROMWORMEOD二、主存储器的性能指标1、存储容量：指存储器可容纳的二进制信息量，描述存储容量的单位是字节或位。量化单位：1K＝2101M＝2201G＝2301T＝240存储器芯片的存储容量(1)＝存储单元个数×每存储单元的位数存储器芯片的存储容量(2)＝存储单元个数×每存储单

4、元的位数/8兆千兆太二、主存储器的性能指标2、存储速度：由以下3个方法来衡量。TA存取时间（MemoryAccessTime）：指启动一次存储器操作到完成该操作所需的全部时间。存取时间愈短，其性能愈好。通常存取时间用纳秒（ns＝10－9s）为单位。TM存储周期（MemoryCycleTime）：指存储器进行连续两次独立的存储器操作所需的最小间隔时间。通常存取周期TM大于存取时间TA，即TM≥TABW存储器带宽：是单位时间里存储器所能存取的最大信息量，存储器带宽的计量单位通常是位/秒（bps）或字节/秒，它是衡量数据传输速率的重要技术指标。BW=字长W/存取周期TM二、主存

5、储器的性能指标3、存储器的价格：用每位的价格来衡量。设存储器容量为S，总价格为C，则位价为C/S(分/位)。它不仅包含了存储元件的价格，还包括为该存储器操作服务的外围电路的价格。4、可靠性：指存储器正常工作（正确存取）的性能。5、功耗：存储器工作的耗电量。存储容量、速度和价格的关系：速度快的存储器往往价格较高，容量也较小。容量、速度和价格三个指标是相互制约的。三、存储器的层次结构1.分级原理：根据程序执行的集中性和局部性原理而构建的分层结构。信息流动分规律为从低速、大容量层次向高速、小容量层次流动，解决速度、价格、价格这三者之间的矛盾，层次间信息块的调度由硬件和软件自动完

6、成，其过程对用户透明。2.三级存储管理系统：Cache：·采用TTL工艺的SRAM，哈佛结构；·采用MOS工艺的SRAM，指令与数据混存，其与内存之间信息块的调度（几十字节）全由Cache控制器硬件完成。主存：·ROM常用FROM，E2PROM等构成；·RAM常用DRAM构成，RAM和ROM采用统一编码。虚存：采用磁盘存储器，主存+OS中的存储器管理软件联合构成，其信息块常用页、段表示，其间的信息块调度由管理软件完成。三、存储器的层次结构访问速度越来越快存储容量越来越大，每位的价格越来越便宜由Cache控制器管理形成Cache层次由OS管理形成虚拟存储器层次存储器的主要性

7、能特性比较存储器层次通用寄存器Cache主存储器磁盘存储器脱机存储器存储周期<10ns10～60ns60～300ns10～30ms2～20min存储容量<512B8KB～2MB32MB～1GB1GB～1TB5GB～10TB价格很高较高高较低低材料工艺ECLSRAMDRAM磁表面磁、光等ms（毫秒），μs（微秒），ns（毫微秒）1s=1000ms，1ms=1000μsRAMBUS内存条DDR内存条内存硬盘磁盘片磁头马达磁头驱动辅助电路硬盘优盘优盘3.2主存储器特点：主存储器可以被CPU直接存取（访问）。一般由半导体材质构成。随机