计算机组成原理第四章课件.ppt

《计算机组成原理第四章课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第二篇计算机系统硬件结构第四章存储器4.1概述4.2主存储器4.3高速缓冲存储器4.4辅助存储器本章重点1、存储器的分类2、随机存储器、只读存储器、高速缓冲存储器*3、存储器与CPU的连接、存储器芯片的扩展*4、存储器的校验第四章存储系统4.1概述一、存储器分类：1.按存储介质分：存储介质——存储器中存放信息的物理元件。1）半导体存储器用半导体器件来存取数据，目前普遍采用。特点：体积小，功耗低，速度快，具有电易失性。常用作主存（内存）。2）磁表面存储器用磁材料构成的磁层来存取信息，磁层需要依附在某种基体上，常根据基体的形状为磁表面存储器取名。如：磁盘、磁带等。特点：非电易失性，容量大，位价低

2、，速度慢。常用作辅存（外存）。半导体vs磁表面3）光盘存储器用磁光材料作为存储介质，用激光学原理进行读/写，基体为塑料圆盘。特点：非电易失性，存储容量大，耐用性好，可靠性高，速度比硬盘低，常用作硬盘的后备存储器。2.按存取方式分：1）随机存取存储器：半导体材质RandomAccessMemory（RAM）可读可写，任一存储单元的内容都可随机存取，且存取时间与存储单元的物理位置无关。广泛用于主存。其中：SRAM（静态）：适用于cache；DRAM（动态）：适用于主存。2）只读存储器：ReadOnlyMemory（ROM）半导体正常工作时，只读不写（历史概念），写入操作需通过特殊手段完成，其它特点

3、同RAM。特点：非电易失性，可靠性高，常用于主存的系统程序区。可分为PROM、EPROM、EEPROM等。*3.按在计算机系统中的作用分，可分为：主存储器（内部存储器，MM）；辅助存储器（外部存储器）；缓冲存储器等。计算机系统常用存储器分类图：SRAMRAMDRAM掩膜ROM（MROM）主存储器PROM（一次性）ROMEPROMEEPROMFLASHROM（U盘）存储器磁盘辅助存储器磁带光盘高速缓存——Cache等二、存储系统的层次结构思考：你如何衡量存储器的好坏？为什么要引入存储系统的层次结构？1.存储器的重要性及要求：重要性不言而喻。使用者理想中的要求：尽可能快的读写速度，尽可能

4、大的存储容量，尽可能低的成本费用。实际情况：没有任何一种存储器能同时满足上述三种要求。2.解决方案：选用成本不同的、存储容量不同的、读写速度不同的多种存储介质，按一定的层次结构组织成一个统一的存储器系统，使每种介质充分发挥各自在速度、容量、成本方面的优势，从而达到综合的最优性能。这样一个存储整体称为“存储系统”。存储系统结构框图：传统的存储系统采用四级宝塔形结构，如下图寄存器Cache主存外存磁盘光盘1)通用寄存器组：处于CPU内部。其速度最快、容量最小、位价最高，但由于容量太小，并不被看成是独立的存储级。2）高速缓存（Cache）：为了缓解主存与CPU之间的速度之差，主存与CPU之间增设了一

5、个缓冲存储器。其容量比通用寄存器组大得多，比主存小得多，速度接近CPU，位价介于寄存器与主存之间。3）主存：是存储系统的核心，是计算机自动运行程序必不可少的功能部件。因此，计算机对主存的要求是比较高的，但在目前的存储技术水平下，主存只能做到容量比较大、速度比较快、位价适中，仍然远远满足不了CPU运行程序的要求。4）辅助存储器（外部存储器）：为了存放大量备用的程序和数据，在主机之外设置了一级辅助存储器，其容量比主存大得多，速度比主存慢得多，但位价也便宜得多。4.存储系统的工作：存储系统的工作主要体现在两个层次上：Cache—主存层次：计算机在运行程序访存时，有一段时间内集中访问一小片区域的倾向，

6、即具有“程序运行的局部性”。程序运行的局部性原理：程序运行时的局部性原理表现在：在一小段时间内，最近被访问过的数据很可能再次被访问在空间上，这些被访问的数据往往集中在一小片存储区在访问顺序上，顺序执行指令比转移执行可能性大(约5:1)根据这一特点，可以在计算机运行程序时，通过合理的调度将当前使用最多的一小段程序和数据放在Cache中，使CPU大部分时间访问高速缓存Cache，只有个别的指令或数据从缓存中读不到，需要到主存去取。这样，从整体运行的效果分析，CPU访存速度最快，接近于Cache的速度，而寻址空间（容量）和位价却接近于主存。主存—辅存层次：为了更好地对主存、辅存统一调度，目前广泛采用

7、虚拟存储技术，即将主存与辅存的一部分通过软硬结合的技术组成虚拟存储器，程序员可使用这个比主存实际空间大很多的虚拟地址空间编程，当程序运行时，再由软、硬件自动完成虚拟地址空间与主存实际物理空间的转换。这个转换操作对于程序员来说是透明的，因此，从程序员的角度看，他所使用的存储器其容量和位价接近于辅存，而速度接近于主存。综合上述两个存储层次的作用，从整个存储系统来看，就达到了速度快、容量大、位价低的优化