计算机组成原理第四章存储系统ppt课件.ppt

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1、第4章存储系统计算机组成原理2009.7.21计算机组成原理第4章存储系统本章介绍了计算机中各种常见存储器芯片的结构和工作原理，以及当存储器芯片不满足系统需求时，如何对存储器进行扩展，采用何种方式对存储器进行管理以提高存储空间的利用率。2009.7.22计算机组成原理本章要点：存储器分类及其工作原理芯片扩展方法存储空间管理方法2009.7.23计算机组成原理4.1计算机存储系统组织方式随着计算机和网络技术的发展，人们对计算机的要求逐渐提高，从最开始只需要计算机代替人进行计算，逐渐过渡到要求计算机系统能长时间保存大量信息，并且方便用户进行异地查询。为了满足人们对各类信息的查询要求，现在的计

2、算机必须要配备容量较大的存储系统。但是计算机存储系统，特别是磁盘存储系统，自身存在很难克服的缺陷，如读取速度慢、寻道时间长等。然而，尽管存储器速度提升缓慢，处理器的处理能力却在快速提高。这就造成了新的矛盾，存储器的数据传输速度远远小于处理器处理数据的速度，使得存储器的性能成为计算机系统性能的瓶颈。2009.7.24计算机组成原理基于以上原因，计算机中配置存储器时，需要考虑两方面的问题：（1）如何利用有限的存储空间尽可能多地存储数据、方便快捷地读出数据。（2）如何将慢速的磁盘存储器和快速的处理器匹配起来。第1个问题的解决方法，我们将在4.5节中详细介绍。下面简单介绍第2个问题的解决方法。为

3、了同时满足用户对容量和速度的要求，计算机系统往往会采用以下的存储器配置方法，如图4-1所示。2009.7.25计算机组成原理2009.7.26计算机组成原理大容量磁盘存储器处于存储系统的最底层，其主要作用是给计算机系统提供一个较大的存储容量，因此，对它的要求主要是存储容量要尽可能大。在计算机中配置了磁盘存储器后已经解决了容量问题，为什么还要加内存呢？原因在于匹配CPU和磁盘的速度。从前面的分析我们可以知道，计算机中，CPU的处理速度比磁盘的读写速度快得多，如果不进行速度匹配，则会出现CPU长时间等待磁盘输入数据的情况，从而降低CPU利用率，影响系统性能。内存的读写速度比CPU的速度慢，但

4、是比磁盘快，刚好可以起到速度匹配的作用，同时，因为内存解决的主要问题不是容量问题，所以对其容量的要求不是特别高。2009.7.27计算机组成原理寄存器和Cache都是CPU中的存储器，但是二者作用却不完全相同。寄存器的读写速度最快，主要用于直接提供CPU计算所需要的数据；Cache，又叫高速缓存，作用与内存相似，主要用于匹配相对低速的内存和高速的寄存器。由此可见，二者对速度的要求都很高，而对容量的要求则较小。基于以上的原因，目前市场上的主流磁盘容量都在160G以上，内存的容量大都是512M或1G，而Cache的容量则在1M左右。思考：联系实际，一台微型计算机存储系统包含那些部件？它们分别

5、存在于计算机那些地方？作用是什么？2009.7.28计算机组成原理4.2半导体存储器芯片介绍目前，几乎所有的存储器都是用半导体材料做成的。但是根据存储器的使用特性可以将存储器分为两类：随机存取存储器（RandomAccessMemory，RAM）和只读存储器（Read-OnlyMemory，ROM）。只读存储器跟随机存储器不同，用户在使用时只能读取其中的数据，如果要对ROM中的数据进行修改，则必须采用特殊的方法进行，因此ROM可以用于保存不需要经常改变的程序和数据，如：设备驱动程序等。同时，ROM有掉电保护功能，可用于制造磁盘等能长时间保存信息且不受断电影响的存储器。常用ROM有以下五类

6、：2009.7.29计算机组成原理掩模式（Masked）ROM：该种ROM不允许用户对其修改。可编程ROM（ProgrammableROM，PROM）：该种ROM允许用户对其进行一次修改，一旦程序或数据写入则不允许用户再次修改。可擦除PROM（ErasablePROM，EPROM）：该种ROM允许用户在第一次写入数据后再次进行修改，但是修改时必须先用紫外光擦除原来的数据。电可擦除PROM（Electrically ErasableROM，EEPROM又叫E2PROM）：该种存储器与PROM一样可以对数据进行多次修改，但是不同的是E2PROM不需要紫外光擦除，而是采用加电的方式进行擦除。闪

7、存（Flash memory）。闪存是电可擦除只读存储器（EEPROM）的变种，所不同的是，闪存的删除写入是以字节为单位，而EEPROM是以整块芯片为单位。现在的U盘、MP3和MP4等都使用的是闪存。2009.7.210计算机组成原理4.2.1SRAM芯片的结构和工作原理1．内部存储单元SRAM的一个存储单元可以用来保存一位数据，即可保存一个“0”或一个“1”。电路如图4-2所示。图4-2SRAM内部存储单元电路中使用的T1、T2、