第三章存储系统ppt课件.ppt

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1、第三章存储系统3.1存储器概述3.1.1存储器的发展一、存储器件的变化第一台电子计算机ENIAC用的是电子管触发器；此后经历过：汞延迟线——磁带——磁鼓——磁心（1951年始）——半导体（1968年IBM360/85首次将其用作Cache；1971年IBM370/145首次将其用作主存，取代了磁芯）。主存的重要作用及主存器件发展史总结图表：主存的重要作用图示外设主外设存输入的数据要输出的数据程序中间数据控制器运算器指令数据主存器件发展史总结表时代元件存取周期存储容量*1磁鼓等12s2K字节2磁心2.18s32K字节3磁心750ms1M字节3.5IC，L

2、SI320ms8M字节4VLSI312ms128M字节二、存储体系结构的发展1、由主-辅二级结构发展到多层次存储体系结构。2、主存由单体发展到多体交叉（并行）。3、采用了虚拟存储技术。3.1.2评价存储器性能的主要指标一、存储容量能存放二进制位的总量。一般主存和辅存分别考查。常以字节B（Byte）为单位（MB、GB、TB）。关于W（字长）：8的倍数地址码的位数与主存容量的关系。二、存取时间和存取周期1、存取时间（MemoryAccessTime）：孤立地考察某一次R/W操作所需要的时间，以TA表示。2、存取周期（MemoryCircleTime）：连续两

3、次启动R/W操作所需间隔的最小时间，以TM（TC、TMC）表示。TA、TM的内涵：TM>TA。单位：ns。三、频宽（带宽）Bm：单位时间内读取的信息量。Bm=W/TM（B/s，b/s）其中W——每次R/W数据的宽度，一般等于Memory字长。例：计算机A、B编址单位分别是32bit和8bit，TM均为10ns。求二者的带宽。解：4X108B/s；108B/s反映主存的数据吞吐率。按此定义Bm也被叫做存储器的数据传输率。四、价格：以每位价格来衡量。P=C/SC——存储芯片价格，S——存储芯片容量（bits）。容量越大、速度越快，价格就越高。3.1.3存储器分

4、类一、按存储介质分1、半导体存储器利用触发器的双稳态或MOS管栅极有无电荷来表示二进制的0/1。2、磁表面存储器：利用两种不同的剩磁状态表示二进制0/1。常见有磁带、磁盘两种。3、光及磁光存储器（1）利用激光在非磁性介质上写入和读出信息，也称第一代光存储（技术）（OpticalMemory）。（2）利用激光在磁记录介质上存储信息，也称第二代光存储（技术）（MegnetoopticalMemory）。二、按存取方式（工作方式）分1、随机存取存储器RAM（RandomAccessMemory）按地址码编址，地址译码线对应唯一确定的存储单元（1位、1字节、1字……

5、）；按照给定地址可以随时访问（R/W）任何存储单元，且访问时间与存储单元的物理位置无关；速度较快，TM为ns级。常用作Cache和主存。2、只读存储器ROM（ReadOnlyMemory）也是按地址译码访问，但只能随机读取，不能随机写入。又分为MROM、PROM、EPROM和FlashROM几类。3、直接存取存储器DAS（DirectAccessStorage）信息所在地址按控制字编码形式给出，然后以字符、记录形式成块存取。存取时间与信息所在物理位置有关；容量大，寻址较慢，便宜。磁盘。4、串行（顺序）存取存储器SAM（SerialAccessMemory）以

6、记录、字节形式成块、成组存取信息；地址以块号和块间间隔给出，要顺序找到块号，再依次存取；磁带。三、按在计算机中的功能分1、主存储器存放计算机运行其间的大量程序和数据；由MOS半导体存储器构成DRAM（动态）；CPU直接访问。2、高速缓冲存储器（Cache）存放最活跃的程序块和数据；由双极型半导体存储器或MOS型的SRAM（静态）构成；3、辅助存储器（外存）4、控制存储器（控存、CM）微程序设计（控制器）的计算机中，存放解释执行机器指令的微程序。ROM。属于控制器。3.1.4多层次存储体系结构一、为什么要用多层次存储体系结构主存的速度总落后于CPU的需要，主存

7、的容量总落后于软件的需要。二、多层次存储结构系统的设计目标在一定的成本下，获得尽可能大的存储容量、尽可能高的存取速度及可靠性等。容量、速度、和成本的矛盾。三、多层次存储结构系统的一般形式CPUM0M1Mn-1磁带光盘磁盘磁盘Cache主存CacheCPU寄存器……存储器层次结构的一般模式图多层次存储器实际构成四、多层次存储结构系统的常见形式——三级存储器体系结构寄存器组Cache主存辅存辅助硬件辅助软、硬件CPU1、通用寄存器（组）速度近于CPU，少量连续计算时存放部分数据及中间结果，通过减少主存访问而提高系统速度。2、Cache-主存层次（1）什么是cac

8、he高速缓冲存储器，高缓。是在CPU和主存之间的小容