计算机组成原理电子教案唐为方 第3章 存储系统.ppt

第三章 存储系统 第三章 存储系统 概述 随机读写存储器 只读存储器 高速存储器 CACHE存储器 虚拟存储器 概述——基本概念 基本概念 存储元件：用一个具有两种稳定状态，并且在一定条件下状态可相互转换的物理器件来表示二进制数码0和1，这种器件称为存储元件。 存储单元：由若干个存储元组成一个存储单元。 存储器：由若干个存储单元组成了存储器。 概 述——存储器分类 存储器分类 按存储介质分 按存取方式分 按存储器的读写功能分 按信息的可保性分 按在计算机系统中的作用分 概述——存储系统的层次结构 存储系统的层次结构 存储器系统是计算机中用于存储程序和数据的部件，很重要。 对其要求是： 　　尽可能快的读写速度 　　尽可能大的存储容量 　　尽可能低的费用成本 怎样才能更好地实现这些要求呢？ 概述——存储系统的层次结构 解决方案—多级存储器体系结构 用生产成本与运行成本不同的存储容量不同，读写速度不同的多种存储介质，组成一个统一的存储器系统，使每种介质都处于不同的地位，发挥不同的作用，充分发挥各自在速度、容量、成本方面的优势，从而达到最优性能价格比，满足使用要求。 概述——存储系统的层次结构 存取速度 容量成本 存储成本 CPU 10ns 512B 1800 (美分/KB) 缓存 20~40ns 128KB 72 主存 60~100ns 512MB 5.6 虚存 10~20ms 60~228GB 0.23 后援 2~20M 512GB~2TB 0.01 若能使CPU大半部分时间访问高速缓存，只在从缓存中读不到时才从主存中去读，当从主存中还读不到时才去成批量读虚存， 此时 CPU 转去完成一点其它处理而不是空闲等待，以提高运行效率。 概述——存储系统的层次结构 设备工艺 带宽 传送单位 分配管理 CPU ECL 400~800 4~8B 编译器分配 缓存 256Kb 250~400 32B 硬件控制 SRAM (MB/S) BLOCK 主存 4MB 80~133 0.5~1KB OS DRAM (MB/S) PAGE 虚存 1GB 3~5MB/S 5~512KB OS/用户 DISC FILE 后援 5GB磁带 0.18~0.23 后援 OS/用户 一致性原则： 处在不同层次的同一个信息应保持相同的值。 包含性原则： 处在内层的信息一定被包含在其外层的存储器中，反之则不成立，即内层存储器的全部信息，是其相邻外层信息的一部分的复制品 。 概述——存储系统的层次结构 概述——数据存放顺序 存放一个机器字的存储单元，称为字存储单元。相应的单元地址为字地址。 存放一个字节的单元，称为字节单元。相应的地址称为字节地址。 概述——数据存放顺序 一个16位二进制的字存储单元可存放两个字节，可以按字地址寻址，也可以按字节地址寻址。 数据在存储器中的存放顺序 概述——主要技术指标 存储容量：在一个存储器中可以容纳的存储单元总数通常称为该存储器的存储容量。1KB=210B， 1MB=220B，1GB=230B，1TB=240B 存取时间（存储器的访问时间），是指从启动一次存储器操作达到完成该操作所经历的时间。 存储周期：是指连续启动两次读操作所需要间隔的最小时间。 存储器的带宽：是单位时间里存储器所存取的信息量。通常以位/秒或字节/秒来表示。 3.2.2主存储器的基本结构 主存储器是由存储体加上一些外围电路构成。外围电路包括地址译码驱动器、数据寄存器和存储器控制电路。 主存储器的基本操作 CPU的读命令和写命令 随机读写存储器 半导体存储器的优缺点： 优：半导体存储器的优点是存取速度快，存储体积小，可靠高，价格低廉； 缺：断电后存储器不能保存信息； 静态MOS存储器 动态MOS存储器 随机读写存储器——静态MOS存储器 六管静态MOS存储元是由两个MOS反相器交叉耦合而成的触发器。一个存储元存一位二进制代码，如果一个存储单元为n位，则需