计算机组成原理10-存储器-3.ppt

磁表面存储器存储信息的原理 磁头线圈通以一定方向的脉冲电流，磁头铁芯便产生一定方向的磁通，该磁通使磁头空隙下的磁载体局部磁化，形成具有相应极性的微小磁化区域，称为磁化元。 读操作与此相反，当磁载体按一定方向移动时，磁头作切割磁力线的运动，使磁头线圈产生感应电势，并转化为脉冲电流。 用来存放档案信息，也即当前不需立即使用的、要保存较长时间的信息。一旦需要，就进行内外存交换。 磁盘存储器：磁盘存储器属于磁表面存储器，由磁盘和磁盘机（或称磁盘驱动器）构成。 磁表面存储器的校验方式 外围设备于主存的传送距离长，出错概率高，使用复杂的校验方式。 Hamming Code CRC 存储系统组织 CPU的快速和存储器的低速不匹配。 存取方式让CPU的利用率下降。 高速主存性能与低速辅存不匹配。 从存储器考虑提高系统性能的措施： 采用双端口存储器 采用多模块存储器 并行处理机和多处理机系统 采用高速缓冲存储器 虚拟存储器 相联存储器 必要性：程序的局部性：在一段时间内，对存储器的访问集中在一个局部区域。 高速缓冲存储器是在CPU的通用寄存器和主存之间的子系统 Cache用来存放当前最活跃的程序和数据，作为主存某些局部区域的副本。 Cache的工作原理和结构 CPU访问主存时，由硬件控制，先访问Cache，如果在Cache中找到数据（称为命中），即可高速读取，如果没有找到（称为未命中），仍需到内存读取。 把CACHE的16页分为8组 把主存的2048页分为256组，每组8页。 把主存的每组的8页分别和CACHE的8组对应 Cache中的内容需要更新 先进先出法FIFO（也不能提高命中率） 近期最少使用法LRU:Least Recently Used（局部性原则，可以提高命中率，实现相对复杂） 虚拟存储器和Cache管理的区别 1）Cache由硬件控制，虚拟存储器由操作系统 2）Cache对程序员透明，虚拟存储器对系统程序员不透明 3）Cache比主存快5--10倍，虚拟存储器中主存比辅存快1000倍。 虚拟存储器的管理 1）页式管理 2）段式管理 3）段页式管理 程序它要访问的页 （段）已调入内存？ 利用OS所提供的请求调页 （段）功能将它们调入内存 内存已满？ 利用页（段）的置换功能， 将暂时不用的页（段）调出 将所要访问的页（段）调入 顺序执行 是 否 否 是 虚拟存储器：建立在主存与辅存之上，用附加的硬件和操作系统存储管理软件组成的一种存储体系 CPU只能从主存上存取数据。故而得名虚拟存储器。 其逻辑容量由内存和外存容量之和所决定，其运行速度接近于内存速度，而每位的成本却又接近于外存，可见，虚拟存储器技术是一种性能非常优越的存储器管理技术，故被广泛应用于大、中、小型机器和微型机中。 虚拟存储器 虚拟存储器和Cache管理的相同： 1）把程序划分为信息块。 2）从慢速存储向快速存储调度，调度采取替换策略。 3）以信息块作为存储层次的基本传输单位 虚拟存储器 * * 磁表面存储器 记录介质和磁头 磁表面存储器中，记录信息的介质是一层很薄的磁层，它依附在一定强度的基体上。 1、软质基体和磁层 磁带采用聚酯薄膜带，磁盘采用聚酯薄片。 磁层是加钴的氧化铁颗粒。 2、硬质基体和磁层 硬盘采用铝合金、工程塑料、陶瓷、玻璃作为基体。 磁层是电镀的铁镍钴合金薄膜或溅射形成的薄膜磁层。 3、磁头 实现电磁转换和磁电转换。 磁盘中，每个记录面有一个磁头 磁带中，每个磁道有一对读写磁头 记录介质和磁头 磁表面存储器的应用 磁记录编码方式 如何把0、1保存到磁盘上？ 磁记录方式就是采用某种变换规律，将一串二进制代码序列转换成记录磁层中相应的磁化状态。实际上就是如何按照写入代码序列形成相应的写入电流波形。 静态的：两种相反状态表示0/1 动态的：变与不变，变化相位不同，变化频率不同 1、归零制（RZ） 写0时，发-I电流脉冲，然后回零（I=0） 写1时，发+I电流脉冲，然后回零（I=0） 缺点：归零是不必要的 2、不归零制（NRZ） 写0时维持-I不变，不归零 写1时维持+I不变，不归零 缺点：一串0或1不易分辨个数 磁记录编码方式 3、不归零1制（NRZ1） 写入规律：见1就翻 见下图写电流波形 写0时，写入电流维持原方向不变（-I 或 +I） 写1时，写入电流方向翻转（-I?+I 或 +I?-I ） 0 0 1