第04章 主存储器与存储系统讲解.ppt

第4章 主存储器与存储系统 4.1 存储器基本概念 4.2 半导体存储器的结构和原理 4.3 高速存储器 4.4 Cache存储器 4.5 虚拟存储器 4.1 存储器基本概念 存储器是具有“记忆”功能的部件。在现代计算机中，存储器又称为主存储器或内存储器(简称主存或内存)。它是一组或多组具有数据读写和数据存储功能的集成电路。内存的主要作用是存储运行程序和各种所需的数据以及与外部部件交换信息时作为数据缓冲。 4.1.1 存储器的分类 1．按存储介质分类 磁表面存储器 利用磁性材料的两个不同剩磁状态存放二进制代码，容量比较大，但速度慢。 半导体存储器 是主存储器的主流，读写速度快。 光存储器 用介质表面的凹坑区域和未被刻录的保留区域分别表示数据1和0。 存储器的分类 2．按存取方式分类 （1）随机存储器RAM (Random Access Memory) 通过指令可以随机地对任何存储单元的内容进行存取，且存取时间与存储单元的物理位置无关。随机存储器分为三类：静态RAM、动态RAM和非易失性RAM。 按存取方式分类 静态RAM 每个存储单元都由一个触发器构成，每个存储单元可以存储一个二进制位，只要芯片不掉电，存储的二进制数据就不会丢失。SRAM芯片的存储密度比较低，功耗也比较大，但存取速度快，常用作高速缓冲存储器(Cache Memory)。 按存取方式分类 动态RAM 动态RAM(Dynamic，DRAM)通过电容充放电来存储二进制信息。由于电容存在漏电现象，因此DRAM芯片需要频繁刷新，以保证数据不丢失。DRAM的存储密度比SRAM高，可用于大容量存储器，如主存等。但由于需要数据刷新操作，使得它的存取速度比SRAM慢。 按存取方式分类 非易失性RAM 结合了RAM和ROM的优点，数据是非易失性的(non volatile RAM，NV-RAM)。NV-RAM允许CPU对其进行随机读写，同时掉电后数据不会丢失。 按存取方式分类 (2) 只读存储器ROM(Read-Only Memory) 任何单元的内容只能读出，不能写入，芯片掉电后数据不丢。 (3) 串行存储器SAS(Serial Access Storage) SAS在进行数据访问时，必须按某种顺序进行，存取时间与存储单元的物理位置有关。 3．按用途分类 (1) 主存储器 主存储器简称主存，又称内存，存放计算机运行期间的执行程序和所需数据，存取速度快。但与辅助存储器相比，存储容量不大，价格较高。 按用途分类 (2) 辅助存储器 又称外部存储器(简称辅存或外存)，是为了解决主存储器容量不足而设置的储存器。用来存放当前不参加运行的程序和数据。当需要这些信息时，将它们调入内存后使用，CPU不能直接访问外存。外存的存储容量大，位成本低，但读写速度较慢。 按用途分类 (3) 高速缓冲存储器Cache Cache的物理位置介于主存储器与CPU之间，用于解决CPU与主存储器之间的速度匹配问题。Cache存取指令和数据的速度更快，但存储容量小。 4.1.2 主存储器的主要技术指标 1． 存储容量 存储容量是指半导体存储芯片所能存储的二进制信息的位数。位(bit)是二进制数的最基本单位，也是存储器存储信息的最小单位。存储容量的单位一般是K位(Kilobits)、M位(Megabits)等。应用不同，对存储容量的要求也不同。一般情况下，存储容量大有利于提高系统性能。 4.1.2 主存储器的主要技术指标 2． 速度 通常存储芯片的工作速度慢于CPU的工作速度，所以存储芯片的工作速度直接关系到CPU执行指令的速度。速度是存储芯片的一项重要指标，通常用存取时间和存储周期来表示。 4.1.2 主存储器的主要技术指标 3．存储器的可靠性 存储器的可靠性用平均故障间隔时间MTBF(Mean Time Between Failure)来衡量。MTBF可以理解为两次故障之间的平均时间间隔，单位为小时。 4.1.3 存储器的组成和数据存放 为了区分存储体中各个存储单元，存储器对数据单元以二进制形式进行统一编号，这个编号称为地址，又称为地址码。地址码与存储单元是一一对应的，即每个存储单元都有自己唯一的地址。 存储器基本结构 存储器芯片的存储单元数与芯片地址线位数有关，而芯片内每个存储单元能够存储的二进制数的位数与输入/输出的数据线位数有关。如果每个存储